果蝇（Drosphila）作为遗传学上常用的实验动物，其冷冻保存问题现已得到解决。P. 马泽（Peter Mazur）及其合作者在本周的《自然》杂志中指出，当今进行绳低温保存公司已成为现实。果绳类动物胚胎不仅能用液氯冷冻保存，而且在解冻后仍能发育为具活力的能育成体，对于果绳动物学界来说，这无疑是一盼望已久的突破性进展。

为什么果绳的低温保存如此重要？首先，让我们回顾一下简短的历史和有意义的故事。黑腹果绳（Drosphila melanogaster）的遗传分析开始于哥伦比亚大学的T. H. 摩尔根（Thormas Hunt Morgen）实舱室，那只是80年前的事情。其所以成为实验动物，其内在因素为一生活周期短（10天），实验室相对容易培养，染色体数目少（染色体组相对小），幼虫期染色体较大。如果摩尔根及其杰出的学生C. B. 伯来格（C. B. Bridges）、H. J. 谬勒（H. J. Muller）改变初衷，不积极鼓励其它生物学家以其喜爱的果蝇为实验动物的话，以上这些因素将毫无价值。随着哥伦比亚大学的研究者发现越来越多的突变品系和遗传标记品系，他们随意地将其供给同事们用于科研和教学。果蝇的利用价值也随之增加。对于仅有一或少数突变且无特殊染色体的种类的遗传分析而言，其复杂程度有一限定，然而，对于由突变等位基因标记的几千个基因及带有特殊染色体（例如，它允许隐性突变的少量保持）的大量果蝇品系的建立而言，我们的认识能力随着果蝇研究过程不断深入而加深。

摩尔根研究组开创了在研究过程中慷慨地赠送其珍贵果蝇品系给同事的传统并延续至今。正是由于这一传统，给由果蝇研究中产生的许多基础生物学问题带来了突破性的进展。然而，果蝇品系的价格却很昂贵，这主要在于要花费资金、时间以及精心的培养来保存成千上万的不同果蝇品系。一般一个较合理的大型果蝇研究室可保持2000个不同的品系。但其中仅有20%用于实际研究，其它的将保存起来或是作为已“完成”研究的果蝇的基本生活档案或是以后供实验室及其他人用于研究。自30年代以来，果蝇动学界躭已形成了在其内部刊物《果蝇信息服务》上公布其保存的品系清单的惯例。然而即使是在30年代人们就已认识到建立果蝇品系中心的必要性。果绳品系中心先后设在加利佛尼亚技术研究所（摩尔根研究组20年代后期迁入）、冷泉港、印第安纳州的伯鲁名顿（Bloomington）（由H. 谬勒领导）等，其主要是为研究者保存永久品系，目前，世界上有3个品系中心，2个在美国（由国家自然科学研究会资助），即凯尔泰克（Caltech）中心，现在在伯鲁名顿，已保存有5000多种品系；原来由谬勒领导的伯鲁名顿中心，现在俄亥俄州的纯林格林（Bowling Green），比前者稍小一些，另一个在欧洲，即欧洲品系中心（大约有1600种品系），位于乌米尔（Ume ?）。以上中心都公布其品系清单，且可供任何人自由使用。在1985年，D. 林德斯利（Dan Lindsley）估计当时至少保存有1500种不同的黑腹果绳（D. Melaogaster）品系。此后，品系数量戏剧性地增加了，特别是那些含磷标记和转运DNA序列的品系。另外，果蝇属的其它一些种类的品系保存也在奥斯汀（Austin）、得克萨斯（Texas）等地展开，但目前则位于鲍林格林，它保存有大约1300种品系。

曾有多少年果蝇遗传学家一直很嫉妒那些以鼠为实验材料的同事们，因方他们能用“简单”的液氮冷冻的方法来保存其品系。在迈守瑞的（Missori）的（Caenorhabditis elegans）品系中心，其通过迈速冷冻其幼虫的方式保存了所有的品系。在主要的鼠类品系中心，比方说在Bar Harbar，Marine的Jackson实验室，正致力于品系的8细胞胚胎的冷冻保存。一经冷冻，这些品系就相对减少了护理。更重要的是，这些品系的基因型随着时间的变化保持不变。相反，如果它们通过活体培养以传代的话，其基因型终究要发生改变。这一点非常重要，因有机体在其培养过程中，自然选择无时不在进行，在1927年标记y w v f的品系到现在可能含有不同的基因型，至少其遗传背景发生了改变。

