6 種增稠劑對野生型果蠅生長發育的影響研究

汪曉純，袁紫儀，顧 悅，郭慶宇，王 濤，續凱欣

（1.黑龍江八一農墾大學 食品學院，黑龍江大慶 163000；2.沈陽農業大學 食品學院，遼寧沈陽 110866；3.東北農業大學 食品學院，黑龍江哈爾濱 150030）

近年來，在國家和科研工作者的努力下，食品添加劑的開發取得了質的飛躍，目前國內市場已有多種特殊功能的天然食品添加劑和人工合成的食品添加劑。食品添加劑就是一把雙刃劍，既有優點也有缺點。食品添加劑增加了食品的種類，保持和提升了食品的營養價值。但是一些食品添加劑在使用過程中會產生副產物，有些副產物在人體內累積到一定程度，會使人體機能受到損害；且食品添加劑的超范圍、超劑量使用也會對人體產生巨大的安全隱患。由此可見，食品添加劑與人體健康息息相關，已經成為一項威脅人體健康不可忽視的因素。其中，增稠劑主要用于改善和增加食品的黏稠度，保持流態食品、膠凍食品的色、香、味和穩定性，改善食品物理性狀，并能使食品有潤滑適口的感覺[1-5]。因此，食品中應用各種增稠劑的安全性也亟待驗證，以便更好地應用于食品工業。

黑腹果蠅是生物學研究中最重要的模型生物之一，具有體積小、易于操作、飼養簡單、成本低廉、生命周期短（約兩周）、繁殖力強以及子代數量多等優勢。超過60%的人類疾病基因在果蠅中有直系同源物。因此，20 世紀70 年代以來，黑腹果蠅在發育生物學、神經科學、人類疾病研究等領域得到了廣泛應用，隨著科學的發展和研究手段的不斷進步，在未來果蠅將會作為一種理想的模式生物在各個領域發揮其作用[6-7]。本研究通過喂食果蠅6 種增稠劑，并觀察果蠅的體積、體重、爬行能力和后代存活率等指標分析增稠劑對果蠅生長的影響。

1 材料與方法

1.1 培養基的配制

本實驗根據《食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》（GB 2760—2014）挑選10 種增稠劑，經過梯度濃度增稠劑配制果蠅培養基篩選，以50 只雌果蠅產卵兩天，孵化成蟲數量達到50 只以上為標準，最終得到6 種增稠劑的果蠅培養數據。

培養基配制采用2x 果蠅濃縮的基礎培養基稀釋配制，基礎培養基1 L 成分為玉米粉71.2 g、酵母粉16.8 g、黃豆粉9.8 g、瓊脂5.6 g、水600 mL、麥芽糖飴75 mL、麥芽汁400 mL 等。對照組為2x 培養基∶水=1 ∶1 稀釋配制；實驗組為2x 培養基∶增稠劑水溶液=1 ∶1 混合配制，實驗組培養基增稠劑的最終濃度分別為5%紫膠酸、5%蔗糖硬脂酸酯、3%卡拉膠、3%羅望子膠、3%藻酸丙二醇酯和3%海藻酸鈉。接種果蠅為w1118野生型果蠅，50 只雌果蠅，50 只雄果蠅接卵48 h，25 ℃培養，濕度60%，12 h 晝夜交替。

1.2 實驗儀器

解剖鏡，日本Olympus；正置熒光顯微鏡，德國Leica；電子分析天平，上海恒平儀器；純水儀，上海雷磁電科學儀器；生化培養箱，哈爾濱東聯儀器。

1.3 實驗方法

1.3.1 三齡幼蟲的發育情況測定

收集在不同培養基中產卵4 d 后孵化的三齡幼蟲，冷凍處理14 h 后放置于干凈的載玻片上，用毛刷將其擺放整齊，每組收集20 只在顯微鏡下拍照，用刻度尺測量并拍照記錄。根據以下公式計算蛹的相對體積V1。

式中：L1為三齡幼蟲長度，mm；I1為三齡幼蟲寬度，mm。

1.3.2 蛹的發育情況

收集不同培養基中已經孵化成蛹的果蠅，放置于干凈的載玻片上，用毛刷將其擺放整齊，每組20只在顯微鏡下拍照并記錄。根據以下公式計算蛹的相對體積V2。

式中：L2為蛹長度，mm；I2為蛹寬度，mm。

1.3.3 成蟲爬行能力的測定

根據李娜等[8]測定果蠅的爬行能力的方法，收集不同培養基中羽化后的雄性成蟲取20 只分別放入量筒中，將果蠅磕至空量筒底部，并同時開始計時至15 s 時，數出15 s 時果蠅爬過12 cm 線的只數，每組做3 次平行實驗。

1.3.4 雄性成蟲果蠅重量的測定

收集不同培養基中羽化后的雄性成蟲，每組樣品取20 只，使用分析天平稱重記錄數據，每組做3次平行實驗。成蟲平均體重=總質量/稱重只數。

1.3.5 雌果蠅受精卵的孵化率的測定

收集不同培養基中雌性果蠅20 只，將其放在蘋果汁培養基中培養，記錄其產卵數，4 ～5 d 后記錄其孵化卵數。計算出果蠅的孵化率，每組做3 次平行實驗。孵化率=（孵化數/產卵總數）×100%。

