红芪加工废弃物活性多糖对果蝇生育力和寿命及抗氧化能力的影响

叶文斌，何玉鹏，宫峥嵘，陈耀年，罗 辉

红芪加工废弃物活性多糖对果蝇生育力和寿命及抗氧化能力的影响

叶文斌1,2,3，何玉鹏1,2，宫峥嵘1,2，陈耀年1,2，*罗 辉4

（1.陇南师范高等专科学校 农林技术学院，甘肃，成县 742500；2.陇南特色农业生物资源研究开发中心，甘肃，成县 742500；3.甘肃省农业固体废弃物资源化利用重点实验室，甘肃，天水 741000；4.井冈山大学医学部，江西，吉安 343009）

研究红芪废弃物中提取的生物活性多糖对黑腹果蝇的生殖能力、寿命和抗氧化能力的影响。通过不同浓度的红芪多糖对黑腹果蝇的存活试验，研究了一代至四代（F1-F4）的生殖能力和寿命、雌雄个体数、抗氧化酶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)的活性和丙二醛(MDA)含量的变化。结果表明，与对照组相比，添加多糖可提高F1-F4雌雄果蝇的繁殖能力，延长其寿命，降低果蝇体内丙二醛含量，提高了黑腹果蝇的抗氧化能力和生命力，表现出剂量效应，雌雄果蝇性比为接近1:1。

红芪加工废弃物；活性多糖；黑腹果蝇；生育力和寿命；抗氧化能力

中国是世界上最大的农业国家，也是世界上农业废弃物产出最多的国家，随着农业经济的不断发展，农业种植物的固体废弃物也随之增加[1-2]。近年来随着国家对中药材种植的政策支持，甘肃省大力实施陇药振兴计划，明确支持建立中药材生产基地。陇南道地中药材红芪（.）是主要支持和推广种植栽培的品种，近3年仅陇南红芪种植面积已达10万亩以上，采挖面积6万亩以上，年产量超过200万吨，产值达2亿元以上，陇南已成为中国最大的红芪生产、加工和销售基地。甘肃道地中药材武都红芪是多序岩黄芪栽培驯化的变种，主要药用部位是干燥的根[3]。祖国医学认为其性温味甘，具有补气、利尿、排脓、敛疮生肌等功效[4]，以陇南市武都米仓山特产尤为著名，是中国国家地理标志产品，其主要成分为红芪多糖，占红芪总成分的23%~34%[4]。中药类多糖具有众多的生理功能使其成为国内外研究的热点。红芪多糖同其它药用植物多糖一样，具有广泛的药理作用，而且具有依赖性低、毒副作用小、安全性高、疗效好等特点[5-6]。由于红芪加工时会产生数量巨大废弃物，对加工废弃物的处理和资源化利用研究是当前的一个主要问题。而红芪加工废弃物中植物活性多糖的主要成分为红芪多糖，占红芪废弃物总成分的13.96%，主要由鼠李糖、木糖、阿拉伯糖、葡萄糖和半乳糖组成[7-8]。迄今，用红芪加工废弃物活性多糖对果蝇生育力和寿命及抗氧化能力的影响的研究报道较少。

本研究以黑腹果蝇为材料，采用生存实验及统计分析方法研究和探讨红芪加工废弃物活性多糖对果蝇寿命和生育力及抗氧化能力的影响，为开发无毒无副作用的抗氧化、抗衰老替代药物和功能食品提供依据，也为红芪加工废弃物的再利用和综合开发利用提供技术。

1 材料与方法

1.1 实验材料与主要仪器

红芪加工废弃物活性多糖主要成分为红芪多糖，含量为13.96%，纯度为99.38%，陇南师范高等专科学校农林技术学院实验室提供，超氧化物歧化酶试剂盒（批号20160822）购自卡迈舒（上海）生物科技有限，过氧化氢酶试剂盒（批号20170509）购自南京建成生物工程研究所，MDA试剂盒（批号20170729）购自武汉默沙克生物科技有限公司，立式蒸汽压力灭菌锅(上海博迅医疗生物仪器股份有限公司)、电热恒温培养箱（上海精密仪器仪表公司）、单人超净工作台（北京亚泰科隆仪器技术有限公司）、紫外可见分光光度计（上海谱元仪器有限公司）、高速冷冻离心机（北京时代北利离心机厂）。

