培养基成分对雌果蝇寿命的影响
2014-05-30王彩艳等
王彩艳等
摘要[目的] 探讨各培养基成分对雌果蝇寿命的影响。[方法] 通过测定雌果蝇的寿命、鲜重及超氧化物歧化酶（SOD）活性，研究了不同培养基成分对雌果蝇寿命及体重的影响。[结果]含酵母粉的培养基显著延长了雌果蝇的寿命，而浓度变化对雌果蝇的寿命没有显著影响；不同浓度白砂糖对雌果蝇寿命的影响呈现倒钟型的曲线，当培养基中糖浓度为40.5 g/L处果蝇出现寿命最长；若糖浓度过低和过高，都不利于果蝇的生长，存活率呈急剧下降趋势；果蝇鲜重随着糖浓度的升高出现下降的趋势；不同糖浓度下SOD活性的变化并没有出现随寿命延长而呈逐渐升高的趋势。[结论] 酵母粉浓度变化对处女蝇的寿命延长无显著影响，一定糖浓度使果蝇处于饥饿状态，寿命最长。
关键词黑腹果蝇；培养基成分；酵母粉；白砂糖；能量限制
中图分类号S186；文献标识码
A文章编号0517-6611（2014）06-01635-04
Abstract[Objective] To discusses the effect of different medium components on the life and the weight of the female Drosophlia melanogaster. [Method] This article discusses the effects by determining the life span， fresh weight of fruit flies and examining the SOD activity in fruit flies. [Result] The medium with yeast power has greatly lengthen the life span of the female fruit flies， but different concentrations of yeast have the same effect； In Drosophlia melanogaster， the relationship chart between different concentrations of sugar and life span presents a pour bell figure， peaks at intermediate nutrient concentrations showing dietary restriction（DR）， and that also shows hunger （lower sugar concentration） and energy surplus （higher sugar concentration） both are not good for the growth of fruit flies， accompanying the survival rate fell sharply； Fresh weight of flies declines with sugar concentration increasing； In different sugar concentrations， SOD activity did not appear same rising trend with life span rising. [Conclusion] The concentration change of yeast powder has no actual significance to virgin fruit flies； A low sugar concentration makes fruit flies to starve and a high sugar concentration makes fruit flies into energy surplus state. Both are disadvantageous to extend
Key wordsDrosophlia melanogaster； Medium component； Yeast powder； Sugar； Dietary restriction
