Zn2+對(duì)果蠅生育力和壽命及抗氧化能力的影響

葉文斌，羅 輝，何玉鵬，尤旦娃，文曉曉，趙 麗，楊 滟

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Zn2+對(duì)果蠅生育力和壽命及抗氧化能力的影響

葉文斌1,2,3，*羅 輝4，何玉鵬1,2，尤旦娃1，文曉曉1，趙 麗1，楊 滟1

(1.隴南師范高等專(zhuān)科學(xué)校農(nóng)林技術(shù)學(xué)院，甘肅，成縣 742500；2.隴南特色農(nóng)業(yè)生物資源研究開(kāi)發(fā)中心，甘肅，成縣 742500； 3.甘肅省農(nóng)業(yè)固體廢棄物資源化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅，天水 741000；4.井岡山大學(xué)醫(yī)學(xué)部，江西，吉安 343009)

為了研究Zn2+對(duì)果蠅生育力和壽命及抗氧化能力的影響。以黑腹果蠅（）為研究動(dòng)物，用生存實(shí)驗(yàn)來(lái)考查不同濃度的Zn2+處理果蠅，研究果蠅F1-F4代生育力和壽命的變化，雌、雄果蠅數(shù)量的變化，抗氧化酶SOD、CAT的活力及MDA含量的變化。結(jié)果顯示：添加Zn2+濃度為1.0 g/mL可以使F1-F4代雌、雄果蠅世代生育力增強(qiáng)，壽命延長(zhǎng)，而在Zn2+濃度為2.0×10-3g/mL時(shí)果蠅體內(nèi)MDA含量大量積累，SOD和CAT活性急劇降低，使果蠅提前衰老、死亡并且降低或喪失生殖能力，而Zn2+對(duì)果蠅性別分化影響不大，總體接近于1:1。因此，適當(dāng)濃度的Zn2+可以延長(zhǎng)果蠅壽命，增強(qiáng)其生殖力，提高抗氧化能力。

Zn2+；黑腹果蠅；生育力；壽命；抗氧化能力

動(dòng)物體內(nèi)鋅的積累會(huì)影響果蠅正常生長(zhǎng)、發(fā)育、生殖及衰老，甚至?xí)l(fā)生病變，而適量的鋅具有多種生物功能，對(duì)動(dòng)物有積極作用。因此，本研究以模式動(dòng)物黑腹果蠅)為材料，采用生存實(shí)驗(yàn)及統(tǒng)計(jì)分析方法研究不同質(zhì)量濃度鋅對(duì)果蠅生存的作用，分析探討鋅對(duì)果蠅壽命和生育力及抗氧化能力的影響，以期為環(huán)境中微量元素鋅對(duì)果蠅生長(zhǎng)發(fā)育影響的研究提供證據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

野生型黑腹果蠅()，由西北師范大學(xué)遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)室提供，培養(yǎng)于溫度為25℃、相對(duì)濕度為65%的恒溫恒濕培養(yǎng)箱。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

基本培養(yǎng)基用250 mL蒸餾水，28 g玉米粉，22 g蔗糖，2.5 g瓊脂，2 mL丙酸和2.5 g鮮酵母加熱配制[6]。在基本培養(yǎng)基中加入ZnCl2，濃度分別為0.25×10-3、0.50×10-3、1.0×10-3、2.0×10-3g/mL，設(shè)基本培養(yǎng)基為對(duì)照（CK）。

1.2.1 生育力測(cè)定

在無(wú)菌狀態(tài)下，每瓶各接種10對(duì)羽化后4 h且未交配的雄果蠅和處女蠅放入上述培養(yǎng)基中，7 d后移去親本，待出現(xiàn)子代（F1）果蠅時(shí)，按性別分別統(tǒng)計(jì)其數(shù)量，并計(jì)算性別比。同時(shí)，隨機(jī)取出10對(duì)羽化后4 h且未交配的F1代雌雄果蠅重新放入新培養(yǎng)基中作繼代培養(yǎng)，繁殖F2代，F(xiàn)2代再繼代培養(yǎng)至F3代，F(xiàn)3代再繼代培養(yǎng)至F4代，每處理設(shè)10個(gè)重復(fù)，分別統(tǒng)計(jì)[6-7]。

