XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Мир насекомых огромен и великолепен. В этом классе беспозвоночных можно встретить много видов животных таких как: пауки, жуки, бабочки и т.д. Но среди них выделилась одна маленькая плодовая мушка (Drosophila melanogaster), которая прославилась в огромной науке – генетике.

Цель: выявить основные особенности морфологии, биологии и развития дрозофил.

Систематика дрозофилы:

Класс Насекомые (Insecta)

отряд Двукрылые (Diptera)

семейство Drosophilidae

Дрозофила (Drosophila melanogaster) (плодовая, банановая или уксусная мушка).

Drosophila melanogaster – плодовая (уксусная) мушка дрозофила – небольшая по размерам – 3мм, серое тело, красные глаза фасеточного типа (количество фасеток у самки – 780, у самца 740), нормально развитые крылья, превышающие длину тела [3].

Её родиной является Индо-Малайская область. Сейчас же она населяет Америку, Африку, Австралию, Японию и Южную Европу, в частности Украину, Молдавию и кавказские государства. Питается ферментированными фруктами и овощами.

Краткое описание дрозофилы относится к той форме, которая обитает в природе и носит название дикой (Normal) [1].

Самки и самцы дрозофилы несколько отличаются по величине и по ряду морфологических признаков. Самки несколько крупнее самцов, хотя размеры тела и тех и других сильно колеблются в зависимости от условий питания. Брюшко у самки округлое с заострённым концом. У самца оно более цилиндрической формы с овальным, сплошь пигментированным концом. По этим признакам самца можно легко отличить от самки.

Тергитами у насекомых называются скелетные хитиновые пластинки брюшка со спинной стороны. У самки имеется 8 хорошо развитых тергитов, у самца – 6, причём шестой и седьмой слиты, а восьмой вошёл в состав полового аппарата [2].

Стернитами называются скетелные хитиновые пластинки с брюшной стороны. У самки их также на один больше, чел у самца (не развит шестой стертит). У обоих полов не развиты первый, второй, седьмой и восьмой стермиты.

Кроме того, у самцов имеется половые гребешки в виде хитиновых цетинок на первом членике передних ног.

Всё тело дрозофилы покрыто микрохетами (волосками), которые в отдельности не идентифицируются. Макрохеты (щетинки) расположены в определённых участках и не имеют систематического значения. Как правило, самки не спариваются в течение 6-8 часов после выхода из куколки. Копуляция длиться около 20 минут [1].

Дрозофила легко разводиться в лабораторных условиях, плодовита и каждые 10 дней даёт новое поколение. Нормальной температурой для содержания и размножения дрозофилы в лабораторных условиях считается 22-24 ^оС. Мух содержат в специальных пробирках с плоским дном, куда заливается питательная среда. Ниже приводиться самый распространённый и доступный рецепт приготовления питательной среды, рассчитанный на 25 пробирок.

Рецепт: 350 мл воды, 40г дрожжей, 13г сахарного песка, 13г манной крупы, 4,5г агар-агара, 0,5 мл пропионовой кислоты.

Процесс варки среды:(рекомендуется варить в химическом огнеупорном стакане или алюминиевой посуде)

1. Все составные части среды отвешивают на технических весах.

2. Агар-агар добавляют в соответствующее количество закипевшей воды и при периодическом помешивании доводят опять до кипения.

3. После полного растворения агар-агара добавляют дрожжи, доводят до кипения, при постоянном помешивании кипят на слабом огне 40 минут с момента закипания. Во время кипения в открытой посуде вода испаряется и поэтому, по мере выкипания, доливают горячую воду до первоначального объёма.

4. По истечении 40-минутного кипения добавляют сахарный песок и манную крупу и постоянно помешивают, чтобы не образовались сгустки манной крупы, доводят до кипения и кипятят 15 минут.

5. После окончания варки среду охлаждают до 60-70^оС и разливают в специальные пробирки при помощи обыкновенной воронки диаметром 15 см или столовой ложкой. Охлаждение необходимо, так как горячую среду неудобно и трудно равномерно разливать в пробирки, кроме того, среда в пробирках долго остывает, и стенки сильно запотевают. Среду наливают в пробирки высотой от 1 до 2 см. и пробирки закрывают ватно-марлевыми пробками.

