紅芪加工廢棄物活性多糖對果蠅生育力和壽命及抗氧化能力的影響

葉文斌，何玉鵬，宮崢嶸，陳耀年，羅 輝

紅芪加工廢棄物活性多糖對果蠅生育力和壽命及抗氧化能力的影響

葉文斌1,2,3，何玉鵬1,2，宮崢嶸1,2，陳耀年1,2，*羅 輝4

（1.隴南師范高等?？茖W校 農(nóng)林技術學院，甘肅，成縣 742500；2.隴南特色農(nóng)業(yè)生物資源研究開發(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實驗室，甘肅，天水 741000；4.井岡山大學醫(yī)學部，江西，吉安 343009）

研究紅芪廢棄物中提取的生物活性多糖對黑腹果蠅的生殖能力、壽命和抗氧化能力的影響。通過不同濃度的紅芪多糖對黑腹果蠅的存活試驗，研究了一代至四代（F1-F4）的生殖能力和壽命、雌雄個體數(shù)、抗氧化酶超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)的活性和丙二醛(MDA)含量的變化。結果表明，與對照組相比，添加多糖可提高F1-F4雌雄果蠅的繁殖能力，延長其壽命，降低果蠅體內(nèi)丙二醛含量，提高了黑腹果蠅的抗氧化能力和生命力，表現(xiàn)出劑量效應，雌雄果蠅性比為接近1:1。

紅芪加工廢棄物；活性多糖；黑腹果蠅；生育力和壽命；抗氧化能力

中國是世界上最大的農(nóng)業(yè)國家，也是世界上農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)出最多的國家，隨著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)種植物的固體廢棄物也隨之增加[1-2]。近年來隨著國家對中藥材種植的政策支持，甘肅省大力實施隴藥振興計劃，明確支持建立中藥材生產(chǎn)基地。隴南道地中藥材紅芪（.）是主要支持和推廣種植栽培的品種，近3年僅隴南紅芪種植面積已達10萬畝以上，采挖面積6萬畝以上，年產(chǎn)量超過200萬噸，產(chǎn)值達2億元以上，隴南已成為中國最大的紅芪生產(chǎn)、加工和銷售基地。甘肅道地中藥材武都紅芪是多序巖黃芪栽培馴化的變種，主要藥用部位是干燥的根[3]。祖國醫(yī)學認為其性溫味甘，具有補氣、利尿、排膿、斂瘡生肌等功效[4]，以隴南市武都米倉山特產(chǎn)尤為著名，是中國國家地理標志產(chǎn)品，其主要成分為紅芪多糖，占紅芪總成分的23%~34%[4]。中藥類多糖具有眾多的生理功能使其成為國內(nèi)外研究的熱點。紅芪多糖同其它藥用植物多糖一樣，具有廣泛的藥理作用，而且具有依賴性低、毒副作用小、安全性高、療效好等特點[5-6]。由于紅芪加工時會產(chǎn)生數(shù)量巨大廢棄物，對加工廢棄物的處理和資源化利用研究是當前的一個主要問題。而紅芪加工廢棄物中植物活性多糖的主要成分為紅芪多糖，占紅芪廢棄物總成分的13.96%，主要由鼠李糖、木糖、阿拉伯糖、葡萄糖和半乳糖組成[7-8]。迄今，用紅芪加工廢棄物活性多糖對果蠅生育力和壽命及抗氧化能力的影響的研究報道較少。

本研究以黑腹果蠅為材料，采用生存實驗及統(tǒng)計分析方法研究和探討紅芪加工廢棄物活性多糖對果蠅壽命和生育力及抗氧化能力的影響，為開發(fā)無毒無副作用的抗氧化、抗衰老替代藥物和功能食品提供依據(jù)，也為紅芪加工廢棄物的再利用和綜合開發(fā)利用提供技術。

1 材料與方法

1.1 實驗材料與主要儀器

紅芪加工廢棄物活性多糖主要成分為紅芪多糖，含量為13.96%，純度為99.38%，隴南師范高等?？茖W校農(nóng)林技術學院實驗室提供，超氧化物歧化酶試劑盒（批號20160822）購自卡邁舒（上海）生物科技有限，過氧化氫酶試劑盒（批號20170509）購自南京建成生物工程研究所，MDA試劑盒（批號20170729）購自武漢默沙克生物科技有限公司，立式蒸汽壓力滅菌鍋(上海博迅醫(yī)療生物儀器股份有限公司)、電熱恒溫培養(yǎng)箱（上海精密儀器儀表公司）、單人超凈工作臺（北京亞泰科隆儀器技術有限公司）、紫外可見分光光度計（上海譜元儀器有限公司）、高速冷凍離心機（北京時代北利離心機廠）。

