谷子可溶性膳食纖維對果蠅生活的影響

任艾齊,陳立英,岳琳忠,鄧夢婷,趙文婧,2*

(1.太原師范學院 生物科學與技術學院,晉中 030619,2.山西大學 生物技術研究所,太原 030006)

谷子,又稱粟,是禾本科狗尾草屬植物,脫殼后即為小米[1].本研究選用的谷子品種是晉谷21號,晉谷21號是由山西省農科院經濟作物研究所育成的優質高產谷子新品種,該品種在1992年中國首屆農業博覽會上榮獲銀獎,并兩次榮獲中國小米之冠的稱號.谷子營養豐富,含有豐富的可溶性膳食纖維,可溶性膳食纖維具有良好的營養保健作用[2].研究表明,可溶性膳食纖維不僅可以緩解便秘,降低膽固醇、血糖水平,還可以在腸道中被腸道微生物徹底分解,調節腸道菌群,產生各種短鏈脂肪酸,在預防和治療結腸癌方面有一定的效果[3].

作為生物學研究中最重要的模式生物之一,果蠅具有生命史短、易于飼養、易于取材、全基因組測序工作已經完成、可供研究的信息更多等優勢[4].因此果蠅被廣泛應用于遺傳學、生理學、生物化學及藥理學等方面的研究.果蠅作為研究人類疾病的模式生物,與人類在身體發育、遺傳變異、腫瘤產生、神經衰退等方面的機制有許多相似之處[5].近年來,科學家已研究了花生粕多肽提取物[6]、褐變黑枸杞[7]、特效植物素[8]、蘆薈[9]和蕨菜黃酮[10]等對果蠅的生長、發育、繁殖等生活方面的影響,關于谷子可溶性膳食纖維對果蠅生活的影響還未見報道.因此通過研究谷子可溶性膳食纖維對果蠅生活的影響,旨在為進一步開發谷子可溶性膳食纖維的醫療保健功能提供理論依據.

1 材料與設備

1.1 材料與試劑

提取膳食纖維所需原材料晉谷21號購自山西省農業科學院,其他實驗所需材料和試劑詳見表1.

表1 實驗材料與試劑

1.2 儀器與設備

實驗所用儀器與設備均由太原師范學院生物科學與技術學院實驗室提供,詳見表2.

2 實驗方法

2.1 谷子可溶性膳食纖維的提取

從晉谷21號中酶法獲取谷子可溶性膳食纖維,經過旋蒸,醇沉,冷凍干燥之后即可得到干品[11].

2.2 果蠅培養基的配制

對照組培養基即玉米粉-酵母培養基:采用遺傳學實驗教程上的配方.具體方法如下:用電子分析天平分別稱取蔗糖12.4 g,瓊脂 1.5 g,之后加入量取好的蒸餾水用電磁爐加熱煮沸溶解配制成A液,接著稱取16.5 g玉米粉加入量取好的蒸餾水中用電磁爐加熱攪拌均勻后,再加入酵母粉1.4 g配制成B液;最后將A液和B液混合并在電磁爐上加熱,一邊加熱一邊不停攪拌防止糊底,直到煮沸,然后冷卻至60 ℃左右再向培養基中加入1 mL丙酸,并攪拌使其混勻成糊狀.培養基凝固前迅速分裝到錐形瓶中,滅菌并加蓋棉塞,待其冷卻凝固后再置于4 ℃冷藏備用.

試驗組培養基即添加66 g/L谷子可溶性膳食纖維的玉米粉-酵母培養基:谷子可溶性膳食纖維66 g/L,玉米粉 108.6 g/L,酵母粉9.2 g/L,蔗糖81.6 g/L,瓊脂9.9 g/L,丙酸 6.6 ml/L.制作方法同對照組.

2.3 果蠅的喂養及分組

將試驗中的雌雄果蠅分組飼養,每組15只,分別用不含可溶性膳食纖維的對照組培養基和添加谷子可溶性膳食纖維的實驗組培養基進行喂養,每組重復3次.

2.4 果蠅繁殖力測定

果蠅的繁殖力測定采用譚曉樂2012年報道的方法[12].水晶葡萄汁收集盤制作的具體方法如下:用電子天平分別稱取14 g瓊脂和22 g蔗糖置于搪瓷缸中,然后將其溶解于300 mL的蒸餾水中并攪拌均勻;加熱并攪拌約5 min使蔗糖和瓊脂完全溶解;靜置冷卻至不燙手時加入10 mL乙醇和5 mL冰醋酸;最后加入100 mL水晶葡萄汁,再次加熱并充分攪拌至溶液澄清透明;靜置冷卻至不燙手時,將溶液倒入圓形的培養皿中,用保鮮膜密封并于4 ℃冷凍備用.準備使用前,充分融化均勻后倒入一個中等大小的培養皿中,等待其凝固,然后在中心涂一小塊濃酵母糊,在濃酵母糊的中心滴上一滴10 %的乙酸,并用高壓蒸汽滅菌后的移液槍頭在收集盤中做一個十字,用來觀測和統計雌果蠅的產卵情況.

