田禎祥

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酵母和白砂糖對雌果蠅壽命內(nèi)穩(wěn)態(tài)影響的初步探究*

田禎祥

（棗莊學(xué)院體育學(xué)院，山東 棗莊 277000）

通過不同酵母、白砂糖濃度培養(yǎng)基培養(yǎng)，觀察兩者對雌性黑腹果蠅壽命的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同酵母濃度對果蠅壽命的影響沒有顯著性差異規(guī)律，而不同白砂糖濃度對果蠅壽命的影響呈倒U字相關(guān)，峰值S3組成功建立了白砂糖依賴的壽命內(nèi)穩(wěn)態(tài)。結(jié)合功能內(nèi)穩(wěn)態(tài)理論來探究其更廣泛的意義，為進(jìn)一步果蠅壽命的影響因素研究建立了內(nèi)穩(wěn)態(tài)模型。

黑腹果蠅;壽命; 酵母; 白砂糖;內(nèi)穩(wěn)態(tài)

果蠅是一種小型昆蟲，隸屬于雙翅目、果蠅科、果蠅屬，因其常聚集在腐爛的水果周圍而得名果蠅。黑腹果蠅具有人類大多數(shù)臟器，它是生物醫(yī)學(xué)研究中最重要的模式生物之一，其壽命只有三個月左右，尤其適合開展壽命研究[1]。本文利用雌性黑腹果蠅（female Drosophlia melanogaster, FDM）的壽命作為研究模型，通過不同酵母濃度、白砂糖濃度培養(yǎng)基培養(yǎng)FDM，觀察兩者對FDM壽命內(nèi)穩(wěn)態(tài)的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1實(shí)驗(yàn)動物

野生型FDM Oregon R品系由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)提供。

1.1.2實(shí)驗(yàn)試劑與實(shí)驗(yàn)儀器

試劑：“佳一?！本咨疤?，廣東佳一粒糖業(yè)集團(tuán)有限公司生產(chǎn)；高活性酵母，安琪酵母股份有限公司生產(chǎn)；丙酸，天津大茂化學(xué)試劑廠；

儀器：電子天平，型號FA2005，上海天平儀器廠； Eppendorf 移液槍，Germany制造。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1果蠅的正常培養(yǎng)

用于果蠅的傳代培養(yǎng)的基礎(chǔ)培養(yǎng)基的配制：水100 mL，白砂糖5 g，瓊脂1 g，玉米粉5 g，麥胚芽5 g，酵母粉4 g，丙酸0.5 mL。將除丙酸外的其余各成分混合于燒杯中，攪拌均勻后加熱至煮沸，待冷卻未凝固時加入丙酸，分裝到培養(yǎng)管中。待培養(yǎng)基凝固后用棉塞塞住，存放于4。C冰箱冷藏備用。

收集果蠅于基礎(chǔ)培養(yǎng)基培養(yǎng)管中，放置在恒溫恒濕培養(yǎng)箱中，氣溫（25±1）℃，相對濕度45 %～75 %，12 L：12 D條件下培養(yǎng)。所用培養(yǎng)管規(guī)格為105×27 mm2，玻璃厚1.5 mm。一周更換一次培養(yǎng)基，將果蠅全部轉(zhuǎn)移至新培養(yǎng)基中，以防培養(yǎng)基腐化。

1.2.2不同酵母濃度影響的FDM壽命實(shí)驗(yàn)

不同酵母濃度培養(yǎng)基（Y組培養(yǎng)基）的配制：按照表1中的各成分比例稱取，按照基礎(chǔ)培養(yǎng)基的配制方法配制，其中Y20（100%）酵母濃度為基本培養(yǎng)基[2]。

表1 Y組培養(yǎng)基中成分含量表

編號酵母比例酵母（g）白砂糖(g)丙酸（ml）瓊脂（g）水（ml） Y00%05.400.871.9100 Y15%0.165.400.871.9100 Y210%0.325.400.871.9100 Y315%0.485.400.871.9100 `````````5.400.871.9100 Y20100%3.25.400.871.9100 `````````5.400.871.9100 Y40200%6.45.400.871.9100

收集生長在基礎(chǔ)培養(yǎng)基上未交配新羽化的FDM，隨機(jī)分管培養(yǎng)在Y組培養(yǎng)基中，每管分裝三十只，每組重復(fù)五管，每五天更換一次培養(yǎng)基，每日統(tǒng)計(jì)果蠅存活數(shù)、死亡數(shù)，直至全部死亡。計(jì)算得出果蠅平均壽命、平均最高壽命、半致死時間以及存活率曲線。

1.2.3不同白砂糖濃度影響的FDM壽命實(shí)驗(yàn)

不同白砂糖濃度培養(yǎng)基（S組培養(yǎng)基）的配制：按表2中的比例稱取各種成分，按基礎(chǔ)培養(yǎng)基的配制方式配制S組培養(yǎng)基，其中S4糖濃度為基本培養(yǎng)基[2]。

