温度对果蝇生命周期的影响

李国泰，吴巧玉

(通化师范学院 生命科学学院，吉林 通化 134002)

果蝇在分类学上属于昆虫纲(ClassInsecta)有翅亚纲(SubclassPterygota)，双翅目(Order:Diptera)，果蝇科(FamilyDrosophilidae)果蝇属(GenusDrosophila)[1].果蝇是一种体长3～4mm的昆虫，因其常常在腐烂的水果周围而得名.腐烂的水果上滋生酵母菌，果蝇以酵母菌为食.果蝇是生物学研究中最重要的模式生物之一，在19世纪末20 世纪初，美国学者Morgan 选择黑腹果蝇作为研究对象，通过简单的杂交及对子代表型计数的方法，建立了遗传的染色体理论和基因论，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[2].模式生物[3]的优点主要在于体积小、子代数量多、易于操作、饲养简单、反应灵敏、生命周期短、成本低廉、繁殖能力强，便于进行表型分析，有利于一般的实验室使用[3].果蝇一直是遗传学、发育生物学、分子生物学、细胞生物学、基因组学等多学科和多领域研究的最为理想而经典的实验材料，还可用来作许多其它方面的实验材料[4].

果蝇在遗传学上通常被用来完成三大定律及伴性遗传、三点测交、唾腺染色体观察等实验，2009 年Toivonen 在研究果蝇胰岛素生长因子信号途径时发现了果蝇与哺乳类具有高度的保守性，且这一途径在延长果蝇寿命中扮演着十分重要的角色.目前认为果蝇寿命的分子调节机制与人类等哺乳动物可能具有很多的一致性[5].并且利用果蝇实验检测环境物质的遗传和生物效应是一项简易快速的实验技术，果蝇寿命是判定被检物效应的指标[6].在药品检测和食品检验实验中，常用啮齿类动物(如小鼠)为研究对象，但存在实验周期长，人力和物力投入大，而且实验条件不易控制等各种缺点.果蝇因其代谢系统、生理功能、生长发育等同哺乳动物基本相似，同时具有生存期短、繁殖量大、饲养简便、反应灵敏等优点，因而可以用于类似的研究中[7].本文研究的目的在于通过不同的温度来测试果蝇对低温和高温的耐受程度，以及其寿命的长短，可以为果蝇方面的实验研究提供参考数据.染色体的结构变异在进化和品种的演化中可能起着十分重要的作用[8].果蝇的染色体在减数分裂时，形状很小，不易研究.可是在幼虫的唾液腺细胞中，核特别大，其中的染色体比减数分裂时的染色体和其它体细胞的染色体要大上几百倍[9].两条同源染色体间有差别时很容易看出，所以唾液腺染色体是研究染色体畸变的好材料.

实验的主要方法是对野生型、黑体、白眼、残翅、白眼小翅焦刚毛型果蝇,分别在60℃,50℃,45℃,40℃,35℃,30℃,25℃,0℃,-20℃,-70℃的温度下进行培养或处理，并且观察其生命周期的长短.

1 实验材料

本实验采用的研究对象为野生型果蝇、黑体果蝇、白眼果蝇、残翅果蝇和白眼小翅焦刚毛型果蝇.这些果蝇由生命科学学院遗传学实验室提供.

2 实验方法及处理过程

2.1 培养基的配制

培养基配方如表1所示，配制时先将其水平均分成两份，其中一份用于加热溶解琼脂和糖，另外一份煮玉米粉，两份分别溶解煮好后再合到一起煮沸，关掉火后再加入丙酸，这时培养基很粘稠，要充分搅拌之后再分装培养瓶.培养基冷却之后，在培养基表面撒上一层酵母粉，插上一块经灭菌的滤纸片作为幼虫化蛹的干燥场所，然后再塞上棉塞.

2.2 培养瓶灭菌

经常用来饲养果蝇的是广口瓶和指管.根据实验的特点和所需果蝇的数量来决定采用哪种规格的培养瓶.实验室最常用的是125ml和60ml广口瓶作培养瓶.不管是哪种培养瓶，包括瓶塞在内使用之前必须经过高压灭菌，灭菌温度121～125℃，时间20min.

2.3 果蝇的培育

向新配制的培养基中放入亲本雌雄成虫，进行扩大培养，放入25℃恒温培养箱中培养7～8d，放出亲本，继续培养3～4d后，得到生命力强，健康的成虫用于实验研究的材料.

表1 果蝇培养基配方

(1)第一阶段胚胎发育.经过22h发育后的胚胎角质层，在经过卵细胞受精，精卵细胞核融合以后，细胞核很快就开始连续同步分裂，但是这些细胞核处在同一细胞膜里.可以说这是个多核细胞胚胎.称之为“合胞体胚盘”.在经过第七次核裂后，这些细胞核会游离到细胞膜下.在第九和第十次核裂的时候，八到十个核开始自行分裂.这些细胞会成为生殖细胞，称为极细胞.产卵后2.5h至3h，合胞体胚盘的细胞膜向内折叠包绕各个细胞核，成为“细胞胚盘”.至此，果蝇胚胎细胞的第一层单层表皮形成.细胞核也开始转向非对称型分化.其分化方向与该细胞在胚胎中所处的位置有所关联.腹侧延长轴的卵裂标志着原肠胚开始形成，在原肠胚中会形成三个胚层：腹侧的卵裂形成中胚层.腹沟的前段内陷，形成口道.腹沟的后侧内陷则形成肛窝，与后来形成的内胚层分开.胚胎外层的细胞和口道，肛窝末端的细胞内陷形成外胚层.随着胚带的延长，后段的极细胞开始向胚胎内分裂.器官的分化就开始了，分节现象已经可以看到.在受精大约7.5h后胚带开始缩短，结束于背向闭合.受精后22h，经过一系列的分化发展，幼虫就会发育并形成(图1).

