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        家蠶5齡幼蟲體腔注射維生素C對相關(guān)代謝的影響

        2019-03-08 02:47:32劉中文卜黎明張英華王嘉禎朱緒偉
        中國蠶業(yè) 2019年1期
        關(guān)鍵詞:劑量

        徐 欣 劉中文 卜黎明 宋 松 張英華 王嘉禎 朱緒偉

        (河南省蠶業(yè)科學(xué)研究院,河南鄭州 450008)

        維生素C(vitamin C,VC),又稱為抗壞血酸(ascorbic acid,AsA),其與脫氫抗壞血酸(dehydroascorbate,DHA)在酶的作用下形成一個氧化還原系統(tǒng)[1],具有抗氧化作用,并參與許多生物代謝[2]。在家蠶體內(nèi),VC是重要的必需營養(yǎng)物質(zhì)[3-5],能夠刺激家蠶攝食[6],因此在生產(chǎn)上是一些桑葉添加營養(yǎng)劑的重要組成部分,也是家蠶人工飼料中的重要添加物[7]。為進(jìn)一步了解外界添加VC對家蠶幼蟲生長發(fā)育的影響,我們通過體腔注射不同劑量的VC溶液,觀察家蠶生長、化蛹、結(jié)繭等生理變化,并結(jié)合注射后家蠶體內(nèi)VC含量的變化,確定家蠶可承受的添加劑量;同時,根據(jù)楊洋等[8]研究中的家蠶VC合成代謝關(guān)鍵酶——L-古洛糖酸-γ-內(nèi)酯氧化酶(L-gulono-γ-lactoneoxidase,GULO)的基因序列(BmGULO-like1和BmGULO-like2)進(jìn)行表達(dá)量的半定量RT-PCR分析,以了解注射VC后家蠶體內(nèi)VC含量和生長發(fā)育變化的分子機(jī)理,闡述相關(guān)代謝變化的原因,為研究家蠶添食VC提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗材料

        1.1.1 家蠶品種 菁松×皓月,由河南省蠶業(yè)科學(xué)研究院繁育提供。

        1.1.2 飼養(yǎng)桑葉 采自河南省蠶業(yè)科學(xué)研究院桑園,5年生湖桑32號夏伐前的桑葉,桑園土質(zhì)為黃棕壤,桑樹種植行距為1.2 m,株距為0.8 m。

        1.1.3 主要試劑 VC,粉劑,純度99%,Sigma公司產(chǎn)品;苯基硫脲,粉劑,純度97%,上海源葉生物科技有限公司產(chǎn)品;抗壞血酸測定試劑盒,總蛋白定量測定試劑盒,均為南京建成生物工程研究所產(chǎn)品;動物組織總RNA提取試劑盒(離心柱型)、FastQuant cDNA第一鏈合成試劑盒(去基因組)、2×Taq PCR MasterMix、瓊脂糖、GeneGreen核酸染料,均為天根生化科技(北京)有限公司產(chǎn)品。

        1.1.4 主要儀器 UV2600紫外可見分光光度計,島津儀器(蘇州)有限公司產(chǎn)品;TGL16M高速冷凍離心機(jī),湖南湘立科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品;9200型PCR儀,Applied Biosystems公司產(chǎn)品;1600凝膠成像儀,上海天能科技有限公司產(chǎn)品。

        1.2 試驗方法

        1.2.1 家蠶5齡1 d幼蟲體腔注射不同濃度的VC溶液 設(shè)置VC注射劑量梯度為每克家蠶0.01、0.02、0.04、0.08、0.16 mg。將VC粉末溶于0.9%的NaCl溶液中分別配制成VC濃度為0.004、0.008、0.016、0.032、0.064 mg/μL的溶液,選取生長狀況相近的5齡1 d的家蠶幼蟲,每頭家蠶的體質(zhì)量約2 g,用微量進(jìn)樣器進(jìn)行體腔注射,每頭家蠶分別注射VC溶液5 μL,對照區(qū)注射同體積的0.9%的NaCl溶液。對照區(qū)和5個處理區(qū)分別注射100頭家蠶。

