酵母對(duì)黑腹果蠅生殖能力、羽化周期及抗氧化能力的影響

盧 瑾，傅日添，非峻宇，陳高遠(yuǎn)，劉卜億，李亞娟

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院，廣東 廣州 510642；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)院，廣東 廣州 510642；3.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，廣東 廣州 510642；4.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)試驗(yàn)與實(shí)踐訓(xùn)練中心，廣東 廣州 510642)

黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）屬昆蟲綱雙翅目果蠅科，是重要的模式生物之一，因其體型小、飼養(yǎng)繁殖力強(qiáng)、遺傳背景清晰等優(yōu)點(diǎn)，成為遺傳學(xué)、分子生物學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域研究的重要試驗(yàn)材料。果蠅雜交試驗(yàn)是遺傳學(xué)試驗(yàn)教學(xué)的重要內(nèi)容，通過(guò)設(shè)計(jì)和實(shí)施果蠅雜交試驗(yàn)過(guò)程，鞏固學(xué)生對(duì)遺傳定律內(nèi)涵的理解，激發(fā)學(xué)生對(duì)遺傳學(xué)研究的興趣，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神和協(xié)作能力。在遺傳學(xué)試驗(yàn)教學(xué)中，果蠅雜交試驗(yàn)需要雜交1～2 次，得到2～3 個(gè)世代的果蠅群體，試驗(yàn)周期較長(zhǎng)，特別是每次雜交挑選處女蠅都需要約7 d，整個(gè)試驗(yàn)周期需要30～50 d，加劇了教學(xué)任務(wù)重與課時(shí)少之間的矛盾。

酵母粉是果蠅飼料中不可缺少的基本成分之一，酵母菌含有豐富的蛋白質(zhì)、粗纖維素、碳水化合物、礦物元素及微量元素等物質(zhì)，為果蠅提供生長(zhǎng)發(fā)育所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在果蠅尤其是幼蟲的生長(zhǎng)發(fā)育中起著至關(guān)重要的作用。在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中添加酵母，果蠅的交配率和繁殖率都顯著提高。研究表明，添加活酵母可以縮短果蠅發(fā)育周期，提高子代數(shù)量與體重，隨著酵母濃度升高，果蠅幼蟲發(fā)育時(shí)間縮短。筆者研究了不同酵母濃度培養(yǎng)下果蠅3 齡幼蟲和蛹的發(fā)育周期、性活力、繁殖能力、爬行能力和抗氧化能力的差異，探索酵母對(duì)果蠅生長(zhǎng)發(fā)育和生殖能力的影響，以期縮短處女蠅選擇周期和果蠅雜交試驗(yàn)周期，提高果蠅雜交試驗(yàn)的教學(xué)效率和效果。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用果品系為野生型黑腹果蠅（Drosophila melanogaster），由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)遺傳學(xué)試驗(yàn)室提供，培養(yǎng)條件為25 ℃，相對(duì)濕度為70%，光周期為12L∶12D。果蠅培養(yǎng)基成分見表1，酵母粉為安琪活性酵母(食物級(jí)），培養(yǎng)果蠅的培養(yǎng)基中酵母的濃度一般為1%，所以設(shè)1%酵母濃度為對(duì)照組。

表1 果蠅培養(yǎng)基成分表

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 果蠅生活周期 將若干黑腹對(duì)果蠅成蟲轉(zhuǎn)入裝有不同酵母濃度培養(yǎng)基的培養(yǎng)瓶中，至后代有幼蟲出現(xiàn)時(shí)將果蠅轉(zhuǎn)出。挑選生長(zhǎng)狀況良好的即將化蛹的3 齡幼蟲放入培養(yǎng)瓶中，每瓶1 只，每組每天100 只，連續(xù)挑15 d，置于25 ℃培養(yǎng)至羽化。記錄每只果蠅的羽化時(shí)間和果蠅性別，計(jì)算從3 齡幼蟲到羽化的時(shí)間，記為羽化周期，并統(tǒng)計(jì)每組果蠅的羽化率和雌雄比例。