黑腹果蠅（Drosophlia melanogaster）是生物学研究中最重要的模式生物之一。20世纪初，Morgan选择黑腹果蝇作为研究对象，建立了遗传的染色体理论，奠定经典遗传学的基础并开创利用果蝇作为模式生物的先河[1]。自20 世纪80 年代以来，对果蝇的基因组操作取得了重大进展，在果蝇中发展出一系列有效技术，多种技术如今已应用到其他后生动物，但有些技术仍然只能应用于果蝇[2-3]。总之，果蝇在生物学舞台上占有举足轻重的地位，是生命科学与人类疾病研究的重要模型。
动物的生长发育离不开摄食活动，大量研究表明减少营养的摄入（饮食限制或能量限制）可以延长寿命，在酵母、线虫、果蝇、啮齿动物乃至人类中已经得到了证实[4-8]。果蝇生活在培养管中，能量的来源只有培养基，因此研究培养各成分对果蝇寿命的影响对于饮食限制具有实际意义。曾有人报道增加酵母粉量可促使地中海雌蝇产卵量增加，同时发现寿命的延长和产卵量呈负相关[9] ，也有报道认为酵母粉可以促进黑腹果蝇的雌蝇产卵量增加[ 10] ，这些均说明酵母粉量对雌果蝇的生长发育与繁殖等方面起着重要作用。目前，关于酵母粉量对果蝇生长发育繁殖等方面的影响已有报道[11-12] ，但尚未见到关于其对处女蝇寿命的影响报道。笔者对精细的酵母浓度变化对雌果蝇寿命的影响进行了研究，以揭示糖与能量限制的关系。
关于营养限制的大多数研究都是将食物进行稀释或研究食物成分的配比对雌雄果蝇生命周期、生理特性、繁殖和生存等方面的影响[13]，而尚未见到关于培养基中关键作用因子对处女蝇的寿命、体重等的影响报道。笔者从各常用培养基成分入手，探究酵母粉和白砂糖的浓度与果蝇寿命的关系，以期建立能量限制下的一个长寿命果蝇模型。
1材料与方法
1.1材料
1.1.1实验动物。
野生型黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）Oregon R品系由华南农业大学蚕桑养殖中心提供。
1.1.2试剂与仪器。
高活性酵母，由安琪酵母股份有限公司生产；“佳一粒”精幼砂糖，由广东中轻糖业集团有限公司生产；麦胚芽和酵母粉，由安徽燕之坊食品有限公司生产；SOD试剂盒，由南京建成生物工程研究所生产；Eppendorf 高速冷冻离心机，由Germany制造；上皿电子天平，型号FA2004，由上海天平仪器厂生产；722N可见分光光度计，由上海精密科学仪器有限公司制造；手动玻璃匀浆器；Eppendorf 移液枪，由Germany制造。
1.1.3培养基。
（1）培养基Ⅰ：为基础培养基，用于果蝇的传代培养，其主要成分为：水100 ml、白砂糖5 g、琼脂1 g、玉米粉5 g、麦胚芽5 g、酵母粉4 g、丙酸0.5 ml。
（2）培养基Ⅱ：探究不同酵母粉浓度对果蝇寿命的影响所用的培养基。按表1中的比例称取各种成分，其中酵母浓度为100%的培养基即为上面的培养基Ⅰ。收集生长在培养基Ⅰ上8 h内新羽化未交配的雌果蝇，随机分管培养在培养基Ⅱ、培养基Ⅲ、培养基Ⅳ中，每组浓度5管，每管30只雌果蝇。每5 d更换1次培养基，每天统计果蝇存活数和死亡数，直到全部死亡，计算平均寿命、平均最高寿命（后5只死亡的平均时间）、半致死时间（半数死亡的时间）和死亡曲线。
1.2.3果蝇鲜重的测定。
收集生长在培养基Ⅰ上8 h内新羽化未交配的雌果蝇并随机分管培养在培养基Ⅳ上，每组浓度6管，每管30只雌果蝇。每5 d 更换新鲜配制的培养基1次，在生长25 d收样。将相同糖浓度下剩余的活果蝇集体麻醉致死后随即分为4组，每组40 mg，根据果蝇的数量计算出每只果蝇的平均鲜重。
1.2.4SOD活性的测定。
在果蝇0、15、25日齡，取各糖浓度组存活雌果蝇，随机分为4个样本，每个样本每组40 mg。每样本加入0.5 ml生理盐水，在冰浴中匀浆5 min，间歇30 s，反复3次，制成组织匀浆；以6 000 r/min离心10 min，取上清作为待测液，分别测定SOD活性（羟胺法）取其平均值。SOD活性单位为U/ml[15～17]。
1.2.5数据统计与分析。试验数据使用SPSS17.0统计分析包统计与分析，组间差异运用Oneway ANOVA方法进行分析，各组均数间差异比较采用LSD方法检验。
2结果与分析
2.1不同培养基成分对果蝇寿命的影响