        1.2.2 家蠶生長發(fā)育情況的觀察與調(diào)查 觀察注射后家蠶5齡期和蛹期生長發(fā)育情況,調(diào)查各個處理區(qū)5齡經(jīng)過、結(jié)繭率、死籠率、蟲蛹率、全繭量、繭層量、繭層率。

        1.2.3 家蠶體內(nèi)VC含量的測定 根據(jù)上述家蠶生長發(fā)育調(diào)查的結(jié)果,選擇家蠶每克體質(zhì)量注射劑量為0.01、0.02 mg的處理區(qū),測定家蠶血淋巴和全蠶體的VC含量。分別在注射后0、1、6、12、24、48、72、96 h共8個時間點進(jìn)行取樣,每個血淋巴和全蠶體樣本各取5頭家蠶,在常溫下用玻璃勻漿器對全蠶體進(jìn)行勻漿處理,取樣時在血淋巴和蠶體勻漿中加入少量的97%的苯基硫脲粉劑防止氧化,每個樣品重復(fù)3次,處理后將樣品置于-20 ℃冰箱中備用。然后,按照抗壞血酸測定試劑盒的操作步驟進(jìn)行操作,其中全蠶體樣品提前按照測定試劑盒說明書測定勻漿蛋白濃度,最后用紫外可見分光光度計進(jìn)行VC含量測定。

        1.2.4 半定量RT-PCR測定VC代謝關(guān)鍵酶基因表達(dá)量變化 昆蟲幼蟲的脂肪體與肝臟功能相當(dāng),是主要的儲能場所,也有較高的抗壞血酸含量[9]。選取VC合成代謝的關(guān)鍵酶基因BmGULO-like1和BmGULO-like2進(jìn)行相對表達(dá)量變化檢測,根據(jù)1.2.3的結(jié)果選擇對6個處理組注射后1 h和6 h共2個時間點的家蠶脂肪體進(jìn)行取樣調(diào)查,每個樣品取5頭家蠶幼蟲脂肪體,取出后用液氮處理,放在1.5 mL無蓋離心管中并用鋁箔紙包裹,置于液氮罐中暫時保存?zhèn)溆谩8鶕?jù)動物組織總RNA提取試劑盒(離心柱型)說明書的步驟,在常溫下并配合使用高速冷凍離心機(jī)提取家蠶脂肪體RNA供試,用FastQuant cDNA第一鏈合成試劑盒(去基因組)合成cDNA,再用2×Taq PCR MasterMix進(jìn)行半定量RT-PCR測定。 根據(jù)目的基因的cDNA序列,使用Primer 5.0程序設(shè)計符合半定量RT-PCR試驗的特異性引物,內(nèi)參基因選擇柞蠶肌動蛋白基因(ApA),其擴(kuò)增的引物序列為ApA-F(5′-CCAAAGGCCAACAGAGAGAAGA-3′)和ApA-R(5′-CAAGAATGAGGGCTGGAAGAGA-3′);BmGULO-like1基因擴(kuò)增的引物序列為BL1-F(5′-GCTCTTGGAGAAAGCGATTG-3′)和BL1-R(5′-CCCGCACTCTGTCGTAAAGT-3′);BmGULO-like2基因擴(kuò)增的引物序列為BL2-F(5′-GAGGGCCGTTAAAGAGATCC-3′)和BL2-R(5′-CCAAGTGTAGCGTCAACCAA-3′)。擴(kuò)增程序如下:94 ℃預(yù)變性5 min,94 ℃變性30 s,55 ℃退火30 s,72 ℃延伸30 s,30個循環(huán)后,再72 ℃延伸10 min。