1.2.2壽命測(cè)定

政府購(gòu)買(mǎi)服務(wù)模式適用于內(nèi)河碼頭。這些區(qū)域船舶規(guī)模小、船員環(huán)保意識(shí)差，在現(xiàn)階段需要由政府提供船舶污染物接收處置的公共服務(wù)，而政府出資簽約民營(yíng)單位提供公共服務(wù)的做法符合我國(guó)政府改革的方向。通常政府購(gòu)買(mǎi)服務(wù)模式的地區(qū)實(shí)行船舶污染物免費(fèi)接收的政策。

收集羽化后4 h且未交配的F1代雌雄果蠅隔離培養(yǎng)，每瓶各接入50只，兩種培養(yǎng)基各接10瓶（5♀，5♂），每天觀察，記錄死亡個(gè)體數(shù)，直到最后一只果蠅死亡[6-7]。對(duì)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行整理，計(jì)算出平均壽命和最高壽命，平均壽命=每組所有果蠅壽命之和/果蠅總數(shù)；最高壽命=每組最后4只果蠅生存時(shí)間的總和/4；從生育力實(shí)驗(yàn)中取F2-F4代進(jìn)行壽命實(shí)驗(yàn)，方法同前，以比較其與前者死亡率的差異。

1.2.3 果蠅抗氧化活性測(cè)定

將羽化后4 h且未交配的果蠅培養(yǎng)30 d后移入含有濕潤(rùn)濾紙的空白管中，用乙醚使其麻醉、稱(chēng)重后放入4 ℃預(yù)冷的研缽中，按49:1（μL/mg）的比例加入預(yù)冷的生理鹽水，充分研磨后，經(jīng)冷凍離心機(jī)3500 r/min離心15 min，取上清液進(jìn)行抗氧化能力的測(cè)定。超氧化物歧化酶（SOD）活力、過(guò)氧化氫酶（CAT）活力、丙二醛（MDA）含量及測(cè)試液中蛋白質(zhì)含量均采用對(duì)應(yīng)試劑盒進(jìn)行測(cè)定。所需試劑均嚴(yán)格按照試劑盒說(shuō)明書(shū)配制，測(cè)定方法嚴(yán)格遵循試劑說(shuō)明書(shū)的操作進(jìn)行。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)選用SPSS17.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用單因素方差分析結(jié)合多重比較進(jìn)行對(duì)照與各處理的顯著性檢驗(yàn)，小寫(xiě)字母表示顯著性差異（< 0.05），大寫(xiě)字母表示極顯著差異（< 0.01）

2 結(jié)果與分析

2.1 Zn2+對(duì)果蠅生育力的影響

Zn2+對(duì)果蠅世代生育力和性別比的影響見(jiàn)表1和表2。隨著Zn2+濃度的升高，F(xiàn)1-F4代雌、雄果蠅數(shù)量均呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，在Zn2+濃度為0.25×10-3g/mL時(shí)雌、雄果蠅F1和F2代數(shù)量與對(duì)照相比無(wú)顯著差異（> 0.05），雌果蠅在F3和F4代數(shù)量高于對(duì)照，與對(duì)照相比無(wú)顯著差異（> 0.05），雄果蠅在F3和F4代數(shù)量與對(duì)照相比存在極顯著升高（< 0.01），Zn2+濃度為0.5×10-3g/mL時(shí)雌、雄果蠅數(shù)量高于對(duì)照，與對(duì)照相比存在顯著差異（< 0.05）。當(dāng)Zn2+濃度為1.0×10-3g/mL時(shí)與其他處理組相比，F(xiàn)1-F4代雌、雄果蠅數(shù)量最多，與對(duì)照相比存在極顯著差異（< 0.01）；當(dāng)Zn2+濃度為2.0×10-3g/mL時(shí)與其他處理組相比，F(xiàn)1-F4代雌、雄果蠅數(shù)量最少，與對(duì)照相比存在極顯著差異（< 0.01）；F1-F4代雌、雄果蠅數(shù)量的比值變化不大，總體接近于1:1。隨著Zn2+濃度的升高，F(xiàn)1-F4代雌、雄果蠅世代總量結(jié)果與各世代雌、雄果蠅數(shù)量相似，均呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，雌、雄總數(shù)性別比總體也接近于1:1。

