《镉胁迫对果蝇生长发育的影响实证探究》5700字（论文）

镉胁迫对果蝇生长发育的影响实证研究摘要：镉是主要的环境污染毒物之一，会对生物体造成难以消除的危害。为了进一步探究镉对生物体生长发育的影响，本实验以DrosophilamelanogasterCanton-S为实验材料，用不同浓度镉（0mg/kg、1mg/kg、2mg/kg、4mg/kg、8mg/kg）对野生型果蝇进行处理。让其在含不同浓度重金属的培养基中产卵，再对卵进行后续实验观察，待卵发育成幼虫，取三龄幼虫进行体重和体长的测量，并观察蛹化和羽化的高峰期，分析镉对果蝇发育时间的影响。羽化后再分别对F1代1d、5d、10d龄成蝇进行体重测量，结合幼虫体重体长，探究不同浓度镉对果蝇生长发育的胁迫作用。研究结果如下：幼虫的体重变化趋势为先增加后下降；幼虫体长随镉浓度的升高而缩短；成蝇体重表现为先增加后下降的趋势。表明重金属镉对果蝇的生长发育产生了胁迫作用，并且一定程度上能够延长发育时间，降低发育活性。关键词：镉黑腹果蝇生长发育目录TOC\o"1-2"\h\u前言 １镉 １果蝇 １镉对黑腹果蝇生长发育的研究进展 １主要研究内容及研究意义 ２1. 镉对果蝇生长发育的影响 31.1 实验对象 31.2 实验试剂及仪器 31.3 实验方法 32. 实验结果与分析 52.1 镉对果蝇幼虫体重的影响 52.2 镉对果蝇幼虫体长的影响 52.3 镉对果蝇成虫体重的影响 63. 讨论 73.1 镉对三龄幼虫体重体长的影响 73.2 镉对果蝇成虫体重的影响 8参考文献 10前言镉镉（cadmium,Cd），)是一种非必需重金属元素，在自然界中常以化合物状态存在，一般含量很低，在正常环境下不会影响人体健康。镉化合物不易被肠道吸收，但可通过呼吸作用被人体吸收，被人体吸收后，在体内形成镉硫蛋白，选择性地储存在肝脏和肾[1]。研究发现，镉的毒性机制除凋亡相关基因等因素异常表达外，主要是通过诱导机体产生ROS[2]，导致氧化损伤。镉的毒性和危害已引起世界各国的广泛关注，被中国列为重要排放控制指标之一。果蝇本次实验所用生物黑腹果蝇（Drosophilamelanogaster），属于节肢动物门、昆虫纲、双翅目、果蝇科、果蝇属，是遗传学上非常常见和重要的模式生物。黑腹果蝇作为一种模式生物，有其独特的优势:易于栽培、繁殖迅速、使用经济;突变体生命周期短(约两周)，繁殖能力强，许多性状易于观察，只有四对染色体，易于遗传操作[3]。1830年首次发现黑腹果蝇，在随后的几年里，遗传学家如卡斯特、摩尔根对它进行了深入研究，了解了很多关于它的基因。通过众多科学家坚持不懈对果蝇进行的研究，最终对果蝇有了透彻的了解。现在，遗传学实验经常将果蝇作为实验中的模型动物，用来对人类疾病的发病机制、发病原因、治疗手段和药物研制进行深入研究，为加速医学发展进步做出巨大贡献。野生型果蝇个体为黄褐色，眼色为砖红色，雄性果蝇腹部有黑斑，前肢有性梳，而雌性没有，可以此来作区别。雌性果蝇一次最多能产400枚0.5毫米的卵，卵上覆盖着一层绒毛膜和一层卵黄膜。其发育速度受环境温度影响。雌蝇成虫通常在腐烂的果实或其他发酵的有机物[4]上产卵，因此果蝇幼虫在自然环境中以腐烂水果中的微生物和含糖的果实为食。但在实验室的果蝇培养中，用到的材料是玉米粉、酵母粉和琼脂配制成的人工合成培养基，果蝇生长的环境一般设置为温度25℃及湿度60％的恒温条件，放于生化培养箱中。在25℃环境下，幼虫22小时后孵化。温度太高或太低都会影响发育的速度。经过三个幼虫发育阶段和五天蛹期的变态发育，蛹壳呈半透明黄褐色，长椭圆形，蛹前端有一根呼吸管突出。最后破蛹而出，变为成蝇。近年来，经济发展迅速，重金属对人类生命和生态系统的毒性及威胁日益增加，环境中的金属污染已成为全球关注的重大问题。黑腹果蝇作为重要的模式生物，已被广泛应用于金属潜在毒性研究。