谷子可溶性膳食纤维对果蝇生活的影响

任艾齐,陈立英,岳琳忠,邓梦婷,赵文婧,2*

(1.太原师范学院 生物科学与技术学院,晋中 030619,2.山西大学 生物技术研究所,太原 030006)

谷子,又称粟,是禾本科狗尾草属植物,脱壳后即为小米[1].本研究选用的谷子品种是晋谷21号,晋谷21号是由山西省农科院经济作物研究所育成的优质高产谷子新品种,该品种在1992年中国首届农业博览会上荣获银奖,并两次荣获中国小米之冠的称号.谷子营养丰富,含有丰富的可溶性膳食纤维,可溶性膳食纤维具有良好的营养保健作用[2].研究表明,可溶性膳食纤维不仅可以缓解便秘,降低胆固醇、血糖水平,还可以在肠道中被肠道微生物彻底分解,调节肠道菌群,产生各种短链脂肪酸,在预防和治疗结肠癌方面有一定的效果[3].

作为生物学研究中最重要的模式生物之一,果蝇具有生命史短、易于饲养、易于取材、全基因组测序工作已经完成、可供研究的信息更多等优势[4].因此果蝇被广泛应用于遗传学、生理学、生物化学及药理学等方面的研究.果蝇作为研究人类疾病的模式生物,与人类在身体发育、遗传变异、肿瘤产生、神经衰退等方面的机制有许多相似之处[5].近年来,科学家已研究了花生粕多肽提取物[6]、褐变黑枸杞[7]、特效植物素[8]、芦荟[9]和蕨菜黄酮[10]等对果蝇的生长、发育、繁殖等生活方面的影响,关于谷子可溶性膳食纤维对果蝇生活的影响还未见报道.因此通过研究谷子可溶性膳食纤维对果蝇生活的影响,旨在为进一步开发谷子可溶性膳食纤维的医疗保健功能提供理论依据.

1 材料与设备

1.1 材料与试剂

提取膳食纤维所需原材料晋谷21号购自山西省农业科学院,其他实验所需材料和试剂详见表1.

表1 实验材料与试剂

1.2 仪器与设备

实验所用仪器与设备均由太原师范学院生物科学与技术学院实验室提供,详见表2.

2 实验方法

2.1 谷子可溶性膳食纤维的提取

从晋谷21号中酶法获取谷子可溶性膳食纤维,经过旋蒸,醇沉,冷冻干燥之后即可得到干品[11].

2.2 果蝇培养基的配制

对照组培养基即玉米粉-酵母培养基:采用遗传学实验教程上的配方.具体方法如下:用电子分析天平分别称取蔗糖12.4 g,琼脂 1.5 g,之后加入量取好的蒸馏水用电磁炉加热煮沸溶解配制成A液,接着称取16.5 g玉米粉加入量取好的蒸馏水中用电磁炉加热搅拌均匀后,再加入酵母粉1.4 g配制成B液;最后将A液和B液混合并在电磁炉上加热,一边加热一边不停搅拌防止糊底,直到煮沸,然后冷却至60 ℃左右再向培养基中加入1 mL丙酸,并搅拌使其混匀成糊状.培养基凝固前迅速分装到锥形瓶中,灭菌并加盖棉塞,待其冷却凝固后再置于4 ℃冷藏备用.

试验组培养基即添加66 g/L谷子可溶性膳食纤维的玉米粉-酵母培养基:谷子可溶性膳食纤维66 g/L,玉米粉 108.6 g/L,酵母粉9.2 g/L,蔗糖81.6 g/L,琼脂9.9 g/L,丙酸 6.6 ml/L.制作方法同对照组.

2.3 果蝇的喂养及分组

将试验中的雌雄果蝇分组饲养,每组15只,分别用不含可溶性膳食纤维的对照组培养基和添加谷子可溶性膳食纤维的实验组培养基进行喂养,每组重复3次.

2.4 果蝇繁殖力测定

果蝇的繁殖力测定采用谭晓乐2012年报道的方法[12].水晶葡萄汁收集盘制作的具体方法如下:用电子天平分别称取14 g琼脂和22 g蔗糖置于搪瓷缸中,然后将其溶解于300 mL的蒸馏水中并搅拌均匀;加热并搅拌约5 min使蔗糖和琼脂完全溶解;静置冷却至不烫手时加入10 mL乙醇和5 mL冰醋酸;最后加入100 mL水晶葡萄汁,再次加热并充分搅拌至溶液澄清透明;静置冷却至不烫手时,将溶液倒入圆形的培养皿中,用保鲜膜密封并于4 ℃冷冻备用.准备使用前,充分融化均匀后倒入一个中等大小的培养皿中,等待其凝固,然后在中心涂一小块浓酵母糊,在浓酵母糊的中心滴上一滴10 %的乙酸,并用高压蒸汽灭菌后的移液枪头在收集盘中做一个十字,用来观测和统计雌果蝇的产卵情况.