1.2 實驗動物

野生型黑腹果蠅()，由天水師范學院遺傳學實驗室贈送，培養(yǎng)溫度條件為25℃，相對濕度為65%。

1.3 實驗方法

1.3.1 果蠅生育力的測定

參考葉文斌等[9-11]的文獻方法配制基本培養(yǎng)基，在基本培養(yǎng)基中添加紅芪加工廢棄物多糖形成濃度為50、100、200、400 mg/L的處理培養(yǎng)基，以此建立紅芪加工廢棄物多糖4個劑量組，對照組為基本培養(yǎng)基（CK）。實驗基本操作為：在無菌狀態(tài)下收集10對未交配的雄果蠅和處女蠅，接入到添加4種濃度的紅芪加工廢棄物多糖的處理培養(yǎng)基培養(yǎng)瓶中，在恒溫生化培養(yǎng)箱中培養(yǎng)7 d后，移去親代，按性別分別觀察統(tǒng)計子代（1）果蠅數(shù)量和性別比。在觀察記錄數(shù)據(jù)的第4 d，隨機收集10對F1代未交配的雄果蠅和處女蠅接入4種培養(yǎng)基繼續(xù)中作繼代培養(yǎng)，進而繁殖2代，同樣方法繁殖3代和4代，每處理濃度培養(yǎng)基培養(yǎng)建立3個重復，基本培養(yǎng)基為對照（CK），分別統(tǒng)計出各代果蠅的數(shù)量和性別比[9-11]，以此來考察紅芪加工廢棄物多糖對果蠅的生育力影響。

1.3.2 果蠅壽命測定

1.3.3 果蠅抗氧化能力測定

本實驗所使用的方法主要參考葉文斌等[7-9]的文獻方法。首先將恒溫恒濕條件下培養(yǎng)了30 d的50只果蠅，提前用無菌水浸濕濾紙后放入空白的培養(yǎng)管中，然后將果蠅移入管中，用乙醚將果蠅麻醉、稱重后放到在4 ℃條件下預冷了的研缽中；然后在硏缽中按加入提前預冷了的生理鹽水，水的體積和果蠅質(zhì)量按照49:1（μL/mg），進行充分的研磨，冷凍離心機離心15 min，5 000 轉(zhuǎn)/min，離心半徑為3 cm，離心后取上清液，測定紅芪加工廢棄物多糖來測定果蠅的抗氧化能力。再通過使用超氧化物歧化酶（SOD）的試劑盒、過氧化氫酶（CAT）的試劑盒、丙二醛（MDA）的試劑盒來測定上清液中SOD、活力和丙二醛MDA的含量。在測定過程中嚴格遵循試劑說明書操作。

1.3.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

實驗所有數(shù)據(jù)用SPSS17.0軟件來統(tǒng)計分析，各濃度多糖處理的實驗結果與對照組進行單因素方差分析，< 0.05表示統(tǒng)計學意義為顯著差異，< 0.01表示統(tǒng)計學意義為極顯著差異。

2 結果與分析

2.1 紅芪加工廢棄物多糖對果蠅生育力的影響

紅芪加工廢棄物多糖對1-4代雌、雄果蠅生育力和性別比的影響如圖1所示。1-4代雌、雄果蠅數(shù)量隨著多糖濃度的升高均出現(xiàn)升高的趨勢。在多糖濃度為50 mg/L時，1-4代雌、雄果蠅數(shù)量均比對照組高，果蠅數(shù)量和對照組相比，在統(tǒng)計學上有顯著差異(< 0.05)；當多糖的濃度為大于200 mg/L時，1-4代雌、雄果蠅數(shù)量和對照組相比，在統(tǒng)計學上有極顯著差異（< 0.01）；當多糖的濃度為400 mg/L時，1-4代雌、雄果蠅數(shù)量是對照組數(shù)量的200%左右；當多糖的濃度在50~400 mg/L之間時，1-4代雌、雄果蠅數(shù)量的比值變化幅度不明顯，總體的比值接近1:1。