1.2 实验动物

野生型黑腹果蝇()，由天水师范学院遗传学实验室赠送，培养温度条件为25℃，相对湿度为65%。

1.3 实验方法

1.3.1 果蝇生育力的测定

参考叶文斌等[9-11]的文献方法配制基本培养基，在基本培养基中添加红芪加工废弃物多糖形成浓度为50、100、200、400 mg/L的处理培养基，以此建立红芪加工废弃物多糖4个剂量组，对照组为基本培养基（CK）。实验基本操作为：在无菌状态下收集10对未交配的雄果蝇和处女蝇，接入到添加4种浓度的红芪加工废弃物多糖的处理培养基培养瓶中，在恒温生化培养箱中培养7 d后，移去亲代，按性别分别观察统计子代（1）果蝇数量和性别比。在观察记录数据的第4 d，随机收集10对F1代未交配的雄果蝇和处女蝇接入4种培养基继续中作继代培养，进而繁殖2代，同样方法繁殖3代和4代，每处理浓度培养基培养建立3个重复，基本培养基为对照（CK），分别统计出各代果蝇的数量和性别比[9-11]，以此来考察红芪加工废弃物多糖对果蝇的生育力影响。

1.3.2 果蝇寿命测定

1.3.3 果蝇抗氧化能力测定

本实验所使用的方法主要参考叶文斌等[7-9]的文献方法。首先将恒温恒湿条件下培养了30 d的50只果蝇，提前用无菌水浸湿滤纸后放入空白的培养管中，然后将果蝇移入管中，用乙醚将果蝇麻醉、称重后放到在4 ℃条件下预冷了的研钵中；然后在硏钵中按加入提前预冷了的生理盐水，水的体积和果蝇质量按照49:1（μL/mg），进行充分的研磨，冷冻离心机离心15 min，5 000 转/min，离心半径为3 cm，离心后取上清液，测定红芪加工废弃物多糖来测定果蝇的抗氧化能力。再通过使用超氧化物歧化酶（SOD）的试剂盒、过氧化氢酶（CAT）的试剂盒、丙二醛（MDA）的试剂盒来测定上清液中SOD、活力和丙二醛MDA的含量。在测定过程中严格遵循试剂说明书操作。

1.3.4 数据统计与分析

实验所有数据用SPSS17.0软件来统计分析，各浓度多糖处理的实验结果与对照组进行单因素方差分析，< 0.05表示统计学意义为显著差异，< 0.01表示统计学意义为极显著差异。

2 结果与分析

2.1 红芪加工废弃物多糖对果蝇生育力的影响

红芪加工废弃物多糖对1-4代雌、雄果蝇生育力和性别比的影响如图1所示。1-4代雌、雄果蝇数量随着多糖浓度的升高均出现升高的趋势。在多糖浓度为50 mg/L时，1-4代雌、雄果蝇数量均比对照组高，果蝇数量和对照组相比，在统计学上有显著差异(< 0.05)；当多糖的浓度为大于200 mg/L时，1-4代雌、雄果蝇数量和对照组相比，在统计学上有极显著差异（< 0.01）；当多糖的浓度为400 mg/L时，1-4代雌、雄果蝇数量是对照组数量的200%左右；当多糖的浓度在50~400 mg/L之间时，1-4代雌、雄果蝇数量的比值变化幅度不明显，总体的比值接近1:1。

图1 红芪加工废弃物多糖对果蝇世代生育力的影响

2.2 红芪加工废弃物多糖对果蝇寿命的影响

红芪加工废弃物多糖对1-4代雌、雄果蝇平均寿命的统计结果如图2所示。1-4代雌、雄果蝇的平均寿命随着多糖浓度的升高均出现升高的趋势，当多糖浓度为50 mg/L时，1-4代雌、雄果蝇的寿命与对照组相比，统计学意义为显著差异（0.05）。多糖浓度在100~400 mg/L时，1-4代雌、雄果蝇寿命与对照组相比，统计学意义为极显著差异（0.01）。结果提示红芪加工废弃物多糖对雌、雄果蝇的平均寿命具有明显延长作用。