收集8h内羽化的雌雄果蝇,每组各5雄10雌分别放入对照组培养基和实验组培养基中.为了使雌果蝇达到产卵高峰期,所以在饲养48 h后要将亲本雌雄果蝇转入空的一次性塑料杯中,并在其底部剪一个缺口,缺口用纱布密封,便于果蝇透气的同时防止其飞出.之后,用制作好的收集盘密封塑料杯口.先让雌果蝇在葡萄汁收集盘中适应产卵两个小时,然后换用新的收集盘,此时开始统计雌果蝇产卵的数量.待雌果蝇产卵约6 h后,拿下换用后的收集盘并在显微镜下观察记录收集盘上雌果蝇的产卵数量.

2.5 果蝇生长发育测定

果蝇的生长发育评价采用2016年刘威等学者介绍的方法[13].具体方法为:收集对照组培养基和实验组培养基中10日龄的成年雄性黑腹果蝇,在冰箱中-20 ℃冰冻处理1 h,之后在解剖镜下分离出果蝇的翅膀,并在互动显微镜下进行拍照.之后用Image J软件计算果蝇成虫的平均翅面积.

2.6 果蝇抗氧化能力测定

2.6.1 组织匀浆的制备

分别收集对照组培养基和实验组培养基中的10日龄雄果蝇,首先在生理盐水中进行漂洗,并用滤纸干燥,然后在电子天平上称取50 mg组织放入1.5 mL的离心管中,加入0.5 mL提前在4℃冰箱冷冻的生理盐水并用组织匀浆器充分研磨,然后在冰浴条件下以3000 r/min离心10 min,最后取上清液分别测定果蝇组织中MDA含量和SOD活性.

2.6.2 果蝇MDA含量的测定

通过对组织匀浆中MDA含量的检测,评判果蝇组织脂质过氧化水平和细胞膜损坏程度.获取的果蝇组织匀浆根据MDA检测试剂盒中的说明书进行测定,结果表示为每mL果蝇组织匀浆中含nmol MDA(nmol/mL).

2.6.3 果蝇SOD活性的测定

通过对组织匀浆中SOD活力的检测,评判果蝇组织抗氧化酶系的活性.获取的果蝇组织匀浆根据SOD检测试剂盒中的说明书进行测定,结果表示为每mL果蝇组织匀浆中含有的SOD活力单位数(U/mL).

3 结果与分析

3.1 谷子可溶性膳食纤维对果蝇繁殖力的影响

将8 h内羽化的雌雄果蝇按照每组5雄10雌,分别放入对照组培养基和实验组培养基中,饲养48 h后,观察谷子可溶性膳食纤维对雌果蝇产卵量的影响可以反映谷子可溶性膳食纤维对果蝇繁殖力的影响.结果如表3所示.

表3 谷子可溶性膳食纤维对果蝇产卵量的影响

由表3可知,不含谷子可溶性膳食纤维的对照组果蝇的产卵量是153.33±2.52粒,添加谷子可溶性膳食纤维的实验组果蝇的产卵量是156.67±2.52粒.虽然结果表明实验组的产卵量比对照组增加了3.34粒,差异不显著.

3.2 谷子可溶性膳食纤维对果蝇生长发育的影响

果蝇的平均翅面积是衡量果蝇生长发育情况的一项重要指标.通过比较谷子可溶性膳食纤维对果蝇平均翅面积的影响可以反映果蝇的生长发育情况.结果如图1、图2和表4所示.

图2 谷子可溶性膳食纤维对果蝇生长的影响

由表4可得,对照组中果蝇的平均翅面积为90.62±0.95 μm2,添加谷子可溶性膳食纤维的实验组培养基喂养的果蝇的平均翅面积为123.09±5.92 μm2,结果表明与对照组相比,实验组果蝇的平均翅面积增加了32.47 μm2,且差异显著(P<0.05),这表示谷子可溶性膳食纤维可以明显促进果蝇的生长发育.此外,由图2可知,与对照组相比,添加谷子可溶性膳食纤维的实验组喂养的果蝇其体长也有所增加,体型也更加饱满.

3.3 谷子可溶性膳食纤维对果蝇抗氧化能力的影响

丙二醛(MDA)是生物体内脂质过氧化的标志物,也是膜脂过氧化的产物之一.由于生物体内的氧化应激会导致细胞膜脂质体过氧化,细胞膜被反应过程中产生的自由基破坏.因此,测定生物体内丙二醛(MDA)的含量可以反映该生物体细胞的过氧化程度和膜系统的受损程度,从而间接反映了生物体的抗氧化能力[14].谷子可溶性膳食纤维对果蝇体内的MDA含量的影响如表5所示.