结合果蝇具有较短的生物学生命周期，可以在胚胎发育和成年期间进行金属胁迫，而生长发育指标、存活率、神经元能和行为等改变在果蝇中比较容易检测到,在分子水平上探究毒性机制也相对简单，因此果蝇被当作毒理学效应研究的理想材料。镉对黑腹果蝇生长发育的研究进展镉作为环境中常见的有毒有害污染物[1]，可以通过黑腹果蝇来研究镉对生物的胁迫作用。镉对果蝇繁殖、防御、寿命和抗氧化酶活性的影响已被广泛研究。李长春[5]等人对果蝇进行了铅、镉的单一和复合胁迫的实验，探究了其对果蝇生长发育和抗氧化能力的影响，结果显示铅、镉单一及复合处理显著延长了果蝇的化蛹时间和羽化时间，使其生长发育速度减缓。丁瑞瑞[6]等人做了对经镉处理的亲代、子代果蝇进行了体重、羽化数，还有攀爬力与抗饥力等指标的研究，得出镉会降低果蝇的攀爬与抗饥的能力，还能降低体重与羽化数，同时诱导果蝇雌雄性别比失衡的实验结论。本研究以黑腹果蝇幼虫和成虫的生长发育指标为研究对象，研究不同浓度镉的单一胁迫效应。主要研究内容及研究意义本实验选用的实验对象是黑腹果蝇，对野生型黑腹果蝇在不同浓度的镉(0mg/kg、1mg/kg、2mg/kg、4mg/kg、8mg/kg)下进行培养。让其在含重金属的培养基中产卵，再对卵进行后续实验观察。待卵发育成幼虫，取三龄幼虫进行体重和体长的测量，并观察蛹化和羽化的高峰期，分析镉对果蝇发育时间的影响。当羽化后，再分别对F1代1d、5d、10d龄成蝇进行体重测量，结合幼虫体重体长，探究镉对果蝇生长发育的胁迫作用。由于镉具有极强毒性并较容易发生迁移转化的特点，对环境和生物体的危害研究十分必要。在对果蝇不同生长指标及发育状况的观察与测量过程中，探究果蝇卵经过多个浓度镉处理后生长发育阶段发生的变化，评估镉污染的潜在毒性，进一步对相应的分子机制进行研究，有利于做好镉污染的防御措施并研究抵抗毒性的药物、治愈技术。镉对果蝇生长发育的影响实验对象保存于曲阜师范大学生命科学学院遗传实验室的Canton-S品系黑腹果蝇，置于温度25℃、相对湿度60%的恒温生化培养箱中培养。实验试剂及仪器（1）电子天平（2）生化培养箱（3）电子万用电炉（4）高压灭菌锅（5）微量移液器（6）游标卡尺（7）蔗糖（分析纯）（8）酵母浸粉（9）琼脂粉（10）玉米粉（11）丙酸（12）氯化镉（13）乙醇（95%）（14）二甲苯实验方法培养基组成成分表1-1果蝇培养基配方Tab.1-1Theculturemediumrecipeofflies培养基类型水（ml）琼脂粉（g）玉米粉（g）蔗糖（g）酵母粉（g）丙酸（ml）氯化镉（mg）基本培养基（对照）150116140.4±10.00含镉培养基(1mg/kg)150116140.4±10.17含镉培养基(2mg/kg)150116140.4±10.34含镉培养基(4mg/kg)150116140.4±10.68含镉培养基(8mg/kg)150116140.4±11.36普通培养基的配制(1))用量筒分别量取100ml和50ml的自来水，分装于两个白瓷缸中为后续实验操作做准备。(2)50ml水的白瓷缸中加入玉米粉搅匀备用，100ml水的白瓷缸中加入琼脂、蔗糖放于电炉上加热至沸腾。(3)100ml水的白瓷缸中液体沸腾时，将溶解玉米粉的50ml水倒入，边倒边搅拌。(4)搅拌使玉米糊不糊底，冒泡后取下，晾至室温加入丙酸，搅拌均后分装于果蝇培养瓶。(5)待培养基凝固后（第二天），将酵母粉洒在培养基表面。实验步骤参考王转斌[7]、李秀兰[8]等人的研究。含镉培养基的配制(1)用量筒分别量取100ml和50ml的自来水，分装于两个白瓷缸中为后续实验操作做准备。(2)50ml水的白瓷缸中加入玉米粉搅匀备用，100ml水的白瓷缸中加入琼脂、蔗糖放于电炉上加热至沸腾。(3)100ml水的白瓷缸中液体沸腾时，将溶解玉米粉的50ml水倒入，边倒边搅拌。