任艾齊,陳立英,岳琳忠,鄧夢(mèng)婷,趙文婧,2*

(1.太原師范學(xué)院 生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,晉中 030619,2.山西大學(xué) 生物技術(shù)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(hào),晉谷21號(hào)是由山西省農(nóng)科院經(jīng)濟(jì)作物研究所育成的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)谷子新品種,該品種在1992年中國首屆農(nóng)業(yè)博覽會(huì)上榮獲銀獎(jiǎng),并兩次榮獲中國小米之冠的稱號(hào).谷子營(yíng)養(yǎng)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(yíng)養(yǎng)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(diào)節(jié)腸道菌群,產(chǎn)生各種短鏈脂肪酸,在預(yù)防和治療結(jié)腸癌方面有一定的效果[3].

作為生物學(xué)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(yǎng)、易于取材、全基因組測(cè)序工作已經(jīng)完成、可供研究的信息更多等優(yōu)勢(shì)[4].因此果蠅被廣泛應(yīng)用于遺傳學(xué)、生理學(xué)、生物化學(xué)及藥理學(xué)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(fā)育、遺傳變異、腫瘤產(chǎn)生、神經(jīng)衰退等方面的機(jī)制有許多相似之處[5].近年來,科學(xué)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(duì)果蠅的生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖等生活方面的影響,關(guān)于谷子可溶性膳食纖維對(duì)果蠅生活的影響還未見報(bào)道.因此通過研究谷子可溶性膳食纖維對(duì)果蠅生活的影響,旨在為進(jìn)一步開發(fā)谷子可溶性膳食纖維的醫(yī)療保健功能提供理論依據(jù).

1 材料與設(shè)備

1.1 材料與試劑

提取膳食纖維所需原材料晉谷21號(hào)購自山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院,其他實(shí)驗(yàn)所需材料和試劑詳見表1.

表1 實(shí)驗(yàn)材料與試劑

1.2 儀器與設(shè)備

實(shí)驗(yàn)所用儀器與設(shè)備均由太原師范學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室提供,詳見表2.

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 谷子可溶性膳食纖維的提取

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

2.2 果蠅培養(yǎng)基的配制

對(duì)照組培養(yǎng)基即玉米粉-酵母培養(yǎng)基:采用遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)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(yǎng)基中加入1 mL丙酸,并攪拌使其混勻成糊狀.培養(yǎng)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(yàn)組培養(yǎng)基即添加66 g/L谷子可溶性膳食纖維的玉米粉-酵母培養(yǎng)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(duì)照組.

2.3 果蠅的喂養(yǎng)及分組

將試驗(yàn)中的雌雄果蠅分組飼養(yǎng),每組15只,分別用不含可溶性膳食纖維的對(duì)照組培養(yǎng)基和添加谷子可溶性膳食纖維的實(shí)驗(yàn)組培養(yǎng)基進(jìn)行喂養(yǎng),每組重復(fù)3次.

2.4 果蠅繁殖力測(cè)定

果蠅的繁殖力測(cè)定采用譚曉樂2012年報(bào)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(shí)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?jǐn)嚢柚寥芤撼吻逋该?靜置冷卻至不燙手時(shí),將溶液倒入圓形的培養(yǎng)皿中,用保鮮膜密封并于4 ℃冷凍備用.準(zhǔn)備使用前,充分融化均勻后倒入一個(gè)中等大小的培養(yǎng)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(gè)十字,用來觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)雌果蠅的產(chǎn)卵情況.

收集8h內(nèi)羽化的雌雄果蠅,每組各5雄10雌分別放入對(duì)照組培養(yǎng)基和實(shí)驗(yàn)組培養(yǎng)基中.為了使雌果蠅達(dá)到產(chǎn)卵高峰期,所以在飼養(yǎng)48 h后要將親本雌雄果蠅轉(zhuǎn)入空的一次性塑料杯中,并在其底部剪一個(gè)缺口,缺口用紗布密封,便于果蠅透氣的同時(shí)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(yīng)產(chǎn)卵兩個(gè)小時(shí),然后換用新的收集盤,此時(shí)開始統(tǒng)計(jì)雌果蠅產(chǎn)卵的數(shù)量.待雌果蠅產(chǎn)卵約6 h后,拿下?lián)Q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(chǎn)卵數(shù)量.