1.3.6 數據分析

果蠅顯微圖像采用ImageJ 軟件分析測量果蠅幼蟲和蛹的長度和寬度；GraphPad Prism 6.0 軟件進行統計學分析。

2 結果與分析

2.1 增稠劑對果蠅個體體積的影響

2.1.1 三齡幼蟲期

果蠅從受精卵孵化成一齡幼蟲僅需24 h，從一齡幼蟲期到達三齡幼蟲期需2 ～3 d，三齡幼蟲的形體狀態穩定，便于觀察與測量[9]。實驗結果顯示，在幼蟲期增稠劑卡拉膠、羅望子膠、藻酸丙二醇酯和海藻酸鈉的體積顯著減小（圖1）。其中羅望子膠組體積下降28.4%，卡拉膠組下降21.8%，海藻酸鈉組下降16.5%，藻酸丙二醇酯組下降了10.3%。另外，紫膠組和蔗糖硬脂酸酯組幼蟲體積分別增加38.3%，65.2%（表1）。研究結果表明不同增稠劑對果蠅幼蟲期的大小影響存在差異。

表1 喂食增稠劑果蠅幼蟲體積變化

圖1 增稠劑喂食果蠅的三齡幼蟲狀態（標尺為500 μm）

2.1.2 蛹期

果蠅變態發育的第二個階段為蛹期，此階段的果蠅大小直接決定成蟲體型，通過進一步觀察果蠅蛹體積的大小，分析增稠劑對果蠅生長的影響至關重要。實驗結果顯示，卡拉膠組減少53.3%，羅望子膠組減少42.4%，海藻酸鈉組減少了38.1%，藻酸丙二醇酯減少了25.8%。此外，紫膠組和蔗糖硬脂酸酯蛹體積分別增加了34.7%和32.5%（圖2 和表2）。通過幼蟲與蛹的體積分析，發現增稠劑紫膠和蔗糖硬脂酸酯對果蠅的生長起到了持續促進的效果，而卡拉膠、羅望子膠、藻酸丙二醇酯和海藻酸鈉抑制了果蠅的幼蟲期與蛹期的生長。

圖2 增稠劑喂食果蠅的蛹期狀態（標尺為500 μm）

表2 喂食增稠劑的蛹體積變化

2.2 增稠劑對成蟲體重的影響

果蠅經過幼蟲期和蛹期的生長最終羽化成成蟲，成蟲繼續在增稠劑培養基中生活7 d。由于雌性成蟲受激素的影響較大，因此選擇羽化7 d 的雄果蠅測量體重，持續觀察增稠劑對果蠅體重的影響。實驗結果表明，與對照組相比卡拉膠組、羅望子膠組和海藻酸鈉組的平均體重分別下降了0.11 mg、0.09 mg和0.12 mg，而紫膠組和蔗糖硬脂酸酯組的平均體重分別增加了0.10 mg 和0.05 mg（圖3）。因此，增稠劑對果蠅的生長影響持續到了成蟲期，而不同的增稠劑的影響效果不同。

圖3 增稠劑對成蟲期雄果蠅的體重影響

2.3 增稠劑對果蠅后代存活能力的影響

為了進一步觀察增稠劑對果蠅后代存活率的影響，通過分別搜集200 只雌果蠅，50 只雄果蠅自由交配48 h，計算產卵的孵化率。結果顯示，增稠劑組的后代活力顯著下降，與對照組的93.2%的孵化率相比，紫膠組下降了28.2%，蔗糖硬脂酸酯組下降了12.2%，卡拉膠組下降了11.2%，羅望子膠組下降了37.1%，藻酸丙二醇酯組下降了52.4%，海藻酸鈉組下降了14.1%（圖4）。以上結果說明，增稠劑對于后代的存活率的影響嚴重，可較大程度地降低受精卵的孵化率。

圖4 增稠劑對成蟲后代的存活能力的影響

2.4 增稠劑對果蠅成蟲行為能力的影響分析

爬行能力是果蠅運動活力的關鍵，通過觀察果蠅的爬行能力，可以分析增稠劑對果蠅的機械活動能力的影響，進一步評價果蠅的生長狀態。本實驗通過測量20 只雄果蠅15 s 內爬過12 cm 距離的通過率分析果蠅的爬行能力。研究結果表明，喂食增稠劑的實驗組果蠅成蟲的爬行能力受到不同程度的影響，其中紫膠組的通過率下降了22.8%，蔗糖硬脂酸酯組下降了27.8%，卡拉膠組下降了61.1%，羅望子膠組下降了47.8%，藻酸丙二醇酯組下降了54.5%，海藻酸鈉組通過率下降了40.1%（圖5）。以上結果說明，增稠劑抑制了果蠅的運動能力，通過率普遍降低。

圖5 增稠劑對果蠅爬行能力的影響

3 結論

本實驗研究表明，喂食果蠅6 種增稠劑對果蠅幼蟲期、蛹期與成蟲期的生長發育存在不同程度的影響，其中卡拉膠、羅望子膠和海藻酸鈉顯著抑制了果蠅的生長發育。表現為幼蟲和蛹的體積變小、體重下降、后代存活率降低以及爬行能力降低。在食品工業生產中應用此種增稠劑存在一定的安全風險，為進一步規范使用食品添加劑提供理論參考。