表1 Zn2+對(duì)果蠅世代生育力和性別比的影響

注：數(shù)據(jù)為3次重復(fù)的“平均數(shù)”，同列不同小寫(xiě)字母表示< 0.05，不同大寫(xiě)字母表示< 0.01，下同。

表2 Zn2+對(duì)果蠅世代總量和性別比的影響

2.2 Zn2+對(duì)果蠅壽命的影響

表3 Zn2+對(duì)果蠅世代壽命和最高壽命的影響

Zn2+對(duì)果蠅世代壽命和最高壽命的影響見(jiàn)表3。隨著Zn2+濃度的升高，F(xiàn)1-F4代雌、雄果蠅的壽命均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，當(dāng)Zn2+濃度為2.0×10-3g/mL時(shí)與其他處理組相比，F(xiàn)1-F4代雌、雄果蠅的壽命，雌、雄果蠅的總壽命和雌、雄果蠅的最長(zhǎng)壽命都最低，Zn2+濃度在0.25×10-3~1.0×10-3g/mL時(shí)F1-F4代雌、雄果蠅的壽命逐漸升高，當(dāng)Zn2+濃度為1.0×10-3g/mL時(shí)與其他處理組相比，F(xiàn)1-F4代雌、雄果蠅壽命，雌、雄果蠅的總壽命和雌、雄果蠅的最長(zhǎng)壽命都最高，與對(duì)照相比存在極顯著差異（< 0.01）。

2.3 Zn2+對(duì)果蠅抗氧化酶的影響

表4 Zn2+對(duì)雌果蠅抗氧化酶的影響

表5 Zn2+對(duì)雄果蠅抗氧化酶的影響

不同Zn2+濃度對(duì)雌、雄果蠅體內(nèi)SOD、CAT活性和MDA含量的影響見(jiàn)表4和表5。隨著Zn2+濃度的升高，F(xiàn)1-F4代雌、雄果蠅體內(nèi)SOD和CAT活性均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。當(dāng)Zn2+濃度為2.0×10-3g/mL時(shí)，F(xiàn)1-F4代雌、雄果蠅體內(nèi)SOD和CAT活性都最低，與對(duì)照相比存在極顯著差異（< 0.01）；當(dāng)Zn2+濃度在逐漸由0.25×10-3g/mL升高到1.0×10-3g/mL時(shí)，F(xiàn)1-F4代雌、雄果蠅體內(nèi)的SOD和CAT活性也逐漸升高；當(dāng)Zn2+濃度為1.0×10-3g/mL時(shí)，與其他處理組相比，F(xiàn)1-F4代雌、雄果蠅體內(nèi)的SOD和CAT活性都最高，與對(duì)照相比存在極顯著差異（< 0.01）。隨著Zn2+濃度的升高，F(xiàn)1-F4代雌、雄果蠅體內(nèi)MDA含量均呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，與果蠅體內(nèi)SOD和CAT活性呈相反趨勢(shì)。當(dāng)Zn2+濃度為2.0×10-3g/mL時(shí)，與其他處理組相比，F(xiàn)1-F4代雌、雄果蠅體內(nèi)MDA含量最高，與對(duì)照相比存在極顯著的差異（< 0.01）；當(dāng)Zn2+濃度為1.0×10-3g/mL時(shí)，F(xiàn)1-F4代雌、雄果蠅與其他處理組相比，體內(nèi)的MDA含量都是最低的，與對(duì)照相比存在極顯著的差異（< 0.01）。在不同Zn2+濃度處理下雌性果蠅體內(nèi)SOD、CAT活性和MDA含量均低于雄性果蠅體內(nèi)的含量。