收集8h內羽化的雌雄果蠅,每組各5雄10雌分別放入對照組培養基和實驗組培養基中.為了使雌果蠅達到產卵高峰期,所以在飼養48 h后要將親本雌雄果蠅轉入空的一次性塑料杯中,并在其底部剪一個缺口,缺口用紗布密封,便于果蠅透氣的同時防止其飛出.之后,用制作好的收集盤密封塑料杯口.先讓雌果蠅在葡萄汁收集盤中適應產卵兩個小時,然后換用新的收集盤,此時開始統計雌果蠅產卵的數量.待雌果蠅產卵約6 h后,拿下換用后的收集盤并在顯微鏡下觀察記錄收集盤上雌果蠅的產卵數量.

2.5 果蠅生長發育測定

果蠅的生長發育評價采用2016年劉威等學者介紹的方法[13].具體方法為:收集對照組培養基和實驗組培養基中10日齡的成年雄性黑腹果蠅,在冰箱中-20 ℃冰凍處理1 h,之后在解剖鏡下分離出果蠅的翅膀,并在互動顯微鏡下進行拍照.之后用Image J軟件計算果蠅成蟲的平均翅面積.

2.6 果蠅抗氧化能力測定

2.6.1 組織勻漿的制備

分別收集對照組培養基和實驗組培養基中的10日齡雄果蠅,首先在生理鹽水中進行漂洗,并用濾紙干燥,然后在電子天平上稱取50 mg組織放入1.5 mL的離心管中,加入0.5 mL提前在4℃冰箱冷凍的生理鹽水并用組織勻漿器充分研磨,然后在冰浴條件下以3000 r/min離心10 min,最后取上清液分別測定果蠅組織中MDA含量和SOD活性.

2.6.2 果蠅MDA含量的測定

通過對組織勻漿中MDA含量的檢測,評判果蠅組織脂質過氧化水平和細胞膜損壞程度.獲取的果蠅組織勻漿根據MDA檢測試劑盒中的說明書進行測定,結果表示為每mL果蠅組織勻漿中含nmol MDA(nmol/mL).

2.6.3 果蠅SOD活性的測定

通過對組織勻漿中SOD活力的檢測,評判果蠅組織抗氧化酶系的活性.獲取的果蠅組織勻漿根據SOD檢測試劑盒中的說明書進行測定,結果表示為每mL果蠅組織勻漿中含有的SOD活力單位數(U/mL).

3 結果與分析

3.1 谷子可溶性膳食纖維對果蠅繁殖力的影響

將8 h內羽化的雌雄果蠅按照每組5雄10雌,分別放入對照組培養基和實驗組培養基中,飼養48 h后,觀察谷子可溶性膳食纖維對雌果蠅產卵量的影響可以反映谷子可溶性膳食纖維對果蠅繁殖力的影響.結果如表3所示.

表3 谷子可溶性膳食纖維對果蠅產卵量的影響

由表3可知,不含谷子可溶性膳食纖維的對照組果蠅的產卵量是153.33±2.52粒,添加谷子可溶性膳食纖維的實驗組果蠅的產卵量是156.67±2.52粒.雖然結果表明實驗組的產卵量比對照組增加了3.34粒,差異不顯著.

3.2 谷子可溶性膳食纖維對果蠅生長發育的影響

果蠅的平均翅面積是衡量果蠅生長發育情況的一項重要指標.通過比較谷子可溶性膳食纖維對果蠅平均翅面積的影響可以反映果蠅的生長發育情況.結果如圖1、圖2和表4所示.

圖2 谷子可溶性膳食纖維對果蠅生長的影響

由表4可得,對照組中果蠅的平均翅面積為90.62±0.95 μm2,添加谷子可溶性膳食纖維的實驗組培養基喂養的果蠅的平均翅面積為123.09±5.92 μm2,結果表明與對照組相比,實驗組果蠅的平均翅面積增加了32.47 μm2,且差異顯著(P<0.05),這表示谷子可溶性膳食纖維可以明顯促進果蠅的生長發育.此外,由圖2可知,與對照組相比,添加谷子可溶性膳食纖維的實驗組喂養的果蠅其體長也有所增加,體型也更加飽滿.

3.3 谷子可溶性膳食纖維對果蠅抗氧化能力的影響

丙二醛(MDA)是生物體內脂質過氧化的標志物,也是膜脂過氧化的產物之一.由于生物體內的氧化應激會導致細胞膜脂質體過氧化,細胞膜被反應過程中產生的自由基破壞.因此,測定生物體內丙二醛(MDA)的含量可以反映該生物體細胞的過氧化程度和膜系統的受損程度,從而間接反映了生物體的抗氧化能力[14].谷子可溶性膳食纖維對果蠅體內的MDA含量的影響如表5所示.