2.5 果蠅生長(zhǎng)發(fā)育測(cè)定

果蠅的生長(zhǎng)發(fā)育評(píng)價(jià)采用2016年劉威等學(xué)者介紹的方法[13].具體方法為:收集對(duì)照組培養(yǎng)基和實(shí)驗(yàn)組培養(yǎng)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(dòng)顯微鏡下進(jìn)行拍照.之后用Image J軟件計(jì)算果蠅成蟲的平均翅面積.

2.6 果蠅抗氧化能力測(cè)定

2.6.1 組織勻漿的制備

分別收集對(duì)照組培養(yǎng)基和實(shí)驗(yàn)組培養(yǎng)基中的10日齡雄果蠅,首先在生理鹽水中進(jìn)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(cè)定果蠅組織中MDA含量和SOD活性.

2.6.2 果蠅MDA含量的測(cè)定

通過對(duì)組織勻漿中MDA含量的檢測(cè),評(píng)判果蠅組織脂質(zhì)過氧化水平和細(xì)胞膜損壞程度.獲取的果蠅組織勻漿根據(jù)MDA檢測(cè)試劑盒中的說明書進(jìn)行測(cè)定,結(jié)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(cè)定

通過對(duì)組織勻漿中SOD活力的檢測(cè),評(píng)判果蠅組織抗氧化酶系的活性.獲取的果蠅組織勻漿根據(jù)SOD檢測(cè)試劑盒中的說明書進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果表示為每mL果蠅組織勻漿中含有的SOD活力單位數(shù)(U/mL).

3 結(jié)果與分析

3.1 谷子可溶性膳食纖維對(duì)果蠅繁殖力的影響

將8 h內(nèi)羽化的雌雄果蠅按照每組5雄10雌,分別放入對(duì)照組培養(yǎng)基和實(shí)驗(yàn)組培養(yǎng)基中,飼養(yǎng)48 h后,觀察谷子可溶性膳食纖維對(duì)雌果蠅產(chǎn)卵量的影響可以反映谷子可溶性膳食纖維對(duì)果蠅繁殖力的影響.結(jié)果如表3所示.

表3 谷子可溶性膳食纖維對(duì)果蠅產(chǎn)卵量的影響

由表3可知,不含谷子可溶性膳食纖維的對(duì)照組果蠅的產(chǎn)卵量是153.33±2.52粒,添加谷子可溶性膳食纖維的實(shí)驗(yàn)組果蠅的產(chǎn)卵量是156.67±2.52粒.雖然結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)組的產(chǎn)卵量比對(duì)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(duì)果蠅生長(zhǎng)發(fā)育的影響

果蠅的平均翅面積是衡量果蠅生長(zhǎng)發(fā)育情況的一項(xiàng)重要指標(biāo).通過比較谷子可溶性膳食纖維對(duì)果蠅平均翅面積的影響可以反映果蠅的生長(zhǎng)發(fā)育情況.結(jié)果如圖1、圖2和表4所示.

圖2 谷子可溶性膳食纖維對(duì)果蠅生長(zhǎng)的影響

由表4可得,對(duì)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(shí)驗(yàn)組培養(yǎng)基喂養(yǎng)的果蠅的平均翅面積為123.09±5.92 μm2,結(jié)果表明與對(duì)照組相比,實(shí)驗(yàn)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(jìn)果蠅的生長(zhǎng)發(fā)育.此外,由圖2可知,與對(duì)照組相比,添加谷子可溶性膳食纖維的實(shí)驗(yàn)組喂養(yǎng)的果蠅其體長(zhǎng)也有所增加,體型也更加飽滿.

3.3 谷子可溶性膳食纖維對(duì)果蠅抗氧化能力的影響

丙二醛(MDA)是生物體內(nèi)脂質(zhì)過氧化的標(biāo)志物,也是膜脂過氧化的產(chǎn)物之一.由于生物體內(nèi)的氧化應(yīng)激會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膜脂質(zhì)體過氧化,細(xì)胞膜被反應(yīng)過程中產(chǎn)生的自由基破壞.因此,測(cè)定生物體內(nèi)丙二醛(MDA)的含量可以反映該生物體細(xì)胞的過氧化程度和膜系統(tǒng)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(duì)果蠅體內(nèi)的MDA含量的影響如表5所示.

表5 谷子可溶性膳食纖維對(duì)果蠅MDA含量的影響

由表5可得,對(duì)照組中果蠅體內(nèi)的MDA含量為3.55±0.03 nmol/mL,添加谷子可溶性膳食纖維喂養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)組果蠅體內(nèi)的MDA含量為3.23±0.08 nmol/mL,結(jié)果表明與對(duì)照組相比,實(shí)驗(yàn)組果蠅體內(nèi)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(nèi)的丙二醛(MDA)含量,減少果蠅體內(nèi)細(xì)胞的過氧化程度和膜系統(tǒng)的受損程度.

