酵母粉對黑腹果蠅生長發(fā)育及產(chǎn)卵能力的影響

王 寧，徐有志，郭小舟，王 博，何倩毓

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)動物科技學(xué)院，黑龍江 大慶 163319）

黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）隸屬昆蟲綱雙翅目果蠅科果蠅屬，為完全變態(tài)類昆蟲，是遺傳學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、分子生物學(xué)、昆蟲學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域中的重要實(shí)驗材料。果蠅具有世代周期短、繁殖力強(qiáng)、飼養(yǎng)簡單等特點(diǎn)，其生活史包括卵、幼蟲、蛹及成蟲4個發(fā)育時期。成蟲產(chǎn)卵后，約24 h孵化為1齡幼蟲；之后幼蟲每隔24 h蛻皮1次，經(jīng)2次蛻皮而成3齡幼蟲，3齡幼蟲經(jīng)48 h發(fā)育化蛹；在化蛹前即產(chǎn)卵后約110 h，果蠅幼蟲發(fā)生禁食及游走的行為，該時間點(diǎn)在果蠅發(fā)育研究中通常被作為判斷果蠅發(fā)育是否正常的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)[1-3]。蛹經(jīng)歷4 d左右即可羽化為成蟲，成蟲交配2 d后產(chǎn)卵，整個發(fā)育周期大約10 d[4]。研究表明，果蠅整個發(fā)育周期是受激素和營養(yǎng)的協(xié)同控制，其中，營養(yǎng)等細(xì)胞外信號決定生長速度，而激素等細(xì)胞內(nèi)信號決定了生長周期，二者協(xié)同作用最終影響了果蠅的個體大小[5]。而個體大小對果蠅的交配與生殖又具有重要的影響[6]。酵母粉是果蠅培養(yǎng)基中的重要成分，為果蠅的生長提供蛋白質(zhì)、微量元素和維生素等，在果蠅的生長發(fā)育尤其是幼蟲的發(fā)育中起著至關(guān)重要的作用。因此，果蠅培養(yǎng)基中酵母粉含量的確定顯得尤為重要。目前，國內(nèi)外許多果蠅研究實(shí)驗室雖然都有自己的培養(yǎng)基配方，但差異較大，而筆者在實(shí)驗操作過程中也發(fā)現(xiàn)各配方中酵母粉含量的不同導(dǎo)致果蠅整個發(fā)育周期的改變，這對研究激素等信號通路對果蠅生長發(fā)育的影響勢必造成干擾。因此，筆者擬通過在果蠅基本培養(yǎng)基中添加不同濃度的酵母粉，研究酵母粉濃度與果蠅幼蟲的發(fā)育時間、蛹重以及雌蟲產(chǎn)卵量的關(guān)系，以期確定適合果蠅正常生長發(fā)育的酵母粉含量，從而為今后果蠅發(fā)育生物學(xué)研究提供理論基礎(chǔ)。

表1 果蠅培養(yǎng)基中酵母粉和其他成分含量

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用野生型黑腹果蠅w1118為黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)動物科技學(xué)院動物遺傳育種與繁殖實(shí)驗室保種。主要試劑包括玉米粉、無水乙醇，對羥基苯甲酸甲酯、蔗糖、紅糖、瓊脂粉、葡萄汁、安琪活性酵母。主要儀器設(shè)備包括BSC-250恒溫生化培養(yǎng)箱（上海博訊）、電子天平、電磁爐。

1.2 試驗方法

1.2.1 果蠅培養(yǎng)基的配制：按照表1中的配方，配制3種酵母粉含量不同的果蠅培養(yǎng)基。配制時將蒸餾水分成2份，其中1份加入瓊脂粉和糖，攪拌均勻后加熱至完全融化，另一份加入玉米粉和酵母粉，攪拌均勻后加入沸騰的瓊脂糖溶液中，繼續(xù)加熱，直至呈玉米糊狀，待稍冷卻后加入溶于無水乙醇的對羥基苯甲酸甲酯，混勻后分裝于果蠅培養(yǎng)瓶中。

1.2.2 果蠅幼蟲發(fā)育時間的計算：在含不同酵母濃度的果蠅培養(yǎng)管中分別放入100枚野生型黑腹果蠅卵，置于25℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，待3齡幼蟲開始出現(xiàn)游走時，統(tǒng)計游走幼蟲的數(shù)量。每隔6～8 h統(tǒng)計1次，以全部幼蟲達(dá)到游走階段為終點(diǎn)，最后以達(dá)到50%的游走幼蟲數(shù)目的時間來評估整個幼蟲期發(fā)育時間的長短，每組重復(fù)3次。

1.2.3 果蠅蛹重的計算：分別取飼養(yǎng)于含不同酵母濃度果蠅培養(yǎng)管中的白色預(yù)蛹時期的果蠅20只進(jìn)行稱重，每組重復(fù)3次，計算單個果蠅的體重并進(jìn)行比較分析。

1.2.4 果蠅產(chǎn)卵能力的計算：分別取含不同酵母濃度的果蠅培養(yǎng)管中新羽化的雌、雄果蠅各6只進(jìn)行交配，24 h后統(tǒng)計之后3 d的產(chǎn)卵總量，每組重復(fù)3次，計算每只果蠅每天的平均產(chǎn)卵量并進(jìn)行比較分析。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理：試驗結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用SPSS 16.0軟件中的 “Independent Samples T-Test”分析法對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)檢驗。P＜0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同酵母濃度對果蠅幼蟲發(fā)育時間的影響