        1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

        PCR產(chǎn)物在TAE電泳緩沖液中,以1.2%瓊脂糖凝膠電泳0.5 h,經(jīng)GeneGreen核酸染料染色后在凝膠成像儀下觀察拍照?;虻南鄬Ρ磉_(dá)水平以其PCR產(chǎn)物電泳條帶和ApA基因PCR產(chǎn)物電泳條帶的積分光密度(Integrated Optical Density,IOD)比值表示。所有的試驗均重復(fù)3次,試驗數(shù)據(jù)采用SAS 9.0數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 家蠶5齡1 d幼蟲體腔注射不同劑量的VC對生長發(fā)育的影響

        從表1可以看出,在一定劑量范圍內(nèi),注射VC能明顯縮短家蠶的5齡經(jīng)過,繭層率也有所提高,每克體質(zhì)量注射劑量為0.02 mg的家蠶結(jié)繭率和蟲蛹率比對照高,說明添加一定量的 VC能促進(jìn)家蠶的生長發(fā)育,是否能夠提高家蠶的抗逆性,還需要進(jìn)行進(jìn)一步的試驗驗證。但是,注射劑量較高時,每克體質(zhì)量注射劑量為0.04 mg和0.08 mg的家蠶結(jié)繭率、全繭量等多個指標(biāo)都比對照差,尤其是每克體質(zhì)量注射劑量為0.16 mg的家蠶5齡經(jīng)過延長較多,推測與注射高劑量的VC擾亂了家蠶體內(nèi)VC代謝有關(guān),這在后面的基因表達(dá)量試驗中也得到了驗證。其中,每克體質(zhì)量注射劑量為0.08 mg的家蠶死籠率降低,每克體質(zhì)量注射劑量為0.16 mg的家蠶各指標(biāo)有所改善,可能與結(jié)繭率低和個體差異有關(guān)。

        表1家蠶5齡1d幼蟲體腔注射不同劑量的維生素C(VC)的生長發(fā)育情況

        每克家蠶VC注射劑量/mg5齡經(jīng)過/(d:h)結(jié)繭率/%死籠率/%蟲蛹率/%全繭量/g繭層量/g繭層率/%09:1495.003.1692.002.030.5125.120.019:1193.002.1591.002.010.5426.870.029:0196.002.0894.002.050.5526.830.049:0991.004.4087.001.950.4925.130.089:2088.002.2786.001.930.4623.830.1610:1293.003.2390.002.010.5426.87

        2.2 家蠶5齡1 d幼蟲體腔注射不同劑量的VC對血淋巴和蠶體VC含量的影響

        根據(jù)前期生長發(fā)育試驗的結(jié)果,注射低劑量的VC能夠促進(jìn)家蠶生長,而對于促進(jìn)作用主要是怎么影響蠶體內(nèi)VC代謝的,我們進(jìn)行了注射不同劑量VC后多個時間點家蠶體內(nèi)VC含量的測定試驗,來了解蠶體的一系列變化。圖1結(jié)果顯示,注射不同劑量的VC后1 h家蠶血淋巴VC含量變化應(yīng)為注射引起;6 h后注射組VC含量較對照組有所提高,由于血淋巴是蠶體生化反應(yīng)的主要場所,此時是注射后促進(jìn)家蠶體內(nèi)VC代謝的主要時間段,這一結(jié)果與家蠶生長發(fā)育試驗的結(jié)果一致;提高的效果在注射VC后72 h消失,這可能與蠶體內(nèi)VC分解代謝增加、合成代謝減少有關(guān),使蠶體VC代謝趨于穩(wěn)定,后期可以通過測定家蠶體內(nèi)VC相關(guān)代謝酶活性變化進(jìn)行驗證。