生物體內(nèi)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(xiàng)重要指標(biāo).超氧化物歧化酶(SOD)能夠有效清除生物體內(nèi)產(chǎn)生的自由基,特異性地加速體內(nèi)的超氧化物轉(zhuǎn)化為過氧化氫并最終轉(zhuǎn)化為水,阻斷自由基連鎖反應(yīng),提高生物體的抗氧化能力.因此,超氧化物歧化酶(SOD)在保護(hù)機(jī)體免受氧化損傷方面具有重要作用.生物體內(nèi)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(cè)果蠅體內(nèi)的SOD活性來評(píng)價(jià)其抗氧化能力,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表6所示.

表6 谷子可溶性膳食纖維對(duì)果蠅SOD活性的影響

由表6可得,對(duì)照組培養(yǎng)基飼養(yǎng)的果蠅其體內(nèi)的SOD活性為353.11±20.55 U/mL,實(shí)驗(yàn)組果蠅體內(nèi)的SOD活性為469.65±21.59 U/mL.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明與對(duì)照組相比,實(shí)驗(yàn)組果蠅體內(nèi)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(nèi)的超氧化物歧化酶(SOD)活性,提高果蠅的抗氧化能力.

4 結(jié)論

近年來,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,人們的生活水平逐漸提高,人類對(duì)于回歸大自然的愿望越來越強(qiáng)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(yī)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(qiáng)的食用和營(yíng)養(yǎng)價(jià)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(zhì)成分[15].據(jù)法國一些學(xué)者報(bào)道,心腦血管疾病的發(fā)生率與膳食纖維的攝入量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān);經(jīng)常攝入適量的膳食纖維有助于降低血壓、減少體內(nèi)載脂蛋白、低密度脂蛋白及甘油三酯含量[16].此外,Ventura等對(duì)有糖尿病家族史的超重拉丁美洲小孩進(jìn)行調(diào)查,結(jié)果發(fā)現(xiàn)他們腰圍的對(duì)數(shù)值與日常生活中可溶性膳食纖維攝入量的對(duì)數(shù)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(fēng)險(xiǎn)[17].現(xiàn)代營(yíng)養(yǎng)學(xué)觀點(diǎn)認(rèn)為,每天攝取一定量的可溶性膳食纖維可以有效調(diào)節(jié)血糖血脂、抑制腫瘤生長(zhǎng)、促進(jìn)腸道消化吸收等.

果蠅是一種多細(xì)胞真核模式生物,基于其豐富的遺傳性狀和簡(jiǎn)便的遺傳操作,果蠅在生物學(xué)研究領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[18].生物體的生長(zhǎng)發(fā)育狀況與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的攝取息息相關(guān),其衰老死亡與體內(nèi)自由基的積累和抗氧化能力有很大的關(guān)系,許多學(xué)者希望通過實(shí)驗(yàn)研究找到提高生物體自身抗氧化能力延緩衰老死亡、促進(jìn)生物體健康生長(zhǎng)發(fā)育的方法,許多天然植物成分成為了實(shí)驗(yàn)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(huì)不斷產(chǎn)生活性氧(ROS)和氧化終產(chǎn)物丙二醛(MDA),ROS包括過氧化物、超氧化物、羥基自由基等.體內(nèi)ROS和MDA的積累和失調(diào)會(huì)對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重?fù)p害,導(dǎo)致機(jī)體代謝紊亂,加速細(xì)胞和個(gè)體衰老.超氧化物歧化酶(SOD)能特異性地加速超氧化物轉(zhuǎn)化為過氧化氫并最終轉(zhuǎn)化為水,降低對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)成分造成的損害,調(diào)節(jié)生物體氧化代謝,延緩細(xì)胞和個(gè)體衰老.本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,用添加谷子可溶性膳食纖維的培養(yǎng)基飼養(yǎng)果蠅,能夠顯著增加其平均翅面積,顯著降低體內(nèi)丙二醛(MDA)含量,顯著提高體內(nèi)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(jìn)細(xì)胞分裂增殖、促進(jìn)生物體生長(zhǎng)發(fā)育、增強(qiáng)機(jī)體抗氧化能力、延緩細(xì)胞和個(gè)體衰老等方面有顯著功效.