温度对三隐性果蝇寿命及生殖力的影响
分类：免费论文 更新时间：08-05 来源：网络
摘要 [目的]研究不同温度对三隐性果蝇寿命及生殖力的影响。[方法]将野生型和三隐性果蝇,置于5℃、15℃、25℃、35℃四种不同温度下,观察并记录果蝇存活时间和产生后代（F1代）数目。[结果]三隐性果蝇在5℃下平均寿命最长，但几乎不活动；15℃寿命较长；25℃活力旺盛但寿命一般；在35℃下时间稍长即会死亡，随着温度越高寿命越短。25℃三隐性果蝇生殖力明显比其它温度组高，15℃生殖力次之，5℃处于休克状态。[结论] 5℃果蝇寿命最长；15℃最适合三隐性果蝇生存； 25℃最有利于三隐性果蝇的繁殖。
关键词 温度; 三隐性果蝇; 寿命; 生殖力
引 言
黑腹果蝇属于昆虫纲，双翅目，果蝇科。它是一种小型蝇类，常在腐烂水果及发酵物附近飞舞。它的特点是，生活周期短，突变性状多，唾腺染色体大且有特定的横纹，加上容易在室内饲养，所以是进行遗传学实验研究的好材料。 摩尔根等人就是从研究黑腹果蝇中发现了“伴性遗传”、“连锁与互换”等现象和规律，从而发展了染色体遗传学说的。雌、雄果蝇外观有明显区别。雌蝇体型较大，腹部末端稍尖，腹部背面有明显的5条黑色条纹，无性梳；雄蝇体型略小，腹部末端圆钝，腹部背面有3条黑纹，前两条细，后一条甚粗且伸延至腹面，有性梳。
我们所认识的黑腹果蝇原产于热带或亚热带。它和人类一样分布于全世界，并且在人类的居室内过冬。有些种生活以腐烂水果上。有些种则在真菌或肉质的花中生活。在垃圾筒边或久置的水果上，只要发现许多红眼的小蝇，即是果蝇；果蝇类幼虫习惯孳生于垃圾堆或腐果上。
雌蝇可以一次产下400个0.5毫米大小的卵，它们有绒毛膜和一层卵黄膜包被。它的发育速度受环境温度影响。在25℃环境下，22小时后幼虫就会破壳而出, 并且立刻觅食。因为母体会将它们放在腐烂的水果上或其他发酵的有机物上，所以它们的首要食物来源是使水果腐烂的微生物，如酵母和细菌，其次是含糖的水果。幼虫24小时后就会第一次蜕皮，并且不断生长，以到达第二幼体发育期。经过三个幼虫发育阶段和四天的蛹期，在25℃下过一天，就会发育为成虫。
1830年黑腹果蝇首次被科学家们描述。而它第一次被用作试验研究对象则要到1901年，试验者是动物学家和遗传学家威廉·恩斯特·卡斯特。他通过对果蝇的种系研究，设法了解多代近亲繁殖的结果和取自其中某一代进行杂交所出现的现象。1910年，汤玛斯·亨特·摩尔根开始在实验室内培育果蝇并对它进行系统的研究。在此之后，很多遗传学家就开始用果蝇作研究，并且取得了很多遗传学方面的知识，包括这种蝇类基因组里的基因在染色体上的分布。
科学家通过对人类基因组的研究得出，人类和果蝇有许多相同和相似的基因，果蝇细胞在代谢途径、生理功能、发育、衰老等方面与哺乳动物基本相似。果蝇又具有高度纯种性,繁殖快,管理方便,生存期短,所以果蝇生存试验是国内外常用的检验药物延寿效应的可靠方法。 尽管果蝇体积较小，捕捉起来似乎有些困难，但小有小的好处，他们染色体数目极少，仅3对常染色体和1对性染色体，便于分析。看似“简单”的果蝇又足够复杂。很多基础生理功能与哺乳动物相似。果蝇的4对染色体上承载了1.3万个基因。而这些基因中，有60%与人的基因相似或相近。特别是那些关系到生长发育的重要基因。果蝇又具有高℃纯种性,繁殖快,管理方便,生存期短,因此从研究果蝇入手，便深入了解人类自身。这样的研究对人类自身有着重要的影响。
在遗传学果蝇杂交实验中, 将25℃时羽化后8小时以内尚未交配的雌蝇视为处女蝇, 可用作果蝇杂交的亲本。此温度与时间的界定, 在遗传学实验指导书里和实际工作中广泛应用, 为收集亲蝇提供了方便。[6]