        圖1 家蠶5齡1 d幼蟲每克體質(zhì)量注射不同劑量VC的血淋巴VC含量變化

        圖2為蠶體總VC含量變化,其與血淋巴變化不同,1 h直接影響過后,VC含量均呈下降趨勢且在6 h處理組VC含量高于對照組,這應(yīng)該與注射VC的影響未消失有關(guān);6 h后注射組較對照組的VC含量有所降低,可能與注射VC抑制體內(nèi)VC合成途徑有關(guān);至96 h時3組數(shù)值相差不大,說明處理組蠶體通過自身調(diào)節(jié)達(dá)到體內(nèi)VC平衡。蠶體VC含量測定的是單位蛋白質(zhì)內(nèi)的VC含量,注射組含量比對照組低可能與其血淋巴含量較高有關(guān),不規(guī)律變化可能與蠶體VC代謝調(diào)節(jié)有關(guān),側(cè)面說明血淋巴VC含量測定結(jié)果較準(zhǔn)確,更能反映VC對蠶體生理變化的影響。

        圖2 家蠶5齡1 d幼蟲每克體質(zhì)量注射不同劑量VC的家蠶體內(nèi)VC含量變化

        2.3 半定量RT-PCR檢測BmGULO-like1和BmGULO-like2基因表達(dá)量變化

        BmGULO-like1和BmGULO-like2基因是家蠶VC合成代謝的關(guān)鍵酶基因,通過半定量RT-PCR的方法檢測體外注射VC對其表達(dá)量的影響,來了解額外添加VC引起的家蠶相關(guān)基因表達(dá)量的變化,試驗結(jié)果如圖3-4所示。從檢測結(jié)果可以看出,2個基因在5齡早期相對表達(dá)量相差不大,在注射1 h后表達(dá)量變化明顯,到6 h后處理組與對照組相差不大;同時,注射較低劑量的VC能夠顯著促進(jìn)2個基因的表達(dá),說明注射較低劑量的VC能夠加快家蠶體內(nèi)VC的合成,符合VC能夠提高蠶體抗性的功能;當(dāng)家蠶每克體質(zhì)量注射劑量為0.04 mg時VC合成代謝的關(guān)鍵酶基因表達(dá)量開始下降,可能是體外注射較高劑量的VC產(chǎn)生了拮抗作用,抑制了VC的合成,對于體外注射較高劑量的VC對家蠶體內(nèi)VC的分解代謝是否有影響還需要進(jìn)一步試驗證明;注射過高劑量的VC(每克體質(zhì)量注射劑量高于0.16 mg),2個基因表達(dá)量在6 h后仍然顯著升高,可能是引起了代謝紊亂所致,與前面注射高劑量VC的家蠶蟲蛹率比對照低,死籠率比對照高的結(jié)果一致。

        *表示與對照區(qū)存在顯著差異,**表示與對照區(qū)存在極顯著差異;圖4相同。圖3 家蠶5齡1 d幼蟲每克體質(zhì)量注射不同劑量VC的BmGULO-like1基因相對表達(dá)量

        圖4 家蠶5齡1 d幼蟲每克體質(zhì)量注射不同劑量VC的BmGULO-like2基因相對表達(dá)量

        3 小結(jié)與討論

        本次試驗采用體外注射的方法給家蠶幼蟲添加VC,能夠較直接地觀察其對家蠶的影響,試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),家蠶每克體質(zhì)量注射劑量為0.02 mg能夠促進(jìn)家蠶幼蟲的生長發(fā)育、提高抗性,使血淋巴VC含量提高,VC合成代謝關(guān)鍵酶基因的表達(dá)量顯著升高,是較合適的注射劑量,為幼蟲期營養(yǎng)添加等方面研究提供了參考。注射高劑量的VC會引起家蠶產(chǎn)生一系列應(yīng)激反應(yīng),由于注射大量的VC,家蠶體內(nèi)的VC含量劇增,家蠶為將其還原需消耗過多的氧化物質(zhì),從而導(dǎo)致家蠶體質(zhì)下降、抗性減弱,以至于結(jié)繭率、蟲蛹率、全繭量、繭層量等多個指標(biāo)都較對照差,試驗結(jié)果中VC合成關(guān)鍵酶基因的表達(dá)量顯著升高也是VC代謝紊亂的一種表現(xiàn)。

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