(2)第二阶段幼虫发育.幼虫能在几天内通过进食的方式，从卵体大小为0.5mm长到正常形态大小为2.5mm.其间蜕皮两次，所以可以将它的幼体发育分成三个阶段,分别是一龄幼虫、二龄幼虫、三龄幼虫(图2).

图1 果蝇的二龄幼虫 图2 果蝇的三龄幼虫

图3 果蝇的蛹

(3)第三阶段蛹化.晚期三龄幼虫从食物中爬出，寻找合适的干燥的位置并化蛹.幼虫身体缩短，角质层与表皮逐渐分离成为蛹壳，经过五天的变态发育，最终破蛹而出，形成成虫.蛹壳是半透明的，呈黄褐色，或深黄褐色，长椭圆形(图3).

(4)成虫.野生型的果蝇具有深红色的复眼，灰褐色的身体，一对长翅膀，全身具有直立的刚毛(如图4).成虫的繁殖能力强，每只雌蝇平均每天可产20个卵，最高可产80个.生活周期短，恒温25℃时一个世代平均约10d.染色体数目是2n=8，而且其形态特点十分明显[10].果蝇属于多细胞生物 ,具有生存周期短、饲养简便、反应灵敏、繁殖量大等特点 ,而且其代谢系统、生理功能、生长发育等生理特性同哺乳动物的基本相似，由于果蝇突变型较多，如白眼果蝇、小翅果蝇、残翅果蝇及黑体果蝇等，所以是实验研究绝佳的材料(图4～7).

图4 野生型雄果蝇 图5 野生型雌果蝇

图6 白眼小翅雌果蝇 图7 黑体雄果蝇

3 实验结果及分析

3.1 实验结果

在60℃条件下，野生型果蝇存活5.5min,黑体果蝇存活6min，白眼果蝇存活5min，残翅果蝇存活4min，白眼小翅焦刚果蝇毛存活6.5min.在50℃条件下，野生型果蝇存活12min，黑体果蝇存活12min，白眼果蝇存活10min，残翅果蝇存活10min，白眼小翅焦刚毛果蝇存活14min.在45℃条件下，野生型果蝇存活14min，黑体果蝇存活13min，白眼果蝇存活15min，残翅果蝇存活10min，白眼小翅焦刚毛果蝇存活25min.在40℃条件下，野生型果蝇存活120min，黑体果蝇存活60min，白眼果蝇存活60min，残翅果蝇存活45min，白眼小翅焦刚毛果蝇存活110min.在35℃条件下，野生型果蝇存活27d，黑体果蝇存活23d，白眼果蝇存活25d，残翅果蝇存活24d，白眼小翅焦刚毛果蝇存活26d.在30℃条件下，野生型果蝇存活28d，黑体果蝇存活24d，白眼果蝇存活25d，残翅果蝇存活25d，白眼小翅焦刚毛果蝇存活26d.在0℃条件下，野生型果蝇存活420min，黑体果蝇存活450min，白眼果蝇存活180min，残翅果蝇存活90min，白眼小翅焦刚毛果蝇存活197min.在-20℃条件下，野生型果蝇存活70min，黑体果蝇存活71min，白眼果蝇存活45min，残翅果蝇存活30min，白眼小翅焦刚毛果蝇存活46min(表2).

3.2 结果分析及讨论

从实验研究的数据可以看出，自25～60℃的温度变化过程中，随温度的升高，果蝇生存时间在缩短.自25～-20℃的变化过程中，果蝇的生存时间也在缩短，而且从实验数据上可以看出各种突变型果蝇及野生型果蝇中，野生型果蝇生命力最强，残翅果蝇生活力最弱，最适宜的生存温度是25℃，最长寿命是33d，60℃高温下平均存活时间5.4min，由此得出结论，果蝇对温度的变化很敏感.高温下生存时间较短.

而实验中，在-70℃培养环境下，所有果蝇在1h之后出现死亡特征，但再放在室温环境下放置24h以后，个别果蝇出现复活现象.复活后的果蝇进行培养繁殖时没有成功，可能是新陈代谢机制受到低温的影响.在培养瓶培养4d左右全部死亡.果蝇之所以出现复活这种现象可能有以下几种原因：第一是果蝇的代谢系统产生了应急冷蛋白，保护了他的生命特征.第二是果蝇在环境的影响下出现的假死现象，逃避环境的伤害.

参考文献：

[1]张文霞,戴灼华.遗传学实验指导[M].北京:高等教育出版社,2007.

[2]Rubin G M,Lewis E B.A brief history of Drosophila’s contributionstogenomeresearch[J].Science,2000,287(5461):2215-2218.

[3]万永奇,谢维.生命科学与人类疾病研究的重要模型—果蝇[J].生命科学,2006,18(5):426.

[4]李凤霞.遗传学实验指导及图谱[M].长春:吉林人民出版社,2006.

[5]吴越,王小月,林丽蓉.不同时间运动对果蝇寿命的影响[J].大众体育,2013,2(60):155.

[6]叶文斌,王昱,何九军.Hg-2对果蝇寿命和生育力及脂酶同工酶的影响[J].甘肃高师学报,2012,17(5):24.

[7]张书玲,董丽军,王瑞强.亚硝酸钠对果蝇寿命影响及Vc拮抗作用研究[J].河北农业大学学报,2011,27(2):401.

[8]张惠英,李晓峰,赵倩,等.几种葱属植物的核型分析与比较[J].河北农业大学学报,2006,29(2):40.

[9]刘祖洞.遗传学(下册)[M].北京:高等教育出版社,2010.

[10]戴灼华,王亚馥,粟翼玟.遗传学[M].北京:高等教育出版社,2008.