圖1 紅芪加工廢棄物多糖對果蠅世代生育力的影響

2.2 紅芪加工廢棄物多糖對果蠅壽命的影響

紅芪加工廢棄物多糖對1-4代雌、雄果蠅平均壽命的統(tǒng)計結果如圖2所示。1-4代雌、雄果蠅的平均壽命隨著多糖濃度的升高均出現(xiàn)升高的趨勢，當多糖濃度為50 mg/L時，1-4代雌、雄果蠅的壽命與對照組相比，統(tǒng)計學意義為顯著差異（0.05）。多糖濃度在100~400 mg/L時，1-4代雌、雄果蠅壽命與對照組相比，統(tǒng)計學意義為極顯著差異（0.01）。結果提示紅芪加工廢棄物多糖對雌、雄果蠅的平均壽命具有明顯延長作用。

圖2 紅芪加工廢棄物多糖對果蠅世代壽命的影響

2.3 紅芪加工廢棄物多糖對果蠅超氧化物歧化酶活性的影響

圖3 紅芪加工廢棄物多糖對果蠅超氧化物歧化酶活性的影響

不同濃度紅芪加工廢棄物多糖對1-4代雌、雄果蠅體內(nèi)SOD酶的影響結果如圖3所示。當多糖濃度為50 mg/L時，與其他濃度相比，各代雌、雄果蠅體內(nèi)SOD酶活性都保持在最低水平，與對照組相比，統(tǒng)計學意義為顯著差異（< 0.05）；隨著紅芪多糖濃度的逐漸升高，1-4代雌、雄果蠅體內(nèi)酶活性均出現(xiàn)逐漸升高的趨勢，當多糖濃度升高到100 mg/L時，1-4代雌、雄果蠅體內(nèi)SOD活性與對照組相比，統(tǒng)計學意義為顯著差異升高（< 0.05）；當多糖濃度為200~400 mg/L時，1-4代雌、雄果蠅體內(nèi)SOD活性升高明顯，與對照組相比，統(tǒng)計學意義為顯著差異（< 0.01）。

2.4 紅芪加工廢棄物多糖對果蠅過氧化氫酶活性的影響

圖4 紅芪加工廢棄物多糖對果蠅過氧化氫酶活性的影響

不同濃度紅芪加工廢棄物多糖對1-4代雌、雄果蠅體內(nèi)CAT酶的影響結果如圖4所示。隨著紅芪多糖濃度的逐漸升高，1-4代雌、雄果蠅體內(nèi)CAT酶的活性也逐漸呈現(xiàn)出升高的趨勢。當多糖濃度為50 mg/L時，1-4代雌、雄果蠅體內(nèi)CAT活性與對照組相比，統(tǒng)計學意義為顯著差異（< 0.05）；當多糖濃度為100~400 mg/L時，1-4代雌、雄果蠅體內(nèi)CAT活性升高明顯，與對照組相比，統(tǒng)計學意義為極顯著差異（< 0.01）。

2.5 芪加工廢棄物多糖對果蠅丙二醛含量的影響

圖5 紅芪加工廢棄物多糖對果蠅過氧化氫酶活性的影響

不同濃度紅芪加工廢棄物多糖對1-4代雌、雄果蠅體內(nèi)MDA含量的影響如圖5所示。1-4代雌、雄果蠅體內(nèi)MDA含量隨著紅芪多糖濃度的升高，都呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。當多糖濃度為50 mg/L時，1-4代雌、雄果蠅體內(nèi)的MDA含量低于對照組，統(tǒng)計學意義為極顯著差異(< 0.01)；當多糖濃度為400 mg/L時，MDA含量低于對照組（< 0.01）。隨著多糖濃度的升高，紅芪加工廢棄物多糖對果蠅的清除MDA的能力逐漸提高，1-4代雌、雄果蠅的抗氧化能力也逐漸增強。結果表明，紅芪加工廢棄物多糖能顯著提高1-4代雌、雄果蠅世代SOD和CAT活性和降低MDA含量，提高了果蠅的抗氧化能力和生命力。同時還發(fā)現(xiàn)，在不同多糖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，雌性性果蠅的抗氧化作用強于雄性果蠅。

3 討論

通過研究4種不同濃度的紅芪加工廢棄物多糖對黑腹果蠅生命力的影響，探討了果蠅1-4代的生育力和壽命變化，并以SOD和CAT活性評價多糖的抗氧化活性，同時以脂質(zhì)過氧化酶產(chǎn)物MDA含量為指標評價多糖清除果蠅體內(nèi)自由基能力。結果顯示，不同濃度的紅芪加工廢棄物多糖能顯著提高1-4代雌、雄果蠅世代的生育力，延長果蠅世代壽命，而且果蠅體內(nèi)MDA含量呈現(xiàn)出明顯的降低趨勢，兩種抗氧化酶SOD和CAT的活性得到了顯著增強，有效提高了1-4代果蠅的抗氧化能力和生命力，促進了生殖能力，而且雌性果蠅的抗氧化作用強于雄性果蠅，1-4代雌、雄果蠅個體數(shù)量的比值變化不大，總體接近于1:1。