1.2.2 果蠅性活力測(cè)定 將若干黑腹果蠅成蟲轉(zhuǎn)入裝有不同酵母濃度培養(yǎng)基的培養(yǎng)瓶中，至后代有黑色蛹出現(xiàn)時(shí)將果蠅轉(zhuǎn)出。收集羽化后8 h 內(nèi)未交配的雌雄果蠅，用乙醚麻醉后將雌雄果蠅分別放入對(duì)應(yīng)酵母濃度的培養(yǎng)管中，每瓶10 只，置于25 ℃生化培養(yǎng)箱中培養(yǎng)4 d 后，將雌雄果蠅轉(zhuǎn)入同一三角瓶中進(jìn)行雜交，每瓶10 對(duì)，記錄90 min 內(nèi)果蠅的交配潛伏期、交配率和交配持續(xù)期。

1.2.3 果蠅后代總數(shù)和雌雄比 將黑腹果蠅成蟲轉(zhuǎn)入裝有不同酵母濃度培養(yǎng)基的培養(yǎng)瓶中，每瓶10對(duì)，至后代有黑色蛹出現(xiàn)時(shí)將果蠅轉(zhuǎn)出。自子代果蠅羽化開始，每天將子代果蠅轉(zhuǎn)出，用乙醚麻醉后區(qū)分果蠅性別并計(jì)數(shù)，共統(tǒng)計(jì)10 d。計(jì)算10 d 內(nèi)產(chǎn)生的果蠅后代總數(shù)和子代中雌雄比例。

1.2.4 果蠅爬行能力的測(cè)定 將若干黑腹果蠅成蟲轉(zhuǎn)入裝有不同酵母濃度培養(yǎng)基的培養(yǎng)瓶中，至后代出現(xiàn)蛹時(shí)將果蠅轉(zhuǎn)出。配制培養(yǎng)基倒入平底塑料管，每個(gè)濃度20 管。收集自羽化后8 h 內(nèi)的處女蠅，用乙醚麻醉后區(qū)分果蠅性別，采用雌雄分開單獨(dú)飼養(yǎng)的方式飼養(yǎng)果蠅，每個(gè)培養(yǎng)瓶中10 只。將培養(yǎng)瓶置于25 ℃生化培養(yǎng)箱中培養(yǎng)4 d 后，轉(zhuǎn)入干燥平底圓筒玻璃管中，輕輕將果蠅抖落至底部，記錄6 s 內(nèi)向上爬行至預(yù)設(shè)6 cm 標(biāo)線的果蠅數(shù)量。重復(fù)3 次，記錄上線的果蠅數(shù)，取3 次中的最高值。

1.2.5 果蠅抗氧化能力的測(cè)定 將不同酵母濃度的培養(yǎng)基中飼養(yǎng)4 d 的果蠅轉(zhuǎn)至空管中，饑餓處理2 h。取40 μL 30%過(guò)氧化氫葡萄糖溶液浸濕1 cm×6 cm長(zhǎng)方形，并貼在培養(yǎng)管壁上，將饑餓處理2 h 的果蠅轉(zhuǎn)入培養(yǎng)瓶，每8 h 添加4 μL30%過(guò)氧化氫葡萄糖溶液保證果蠅的進(jìn)食量。每4 h 記錄果蠅死亡數(shù)量，直至果蠅全部死亡，計(jì)算每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的存活率，并制成存活率折線圖。試驗(yàn)中，因轉(zhuǎn)換時(shí)操作不當(dāng)導(dǎo)致意外死亡的果蠅數(shù)據(jù)要剔除，避免影響試驗(yàn)結(jié)果。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS25.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 酵母濃度對(duì)果蠅生活周期的影響

比較不同酵母濃度培養(yǎng)的果蠅從3 齡幼蟲到羽化的生活周期（表2），結(jié)果表明，隨著酵母濃度的增加，果蠅的羽化周期大致呈縮短的趨勢(shì)。酵母濃度為4%時(shí)，果蠅的羽化周期最短，雌雄性果蠅的羽化周期均比對(duì)照（酵母濃度為1%）縮短了0.9 d，且達(dá)到了顯著水平，同時(shí)雌性果蠅的羽化周期一致性最好，有利于縮短收集處女蠅的時(shí)間；果蠅的羽化率呈上升趨勢(shì)。但當(dāng)酵母濃度為5%時(shí)，果蠅的羽化率有所下降，且各酵母濃度飼養(yǎng)下沒(méi)有顯著差異，表明酵母濃度不會(huì)顯著影響果蠅羽化率；在各個(gè)酵母濃度下，雌性果蠅的羽化周期較雄性果蠅短。