由圖1可知，培養(yǎng)基酵母濃度對果蠅幼蟲的發(fā)育存在較大影響。在不含酵母的培養(yǎng)基中飼養(yǎng)的果蠅幼蟲基本在1齡幼蟲期即發(fā)生死亡；當(dāng)培養(yǎng)基中酵母濃度為1.5%時，50%幼蟲達(dá)到游走階段的時間約為產(chǎn)卵后114 h，與理論上果蠅幼蟲發(fā)育時間大體相符；而當(dāng)培養(yǎng)基中酵母濃度增加至3.0%時，果蠅幼蟲進(jìn)入游走階段的時間提前，大致為產(chǎn)卵后98 h。

圖1 不同酵母濃度對果蠅幼蟲發(fā)育時間的影響

2.2 不同酵母濃度對果蠅蛹重的影響

由表2可知，在酵母粉含量為3.0%的培養(yǎng)基中生長的果蠅其蛹重大于在酵母粉含量為1.5%的培養(yǎng)基中生長的果蠅，但二者差異不顯著 （P＞0.05），表明酵母濃度對果蠅蛹重?zé)o顯著影響。無酵母添加組由于果蠅在早期幼蟲階段即全部死亡，所以蛹重?zé)o法獲得。

表2 不同酵母濃度對果蠅蛹重的影響

2.3 不同酵母濃度對果蠅產(chǎn)卵能力的影響

由表3可知，在酵母粉含量為3.0%的培養(yǎng)基中生長的雌果蠅產(chǎn)卵量顯著大于在酵母粉含量為1.5%的培養(yǎng)基中生長的雌果蠅，表明隨著酵母濃度的提高，果蠅產(chǎn)卵量顯著增加（P＜0.05）。同樣，由于無酵母培養(yǎng)基中飼養(yǎng)的果蠅在早期幼蟲即發(fā)生死亡，所以成蟲產(chǎn)卵能力無法測定。

表3 不同酵母濃度對果蠅產(chǎn)卵量的影響

3 討論

培養(yǎng)基成分和含量以及飼養(yǎng)方式等對果蠅的個體大小、發(fā)育、繁殖和生存有著重要的影響[7-10]。酵母是果蠅培養(yǎng)基中的重要成分，果蠅幼蟲以酵母菌為食。謝德娟等[7]研究表明，培養(yǎng)基中聯(lián)合添加葡萄糖、麥麩與活酵母可使果蠅發(fā)育周期縮短，成蛹與羽化高峰期提前，子代數(shù)量與體重提高。此外，修冰等[11]研究表明酵母粉可促進(jìn)果蠅的生長發(fā)育，并使其繁殖力增強(qiáng)。Bradley等[12]早期研究發(fā)現(xiàn)，酵母粉可以提高黑腹果蠅雌蠅的產(chǎn)卵量。以上研究均說明酵母粉在果蠅的生長發(fā)育和繁殖方面起著重要的調(diào)控作用。該研究通過對比分析培養(yǎng)基中添加不同濃度的酵母粉對果蠅幼蟲的發(fā)育時間、蛹重以及成蟲產(chǎn)卵能力等三方面的影響，進(jìn)一步證實(shí)了酵母粉在果蠅整個生長發(fā)育和繁殖方面均發(fā)揮重要的作用。酵母粉富含豐富的蛋白質(zhì)、維生素、粗纖維、礦物質(zhì)以及微量元素，一方面為成蟲提供所需能量，從而影響其產(chǎn)卵量；另一方面可為幼蟲提供生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)物質(zhì)，從而影響幼蟲的發(fā)育。此外，活酵母發(fā)酵時產(chǎn)生的氣泡使得培養(yǎng)基變得疏松，更利于幼蟲的生長取食，同時可防止雜菌的生長。試驗中發(fā)現(xiàn)，未添加酵母粉的培養(yǎng)基放置時間較長時，培養(yǎng)基變得非常干燥，幼蟲蠕動困難，最終導(dǎo)致幼蟲發(fā)育停滯在1齡幼蟲。

該研究根據(jù)實(shí)驗室中果蠅飼養(yǎng)時出現(xiàn)的幼蟲發(fā)育時間與理論發(fā)育時間相差較大的現(xiàn)狀，探索了 3種酵母濃度（0、1.5%、3.0%）的作用，結(jié)果表明，飼養(yǎng)于含1.5%酵母粉培養(yǎng)基中的幼蟲其發(fā)育至游走階段的時間大致為產(chǎn)卵后114 h，與理論游走時間（產(chǎn)卵后110 h）接近，而飼養(yǎng)于含3.0%酵母粉的培養(yǎng)基中的幼蟲其發(fā)育時間大致為產(chǎn)卵后98 h，比理論時間提前約12 h。研究結(jié)果為實(shí)驗室果蠅的正常飼養(yǎng)提供了可靠依據(jù)，剔除了營養(yǎng)因素的干擾，為今后研究激素對果蠅生長發(fā)育的調(diào)控機(jī)理提供了基礎(chǔ)。