6. После охлаждения среды в пробирках производят засев (смазывание свежими дрожжами, растворёнными в дистиллированной воде до консистенции сливок равномерным тонким слоем при помощи кисточки). Смазанные пробирки закрывают ватными пробками. Хорошо приготовленную среду можно хранить в холодильнике до 2х недель.

Среда не должна быть слишком твёрдой, так как молодые личинки не смогут проникать вглубь среды и погибают; и не должна быть слишком жидкой, так как могут погибнуть отложенные яйца [3].

Мытьё, хранение посуды и пробирок.

Для ускорения процесса мытья пробирки освобождают от ватных пробок и живых мух, складывают в ведро или другую посуду, заливают водой с небольшим количеством каустической соды (около 20-25 г на ведро) и нагревают до кипения. Таким образом, достигается растворение в горячей воде засохшей среды и некоторая дезинфекция пробирок.

Вымытые пробирки 2 раза ополаскивают тёплой водой и просушивают на сетчатых лотках. Просохшие пробирки помещают в сушильный шкаф при температуре 100-120^оС на 1-2 часа. Пробирки, хранившиеся несколько месяцев, необходимо ещё раз продезинфицировать в сушильном шкафу. Всю посуду, употребляемую для варки и разлива среды, необходимо содержать в чистоте и сразу же после разлива мыть.

Техника работы с мухами

Наркотизация мух.

1. Приготовьте эфиризатор (стеклянную баночку с плотной пробкой, внутри которой углубление с ватным тампоном) к работе, для этого нанесите несколько капель медицинского эфира на ватный тампон пробирки и закройте эфиризатор.

2. Возьмите пробирку с мухами, постучите её дном о поролон, тем самым переместите мух в нижнюю часть пробирки.

3. Снимите ватную пробку с пробирки (не переставая постукивать о поролон) и накройте эфиризатором без пробки пробирку.

4. «Перетяните» мух из пробирки в эфиризатор, для этого опрокиньте пробирку с мухами, так, чтобы она была над эфиризатором. Легким постукиванием эфиризатора о поролон добейтесь, чтобы мухи переместились в эфиризатор.

5. Закрыть эфиризатор и пробирку. Наблюдайте за процессом наркотизации, как только мухи потеряют активность переместите их на белый лист плотной бумаги и начните анализ.

В наркотизированном состоянии дрозофила может находиться 5 минут. Если наркотизацию нужно продлить, то мух накрывают часовым стеклом, под которое кладут ватный тампон, смоченный эфиром, или вновь помещают в эфиризатор и проводят лополнительную наркотизацию.

По окончанию работы мух или усыпляют и выбрасывают (о их гибели можно судить по по растопыренным кверху крыльям и вытянутым лапкам), или используют в опытах для дальнейшего размножения или скрещиваний [3].

2. Закладка мух на размножение.

1. Во время анализа мух (на листе белой плотной бумаги) отберите для дальнейшего размножения определённые линии 2-3 самки и 3-5 самцов. Для закладки опыта отберите такое же количество особей, но разных мутантных линий, например 2-3 самки мутантной линии с белыми глазами, 3-5 самцов дикого типа, и наоборот. Помните, что для опыта отбираются виргинные самки, неспособные к оплодотворению в течении 6-8 часов.

2. Отобраных мух в наркотизированном состоянии кисточкой поместите в одну пробирку с чистой питательной средой, горизонтально лежащую на поролоне, на чистую боковую стенку (но не на питательную среду). Пробирка должна быть в горизонтальном положении до полного просыпания мух.

3. Подпишите пробирку карандашом по стеклу, указывая символ мутантной линии или дикого типа. Если это опыт, то лучше использовать этикетку, на которой указывается время закладки, схема скрещивания и фамилия ответственного за эксперимент. [3]

Дрозофила имеет короткий цикл непрямого развития с полным превращением. Продолжительность первых 3-х стадий жизненного цикла при оптимальной температуре составляет 10 суток. Стадии жизненного цикла дрозофилы:

1) Яйцо – 1 сутки;

2) Личинка – 4-5 суток;

3) Куколка – 4 суток;

4) Имаго, продолжительность жизни - 3-4 недели [1]

При температуре 31^ОС и ниже 10^оС дрозофила становится частично или полностью стерильной. При температуре 27^оС цикл развития сокращается до 8-9 суток. При температуре 10^оС личиночный период растягивается до 57 дней, а период куколки – до 13-14 дней. Продолжительность жизни имаго также зависит от температуры, кроме того, от влажности питательной среды, плотности населения. В специальных опытах дрозофила жила до 153 дней.