表5 谷子可溶性膳食纖維對果蠅MDA含量的影響

由表5可得,對照組中果蠅體內的MDA含量為3.55±0.03 nmol/mL,添加谷子可溶性膳食纖維喂養的實驗組果蠅體內的MDA含量為3.23±0.08 nmol/mL,結果表明與對照組相比,實驗組果蠅體內的MDA含量降低了0.32 nmol/mL,且具有顯著差異(P<0.05),說明谷子可溶性膳食纖維可以顯著降低果蠅體內的丙二醛(MDA)含量,減少果蠅體內細胞的過氧化程度和膜系統的受損程度.

生物體內的丙二醛(MDA)含量和超氧化物歧化酶(SOD)活性是衡量生物體抗氧化能力的兩項重要指標.超氧化物歧化酶(SOD)能夠有效清除生物體內產生的自由基,特異性地加速體內的超氧化物轉化為過氧化氫并最終轉化為水,阻斷自由基連鎖反應,提高生物體的抗氧化能力.因此,超氧化物歧化酶(SOD)在保護機體免受氧化損傷方面具有重要作用.生物體內超氧化物歧化酶活性的下降表示其抗自由基毒性能力的下降,即生物體抗氧化能力的下降.因此可以通過檢測果蠅體內的SOD活性來評價其抗氧化能力,實驗結果如表6所示.

表6 谷子可溶性膳食纖維對果蠅SOD活性的影響

由表6可得,對照組培養基飼養的果蠅其體內的SOD活性為353.11±20.55 U/mL,實驗組果蠅體內的SOD活性為469.65±21.59 U/mL.實驗結果表明與對照組相比,實驗組果蠅體內的SOD活性增加了116.54 U/mL,且具有顯著差異(P<0.05),說明谷子可溶性膳食纖維可以顯著提高果蠅體內的超氧化物歧化酶(SOD)活性,提高果蠅的抗氧化能力.

4 結論

近年來,隨著科學技術的不斷進步,人們的生活水平逐漸提高,人類對于回歸大自然的愿望越來越強烈,并越來越青睞于純天然的食物和藥物,而谷子可溶性膳食纖維的醫療保健功能恰好能滿足人們的這種需求.谷子可溶性膳食纖維具有較強的食用和營養價值,既能溶解于水,又能被腸道微生物降解為葡聚糖、果膠、瓊脂、樹膠等多種物質成分[15].據法國一些學者報道,心腦血管疾病的發生率與膳食纖維的攝入量呈現負相關;經常攝入適量的膳食纖維有助于降低血壓、減少體內載脂蛋白、低密度脂蛋白及甘油三酯含量[16].此外,Ventura等對有糖尿病家族史的超重拉丁美洲小孩進行調查,結果發現他們腰圍的對數值與日常生活中可溶性膳食纖維攝入量的對數值呈反比(B=-0.069,P=0.036),可見可溶性膳食纖維能夠緩解超重,降低患糖尿病的風險[17].現代營養學觀點認為,每天攝取一定量的可溶性膳食纖維可以有效調節血糖血脂、抑制腫瘤生長、促進腸道消化吸收等.

果蠅是一種多細胞真核模式生物,基于其豐富的遺傳性狀和簡便的遺傳操作,果蠅在生物學研究領域得到了廣泛的應用[18].生物體的生長發育狀況與營養物質的攝取息息相關,其衰老死亡與體內自由基的積累和抗氧化能力有很大的關系,許多學者希望通過實驗研究找到提高生物體自身抗氧化能力延緩衰老死亡、促進生物體健康生長發育的方法,許多天然植物成分成為了實驗材料,如黑米花青素[19]、黃芪多糖[20]、根皮素[21]、黑豆皮可溶性膳食纖維[22]和白藜蘆醇[23]等.生物體的生理代謝過程中會不斷產生活性氧(ROS)和氧化終產物丙二醛(MDA),ROS包括過氧化物、超氧化物、羥基自由基等.體內ROS和MDA的積累和失調會對細胞結構造成嚴重損害,導致機體代謝紊亂,加速細胞和個體衰老.超氧化物歧化酶(SOD)能特異性地加速超氧化物轉化為過氧化氫并最終轉化為水,降低對細胞結構成分造成的損害,調節生物體氧化代謝,延緩細胞和個體衰老.本實驗結果表明,用添加谷子可溶性膳食纖維的培養基飼養果蠅,能夠顯著增加其平均翅面積,顯著降低體內丙二醛(MDA)含量,顯著提高體內超氧化物歧化酶(SOD)活性.綜上所述,谷子可溶性膳食纖維在促進細胞分裂增殖、促進生物體生長發育、增強機體抗氧化能力、延緩細胞和個體衰老等方面有顯著功效.