田祯祥



酵母和白砂糖对雌果蝇寿命内稳态影响的初步探究*

田祯祥

（枣庄学院体育学院，山东 枣庄 277000）

通过不同酵母、白砂糖浓度培养基培养，观察两者对雌性黑腹果蝇寿命的影响，结果发现不同酵母浓度对果蝇寿命的影响没有显著性差异规律，而不同白砂糖浓度对果蝇寿命的影响呈倒U字相关，峰值S3组成功建立了白砂糖依赖的寿命内稳态。结合功能内稳态理论来探究其更广泛的意义，为进一步果蝇寿命的影响因素研究建立了内稳态模型。

黑腹果蝇;寿命; 酵母; 白砂糖;内稳态

果蝇是一种小型昆虫，隶属于双翅目、果蝇科、果蝇属，因其常聚集在腐烂的水果周围而得名果蝇。黑腹果蝇具有人类大多数脏器，它是生物医学研究中最重要的模式生物之一，其寿命只有三个月左右，尤其适合开展寿命研究[1]。本文利用雌性黑腹果蝇（female Drosophlia melanogaster, FDM）的寿命作为研究模型，通过不同酵母浓度、白砂糖浓度培养基培养FDM，观察两者对FDM寿命内稳态的影响。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1实验动物

野生型FDM Oregon R品系由华南农业大学提供。

1.1.2实验试剂与实验仪器

试剂：“佳一粒”精幼砂糖，广东佳一粒糖业集团有限公司生产；高活性酵母，安琪酵母股份有限公司生产；丙酸，天津大茂化学试剂厂；

仪器：电子天平，型号FA2005，上海天平仪器厂； Eppendorf 移液枪，Germany制造。

1.2 实验方法

1.2.1果蝇的正常培养

用于果蝇的传代培养的基础培养基的配制：水100 mL，白砂糖5 g，琼脂1 g，玉米粉5 g，麦胚芽5 g，酵母粉4 g，丙酸0.5 mL。将除丙酸外的其余各成分混合于烧杯中，搅拌均匀后加热至煮沸，待冷却未凝固时加入丙酸，分装到培养管中。待培养基凝固后用棉塞塞住，存放于4。C冰箱冷藏备用。

收集果蝇于基础培养基培养管中，放置在恒温恒湿培养箱中，气温（25±1）℃，相对湿度45 %～75 %，12 L：12 D条件下培养。所用培养管规格为105×27 mm2，玻璃厚1.5 mm。一周更换一次培养基，将果蝇全部转移至新培养基中，以防培养基腐化。

1.2.2不同酵母浓度影响的FDM寿命实验

不同酵母浓度培养基（Y组培养基）的配制：按照表1中的各成分比例称取，按照基础培养基的配制方法配制，其中Y20（100%）酵母浓度为基本培养基[2]。

表1 Y组培养基中成分含量表

编号酵母比例酵母（g）白砂糖(g)丙酸（ml）琼脂（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

收集生长在基础培养基上未交配新羽化的FDM，随机分管培养在Y组培养基中，每管分装三十只，每组重复五管，每五天更换一次培养基，每日统计果蝇存活数、死亡数，直至全部死亡。计算得出果蝇平均寿命、平均最高寿命、半致死时间以及存活率曲线。

1.2.3不同白砂糖浓度影响的FDM寿命实验

不同白砂糖浓度培养基（S组培养基）的配制：按表2中的比例称取各种成分，按基础培养基的配制方式配制S组培养基，其中S4糖浓度为基本培养基[2]。

表2 S组培养基中成分含量表

编号白砂糖(g)丙酸（ml）琼脂（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浓度的培养基S组基础上，用同样方法收集生长在基础培养基的FDM进行S组实验，并计算果蝇寿命指标。

1.2.4统计学方法

实验数据用SPSS17.0统计分析包处理，组间差异运用One2way ANOVA方法进行分析，各组均数间差别比较采用LSD2 t检验，显著差异水平为P<0.05；非常显著差异水平为P<0.01。

2 结果

2.1 不同酵母浓度对FDM寿命的影响

如图1所示，不同酵母浓度对FDM平均寿命的影响出现不规则的波动性变化，无酵母组（Y0组）与其余有酵母各组相比平均寿命显著性降低；然而有酵母组各组之间的平均寿命未见明显规律；将有酵母各组看作一个统计样本与无酵母组相比较，结果发现酵母可以显著性提高FDM平均寿命（P<0.05）。平均最高寿命也出现类似结果（P<0.05）。从半致死时间来看，无酵母组比其他各有酵母组（除Y15、Y17）相比均有显著性的缩短（P<0.05）。