图2 红芪加工废弃物多糖对果蝇世代寿命的影响

2.3 红芪加工废弃物多糖对果蝇超氧化物歧化酶活性的影响

图3 红芪加工废弃物多糖对果蝇超氧化物歧化酶活性的影响

不同浓度红芪加工废弃物多糖对1-4代雌、雄果蝇体内SOD酶的影响结果如图3所示。当多糖浓度为50 mg/L时，与其他浓度相比，各代雌、雄果蝇体内SOD酶活性都保持在最低水平，与对照组相比，统计学意义为显著差异（< 0.05）；随着红芪多糖浓度的逐渐升高，1-4代雌、雄果蝇体内酶活性均出现逐渐升高的趋势，当多糖浓度升高到100 mg/L时，1-4代雌、雄果蝇体内SOD活性与对照组相比，统计学意义为显著差异升高（< 0.05）；当多糖浓度为200~400 mg/L时，1-4代雌、雄果蝇体内SOD活性升高明显，与对照组相比，统计学意义为显著差异（< 0.01）。

2.4 红芪加工废弃物多糖对果蝇过氧化氢酶活性的影响

图4 红芪加工废弃物多糖对果蝇过氧化氢酶活性的影响

不同浓度红芪加工废弃物多糖对1-4代雌、雄果蝇体内CAT酶的影响结果如图4所示。随着红芪多糖浓度的逐渐升高，1-4代雌、雄果蝇体内CAT酶的活性也逐渐呈现出升高的趋势。当多糖浓度为50 mg/L时，1-4代雌、雄果蝇体内CAT活性与对照组相比，统计学意义为显著差异（< 0.05）；当多糖浓度为100~400 mg/L时，1-4代雌、雄果蝇体内CAT活性升高明显，与对照组相比，统计学意义为极显著差异（< 0.01）。

2.5 芪加工废弃物多糖对果蝇丙二醛含量的影响

图5 红芪加工废弃物多糖对果蝇过氧化氢酶活性的影响

不同浓度红芪加工废弃物多糖对1-4代雌、雄果蝇体内MDA含量的影响如图5所示。1-4代雌、雄果蝇体内MDA含量随着红芪多糖浓度的升高，都呈现出先升高后降低的趋势。当多糖浓度为50 mg/L时，1-4代雌、雄果蝇体内的MDA含量低于对照组，统计学意义为极显著差异(< 0.01)；当多糖浓度为400 mg/L时，MDA含量低于对照组（< 0.01）。随着多糖浓度的升高，红芪加工废弃物多糖对果蝇的清除MDA的能力逐渐提高，1-4代雌、雄果蝇的抗氧化能力也逐渐增强。结果表明，红芪加工废弃物多糖能显著提高1-4代雌、雄果蝇世代SOD和CAT活性和降低MDA含量，提高了果蝇的抗氧化能力和生命力。同时还发现，在不同多糖浓度处理下雌性果蝇体内SOD、CAT活性和MDA含量均低于雄性果蝇体内的含量，雌性性果蝇的抗氧化作用强于雄性果蝇。

3 讨论

通过研究4种不同浓度的红芪加工废弃物多糖对黑腹果蝇生命力的影响，探讨了果蝇1-4代的生育力和寿命变化，并以SOD和CAT活性评价多糖的抗氧化活性，同时以脂质过氧化酶产物MDA含量为指标评价多糖清除果蝇体内自由基能力。结果显示，不同浓度的红芪加工废弃物多糖能显著提高1-4代雌、雄果蝇世代的生育力，延长果蝇世代寿命，而且果蝇体内MDA含量呈现出明显的降低趋势，两种抗氧化酶SOD和CAT的活性得到了显著增强，有效提高了1-4代果蝇的抗氧化能力和生命力，促进了生殖能力，而且雌性果蝇的抗氧化作用强于雄性果蝇，1-4代雌、雄果蝇个体数量的比值变化不大，总体接近于1:1。