表2 不同酵母濃度對(duì)果蠅羽化率和羽化周期的影響

2.2 酵母濃度對(duì)果蠅性活力的影響

比較不同酵母濃度培養(yǎng)的果蠅性活力（圖1），結(jié)果表明，酵母濃度為4%時(shí)果蠅的交配率顯著高于其他濃度，果蠅的交配持續(xù)期也顯著延長(zhǎng)，交配潛伏期顯著縮短；酵母濃度為1%，2%，3%時(shí)果蠅的交配時(shí)長(zhǎng)和交配率相差不大且無(wú)顯著差異，推測(cè)大幅提高酵母濃度能達(dá)到提高果蠅性活力的效果。

圖1 不同酵母濃度培養(yǎng)的果蠅的交配潛伏期、交配持續(xù)期和交配率

2.3 酵母濃度對(duì)果蠅后代總數(shù)和雌雄比的影響

比較不同酵母濃度培養(yǎng)的果蠅開始羽化后10 d 內(nèi)的后代總數(shù)和雌雄比例（圖2），結(jié)果表明，隨著酵母濃度增加，果蠅后代總數(shù)有較明顯的升高趨勢(shì)，且酵母濃度為4%時(shí)，后代總數(shù)最高，說(shuō)明提高酵母濃度有利于增強(qiáng)果蠅的繁殖能力，且酵母濃度為4%時(shí)，果蠅的繁殖能力最強(qiáng)。當(dāng)酵母濃度為4%時(shí)，后代果蠅雌雄比值較大，但各個(gè)濃度所產(chǎn)生的后代雌雄比差異不明顯，說(shuō)明提高酵母濃度可相對(duì)提高雌性果蠅的比例，但酵母濃度對(duì)雌雄果蠅發(fā)育和性別分化沒(méi)有顯著影響。

圖2 不同酵母濃度培養(yǎng)的果蠅繁殖能力及后代雌雄比例

2.4 酵母濃度對(duì)果蠅爬行能力的影響

比較不同酵母濃度培養(yǎng)的果蠅爬行能力（圖3），結(jié)果表明，隨著酵母濃度的提高，雄性果蠅爬行能力逐漸下降，當(dāng)酵母濃度提高到3%時(shí)，雄性果蠅爬行能力顯著降低；隨著酵母濃度的提高，雌性果蠅爬行能力呈先升后降趨勢(shì)。在酵母濃度較低時(shí)，隨著酵母濃度的提高雌性果蠅爬行能力顯著提高；在酵母濃度較高時(shí)，隨著酵母濃度的提高雌性果蠅爬行能力顯著降低，當(dāng)酵母濃度為2%時(shí)，雌性果蠅爬行能力最強(qiáng)。

圖3 不同酵母濃度培養(yǎng)下果蠅的爬行能力

2.5 酵母濃度對(duì)果蠅抗氧化能力的影響

比較不同酵母濃度培養(yǎng)的果蠅抗氧化能力（圖4），結(jié)果表明，經(jīng)30%過(guò)氧化氫糖溶液喂養(yǎng)前40 h，酵母濃度為3%的培養(yǎng)基飼養(yǎng)的雄性果蠅存活率最高，抗氧化能力最強(qiáng)，但40 h 后其存活率急劇下降；經(jīng)30%過(guò)氧化氫糖喂養(yǎng)40 h 后，酵母濃度為1%的培養(yǎng)基飼養(yǎng)的雄性果蠅存活率最高，果蠅仍有較好的抗氧化能力；酵母濃度為4%時(shí)，雄性果蠅的抗氧化能力最差。在雌性果蠅中，經(jīng)30%過(guò)氧化氫糖溶液喂養(yǎng)前28 h，酵母濃度越高雌性果蠅存活率越高，抗氧化能力越強(qiáng)，但28 h 后酵母濃度為2%，3%，4%時(shí)果蠅存活率持續(xù)快速下降，而酵母濃度為1%時(shí)，果蠅存活率下降較緩慢，果蠅抗氧化能力最強(qiáng)，表明提高酵母濃度可以提高新生雌性果蠅抗氧化能力。