3 分析與討論

本研究以果蠅為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，探討了不同濃度的Zn2+對(duì)果蠅生育力和壽命的影響，并以抗氧化酶SOD的活性和CAT的活性以及脂質(zhì)過(guò)氧化酶產(chǎn)物MDA含量為指標(biāo)評(píng)價(jià)了果蠅的抗氧化活性。果蠅因?yàn)榫哂猩嫫诙?、繁殖快、反?yīng)靈敏、培養(yǎng)和管理方便，且代謝途徑、生理功能和發(fā)育階段同哺乳動(dòng)物基本類(lèi)似等特性，常被用作動(dòng)物模型來(lái)研究抗衰老活性及動(dòng)物抗衰老機(jī)制[7]。有研究表明，鋅離子對(duì)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞生物學(xué)功能的影響，低濃度鋅離子對(duì)入臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、活性和遷移功能有促進(jìn)作用，而較高濃度鋅離子對(duì)細(xì)胞功能有抑制作用，而且高濃度鋅可使親代果蠅縮短壽命、喪失生殖能力，適當(dāng)濃度的鋅可以延長(zhǎng)果蠅壽命，增強(qiáng)其生殖力，并且這種影響可遺傳到子一代，這和本研究結(jié)果一致[8-10]。本研究表明，添加Zn2+濃度為0.5×10-3、1.0×10-3g/mL可以使F1-F4代雌、雄果蠅世代生育力增強(qiáng)，壽命延長(zhǎng)，當(dāng)Zn2+濃度達(dá)1.0 g/mL時(shí)效果最為明顯，而在較高Zn2+濃度（2.0×10-3g/mL）時(shí)果蠅體內(nèi)MDA含量大量積累，SOD和CAT活性急劇降低，使果蠅提前衰老、死亡并且降低或喪失其生殖能力。不同Zn2+濃度處理下F1-F4代雌、雄果蠅數(shù)量的比值變化不大，總體接近于1:1，雌、雄總數(shù)性別比總體也接近于1:1，這也說(shuō)明，Zn2+對(duì)果蠅性別分化影響不大。

果蠅的衰老與體內(nèi)自由基的水平、抗氧化能力及甲基化水平密切相關(guān)，過(guò)多的自由基與細(xì)胞膜中不飽和脂肪酸發(fā)生反應(yīng)，可破壞DNA及蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而導(dǎo)致疾病的產(chǎn)生甚至死亡[1,8]。果蠅體內(nèi)SOD、CAT活力以及MDA含量與果蠅的衰老之間存在特定的關(guān)系，MDA是在高濃度Zn2+處理下，果蠅體內(nèi)細(xì)胞膜多不飽和脂肪酸受自由基作用產(chǎn)生的過(guò)氧化脂質(zhì)的分解產(chǎn)物，當(dāng)與蛋白質(zhì)、肽類(lèi)等大分子聚合后會(huì)引起機(jī)體的衰老[1]，從而影響果蠅的壽命。SOD具有一定的抗氧化活性，能夠清除生物體內(nèi)自由基并通過(guò)減少脂質(zhì)過(guò)氧化過(guò)程而延緩衰老，當(dāng)Zn2+濃度為1.0 g/mL時(shí)，果蠅SOD的抗氧化活性達(dá)到了最強(qiáng)，刺激果蠅清除體內(nèi)產(chǎn)生的自由基，降低MDA含量，增強(qiáng)果蠅的抗性，延長(zhǎng)壽命。當(dāng)果蠅體內(nèi)的抗氧化酶活性在Zn2+的刺激下，增強(qiáng)了果蠅的對(duì)外界的環(huán)境變化的抗性，提高對(duì)逆境的適應(yīng)能力，同時(shí)促進(jìn)和提高生育能力，增強(qiáng)后代對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力。

