酵母对黑腹果蝇生殖能力、羽化周期及抗氧化能力的影响

卢 瑾，傅日添，非峻宇，陈高远，刘卜亿，李亚娟

（1.华南农业大学 植物保护学院，广东 广州 510642；2.华南农业大学 动物科学院，广东 广州 510642；3.华南农业大学 农学院，广东 广州 510642；4.华南农业大学基础试验与实践训练中心，广东 广州 510642)

黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）属昆虫纲双翅目果蝇科，是重要的模式生物之一，因其体型小、饲养繁殖力强、遗传背景清晰等优点，成为遗传学、分子生物学等多个学科领域研究的重要试验材料。果蝇杂交试验是遗传学试验教学的重要内容，通过设计和实施果蝇杂交试验过程，巩固学生对遗传定律内涵的理解，激发学生对遗传学研究的兴趣，培养严谨的科学精神和协作能力。在遗传学试验教学中，果蝇杂交试验需要杂交1～2 次，得到2～3 个世代的果蝇群体，试验周期较长，特别是每次杂交挑选处女蝇都需要约7 d，整个试验周期需要30～50 d，加剧了教学任务重与课时少之间的矛盾。

酵母粉是果蝇饲料中不可缺少的基本成分之一，酵母菌含有丰富的蛋白质、粗纤维素、碳水化合物、矿物元素及微量元素等物质，为果蝇提供生长发育所必需的营养物质，在果蝇尤其是幼虫的生长发育中起着至关重要的作用。在基础培养基中添加酵母，果蝇的交配率和繁殖率都显著提高。研究表明，添加活酵母可以缩短果蝇发育周期，提高子代数量与体重，随着酵母浓度升高，果蝇幼虫发育时间缩短。笔者研究了不同酵母浓度培养下果蝇3 龄幼虫和蛹的发育周期、性活力、繁殖能力、爬行能力和抗氧化能力的差异，探索酵母对果蝇生长发育和生殖能力的影响，以期缩短处女蝇选择周期和果蝇杂交试验周期，提高果蝇杂交试验的教学效率和效果。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验所用果品系为野生型黑腹果蝇（Drosophila melanogaster），由华南农业大学遗传学试验室提供，培养条件为25 ℃，相对湿度为70%，光周期为12L∶12D。果蝇培养基成分见表1，酵母粉为安琪活性酵母(食物级），培养果蝇的培养基中酵母的浓度一般为1%，所以设1%酵母浓度为对照组。

表1 果蝇培养基成分表

1.2 试验方法

1.2.1 果蝇生活周期 将若干黑腹对果蝇成虫转入装有不同酵母浓度培养基的培养瓶中，至后代有幼虫出现时将果蝇转出。挑选生长状况良好的即将化蛹的3 龄幼虫放入培养瓶中，每瓶1 只，每组每天100 只，连续挑15 d，置于25 ℃培养至羽化。记录每只果蝇的羽化时间和果蝇性别，计算从3 龄幼虫到羽化的时间，记为羽化周期，并统计每组果蝇的羽化率和雌雄比例。

1.2.2 果蝇性活力测定 将若干黑腹果蝇成虫转入装有不同酵母浓度培养基的培养瓶中，至后代有黑色蛹出现时将果蝇转出。收集羽化后8 h 内未交配的雌雄果蝇，用乙醚麻醉后将雌雄果蝇分别放入对应酵母浓度的培养管中，每瓶10 只，置于25 ℃生化培养箱中培养4 d 后，将雌雄果蝇转入同一三角瓶中进行杂交，每瓶10 对，记录90 min 内果蝇的交配潜伏期、交配率和交配持续期。

1.2.3 果蝇后代总数和雌雄比 将黑腹果蝇成虫转入装有不同酵母浓度培养基的培养瓶中，每瓶10对，至后代有黑色蛹出现时将果蝇转出。自子代果蝇羽化开始，每天将子代果蝇转出，用乙醚麻醉后区分果蝇性别并计数，共统计10 d。计算10 d 内产生的果蝇后代总数和子代中雌雄比例。