圖4 不同酵母濃度喂養(yǎng)的雌性果蠅（左）與雄性果蠅（右）的抗過(guò)氧化氫生存曲線

3 結(jié)論與討論

酵母是果蠅培養(yǎng)基中的重要成分。孫美玲等在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中添加酵母，發(fā)現(xiàn)果蠅的交配率和繁殖率都顯著提高。謝德娟等研究表明，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。修冰等研究表明，酵母粉可促進(jìn)果蠅的生長(zhǎng)發(fā)育，并使其繁殖力增強(qiáng)。雌性果蠅交配后會(huì)大量吸收酵母，從而提高產(chǎn)卵量。雌性產(chǎn)卵總數(shù)受酵母與糖比例的影響顯著。以上結(jié)果均表明，酵母在果蠅的生長(zhǎng)發(fā)育、交配、繁殖方面起著重要的調(diào)控作用。本研究結(jié)果表明，適量增加酵母濃度，能顯著縮短果蠅從3 齡幼蟲到羽化的生活周期，果蠅交配率提高和交配持續(xù)期增長(zhǎng)，后代的總數(shù)明顯增加，進(jìn)一步證明酵母在果蠅生長(zhǎng)發(fā)育和生殖過(guò)程中發(fā)揮重要的調(diào)控作用。酵母濃度過(guò)高時(shí)，培養(yǎng)基產(chǎn)生大量的微生物，培養(yǎng)基表面的濕度和粘度增加，限制了果蠅的活動(dòng)和性活力，因此當(dāng)酵母濃度達(dá)到一定程度時(shí)，酵母濃度升高反而延長(zhǎng)果蠅羽化時(shí)間，后代總數(shù)也會(huì)顯著減少。當(dāng)酵母濃度達(dá)到2%時(shí)，隨著酵母濃度的提高，果蠅爬行能力顯著降低，說(shuō)明酵母濃度過(guò)高對(duì)果蠅爬行能力有負(fù)面影響。酵母是一種具有抗氧化活性的物質(zhì)，適當(dāng)提高酵母濃度，在短時(shí)間內(nèi)果蠅有較高的抗氧化能力，但一段時(shí)間后，果蠅抗氧化能力逐漸減弱，且酵母濃度變化對(duì)雄蠅抗氧化能力的影響比對(duì)雌蠅更強(qiáng)，具體的作用機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

本研究通過(guò)比較不同酵母濃度培養(yǎng)下果蠅3 齡幼蟲和蛹的發(fā)育周期、性活力、繁殖能力、爬行能力和抗氧化能力的差異，發(fā)現(xiàn)酵母濃度為4%時(shí),雌雄性果蠅的生活周期均比對(duì)照（酵母濃度為1%）縮短了0.9 d，同時(shí)雌性果蠅的生活周期一致性最好，有利于縮短收集處女蠅的時(shí)間；酵母濃度為4%時(shí)，果蠅交配率顯著提高，交配持續(xù)期顯著延長(zhǎng)，交配潛伏期顯著縮短，同時(shí)得到的后代數(shù)量最多，表明較高的酵母濃度可以顯著提高果蠅性活力和繁殖能力。在果蠅雜交試驗(yàn)中，可通過(guò)提高酵母的濃度縮短收集處女蠅的時(shí)間和各世代的生活周期，從而加快試驗(yàn)進(jìn)程，有效緩解課時(shí)數(shù)少與試驗(yàn)周期長(zhǎng)之間的矛盾。本研究結(jié)果認(rèn)為，4%酵母濃度為果蠅雜交試驗(yàn)中培養(yǎng)果蠅的最佳酵母濃度。