有學(xué)者研究了鋅對(duì)大鼠的影響，缺鋅大鼠體重增長(zhǎng)顯著緩慢，血鋅含量顯著低，平臺(tái)駐留時(shí)間和穿梭平臺(tái)象限次數(shù)明顯減少，表明缺鋅可引起大鼠學(xué)習(xí)記憶功能損害，這和果蠅體內(nèi)SOD、CAT活力的下降以及MDA含量升高有直接關(guān)系[11-12]，這也說(shuō)明適當(dāng)?shù)难\含量可以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物對(duì)外界的環(huán)境變化的抗性，提高其學(xué)習(xí)記憶功能力，增加果蠅的體重。較低濃度的Zn2+對(duì)果蠅的影響主要表現(xiàn)在生育力升高的和壽命的延長(zhǎng)，但是果蠅體內(nèi)的SOD、CAT活力的下降以及MDA含量的升高是很重要的因素，果蠅壽命的延長(zhǎng)，才會(huì)出現(xiàn)其生育力的提升。而且Zn2+對(duì)果蠅的生育力和壽命的影響因素是多方面的，這是個(gè)復(fù)雜的研究課題，而適宜濃度的Zn2+是如何在分子水平參與促進(jìn)果蠅的生殖能力，還需進(jìn)一步研究與探索。

[1] 毛雪,郭欣欣,張敏. 鋅對(duì)果蠅壽命及生殖力的影響及其可遺傳性[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào),2012,12(2):19-23.

[2] Landis G N,Tower J. Superoxide di smutase evolution and life span regulation[J].Mechanisms of Ageing and Development,2005,126(3):365-379.

[3] Bourg L E. Oxidative stress aging and longevity in Drosophila melanogaster[J] .Federation of Biochemical Societies Letters,2001,498 (3):183-186.

[4] Destreicher P, Cousins R J. Zinc uptake by basolaterat membrane vesicles f rom rat small untesine[J].Journal of Nutrition ,1989,119(4):639-646.

[5] Liuzzl J P,Blanchard R K,Cousins R J. Differential regulation of zinc transporter1,2 and 4 mRNA expression by dietary zinc in rats[J].Journal of Nutrition,2001,131(1): 46-52.

[6] 葉文斌,王昱,何九軍,等. Hg2+對(duì)果蠅壽命和生育力及酯酶同工酶的影響[J].甘肅高師學(xué)報(bào),2012,17(5):24-28.

[7] 廖信軍,郭麗萍. 果蠅倒體位培養(yǎng)的遺傳學(xué)效應(yīng)[J].井岡山大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2014,35(6):45-48.

[8] 包龐,劉煥云,王玉清,等. 鋅離子對(duì)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞生物學(xué)功能的影響[J].中華心血管病雜志,2018,45 (5):390-395.

[9] Krones C J, Klosterhalfen B, Butz n,et al. Effect of zinc pretreatment on pulmonary endothelial cells in vitro and pulmonary function in a porcine model of endotoxemia.[J]. Journal of Surgical research,2005, 2(2):251-256.

[10] Harman D. Theaging process[J].Proceedings of the National Academy of Sciences USA,1981, 78(11):7124- 7128.

[11] 張雙慶,張海波,朱婭敏,等. 缺鋅對(duì)大鼠學(xué)習(xí)記憶功能的影響[J].吉林醫(yī)藥學(xué)院學(xué)報(bào),2017,38 (7):616-620.

[12] 李景璐,蔣佳諾,徐玉良,等. 鋅對(duì)學(xué)習(xí)記憶功能影響的機(jī)制[J].吉林醫(yī)藥學(xué)院學(xué)報(bào),2016,37:(5):384-386.