表2 S組培養(yǎng)基中成分含量表

編號白砂糖(g)丙酸（ml）瓊脂（g）水（ml）酵母 (g) S00.000.871.91003.2 S11.350.871.91003.2 S22.700.871.91003.2 S34.050.871.91003.2 S45.400.871.91003.2 ……0.871.91003.2 S1443.200.871.91003.2 S1548.600.871.91003.2 S1654.000.871.91003.2

在配制完成不同白砂糖濃度的培養(yǎng)基S組基礎(chǔ)上，用同樣方法收集生長在基礎(chǔ)培養(yǎng)基的FDM進(jìn)行S組實(shí)驗(yàn)，并計(jì)算果蠅壽命指標(biāo)。

1.2.4統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)分析包處理，組間差異運(yùn)用One2way ANOVA方法進(jìn)行分析，各組均數(shù)間差別比較采用LSD2 t檢驗(yàn)，顯著差異水平為P<0.05；非常顯著差異水平為P<0.01。

2 結(jié)果

2.1 不同酵母濃度對FDM壽命的影響

如圖1所示，不同酵母濃度對FDM平均壽命的影響出現(xiàn)不規(guī)則的波動性變化，無酵母組（Y0組）與其余有酵母各組相比平均壽命顯著性降低；然而有酵母組各組之間的平均壽命未見明顯規(guī)律；將有酵母各組看作一個統(tǒng)計(jì)樣本與無酵母組相比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)酵母可以顯著性提高FDM平均壽命（P<0.05）。平均最高壽命也出現(xiàn)類似結(jié)果（P<0.05）。從半致死時間來看，無酵母組比其他各有酵母組（除Y15、Y17）相比均有顯著性的縮短（P<0.05）。

2.2 不同白砂糖濃度對FDM壽命的影響

如圖2A所示，與S0組（無糖組）比較，S1~12組的平均壽命都有非常顯著性的提高（P<0.01），其他高糖組（S13~16組）差異均無顯著性。與S0組的平均最高壽命相比，S1 ~6組都有非常顯著的提高（P<0.01），S14 ~16組都非常顯著的下降（P<0.01）。與S0組的半致死時間相比，各組都有非常顯著的提高（P<0.01）。如圖2B所示，S0組FDM的存活曲線位于坐標(biāo)軸最內(nèi)側(cè)；15天后S0組、S11~16組糖濃度的果蠅存活率開始急劇下降，而S1 ~7組在25天后才開始大量死亡。

而與S3組相比較，其他各組的平均壽命、平均最高壽命、半致死時間均呈現(xiàn)非常顯著地下降（P<0.01）（如圖2A）。S3組的存活曲線位于坐標(biāo)軸最外側(cè)，果蠅整體存活水平較高，最高壽命達(dá)到55天左右（如圖2B）。

注: 3次獨(dú)立重復(fù)實(shí)驗(yàn)；平均數(shù)+標(biāo)準(zhǔn)差；與S0組（無糖組）比較：*為差異有顯著性P<0.05，**為差異有極顯著性P<0.01；與S3組比較：#為差異有顯著性P<0.05，##為差異有極顯著性P<0.01。

3 討論

3.1 酵母濃度對FDM生長的影響

果蠅生命所需能量全部來源于培養(yǎng)基，因此研究培養(yǎng)基成分對果蠅壽命的影響具有實(shí)際意義。在果蠅的能量來源中，酵母是不可缺少的基本成分之一，尤其喜愛腐爛水果上的活酵母。有報道表明酵母含有豐富的蛋白質(zhì)，各種氨基酸含量與理想型氨基酸相比較，普遍高于理想型，對于果蠅的營養(yǎng)需求屬于優(yōu)質(zhì)蛋白資源[3]。早有人報道增加酵母含量可促使地中海雌果蠅產(chǎn)卵量增加，同時還發(fā)現(xiàn)壽命的延長和產(chǎn)卵量負(fù)相關(guān)[4]，提示酵母的成分比例對FDM的生長繁殖等方面起著重要作用，且已有相關(guān)研究報道[5]，但未見對沒有生育的雌性處女蠅壽命影響的研究。因此通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)使用的基礎(chǔ)培養(yǎng)基中有無酵母成分會影響到FDM的壽命，但是該酵母濃度范圍的變化不會對FDM的壽命狀態(tài)產(chǎn)生顯著的規(guī)律性影響，可能是因?yàn)樘幣壊恍枰敝?，對酵母的需求大大減少。實(shí)驗(yàn)中我們也發(fā)現(xiàn)，無酵母的培養(yǎng)基較易變質(zhì)，所以培養(yǎng)基中適量酵母的加入可以為果蠅提供能量的同時，也可以改善培養(yǎng)基質(zhì)量，延長使用時限。

3.2 白砂糖對果蠅生長的影響

本實(shí)驗(yàn)所細(xì)化的不同白砂糖濃度培養(yǎng)基對FDM壽命的影響呈倒“U”字關(guān)系，即S3組白砂糖濃度使FDM壽命到達(dá)頂峰狀態(tài)，低于或者高于S3組濃度的培養(yǎng)基均使FDM壽命下降，且結(jié)果呈現(xiàn)顯著性差異。而S3組濃度相對于基礎(chǔ)培養(yǎng)基（S4組）來說，白砂糖濃度降低為75%，提示一定程度的能量限制可延長壽命，但低于S3組糖濃度壽命呈現(xiàn)下降趨勢。