检测动物的寿命是目前研究老龄化和抗老龄化中应用普通、较有权威的试验手段之一。由于所得的数据可靠,易于观察,结果客观因而受到重视。寿命试验可以分为动物生存试验和细胞传代试验两大类。生存试验是直接利用动物的整个生存过程来观察药物、营养、环境等因素对其寿命的影响[8]。人和各种动物不仅各自均有自己特定的寿限, 而且同一物种不同个体间的寿长也明显不同。Yuan ChaoHui et al[7]根据研究结果, 提出了人类的“ 多显性基因决定长寿”假说。该假说认为人类的寿命受许多对等位基因控制, 每对等位基因中的显性基因控制长寿, 隐性基因控制衰老。人们的寿命之所以不同, 就是因为各人从其父亲和母亲处得到的长寿显性基因数不同。在相同条件下, 显性长寿基因数多者寿命长, 相反, 显性长寿基因数少者寿命短。这一假说能够解释人类不同个体间的寿命差异, 但能否解释同种动物不同个体间的寿命差异, 尚无实验证据。为此, 作者以三隐性黑腹果蝇进行了寿命比较研究, 得到了有益的结果。
1．材料和方法
1.1 实验材料
1.1.1 实验生物
野生型红眼黑腹长翅果蝇（Drosophila melanogaster ,wild Oregon K strain）和三隐性果蝇(three recessive Drosophila)，由本院遗传实验室提供，收集8小时内羽化未交配的成虫，雌雄分开，用普通培养基在温度为（25±1）℃，相对湿度在50％～70％的环境中培养备用。
1.1.2实验材料和设备
果蝇培养基：玉米培养基
试剂:丙酸
实验仪器：恒温生化培养箱（25±1）℃ 相对湿度 50﹪～70﹪ 平底培养瓶
1.2 实验设计与方法
1.2.1 实验分组
实验组：三隐性果蝇取3瓶，每瓶雌雄5对置于5℃、15℃、25℃、35℃。
对照组：野生型果蝇取3瓶，每瓶雌雄5对置于5℃、15℃、25℃、35℃。
1.2.2 果蝇培养基的配制
配方：A：糖 6.2克 琼脂 0.62克 水38毫升 煮沸溶解
B：玉米粉 8.25克 水 38毫升 0.7克酵母粉
A和B混合加热后成糊粉状，加0.5毫升丙酸，可以根据量的不同按比例配制，分装到不同的培养基中。上面的配方为普通玉米粉培养基的配方。
1.2.3 果蝇的繁殖培养及处女蝇的挑选：
（1）收集野生型和三隐性果蝇，恒温培养,因果蝇培养的最适温度是20～25℃。若在25℃下培养,只需10d即可完成一代生活史。所以将一批成蝇置25℃培养箱中恒温培养，放15天大量繁殖以保种。
（2）区分雌雄,取出新蝇。用乙醚麻醉，在体视镜下鉴别雌雄，分别置入新培养瓶中。分实验组和对照组，各3瓶，每瓶放5对。
（3）可将本实验处女蝇的挑取周期定为十天,每过十天去除一次亲本,每8～12小时内挑取一次处女蝇.每个月可培养三代.A、B、C、D、E，A′、B′、C′、D′、E′，A″、B″、C″、D″、E″组各五瓶,5对/瓶。统计时去除因麻醉,粘在培养基上等明显人为造成的死亡及逃逸的果蝇数。
1.2.4 果蝇寿命的测定
在培养基中先放8天，取出亲本果蝇。再2天，取出子代，需循环4次。需注意果蝇放入不同温度保温箱后实验正式开始，每天记录果蝇的存活数，死亡数：每天定时统计果蝇的死亡数目，直到全部死亡。规定每组中所有果蝇存活天数的代数和除以果蝇数目即为该组平均寿命；每组中前半数果蝇存活天数的平均数为半数死亡期；每组最后死亡的5只果蝇存活天数的平均数为该组的最高寿命。每8天更换一次培养基，一直观察到果蝇全部死亡。结果分析，用统计学方法处理不同温度的结果。
1.2.5 果蝇生殖力的测定
收集8小时内羽化的果蝇成虫,乙醚麻醉后雌雄分管培养,每组雌雄各15只，共分三瓶，每管放入5对果蝇，统计产生的F1代个数。
1.2.6 统计学处理：
采用单因素方差分析[9]。采用SAS6.1统计分析软件对试验数据进行分析，采用Mantel-Haenszel卡方检验（Chi-Square）比较组间差异显著性。
3. 讨论