Яйцо дрозофилы длинной около 0,5 мм снабжено двумя отростками, при помощи которых оно держится на поверхности среды. Самки откладывают яйца после оплодотворения. После копуляции сперма в течение нескольких суток сохраняется в половых путях самки. При благоприятных условиях каждая самка откладывает до 50-80 яиц в сутки, всего в течении 3-4 суток она может отложить до 200 яиц. Максимальное количество яиц откладывают трёх- четырёхсуточные самки [3].

Из яиц через 20-24 часа после оплодотворения появляются личинки. Личиночный период состоит из трёх возрастов. Первый и второй – заканчиваются линьками, третий – окукливанием. После выхода из яйца личинки находятся на поверхности среды, затем уходят вглубь, интенсивно питаются, а перед окукливанием покидают среду и перемещаются на стенки пробирки. Там становятся неподвижными, приобретают характерную для куколок форму. В стадии куколки разрушаются личиночные органы и формируются органы имаго. В конце стадии куколки сквозь оболочку просвечиваются тёмные участки тела, видны глаза [2].

Молодые мухи в течение первых двух-трёх часов имеют светлое тело, почти лишённое пигмента, не расправленные короткие крылья. В это время самки и самцы не способны к оплодотворению.

Мутантные формы дрозофилы. Мутациями называются наследственные изменения любого признака, свойства, возникшие у одной или более особей в популяции. Эти изменения являются результатом перестройки материального носителя генетической информации на генном, хромосомном или геномном уровне. Особи, у которых возникают такие изменения, называются мутантными.

К числу органов дрозофилы, чаще всего подвергаются мутантным изменениям, относятся глаза, крылья, щетинки. Глаза нормальной мухи выстроены по обычному типу сложных фасеточных глаз. Разнообразны мутации как по форме глаз за счёт редукции числа фасеток.

Мутационные изменения, затрагивающие крылья, условно можно разделить на две группы:

1) Конфигурация крыльев – в отличии от крыльев дикого типа, которые являются плоскими, могут быть закручены кверху, книзу, растопырены в стороны

2) Размеры крыльев – в основном уменьшение размеров до полной редукции.

Изменение одного из важных систематических признаков дрозофилы – числа и расположения щетинок – приводит к появлению ряда мутантных линий. Чаще всего встречаются расы, характеризующиеся удвоением щетинок на голове, груди или крыльях [3].

Характеристика мутантных рас

Мутант	Обозначение гена	Состояние признака		Характеристика отличия от дикого типа
vestigial	vg	Рец.		Недоразвитые крылья
black	b	Рец.		Чёрное тело
yellow	y	Рец.		Жёлтое тело
brown	bw	Рец.		Коричневые глаза
starlet	st	Рец.		Ярко-красные глаза
white	w	Рец.		Белые глаза
Bar	B	Дом.		Полосковидные глаза
white apricot	wa	Рец.		Абрикосовые глаза
Curly lobe	Cy/L		Дом.		Крылья загнутые вверх

Фото имеющихся в коллекции рас дрозофил представлены ниже на фото 1 – 9.

Рисунок 1. Мутация Bar (полосковидные глаза)

Рисунок 2. Мутация vestigial (Зачаточные крылья)

Рисунок 3. Мутация Curly lobe (Крылья загнутые вверх)

Рисунок 4. Мутация white (Белые глаза)

Рисунок 5. Мутация white apricot (абрикосовые глаза)

Рисунок 6. Мутация brown (Коричневые глаза)

Рисунок 7. Мутация starlet (Ярко-красные глаза)

Рисунок 8. Мутация yellow (Жёлтое тело)

Рисунок 9. Мутация black (Чёрное тело)

Список литературы:

1. Догель В.А. «Зоология беспозвоночных» / под общей редакцией чл. -корр. АН СССР Ю. И. Полянского- М.: Высшая школа, 1981. – 606 с.

2. Крымов В.П. «Дрозофилы и мы», Париж: Изд. автора, 1947 г. 206 с.

3. Нахаева В.И. «Общая генетика. Практический курс» Изд. «Флинта» 2016 г. 276 с.

Код для цитирования: Скопировать