酵母粉对黑腹果蝇生长发育及产卵能力的影响

王 宁，徐有志，郭小舟，王 博，何倩毓

（黑龙江八一农垦大学动物科技学院，黑龙江 大庆 163319）

黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）隶属昆虫纲双翅目果蝇科果蝇属，为完全变态类昆虫，是遗传学、发育生物学、分子生物学、昆虫学等多学科领域中的重要实验材料。果蝇具有世代周期短、繁殖力强、饲养简单等特点，其生活史包括卵、幼虫、蛹及成虫4个发育时期。成虫产卵后，约24 h孵化为1龄幼虫；之后幼虫每隔24 h蜕皮1次，经2次蜕皮而成3龄幼虫，3龄幼虫经48 h发育化蛹；在化蛹前即产卵后约110 h，果蝇幼虫发生禁食及游走的行为，该时间点在果蝇发育研究中通常被作为判断果蝇发育是否正常的关键节点[1-3]。蛹经历4 d左右即可羽化为成虫，成虫交配2 d后产卵，整个发育周期大约10 d[4]。研究表明，果蝇整个发育周期是受激素和营养的协同控制，其中，营养等细胞外信号决定生长速度，而激素等细胞内信号决定了生长周期，二者协同作用最终影响了果蝇的个体大小[5]。而个体大小对果蝇的交配与生殖又具有重要的影响[6]。酵母粉是果蝇培养基中的重要成分，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着至关重要的作用。因此，果蝇培养基中酵母粉含量的确定显得尤为重要。目前，国内外许多果蝇研究实验室虽然都有自己的培养基配方，但差异较大，而笔者在实验操作过程中也发现各配方中酵母粉含量的不同导致果蝇整个发育周期的改变，这对研究激素等信号通路对果蝇生长发育的影响势必造成干扰。因此，笔者拟通过在果蝇基本培养基中添加不同浓度的酵母粉，研究酵母粉浓度与果蝇幼虫的发育时间、蛹重以及雌虫产卵量的关系，以期确定适合果蝇正常生长发育的酵母粉含量，从而为今后果蝇发育生物学研究提供理论基础。

表1 果蝇培养基中酵母粉和其他成分含量

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用野生型黑腹果蝇w1118为黑龙江八一农垦大学动物科技学院动物遗传育种与繁殖实验室保种。主要试剂包括玉米粉、无水乙醇，对羟基苯甲酸甲酯、蔗糖、红糖、琼脂粉、葡萄汁、安琪活性酵母。主要仪器设备包括BSC-250恒温生化培养箱（上海博讯）、电子天平、电磁炉。

1.2 试验方法

1.2.1 果蝇培养基的配制：按照表1中的配方，配制3种酵母粉含量不同的果蝇培养基。配制时将蒸馏水分成2份，其中1份加入琼脂粉和糖，搅拌均匀后加热至完全融化，另一份加入玉米粉和酵母粉，搅拌均匀后加入沸腾的琼脂糖溶液中，继续加热，直至呈玉米糊状，待稍冷却后加入溶于无水乙醇的对羟基苯甲酸甲酯，混匀后分装于果蝇培养瓶中。

1.2.2 果蝇幼虫发育时间的计算：在含不同酵母浓度的果蝇培养管中分别放入100枚野生型黑腹果蝇卵，置于25℃培养箱中培养，待3龄幼虫开始出现游走时，统计游走幼虫的数量。每隔6～8 h统计1次，以全部幼虫达到游走阶段为终点，最后以达到50%的游走幼虫数目的时间来评估整个幼虫期发育时间的长短，每组重复3次。

1.2.3 果蝇蛹重的计算：分别取饲养于含不同酵母浓度果蝇培养管中的白色预蛹时期的果蝇20只进行称重，每组重复3次，计算单个果蝇的体重并进行比较分析。

1.2.4 果蝇产卵能力的计算：分别取含不同酵母浓度的果蝇培养管中新羽化的雌、雄果蝇各6只进行交配，24 h后统计之后3 d的产卵总量，每组重复3次，计算每只果蝇每天的平均产卵量并进行比较分析。