从图1可以看出，与正常组、无麦胚芽组、无玉米粉组相比，无糖组果蝇的平均寿命均有显著性下降；其他组的平均寿命均无显著性差异。与无小麦胚芽组、无玉米粉组相比，无糖组果蝇的平均最高寿命均呈显著性下降；其他组间的平均最高寿命均无显著性差异。无糖组和无酵母组果蝇的半致死时间均比正常组的极显著缩短；无小麦胚芽组和无玉米粉组果蝇的半致死时间与正常组无显著性差异；无糖组的半致死时间除与无酵母组无显著性差异外，较其他组均显著缩短；无酵母组和无小麦胚芽组、无糖组间均无显著性差异，与其他组存在显著性差异。
2.2不同酵母浓度对果蝇寿命的影响
从图2可以看出，不同酵母粉浓度对果蝇平均寿命的影响出现波动性变化，无酵母粉组（0号）的平均寿命较有酵母粉的试验组都显著降低，但未见明显规律；有酵母粉组的各浓度间的平均寿命个别存在显著性差异（或高或低），但未见明显规律；将有酵母粉组看作一个样本与无酵母分组相比，t检验发现有酵母粉可以显著提高果蝇的平均寿命。平均最高寿命亦出现与平均寿命相似的结果，有酵母粉组的平均最高寿命较无酵母粉组仍然有显著性提高。从半致死时间来看，无酵母粉组除与15号、17号无显著性差异外，较其他有酵母粉组均有显著性缩短（与14号、25号显著性差异，其他则存在极显著性差异）；有酵母粉组出现波动性变化，未见明显规律。2.3不同糖浓度对果蝇寿命的影响3号糖浓度下生长的果蝇比其他各组其平均寿命均有显著性提高；与无糖组（0号）相比，1～8号、10号糖浓度下生长的果蝇的平均寿命均有极显著地提高，而12号糖浓度有显著性提高；1号、2号、4号、5号4个糖浓度下生长的果蝇平均寿命均没有显著性差异；6～9号4个糖浓度下的果蝇平均寿命呈逐渐下降趋势，9号与6号、7号均有显著性差异，与8号则无显著性差异；9号、11号、13号、14号、15号、16号糖浓度下生长的果蝇平均寿命之间均无显著性差异；另外，10号和12号糖浓度下果蝇的平均寿命出现小幅度上升，10号糖浓度与1～5号和后面的13～16号糖浓度均有显著性差异。
各糖浓度条件下果蝇的平均最高寿命变化情况与其平均寿命情况相似，后5只的平均最高寿命中1号和8号都有波动，但是总体趋势不变15日龄，与无糖组相比，6、7和8号的SOD活性都有极显著升高，9、10和11号的SOD活性都有显著性升高；6号和7号无显著性差异，除与8号和11号没有显著性差异外，较其他各组均显著性升高；8～12号没有显著性差异，处于一种平衡状态；12～16号亦无显著性差异。25日龄，与无糖组相比，1～4号和13号SOD活性显著性降低，7号和10号SOD活性均显著性升高；3号SOD活性水平在各组中最低，7号SOD活性在各组中最高且二者都有统计学意义；8～11号处于平台期，组间无显著性差异；13～15号SOD活性有上升的趋势。
3讨论
各成分培养基对果蝇寿命影响的研究表明糖类是雌果蝇寿命的关键因子，白砂糖是试验中果蝇培养基唯一的碳能来源，缺少糖会使果蝇的生长和发育受到严重的影响；从平均寿命和半致死时间来看，酵母粉是第二大制约因子，酵母粉为果蝇的生长提供蛋白质、微量元素和维生素等，在果蝇的生长发育尤其是幼虫的发育中起到至关重要的作用，成熟的雌果蝇对蛋白質的需要量很少，这也说明酵母的影响不显著，另外培养基中添加有麦胚芽，麦胚芽中的营养成分可能弥补酵母粉中所含的成分，因此无酵母粉组果蝇的平均寿命和平均最高寿命较正常组无显著性降低。研究表明，麸皮的添加会使培养基更酥松，有利于果蝇的产卵，但是试验中有无麦胚芽未发现对雌性处女蝇有影响。这说明麦胚芽的添加只会使食物营养更丰富而不是影响果蝇寿命的关键因子；虽然玉米粉和小麦胚芽均不能影响果蝇寿命，但添加玉米粉的培养更易发霉，这也说明用含有玉米粉的培养基换管时间要缩短。是否添加酵母粉会影响果蝇的寿命，但是酵母粉的添加量不会对果蝇产生影响，可能是因为处女蝇不需要繁殖，对酵母的需求大大减少。另外，未添加酵母粉的培养基容易变质，对于换管周期比较长的试验不适合，所以培养基中加入适量的酵母粉不仅能为果蝇提供能量，同时可以改善培养基，延长培养基使用时限。不同糖浓度与果蝇寿命的关系与前人研究的结果相似，饥饿和能量过剩都不利于寿命的延长，只有添加适宜浓度的糖时才能促进寿命的延长。SOD水平并没有表现与寿命相关的变化趋势，对于糖类如何在此过程中发挥作用还需要进一步研究。研究还发现高糖浓度下果蝇的体重相对于低糖浓度是下降的，与人类的糖尿病情况相似，研究发现糖尿病患者在未注射胰岛素的情况下其体重相对正常情况是降低的，这说明该试验结果有利于建立果蝇的糖尿病模型。
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