在1985年，我们只知道果蝇的冷冻不容易，当时我们还不知道它困难到何种程度。遇到的第一个问题是果蝇胚胎对水不具渗透性。在传统的冷冻过程中，水经渗透作用透出细胞且胞外结冰。自1973年我们就B知道可以用链烷（例如己烷或辛烷）来溶解胚胎的蜡质卵黄膜使其具有可透性，由林德伯格和查劳克（Zalokar）提出的简单方法不能令人满意，因由此产生的可渗透胚胎的生活力很低。考勒和奥克瑞几的研究组解决了这个问题，他们提出的方法能得到全渗胚胎。奥克瑞几研究组发现关键性问题是要使用非常精确的乙醇和链烷加以处理，从而使胚胎渗出水分而透入低温保护剂，这还是首次成功。

第二个问题是果蝇胚胎对低温极敏感。如果以低速降温，比方说每分钟少于1℃，那么胚胎，特别是那些处于早期（受精后达6小时）的胚胎在结冰之前就致死。这说明适用于哺乳类胚胎产生良好效果的传统冷冻方法并不适合于果蝇。可选择的对策是通过快速降湿（而后升温）以使其“跨过”因慢速降温造成的致死阶段，一般为每分钟10⁵℃，但如果此过程中低温保护剂的浓度为传统方法的浓度（1~1.5 M），则胞内结冰会杀死胚胎。两个研究组都认识到提前的唯一方法是避免冰晶一起形成，以达到在降温过程中使水玻璃化而升温过程产生直接的玻璃-水的转化，玻璃化过程优于传统的方法，它已经由瑞尔（Rall）和法利（Faly）用于哺乳动物胚胎的保存。

与此同时，考勒的研究组也在低温保存方面取得了一定的成功，他们获得了约18%的孵化率，但发育为具活力成体的频率是很低的（约是冷冻胚胎的0.5%）。更糟的是，存活个体在实验过程中产生大量的变异。解决这一问题要注意以下两方面的问题。一方面，用于胚胎渗透的条件是否精确是关键；另一方面、用于冷冻的胚胎所处的发育阶段也比较关键。前者可通过使“单层”胚胎置于多碳滤膜之间而使其具可渗透性并且使用简单设备精确控制渗透速率及与溶剂的接触来得以解决。就胚胎发育阶段的重要性而言，马泽与其合作者发现产卵后14.5小时的胚胎，较其前后45分钟的胚胎，其成活率要高得多（其孵化成幼虫的比率为68%）。这似乎是一运气问题，它意味着用于冷冻的胚胎必须精确分区以获得最大的成功率（此过程并不难，但却令人生厌）。然而不管怎样，14.5小时的胚胎已完成了胚胎发生的很多关键步骤。到此阶段，胚胎的基因型是处于合子时的基因型，而非母体的基因型。此时多数细胞已停止分裂并且幼虫表皮正在合成。这点的重要意义在于此时品系在抵抗低温保存能力方面的变异可能很低。

奥克瑞几和考勒的研究组经过联合攻关，获得了一种低温保存野生型果蝇胚胎的方法，其成功率为25%（也就是由冷冻胚胎发育为能育成体蝇的概率）。相对于细胞鼠胚胎的成功低温保存来说，此方法较好。但由于此方法还未用于突变品系，故并不能认为它是最理想的。

果蝇胚胎玻璃化不仅对果绳动物学界会有极大的影响，而且对研究其他重要实验昆虫（诸如蚊）的研究者来说同样具有相当影响。尽管还需要一段时间才能使人们对冷冻保存方法有充分的信心而淘汰传统的品系传代保存方法，但对那些希望得伯鲁名顿品系中心运送的冷冻果蝇品系的研究者来说，这一天将不会很远了。

[Science，1992年第258卷10月18日]