1.2.5 数据处理：试验结果用平均值±标准差表示。采用SPSS 16.0软件中的 “Independent Samples T-Test”分析法对试验数据进行统计学检验。P＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 不同酵母浓度对果蝇幼虫发育时间的影响

由图1可知，培养基酵母浓度对果蝇幼虫的发育存在较大影响。在不含酵母的培养基中饲养的果蝇幼虫基本在1龄幼虫期即发生死亡；当培养基中酵母浓度为1.5%时，50%幼虫达到游走阶段的时间约为产卵后114 h，与理论上果蝇幼虫发育时间大体相符；而当培养基中酵母浓度增加至3.0%时，果蝇幼虫进入游走阶段的时间提前，大致为产卵后98 h。

图1 不同酵母浓度对果蝇幼虫发育时间的影响

2.2 不同酵母浓度对果蝇蛹重的影响

由表2可知，在酵母粉含量为3.0%的培养基中生长的果蝇其蛹重大于在酵母粉含量为1.5%的培养基中生长的果蝇，但二者差异不显著 （P＞0.05），表明酵母浓度对果蝇蛹重无显著影响。无酵母添加组由于果蝇在早期幼虫阶段即全部死亡，所以蛹重无法获得。

表2 不同酵母浓度对果蝇蛹重的影响

2.3 不同酵母浓度对果蝇产卵能力的影响

由表3可知，在酵母粉含量为3.0%的培养基中生长的雌果蝇产卵量显著大于在酵母粉含量为1.5%的培养基中生长的雌果蝇，表明随着酵母浓度的提高，果蝇产卵量显著增加（P＜0.05）。同样，由于无酵母培养基中饲养的果蝇在早期幼虫即发生死亡，所以成虫产卵能力无法测定。

表3 不同酵母浓度对果蝇产卵量的影响

3 讨论

培养基成分和含量以及饲养方式等对果蝇的个体大小、发育、繁殖和生存有着重要的影响[7-10]。酵母是果蝇培养基中的重要成分，果蝇幼虫以酵母菌为食。谢德娟等[7]研究表明，培养基中联合添加葡萄糖、麦麸与活酵母可使果蝇发育周期缩短，成蛹与羽化高峰期提前，子代数量与体重提高。此外，修冰等[11]研究表明酵母粉可促进果蝇的生长发育，并使其繁殖力增强。Bradley等[12]早期研究发现，酵母粉可以提高黑腹果蝇雌蝇的产卵量。以上研究均说明酵母粉在果蝇的生长发育和繁殖方面起着重要的调控作用。该研究通过对比分析培养基中添加不同浓度的酵母粉对果蝇幼虫的发育时间、蛹重以及成虫产卵能力等三方面的影响，进一步证实了酵母粉在果蝇整个生长发育和繁殖方面均发挥重要的作用。酵母粉富含丰富的蛋白质、维生素、粗纤维、矿物质以及微量元素，一方面为成虫提供所需能量，从而影响其产卵量；另一方面可为幼虫提供生长发育所必需的营养物质，从而影响幼虫的发育。此外，活酵母发酵时产生的气泡使得培养基变得疏松，更利于幼虫的生长取食，同时可防止杂菌的生长。试验中发现，未添加酵母粉的培养基放置时间较长时，培养基变得非常干燥，幼虫蠕动困难，最终导致幼虫发育停滞在1龄幼虫。

该研究根据实验室中果蝇饲养时出现的幼虫发育时间与理论发育时间相差较大的现状，探索了 3种酵母浓度（0、1.5%、3.0%）的作用，结果表明，饲养于含1.5%酵母粉培养基中的幼虫其发育至游走阶段的时间大致为产卵后114 h，与理论游走时间（产卵后110 h）接近，而饲养于含3.0%酵母粉的培养基中的幼虫其发育时间大致为产卵后98 h，比理论时间提前约12 h。研究结果为实验室果蝇的正常饲养提供了可靠依据，剔除了营养因素的干扰，为今后研究激素对果蝇生长发育的调控机理提供了基础。