由表1、表2可以看出随着温度的升高，果蝇的平均寿命逐渐减少。5℃时平均寿命最长，但是在观察中发现其几乎不活动；15℃寿命次之，活力一般；25℃平均寿命更短，但果蝇活力旺盛；35℃在放入恒温生化培养箱（25±1）℃ 4个小时后全部死亡。总之随着温度的升高果蝇寿命越来越短（见表3和图2），其机制可能是在高温环境下,机体内代谢、循环较正常温度条件下过快,蛋白质及糖类分解代谢增强,细胞死亡、更新的频率提高,使生命周期缩短。随着温度的升高,体内多种酶活力发生改变,如丙氨酸氨基转移酶(alanine aminoteansferase ALT)、天冬氨酸氨基转移酶( aspartate aminotransferase AST)、酸脱氢酶(LDH)等,这些酶参与机体许多重要的生理和代谢过程,其活力的改变可反映脏器细胞的破坏或细胞膜通透性改变等[10]。果蝇在高温环境下产生热应激蛋白(heat shock proteins,HSPs),HSPs是一组在应激反应中维持机体自身稳定的重要蛋白质,HSP 70在HSPs家族中是最丰富和最重要的一种,它赋予细胞或生物体从应激状态中复的能力,保护它们免受应激因素损害[11,12]；热适应防御体系的建立(包括HSP 70反应性表达增加)与神经内分泌免疫网络关系密切,而长期处于持续高温的环境中,使白介素2( IL-2) 和白介素2受体(SIL-2R)水平下降,从而导致HSP 70基因激活能力降低,破坏了网络调节平衡,必然造成机体自稳作用的损害,使生命周期缩短[13]。此外由于高温环境使果蝇体内蓄热增加,加快了自由基的产生及脂质过氧化反应的进行,造成机体组织损伤,同时高温使超氧化物歧化酶( superoxide dismutase ,SOD)活力下降同时又减弱了其清除O2-的能力和速度[14],因而造成组织细胞的进一步损伤,从而加快了果蝇的死亡。
从表1和表2的实验结果我们还能看到实验组即三隐性果蝇平均寿命度比对照组即野生型高，图1可以看出果蝇平均寿命雄性大于雌性。就果蝇平均寿命的大小，许多实验认为与老死比例有直接关系[15,16]。老死比例越高，平均寿命就越大。但这种关系在两性间又有一定差异,因此果蝇平均寿命与性别的关系,随着老死比例与性别关系的变化可以出现以下几种情况：①当雄性老死比等于雌性时, 雄性平均寿命小于雌性；②当雄性老死比例略大于雌性时,雄性平均寿命接近雌性；③当雄性老死比例明显大于雌性时,雄性平均寿命大于雌性[17]。本文的试验结果正与上述第3种情况一致。
表4和图3显示了实验组产生的F1代果蝇数目比对照组多。在亲本果蝇数目一致时，随着温度的升高产生F1代果蝇数目增多。5℃产出F1代果蝇数目很少；15℃是有了转折，明显比5℃的多；在25℃达到最高。35℃在放入恒温生化培养箱（25±1）℃ 4个小时后全部死亡，所以无F1代产出。再进行比较时也可以看出产出F1代雌性果蝇数目明显比雄性多。由表5和图4表明：不同温度处理对果蝇的生殖高峰的影响。5℃的生殖高峰明显推迟，有几次统计时没有子代产出；15℃统计时发现产生的子代不多但每次都有子代产出；25℃的生殖封一直比较高，在第12天达到顶峰；35℃在放入恒温生化培养箱（25±1）℃ 4个小时后全部死亡，所以无F1代产出。由图4还可以看出三隐性果蝇生殖力普遍高于野生型果蝇,即产出的F1代果蝇数目三隐性多于野生型。采用极限温度5℃低温处理延长了被试果蝇从羽化一交配的时间[18]。许多研究表明[19,20]：雄蝇在性冲动时一侧或两侧翅膀按一定的角度平展开来，并上下振动，将振动时产生的声音称为求爱歌，是果蝇求偶过程中完成交配的必要条件。本实验在5℃条件下果蝇只能贴在瓶壁上，使其活动量及信息的传递与接受受到抑制。虽然雌雄蝇共存72 h，但未发生交配，仍然保持处女蝇状态。所以低温只是有效地起到了推迟果蝇交配行为的作用，在其他条件许可的情况，完全可以延长果蝇寿命，并产出F1代。35℃是果蝇生存的上限温度，高于35℃时间稍长即会死亡。
通过本实验可以得出：5℃果蝇寿命最长；15℃最适合三隐性果蝇生存；25℃最有利于三隐性果蝇的繁殖。