紅芪多糖是一種具有多種生物活性功能的大分子物質(zhì)，當紅芪多糖飼喂果蠅后，對果蠅體內(nèi)SOD、CAT活力以及MDA含量產(chǎn)生了較為明顯的影響，這種結果已經(jīng)表明紅芪多糖與果蠅生育力、壽命和衰老之間存在一定的關系；而果蠅的衰老與體內(nèi)自由基的水平以及抗氧化能力密切相關，果蠅衰老會產(chǎn)生過多的自由基，而這些自由基會破壞或穿透細胞膜，進而和細胞內(nèi)或細胞膜上的不飽和脂肪酸發(fā)生反應，引起一系列生物化學反應，還會破壞果蠅的細胞核或細胞質(zhì)中DNA合成，影響細胞中蛋白質(zhì)等生物大分子的結構與修飾而導致疾病，甚至死亡[12]。當果蠅受到外界脅迫刺激后，體內(nèi)細胞膜受到自由基的強烈生物氧化作用而產(chǎn)生MDA，MDA與生物體細胞中的蛋白質(zhì)、肽類等大分子聚合后會引起機體的代謝變化，加快果蠅的衰老從而影響壽命[13-15]。SOD和CAT具有很強的抗氧化活性，能清除生物體內(nèi)產(chǎn)生的自由基，還可以降低脂質(zhì)過氧化的反應而延遲衰老[15]。當多糖濃度較高時，MDA含量急劇降低，SOD和CAT的抗氧化活性顯著升高，可能是多糖分子參與了果蠅體內(nèi)的復雜生物化學反應，啟動了果蠅主動升高SOD和CAT兩種抗氧化酶的活性的機制，提高清除體內(nèi)產(chǎn)生的MDA等自由基的能力，主動適應這種應激情況，增強果蠅的抗性，間接促進生育能力和延長壽命。這將為開發(fā)無毒、無副作用的抗氧化、抗衰老替代藥物和功能食品提供依據(jù)，也為紅芪加工廢棄物的再利用和綜合開發(fā)利用提供技術。

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EFFECT OF BIOACTIVE POLYSACCHARIDES EXTRACT FROMPROCESSED WASTE ON THE REPRODUCTIVE CAPACITY AND LIFE AND ANTIOXIDATION OF

YE Wen-bin1,2,3, HE Yu-peng1,2, GONG Zheng-rong1,2, CHEN Yao-nian1,2,*LUO Hui4

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

The effects of bioactive polysaccharides extract fromprocessed waste on the reproductive capacity, life and Antioxidation ofwere studied. Experiments were conducted to examine different concentrations ofpolysaccharides for, the reproduction capability and life span of first to fourth (F1to F4) generation, the number of female and male, the activity of antioxidant enzyme superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and malondialdehyde (MDA) contents were investigated. The results showed that, compared with the control group, adding polysaccharides could increase the reproduction capability, extend the life span of F1to F4female and male fruit flies, reduce the contents of MDA in the fruit flies and improve the antioxidant capacity of, exhibiting a dosage effect. and the sex ratio of female and male fruit flies was 1:1.

processed waste; active polysaccharide;; reproductive capacity and life; antioxidation

Q355/R135.1

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2021.01.009

2020-09-12；

2020-11-18

國家自然科學基金項目（31460488）；2019年甘肅省高等學校創(chuàng)新能力提升項目(2019A-190)；江西省教育科技計劃項目（GJJ190563）

葉文斌(1982-)，男，甘肅西和人，副教授，碩士，主要從事遺傳毒理、天然產(chǎn)物化學與功能食品研究(E-mail:yewenbinbest@sohu.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物功能飼料研究(E-mail:yiyan.happy@163.com);

宮崢嶸(1989-)，男，甘肅成縣人，講師，碩士，主要從事植物營養(yǎng)研究(E-mail:lndzgzr@163.com);

陳耀年(1989-)，男，甘肅武威人，講師，碩士，主要從事昆蟲與植物保護研究(E-mail:466451965@qq.com);

*羅 輝(1971-），男，江西吉安人，副教授，碩士，主要從事生物學、分子生物學及遺傳學研究(E-mail: luohui9898@163.com).