红芪多糖是一种具有多种生物活性功能的大分子物质，当红芪多糖饲喂果蝇后，对果蝇体内SOD、CAT活力以及MDA含量产生了较为明显的影响，这种结果已经表明红芪多糖与果蝇生育力、寿命和衰老之间存在一定的关系；而果蝇的衰老与体内自由基的水平以及抗氧化能力密切相关，果蝇衰老会产生过多的自由基，而这些自由基会破坏或穿透细胞膜，进而和细胞内或细胞膜上的不饱和脂肪酸发生反应，引起一系列生物化学反应，还会破坏果蝇的细胞核或细胞质中DNA合成，影响细胞中蛋白质等生物大分子的结构与修饰而导致疾病，甚至死亡[12]。当果蝇受到外界胁迫刺激后，体内细胞膜受到自由基的强烈生物氧化作用而产生MDA，MDA与生物体细胞中的蛋白质、肽类等大分子聚合后会引起机体的代谢变化，加快果蝇的衰老从而影响寿命[13-15]。SOD和CAT具有很强的抗氧化活性，能清除生物体内产生的自由基，还可以降低脂质过氧化的反应而延迟衰老[15]。当多糖浓度较高时，MDA含量急剧降低，SOD和CAT的抗氧化活性显著升高，可能是多糖分子参与了果蝇体内的复杂生物化学反应，启动了果蝇主动升高SOD和CAT两种抗氧化酶的活性的机制，提高清除体内产生的MDA等自由基的能力，主动适应这种应激情况，增强果蝇的抗性，间接促进生育能力和延长寿命。这将为开发无毒、无副作用的抗氧化、抗衰老替代药物和功能食品提供依据，也为红芪加工废弃物的再利用和综合开发利用提供技术。

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EFFECT OF BIOACTIVE POLYSACCHARIDES EXTRACT FROMPROCESSED WASTE ON THE REPRODUCTIVE CAPACITY AND LIFE AND ANTIOXIDATION OF

YE Wen-bin1,2,3, HE Yu-peng1,2, GONG Zheng-rong1,2, CHEN Yao-nian1,2,*LUO Hui4

(1. School of Agriculture and Forestry Technology, Longnan Teachers College, Chenxian, Gansu 742500, China; 2. Center for Research & Development of Longnan Characteristic Agro-bioresources, Chenxian, Gansu 742500, China; 3. Gansu Key Laboratory for Utilization of Agricultural Solid Waste Resources, Tianshui, Gansu 741000, China; 4. Health Science Center, Jinggangshan University, Ji′an , Jiangxi 343009, China)

The effects of bioactive polysaccharides extract fromprocessed waste on the reproductive capacity, life and Antioxidation ofwere studied. Experiments were conducted to examine different concentrations ofpolysaccharides for, the reproduction capability and life span of first to fourth (F1to F4) generation, the number of female and male, the activity of antioxidant enzyme superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and malondialdehyde (MDA) contents were investigated. The results showed that, compared with the control group, adding polysaccharides could increase the reproduction capability, extend the life span of F1to F4female and male fruit flies, reduce the contents of MDA in the fruit flies and improve the antioxidant capacity of, exhibiting a dosage effect. and the sex ratio of female and male fruit flies was 1:1.

processed waste; active polysaccharide;; reproductive capacity and life; antioxidation

Q355/R135.1

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2021.01.009

2020-09-12；

2020-11-18

国家自然科学基金项目（31460488）；2019年甘肃省高等学校创新能力提升项目(2019A-190)；江西省教育科技计划项目（GJJ190563）

叶文斌(1982-)，男，甘肃西和人，副教授，硕士，主要从事遗传毒理、天然产物化学与功能食品研究(E-mail:yewenbinbest@sohu.com);.

何玉鹏(1989-)，男，甘肃天水人，讲师，硕士，主要从事遗传毒理与动物功能饲料研究(E-mail:yiyan.happy@163.com);

宫峥嵘(1989-)，男，甘肃成县人，讲师，硕士，主要从事植物营养研究(E-mail:lndzgzr@163.com);

陈耀年(1989-)，男，甘肃武威人，讲师，硕士，主要从事昆虫与植物保护研究(E-mail:466451965@qq.com);

*罗 辉(1971-），男，江西吉安人，副教授，硕士，主要从事生物学、分子生物学及遗传学研究(E-mail: luohui9898@163.com).