Dark果蝇复眼结构及其影响因素的研究

钟亚迪 曹楷翔 李小帅卜威振

摘要： 目的 探究黑暗环境和营养因素对Dark果蝇复眼结构的影响。方法 分别以营养不丰富的Pearl氏培养基及营养丰富的玉米粉培养基饲养实验组DD果蝇（黑暗环境）、DL果蝇（正常光照）和对照组LL果蝇（光照-黑暗环境），然后于电镜下观察各组果蝇复眼的超微结构特点。结果 以Pearl氏培养基饲养的DD果蝇、DL果蝇和LL果蝇都出现视杆明显退化；以玉米粉培养基饲养的DD果蝇和DL果蝇出现局部视杆退化，LL果蝇视杆结构正常。结论 营养因素对果蝇复眼形态的影响比光照条件所产生的影响更大；在黑暗环境中经历许多代的果蝇，其复眼只受到稍微的影响。

关键词：果蝇；复眼；视杆；退化；营养

【中图分类号】Q964【文献标识码】 A【文章编号】1002-3763（2014）09-0115-02视觉感知过程通常被认为易受到异常光照条件的显著影响。果蝇通过复眼中的视杆来感受光线，光感受器形成特定的细胞结构和复杂的神经回路来有效地感觉光线和准确地辨别物体。Dark果蝇于1954年建立，在完全黑暗的环境中以Pearl氏培養基饲养[1]。在黑暗中饲养至第617代时，其复眼表现出异于寻常的结构：视杆微绒毛比在光照-黑暗周期中饲养的对照组稠密，这些过度发育的微绒毛经过3d的光照被完全破坏[2]。在第796代果蝇中也出现同样的现象[3]。先前研究也发现，以富含营养的培养基饲养时，Dark果蝇视杆结构正常。相反以营养不足的培养基饲养会导致Dark果蝇和对照组果蝇均出现视杆退化。因此，营养显著影响视杆的发育，但营养条件如何影响Dark果蝇的进化并不清楚。本研究旨在探索在黑暗中经历1300多代的果蝇视杆结构的变化以及营养因素对其可能的影响。

1 材料与方法

1.1 实验动物：本实验观察了三组果蝇：第1308代Dark果蝇（DD果蝇），置于完全黑暗环境中，除了在每两周更换培养基的过程中，果蝇会被微弱红光短暂照亮，以确定其被转移至新鲜的培养基中，自建立一直以Pearl氏培养基饲养；转移至正常光照条件下生存5代的DD果蝇子代（DL果蝇），以Pearl氏培养基饲养；对照组果蝇（LL果蝇）以往在光照-黑暗环境中以玉米粉培养基饲养，本研究改用Pearl氏培养基在光照-黑暗环境中饲养。初次观察后三组果蝇使用玉米粉培养基饲养两代来检测营养因素的影响。

1.2 方法：将果蝇的头在固定液[2.5%戊二醛、2%多聚甲醛、0.1 mol/L二甲胂酸钠缓冲液（CB）]中切成两半，冰上处理；固定液中预固定，4℃过夜；0.1 mol/L CB冲洗后，2%四氧化锇固定，室温2h；蒸馏水冲洗，梯度丙酮脱水；环氧丙烷渗透，树脂固定；超薄切片用乙酸铀酰和柠檬酸盐双染色，电子显微镜（Hitachi H7650）观察。

2 结果

透射电镜观察到以Pearl氏培养基饲养的DD果蝇、LL果蝇和DL果蝇均出现视杆明显退化：视杆微绒毛很不规则，反向突入细胞体，膨胀形成大液泡（图1上部分），这一结果和先前报道结果并不一致：第617代的DD果蝇表现出异于寻常的结构——更大的视杆和更浓密的微绒毛，这些微绒毛比对照组果蝇的薄。DD、LL和DL三组果蝇均以玉米粉培养基饲养两代，结果发现用玉米粉培养基饲养的LL果蝇视杆结构正常，DD果蝇和DL果蝇仅表现出较小程度的退化（图1下部分）。

图1 果蝇单眼横断面视杆透射电镜图

3 讨论

总结目前实验结果以及先前报道的结果，笔者得到了两个结论。首先，果蝇在黑暗中经历数百代，在早期其表现出与光敏化相适应的形态学改变，因而形成了异于寻常的结构，然后转变成眼睛的退化。这种时间变化模式可能与深海鱼类相似：在进化历程中逐渐适应了渐深渐暗的环境，生活在水深1000m处的鱼类眼睛高度敏感，而那些栖息在更深处的鱼类则发生眼睛的退化[4]。其次，通过实验结果可知饮食对视杆结构有明显的影响。DD果蝇视杆的退化可以通过用玉米粉培养基饲养两代而几乎完全阻止。对照组LL果蝇以往是用玉米粉培养基饲养的，以Pearl氏培养基饲养17代时视杆出现严重退化，但这种退化通过玉米粉培养基饲养两代就完全恢复。已经证明以Pearl氏培养基饲养的果蝇，其视色素生色团的含量是玉米粉培养基饲养果蝇的5%～10%，实际上这是Pearl氏培养基维生素A含量低的结果，目前研究所观察到的退化很可能是因为维生素A不足[5]。但是，为什么原始的以缺乏维生素A的培养基饲养的对照组果蝇在第206代和617代未出现视杆退化，长期以维生素A缺乏的培养基饲养可能选择保留下来这样的个体，其视杆在苛刻的营养条件下不发生退化。

Dark果蝇可能正处于逐渐适应黑暗环境的进程中。除了形态上的改变，与黑暗环境生存相关的生理功能变化，如对光、震动、触觉和化学刺激的敏感性，将成为有趣而亟待解决的问题。

参考文献

[1] Naoyuki F，Tasuku K，Takashi H，et al.Evolution in the Dark：Adaptation of Drosophila in the Laboratory[M].Japan：Springer，2014：23-27.

[2] Eguchi E，Ookoshi C.Fine structural changes in the visual cells of Drosophila cultured in darkness for about six hundred generations[J].Annot Zool Jpn，1981（54）：113-124.

[3] Eguchi E，Arikawa K.Structure and function of the compound eyes of Drosophila melanogaster cultured in darkness for about 800 generations[J].Zoolog Sci，1985（2）：867-867.

[4] Eguchi E.Eyes and darkness–evolutionary and adaptational aspects[J].Zoolog Sci，1986（3）：931-943.

[5] Suzuki E，Katayama E，Hirosawa K.Structure of photoreceptive membranes of Drosophila compound eyes as studied by quick-freezing electron microscopy[J].J Electron Microsc，1993（42）：178-184.