1.2.4 果蝇爬行能力的测定 将若干黑腹果蝇成虫转入装有不同酵母浓度培养基的培养瓶中，至后代出现蛹时将果蝇转出。配制培养基倒入平底塑料管，每个浓度20 管。收集自羽化后8 h 内的处女蝇，用乙醚麻醉后区分果蝇性别，采用雌雄分开单独饲养的方式饲养果蝇，每个培养瓶中10 只。将培养瓶置于25 ℃生化培养箱中培养4 d 后，转入干燥平底圆筒玻璃管中，轻轻将果蝇抖落至底部，记录6 s 内向上爬行至预设6 cm 标线的果蝇数量。重复3 次，记录上线的果蝇数，取3 次中的最高值。

1.2.5 果蝇抗氧化能力的测定 将不同酵母浓度的培养基中饲养4 d 的果蝇转至空管中，饥饿处理2 h。取40 μL 30%过氧化氢葡萄糖溶液浸湿1 cm×6 cm长方形，并贴在培养管壁上，将饥饿处理2 h 的果蝇转入培养瓶，每8 h 添加4 μL30%过氧化氢葡萄糖溶液保证果蝇的进食量。每4 h 记录果蝇死亡数量，直至果蝇全部死亡，计算每个时间点的存活率，并制成存活率折线图。试验中，因转换时操作不当导致意外死亡的果蝇数据要剔除，避免影响试验结果。

1.3 数据分析

试验数据采用SPSS25.0 统计软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 酵母浓度对果蝇生活周期的影响

比较不同酵母浓度培养的果蝇从3 龄幼虫到羽化的生活周期（表2），结果表明，随着酵母浓度的增加，果蝇的羽化周期大致呈缩短的趋势。酵母浓度为4%时，果蝇的羽化周期最短，雌雄性果蝇的羽化周期均比对照（酵母浓度为1%）缩短了0.9 d，且达到了显著水平，同时雌性果蝇的羽化周期一致性最好，有利于缩短收集处女蝇的时间；果蝇的羽化率呈上升趋势。但当酵母浓度为5%时，果蝇的羽化率有所下降，且各酵母浓度饲养下没有显著差异，表明酵母浓度不会显著影响果蝇羽化率；在各个酵母浓度下，雌性果蝇的羽化周期较雄性果蝇短。

表2 不同酵母浓度对果蝇羽化率和羽化周期的影响

2.2 酵母浓度对果蝇性活力的影响

比较不同酵母浓度培养的果蝇性活力（图1），结果表明，酵母浓度为4%时果蝇的交配率显著高于其他浓度，果蝇的交配持续期也显著延长，交配潜伏期显著缩短；酵母浓度为1%，2%，3%时果蝇的交配时长和交配率相差不大且无显著差异，推测大幅提高酵母浓度能达到提高果蝇性活力的效果。

图1 不同酵母浓度培养的果蝇的交配潜伏期、交配持续期和交配率

2.3 酵母浓度对果蝇后代总数和雌雄比的影响

比较不同酵母浓度培养的果蝇开始羽化后10 d 内的后代总数和雌雄比例（图2），结果表明，随着酵母浓度增加，果蝇后代总数有较明显的升高趋势，且酵母浓度为4%时，后代总数最高，说明提高酵母浓度有利于增强果蝇的繁殖能力，且酵母浓度为4%时，果蝇的繁殖能力最强。当酵母浓度为4%时，后代果蝇雌雄比值较大，但各个浓度所产生的后代雌雄比差异不明显，说明提高酵母浓度可相对提高雌性果蝇的比例，但酵母浓度对雌雄果蝇发育和性别分化没有显著影响。

图2 不同酵母浓度培养的果蝇繁殖能力及后代雌雄比例

2.4 酵母浓度对果蝇爬行能力的影响

比较不同酵母浓度培养的果蝇爬行能力（图3），结果表明，随着酵母浓度的提高，雄性果蝇爬行能力逐渐下降，当酵母浓度提高到3%时，雄性果蝇爬行能力显著降低；随着酵母浓度的提高，雌性果蝇爬行能力呈先升后降趋势。在酵母浓度较低时，随着酵母浓度的提高雌性果蝇爬行能力显著提高；在酵母浓度较高时，随着酵母浓度的提高雌性果蝇爬行能力显著降低，当酵母浓度为2%时，雌性果蝇爬行能力最强。