(4)搅拌使玉米糊不糊底，冒泡后取下，晾至室温加入丙酸和氯化镉溶液，搅拌均后分装于果蝇培养瓶(5)待培养基凝固后（第二天），将酵母粉洒在培养基表面。(6)由于氯化镉用量过少，电子天平无法精确称量出固体重量，本实验采取了各个浓度对应的重量扩大百倍，配制成100ml溶液后，取1ml加入到基本培养基中以达到使培养基含有不同镉浓度的目的。镉处理方法取5对野生型雌雄蝇置于不同镉浓度(浓度分别为1mg/kg、2mg/kg、4mg/kg和8mg/kg)的实验组培养瓶中培养，等到它们交配产卵后，去除成蝇。接着将卵培养到三龄幼虫时期部分收集；待幼虫蛹化、羽化至成蝇后转移至新的浓度梯度镉培养基中继续培养，在第1天、第5天和第10天时分别收集与测量成蝇体重。测量果蝇体重和体长的方法测量三龄幼虫体重和体长的方法(1)幼虫体重的测量：当观察到培养瓶中的幼虫发育至三龄时，把对照组和4个实验组的幼虫分别进行挑取，尽量选择已经爬到瓶壁上准备化蛹的三龄幼虫，将幼虫表皮上附着的培养基残渣用生理盐水冲洗干净，用吸水纸将幼虫体表的液体吸干。把上述幼虫按浓度大小每15只为一个称量单位，然后放到小培养皿（已经过去皮操作）中称总重量，再算出单只幼虫的体重，为保证实验结果的严谨性，共进行三次重复试验，最后取平均值。(2)幼虫体长的测量：重复使用被测量体重的对照组与实验组的三龄幼虫，放入按1:1比例混合的二甲苯与乙醇（95%）溶液浸泡1分钟，等到幼虫身体变硬变直以后，用游标卡尺分别测量并记录各组幼虫体长，三次重复试验之后，算出平均值。测量果蝇成虫体重的方法羽化的处女蝇被转移至对应浓度梯度的新培养瓶中继续培养，对1d、5d、10d龄的对照和实验组果蝇进行称重。用乙醚麻醉后放于提前去皮称重的小培养皿中再次称重，记录电子天平示数，计算成蝇体重，每组进行三组重复实验，实验结果取平均值。实验数据统计及分析本实验所得数据使用Excel进行处理分析，主要使用的就是单因素方差分析（One-wayANOVA）、Tukey显著性检验（P<0.05）两种统计学方法。实验结果与分析镉对果蝇幼虫体重的影响如图2-1所示，在不同镉浓度下培养后，幼虫的体重呈先增后减的趋势，与对照组相比较，低浓度（1mg/kg和2mg/kg）下幼虫的体重显著增加（P=0.0125331，<0.05），而在较高浓度（即4mg/kg与8mg/kg）处理下，则没有发生显著变化。图2-1镉对果蝇幼虫体重的影响mg/只（图表上方不同字母分别代表不同镉浓度处理之间存在的显著差异（P<0.05））Figure2-1Effectofcadmiumonbodyweightofdrosophilalarvaemg/one(Thedifferentlettersatthetopofthechartindicatethattherearesignificantdifferencesbetweendifferentcadmiumconcentrationtreatments(P<0.05))镉对果蝇幼虫体长的影响图2-2的结果表明，经不同镉浓度培养后，三龄幼虫体长逐渐减小，低浓度（1mg/kg和2mg/kg）的幼虫体长与对照组相比无明显变化，但在较高浓度（4mg/kg和8mg/kg）下显著降低。其中，4mg/kg镉浓度处理下，幼虫体长缩短与对照组相比差异显著（P<0.05），但8mg/kg镉浓度处理下则出现了与对照组相比极显著的差异（P<0.01）。图2-2镉对果蝇幼虫体长的影响mm/只（图表上方不同字母分别代表不同镉浓度处理之间存在的显著差异（P<0.05））Fig.2-2EffectofcadmiumonthebodylengthofDrosophilalarvaemm/one(Thedifferentlettersatthetopofthechartindicatethattherearesignificantdifferencesbetweendifferentcadmiumconcentrationtreatments(P<0.05))镉对果蝇成虫体重的影响由图2-3三图结果可知，1d、5d、10d龄果蝇成蝇的体重均为先上升后下降的变化趋势。