表5 谷子可溶性膳食纤维对果蝇MDA含量的影响

由表5可得,对照组中果蝇体内的MDA含量为3.55±0.03 nmol/mL,添加谷子可溶性膳食纤维喂养的实验组果蝇体内的MDA含量为3.23±0.08 nmol/mL,结果表明与对照组相比,实验组果蝇体内的MDA含量降低了0.32 nmol/mL,且具有显著差异(P<0.05),说明谷子可溶性膳食纤维可以显著降低果蝇体内的丙二醛(MDA)含量,减少果蝇体内细胞的过氧化程度和膜系统的受损程度.

生物体内的丙二醛(MDA)含量和超氧化物歧化酶(SOD)活性是衡量生物体抗氧化能力的两项重要指标.超氧化物歧化酶(SOD)能够有效清除生物体内产生的自由基,特异性地加速体内的超氧化物转化为过氧化氢并最终转化为水,阻断自由基连锁反应,提高生物体的抗氧化能力.因此,超氧化物歧化酶(SOD)在保护机体免受氧化损伤方面具有重要作用.生物体内超氧化物歧化酶活性的下降表示其抗自由基毒性能力的下降,即生物体抗氧化能力的下降.因此可以通过检测果蝇体内的SOD活性来评价其抗氧化能力,实验结果如表6所示.

表6 谷子可溶性膳食纤维对果蝇SOD活性的影响

由表6可得,对照组培养基饲养的果蝇其体内的SOD活性为353.11±20.55 U/mL,实验组果蝇体内的SOD活性为469.65±21.59 U/mL.实验结果表明与对照组相比,实验组果蝇体内的SOD活性增加了116.54 U/mL,且具有显著差异(P<0.05),说明谷子可溶性膳食纤维可以显著提高果蝇体内的超氧化物歧化酶(SOD)活性,提高果蝇的抗氧化能力.

4 结论

近年来,随着科学技术的不断进步,人们的生活水平逐渐提高,人类对于回归大自然的愿望越来越强烈,并越来越青睐于纯天然的食物和药物,而谷子可溶性膳食纤维的医疗保健功能恰好能满足人们的这种需求.谷子可溶性膳食纤维具有较强的食用和营养价值,既能溶解于水,又能被肠道微生物降解为葡聚糖、果胶、琼脂、树胶等多种物质成分[15].据法国一些学者报道,心脑血管疾病的发生率与膳食纤维的摄入量呈现负相关;经常摄入适量的膳食纤维有助于降低血压、减少体内载脂蛋白、低密度脂蛋白及甘油三酯含量[16].此外,Ventura等对有糖尿病家族史的超重拉丁美洲小孩进行调查,结果发现他们腰围的对数值与日常生活中可溶性膳食纤维摄入量的对数值呈反比(B=-0.069,P=0.036),可见可溶性膳食纤维能够缓解超重,降低患糖尿病的风险[17].现代营养学观点认为,每天摄取一定量的可溶性膳食纤维可以有效调节血糖血脂、抑制肿瘤生长、促进肠道消化吸收等.

果蝇是一种多细胞真核模式生物,基于其丰富的遗传性状和简便的遗传操作,果蝇在生物学研究领域得到了广泛的应用[18].生物体的生长发育状况与营养物质的摄取息息相关,其衰老死亡与体内自由基的积累和抗氧化能力有很大的关系,许多学者希望通过实验研究找到提高生物体自身抗氧化能力延缓衰老死亡、促进生物体健康生长发育的方法,许多天然植物成分成为了实验材料,如黑米花青素[19]、黄芪多糖[20]、根皮素[21]、黑豆皮可溶性膳食纤维[22]和白藜芦醇[23]等.生物体的生理代谢过程中会不断产生活性氧(ROS)和氧化终产物丙二醛(MDA),ROS包括过氧化物、超氧化物、羟基自由基等.体内ROS和MDA的积累和失调会对细胞结构造成严重损害,导致机体代谢紊乱,加速细胞和个体衰老.超氧化物歧化酶(SOD)能特异性地加速超氧化物转化为过氧化氢并最终转化为水,降低对细胞结构成分造成的损害,调节生物体氧化代谢,延缓细胞和个体衰老.本实验结果表明,用添加谷子可溶性膳食纤维的培养基饲养果蝇,能够显著增加其平均翅面积,显著降低体内丙二醛(MDA)含量,显著提高体内超氧化物歧化酶(SOD)活性.综上所述,谷子可溶性膳食纤维在促进细胞分裂增殖、促进生物体生长发育、增强机体抗氧化能力、延缓细胞和个体衰老等方面有显著功效.