图3 不同酵母浓度培养下果蝇的爬行能力

2.5 酵母浓度对果蝇抗氧化能力的影响

比较不同酵母浓度培养的果蝇抗氧化能力（图4），结果表明，经30%过氧化氢糖溶液喂养前40 h，酵母浓度为3%的培养基饲养的雄性果蝇存活率最高，抗氧化能力最强，但40 h 后其存活率急剧下降；经30%过氧化氢糖喂养40 h 后，酵母浓度为1%的培养基饲养的雄性果蝇存活率最高，果蝇仍有较好的抗氧化能力；酵母浓度为4%时，雄性果蝇的抗氧化能力最差。在雌性果蝇中，经30%过氧化氢糖溶液喂养前28 h，酵母浓度越高雌性果蝇存活率越高，抗氧化能力越强，但28 h 后酵母浓度为2%，3%，4%时果蝇存活率持续快速下降，而酵母浓度为1%时，果蝇存活率下降较缓慢，果蝇抗氧化能力最强，表明提高酵母浓度可以提高新生雌性果蝇抗氧化能力。

图4 不同酵母浓度喂养的雌性果蝇（左）与雄性果蝇（右）的抗过氧化氢生存曲线

3 结论与讨论

酵母是果蝇培养基中的重要成分。孙美玲等在基础培养基中添加酵母，发现果蝇的交配率和繁殖率都显著提高。谢德娟等研究表明，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。修冰等研究表明，酵母粉可促进果蝇的生长发育，并使其繁殖力增强。雌性果蝇交配后会大量吸收酵母，从而提高产卵量。雌性产卵总数受酵母与糖比例的影响显著。以上结果均表明，酵母在果蝇的生长发育、交配、繁殖方面起着重要的调控作用。本研究结果表明，适量增加酵母浓度，能显著缩短果蝇从3 龄幼虫到羽化的生活周期，果蝇交配率提高和交配持续期增长，后代的总数明显增加，进一步证明酵母在果蝇生长发育和生殖过程中发挥重要的调控作用。酵母浓度过高时，培养基产生大量的微生物，培养基表面的湿度和粘度增加，限制了果蝇的活动和性活力，因此当酵母浓度达到一定程度时，酵母浓度升高反而延长果蝇羽化时间，后代总数也会显著减少。当酵母浓度达到2%时，随着酵母浓度的提高，果蝇爬行能力显著降低，说明酵母浓度过高对果蝇爬行能力有负面影响。酵母是一种具有抗氧化活性的物质，适当提高酵母浓度，在短时间内果蝇有较高的抗氧化能力，但一段时间后，果蝇抗氧化能力逐渐减弱，且酵母浓度变化对雄蝇抗氧化能力的影响比对雌蝇更强，具体的作用机制还需进一步研究。

本研究通过比较不同酵母浓度培养下果蝇3 龄幼虫和蛹的发育周期、性活力、繁殖能力、爬行能力和抗氧化能力的差异，发现酵母浓度为4%时,雌雄性果蝇的生活周期均比对照（酵母浓度为1%）缩短了0.9 d，同时雌性果蝇的生活周期一致性最好，有利于缩短收集处女蝇的时间；酵母浓度为4%时，果蝇交配率显著提高，交配持续期显著延长，交配潜伏期显著缩短，同时得到的后代数量最多，表明较高的酵母浓度可以显著提高果蝇性活力和繁殖能力。在果蝇杂交试验中，可通过提高酵母的浓度缩短收集处女蝇的时间和各世代的生活周期，从而加快试验进程，有效缓解课时数少与试验周期长之间的矛盾。本研究结果认为，4%酵母浓度为果蝇杂交试验中培养果蝇的最佳酵母浓度。