EFFECTS OF Zn2+ON THE REPRODUCTIVE CAPACITY, LIFE AND ANTIOXIDANT ABILITY OF

YE Wen-bin1,2,3,*LUO Hui4, HE Yu-peng1,YOU Dan-wa1,WEN Xiao-xiao1,ZHAO Li1,YNAG Yan1

(1. School of Agriculture and Forestry Technology, Longnan Teachers College, Chenxian, Gansu 742500, China; 2. Research & Development Center of Longnan Special agro-bioresources, Chenxian, Gansu 742500, China; 3. Gansu Key Laboratory for Utilization of Agricultural Solid Waste Resources, Tianshui, Gansu 741000, China; 4. Faculty of Medicine, Jinggangshan University, Ji’an, Jiangxi 343009, China)

The effects of Zn2+on the reproductive capacity, life and antioxidation ofwere studied in this paperwas treated with Zn2+of different concentrations in survival experiments, and the changes in reproductive capacity and lifeof its F1to F4, the changes in the number of female and male, the activities of antioxidant enzymes SOD, CAT and MDA content were studied. The results showed that adding 1.0 g/mL Zn2+could enhance the reproductive capacity and prolong the life of F1-F4female and male. When the concentration of Zn2+was 2 × 10-3g/mL, the content of MDA in the fruit flies was accumulated, and the activity of SOD and CAT decreased rapidly. The fruit flies was senescent, dead and reduced or lost. Zn2+had little effect on the sex differentiation of fruit flies, which was almost 1:1. It could be concluded that Zn2+at appropriate concentrations can prolong the life of fruit flies, enhance its fecundity, and improve its antioxidation.

Zn2+;; reproductive capacity; life; antioxidation

1674-8085(2019)01-0029-05

Q355/R135.1

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2019.01.007

2018-09-11；

2018-11-19

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31460488)；隴南市科技計(jì)劃項(xiàng)目(2016-09)；甘肅省委組織部隴原青年創(chuàng)新人才扶持計(jì)劃項(xiàng)目(2015-13)；甘肅省高等學(xué)?？蒲许?xiàng)目(2017A-257)

葉文斌(1982-)，男，甘肅西和人，講師，碩士，主要從事遺傳毒理、天然產(chǎn)物化學(xué)與功能食品研究(E-mail:yewenbinbest@sohu.com);

*羅 輝(1971-)，男，江西吉安人，副教授，碩士，主要從事分子生物學(xué)及生物化學(xué)的研究(E-mail: luohui9898@163.com);

何玉鵬(1989-)，男，甘肅天水人，講師，碩士，主要從事遺傳毒理與動(dòng)物功能飼料研究(E-mail:yiyan.happy@163.com);

尤旦娃(1997-)，女，甘肅漳縣人，隴南師范高等專(zhuān)科學(xué)校農(nóng)林技術(shù)學(xué)院生物學(xué)教育專(zhuān)業(yè)2016級(jí)專(zhuān)科生(E-mail: 3120166426@qq.com);

文曉曉(1997-)，女，甘肅徽縣人，隴南師范高等專(zhuān)科學(xué)校農(nóng)林技術(shù)學(xué)院生物學(xué)教育專(zhuān)業(yè)2016級(jí)專(zhuān)科生(E-mail: 735039139@qq.com);

趙 麗(1999-)，女，甘肅隴南人，隴南師范高等專(zhuān)科學(xué)校農(nóng)林技術(shù)學(xué)院生物學(xué)教育專(zhuān)業(yè)2016級(jí)專(zhuān)科生(E-mail: 2899048205@qq.com);

楊 滟(1995-)，女，甘肅康縣人，隴南師范高等專(zhuān)科學(xué)校農(nóng)林技術(shù)學(xué)院生物學(xué)教育專(zhuān)業(yè)2015級(jí)專(zhuān)科生(E-mail: 1607540970qq.com).