由图2-3-A可知，与对照组相比，1天龄的成蝇体重在1mg/kg浓度处理下最大，且体重增加显著（P<0.05），其他的镉浓度处理下成蝇的体重则没有发生显著改变；由图2-3-B可知，与对照组相比，5天龄的成蝇体重在2mg/kg浓度处理下最大，且发生了显著的增加（P<0.05），而其余浓度处理组，成蝇体重没有发生显著改变；由图2-3-C可知，与对照组相比，10天龄的成蝇体重在2mg/kg浓度处理下最大，且发生了显著的增加（P<0.05），而其余浓度处理组，成蝇体重没有发生显著改变。ABC图2-3镉对成蝇体重的影响mg/只A：1天龄成蝇；B：5天龄成蝇；C：10天龄成蝇（图表上方不同字母分别代表不同镉浓度处理之间存在的显著差异（P<0.05））Fig.2-2EffectofcadmiumonthebodyweightofadultDrosophilamelanogastermg/oneA:1dinadultflies;B:5dinadultflies;C:10dinadultflies(Thedifferentlettersatthetopofthechartindicatethattherearesignificantdifferencesbetweendifferentcadmiumconcentrationtreatments(P<0.05))讨论镉对三龄幼虫体重体长的影响镉是具有非氧化还原性的重金属，但却可能对生物体造成氧化损伤[9]。本次实验结果表明重金属离子镉对果蝇幼虫生长发育具有胁迫作用，一方面表现在幼虫体重方面，低浓度（1mg/kg和2mg/kg）处理时，幼虫体重发生显著增加，体长没有显著改变；高浓度（4mg/kg和8mg/kg）处理时，幼虫体重没有发生显著变化，而体长与对照组相比发生了显著性缩短。以上结果与杜移珍[10]等人的研究结果相似，我们猜测原因可能是在细胞分化过程中受到了重金属离子的干扰作用，镉干扰了细胞分化为神经和肌肉。根据生物自身的应激及抵御作用，幼虫在受到外界刺激时，体内的各项防御机制被调动起来积极对抗，果蝇幼虫体重和体长发育因此发生变化。镉对果蝇成虫体重的影响本实验通过分别测量1天、5天、10天龄成蝇的体重来研究不同镉浓度对成蝇体重的影响，不同日龄的果蝇体重无明显差别。低镉浓度下果蝇体重出现显著性增加，高镉浓度则没有发生显著性变化，此结果与胡晓宇[11]等人的研究结果一致。重金属镉的毒性作用与机制在前文中已进行阐述,结合许多对重金属胁迫影响果蝇氧化应激的研究报道，可以猜想成蝇体重的变化可能有多种原因。首先果蝇发育的基础与分子表达有关，在我们学习遗传变异的时候了解到某些物理因素会使生物基因发生突变，所以果蝇可能会在重金属的作用下发生基因突变导致其生长受到影响。其次，生物自身都具有自我调节机制，动物还具有免疫等调控作用，当低浓度的镉对机体进行作用时，可能会刺激机体，使其激发抵抗能力及调节能力，因此低镉浓度下成蝇体重会有所增加。而由于机体的调节能力都有一定的限度，当镉浓度过高，对机体的毒害作用超出了自身的承受范围，破环了内环境稳态则会抑制果蝇生长，体重不再增加甚至有所减少。由于内环境稳态靠的是神经-体液-免疫调节系统维持，镉胁迫对果蝇产生的影响也可能是由于体内积累的重金属元素刺激了神经系统等使其产生兴奋应激效应[12]。关于重金属胁迫作用是否会影响到果蝇器官及其它系统的发育情况，尚有待进行更加深入的研究。

参考文献[1]关丽,刘湘南.水稻镉污染胁迫遥感诊断方法与试验[J].农业工