2.2 不同白砂糖浓度对FDM寿命的影响

如图2A所示，与S0组（无糖组）比较，S1~12组的平均寿命都有非常显著性的提高（P<0.01），其他高糖组（S13~16组）差异均无显著性。与S0组的平均最高寿命相比，S1 ~6组都有非常显著的提高（P<0.01），S14 ~16组都非常显著的下降（P<0.01）。与S0组的半致死时间相比，各组都有非常显著的提高（P<0.01）。如图2B所示，S0组FDM的存活曲线位于坐标轴最内侧；15天后S0组、S11~16组糖浓度的果蝇存活率开始急剧下降，而S1 ~7组在25天后才开始大量死亡。

而与S3组相比较，其他各组的平均寿命、平均最高寿命、半致死时间均呈现非常显著地下降（P<0.01）（如图2A）。S3组的存活曲线位于坐标轴最外侧，果蝇整体存活水平较高，最高寿命达到55天左右（如图2B）。

注: 3次独立重复实验；平均数+标准差；与S0组（无糖组）比较：*为差异有显著性P<0.05，**为差异有极显著性P<0.01；与S3组比较：#为差异有显著性P<0.05，##为差异有极显著性P<0.01。

3 讨论

3.1 酵母浓度对FDM生长的影响

果蝇生命所需能量全部来源于培养基，因此研究培养基成分对果蝇寿命的影响具有实际意义。在果蝇的能量来源中，酵母是不可缺少的基本成分之一，尤其喜爱腐烂水果上的活酵母。有报道表明酵母含有丰富的蛋白质，各种氨基酸含量与理想型氨基酸相比较，普遍高于理想型，对于果蝇的营养需求属于优质蛋白资源[3]。早有人报道增加酵母含量可促使地中海雌果蝇产卵量增加，同时还发现寿命的延长和产卵量负相关[4]，提示酵母的成分比例对FDM的生长繁殖等方面起着重要作用，且已有相关研究报道[5]，但未见对没有生育的雌性处女蝇寿命影响的研究。因此通过实验结果发现本实验使用的基础培养基中有无酵母成分会影响到FDM的寿命，但是该酵母浓度范围的变化不会对FDM的寿命状态产生显著的规律性影响，可能是因为处女蝇不需要繁殖，对酵母的需求大大减少。实验中我们也发现，无酵母的培养基较易变质，所以培养基中适量酵母的加入可以为果蝇提供能量的同时，也可以改善培养基质量，延长使用时限。

3.2 白砂糖对果蝇生长的影响

本实验所细化的不同白砂糖浓度培养基对FDM寿命的影响呈倒“U”字关系，即S3组白砂糖浓度使FDM寿命到达顶峰状态，低于或者高于S3组浓度的培养基均使FDM寿命下降，且结果呈现显著性差异。而S3组浓度相对于基础培养基（S4组）来说，白砂糖浓度降低为75%，提示一定程度的能量限制可延长寿命，但低于S3组糖浓度寿命呈现下降趋势。

3.3 寿命内稳态

功能内稳态是维持功能充分稳定发挥的负反馈机制[6,7]，其典型特征就是可以抵抗一定阈值以下的内外干扰，维持功能充分稳定的发挥。寿命是所有生物个体的一种功能，是由寿命内稳态（longevity-specific homeostasis, LoSH）维持的，因此LoSH是维持个体最佳寿命的负反馈机制。本实验中不同酵母浓度的添加与无酵母组相比显著延长了FDM寿命，则该浓度范围处于酵母依赖的LoSH区间，酵母浓度的改变未能影响到LoSH水平。然而不同白砂糖浓度的培养基实验区间则明显观察到白砂糖浓度对FDM寿命的显著影响，两者呈倒“U”字关系，S3组寿命比其他组别显著性提高FDM寿命，为白砂糖依赖的LoSH峰值，较低或者较高的白砂糖浓度均打破了LoSH水平，减少FDM寿命。因此我们可以预测S3组处于白砂糖依赖的LoSH可以抵抗一定阈值以内的干扰，维持LoSH水平不受到影响。这为进一步研究果蝇寿命的相关影响因素建立了内稳态模型，为寿命的研究的模式开展提供新的方向和依据。

4 小结

本实验所使用的基础培养基中不同酵母浓度的改变未能显著影响FDM的寿命水平，但与无酵母组相比显著延长了FDM寿命，表明酵母成分在果蝇培养基中为不可缺少的成分之一，浓度的变化未能打破酵母依赖的LoSH。然而，不同白砂糖浓度的改变与FDM寿命呈倒“U”字关系，S3组建立了成功的LoSH，延长FDM寿命的同时，预测可以抵抗一定阈值的内外干扰。提示为果蝇寿命的影响因素研究建立了白砂糖依赖的内稳态模型。

[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] 段葆兰.1997.微生物技术在商办食品工业中的应用[J].食品科学, 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]刘承宜, 朱平. 低强度激光鼻腔内照射疗法[M]. 北京：人民军医出版社, 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

国家自然科学基金（60878061）。

田祯祥(1988-)，山东枣庄人，硕士，助教，研究方向：激光运动医学。