3.3 壽命內(nèi)穩(wěn)態(tài)

功能內(nèi)穩(wěn)態(tài)是維持功能充分穩(wěn)定發(fā)揮的負(fù)反饋機(jī)制[6,7]，其典型特征就是可以抵抗一定閾值以下的內(nèi)外干擾，維持功能充分穩(wěn)定的發(fā)揮。壽命是所有生物個體的一種功能，是由壽命內(nèi)穩(wěn)態(tài)（longevity-specific homeostasis, LoSH）維持的，因此LoSH是維持個體最佳壽命的負(fù)反饋機(jī)制。本實(shí)驗(yàn)中不同酵母濃度的添加與無酵母組相比顯著延長了FDM壽命，則該濃度范圍處于酵母依賴的LoSH區(qū)間，酵母濃度的改變未能影響到LoSH水平。然而不同白砂糖濃度的培養(yǎng)基實(shí)驗(yàn)區(qū)間則明顯觀察到白砂糖濃度對FDM壽命的顯著影響，兩者呈倒“U”字關(guān)系，S3組壽命比其他組別顯著性提高FDM壽命，為白砂糖依賴的LoSH峰值，較低或者較高的白砂糖濃度均打破了LoSH水平，減少FDM壽命。因此我們可以預(yù)測S3組處于白砂糖依賴的LoSH可以抵抗一定閾值以內(nèi)的干擾，維持LoSH水平不受到影響。這為進(jìn)一步研究果蠅壽命的相關(guān)影響因素建立了內(nèi)穩(wěn)態(tài)模型，為壽命的研究的模式開展提供新的方向和依據(jù)。

4 小結(jié)

本實(shí)驗(yàn)所使用的基礎(chǔ)培養(yǎng)基中不同酵母濃度的改變未能顯著影響FDM的壽命水平，但與無酵母組相比顯著延長了FDM壽命，表明酵母成分在果蠅培養(yǎng)基中為不可缺少的成分之一，濃度的變化未能打破酵母依賴的LoSH。然而，不同白砂糖濃度的改變與FDM壽命呈倒“U”字關(guān)系，S3組建立了成功的LoSH，延長FDM壽命的同時，預(yù)測可以抵抗一定閾值的內(nèi)外干擾。提示為果蠅壽命的影響因素研究建立了白砂糖依賴的內(nèi)穩(wěn)態(tài)模型。

[1]PIAZZA N, GOSANGI B, DEVILLA S,Exercise-training in young Drosophila melanogaster reduces age-related decline in mobility and cardiac performance[J]. PLoS One, 2009, 4(6): e5886.

[2]LUCKINBILL LS, ARKING R, CLARE M,Selection for delayed senescence in[J]. Evolution, 1984, 38: 996-1003.

[3] 段葆蘭.1997.微生物技術(shù)在商辦食品工業(yè)中的應(yīng)用[J].食品科學(xué), 18(8):18-20.

[4]Carey JR, Liedo P, Muller HG,Dual modes of aging in Mediterranean fruit fly females [J]. Science, 1998, 281: 996-998

[5]lancyDJ, GemsD, Hafen E, etal. Dietary Restriction in Long-Lived Dwarf Flies[J]. Science, 2002, 296(5566):319.

[6]LIU TCY,YUAN JQ,WANG YF,etal.Cellular rehabilitation of photobiomodulation[M].Progress in Biomedical Optics and Imaging, 2007, 8(36): 653403

[7]劉承宜, 朱平. 低強(qiáng)度激光鼻腔內(nèi)照射療法[M]. 北京：人民軍醫(yī)出版社, 2009：50-413.

Preliminary Explored On Influence Of Yeast And Sugar Concentrations On The Longevity Homeostasis To Female Drosophlia Melanogaster Life Span

TIAN Zhen-xiang

(Zaozhuang University Sports Institute, Zaozhuang 277160, Shandong , China)

Cultivated by different concentrations of yeast and sugar, we observed the influence on life span of drosophila melanogaster, the results showed that there was no significant difference between different concentrations of yeast impacting on the life span of drosophila melanogaster, that was because the life of drosophila melanogaster was in the homeostasis level, which failed to be adjusted by the change of yeast concentration. But the influence of sugar concentration on the life span of drosophila melanogaster appeard to be inverted U word shape. Peak Group S3 successfully established the longevity homeostasis relied on sugar. Combining the theory of functional homeostasis, we explored its wider significance in order to establish drosophila melanogaster longevity research homeostasis model for the further study about influence factors on longevity.

drosophila melanogaster; longevity; yeast; sugar; homeostasis

國家自然科學(xué)基金（60878061）。

田禎祥(1988-)，山東棗莊人，碩士，助教，研究方向：激光運(yùn)動醫(yī)學(xué)。