珍珠梅花揮發(fā)物影響動(dòng)物學(xué)習(xí)記憶能力的機(jī)制研究

Ø 關(guān)鍵詞: 珍珠梅,揮發(fā)物,小鼠,曠場(chǎng)行為,學(xué)習(xí)記憶能力                                  

    為了探討珍珠梅花揮發(fā)物對(duì)環(huán)境的影響,該文采用動(dòng)態(tài)頂空吸附法和熱脫附22氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù),分析了近自然狀態(tài)下珍珠梅花的揮發(fā)物種類和相對(duì)含量;采用不同濃度珍珠梅鮮花對(duì)小鼠進(jìn)行處理,分析了珍珠梅花揮發(fā)物對(duì)小鼠曠場(chǎng)行為及學(xué)習(xí)記憶能力的影響.結(jié)果表明:珍珠梅鮮花的揮發(fā)物對(duì)小鼠探索性、興奮性、運(yùn)動(dòng)性有抑制作用;低濃度揮發(fā)物對(duì)小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力無(wú)明顯影響,高濃度揮發(fā)物抑制小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力. 珍珠梅鮮花的揮發(fā)物中,含氮化合物含量高,如三甲胺、1 ,122二甲基脲、煙堿醛等,這些物質(zhì)可能是對(duì)小鼠的曠場(chǎng)行為及學(xué)習(xí)記憶能力產(chǎn)生影響的主要原因.

    城市綠化是城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)中的重要組成部分,綠色植物在正常的生長(zhǎng)過(guò)程中不斷地向周圍環(huán)境釋放揮發(fā)性物質(zhì). 植物揮發(fā)性物質(zhì)中的某些萜烯類物質(zhì),在空氣中以極低的濃度存在,增強(qiáng)了空氣的清新感,對(duì)人的身心具有良好的調(diào)節(jié)作用,使人感到舒緩和安逸,有助于消除疲勞,重新恢復(fù)飽滿的精神狀態(tài). 然而某些揮發(fā)物則對(duì)人體健康不利. 例如苯及苯系物,輕度中毒時(shí),可感到頭暈、頭痛、眩暈,神志恍惚,步伐不穩(wěn);有時(shí)會(huì)引起嗜睡,手足麻木,視力模糊;也可能引起消化系統(tǒng)反應(yīng),如惡心、嘔吐等;也可能明顯刺激呼吸道和眼結(jié)膜等. 隨著植物揮發(fā)性物質(zhì)分析手段的不斷改進(jìn),植物揮發(fā)性物質(zhì)對(duì)人體 健 康 的 影 響 越 來(lái) 越 多 的 受 到 人 們 的 重視.珍珠梅(Sorbaria kirilowii Maxim.)是北京各公園、綠地、庭院常見(jiàn)的觀賞灌木,具有較特殊的揮發(fā)性成分. 為進(jìn)一步了解這些揮發(fā)性有機(jī)物在空氣中的存在形式、種類、濃度以及對(duì)城市綠化建設(shè)質(zhì)量的影響,本文針對(duì)珍珠梅鮮花揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行了分析測(cè)定及小鼠生測(cè)試驗(yàn),分析珍珠梅鮮花的揮發(fā)性物質(zhì)對(duì)小鼠學(xué)習(xí)記憶能力和曠場(chǎng)行為的影響,為改善城市綠化植物的合理配置,建設(shè)既美觀又對(duì)人類健康有利的自然環(huán)境提供理論依據(jù).

1. 材料與方法                                                                      

1.1.1　動(dòng)物實(shí)驗(yàn)材料

ICR 小白鼠,5 周齡,雄性,由北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部實(shí)驗(yàn)動(dòng)物部提供.

1.1.2　植物實(shí)驗(yàn)材料

珍珠梅鮮花采自北京林業(yè)大學(xué)校園內(nèi).

1.1.3　處理方法

被測(cè)小鼠分為對(duì)照、處理1、處理2共3個(gè)組,每組10只,分別放入3個(gè)測(cè)試箱(60 cm×30 cm×30cm) , 將珍珠梅花采下插入水瓶,放入箱內(nèi),花重量分別為0、7、37 g ,每天早晨取出舊花,放入等量新鮮的花,連續(xù)處理6 d.每天8 :00觀測(cè)小鼠行為指標(biāo).

1.1.4　實(shí)驗(yàn)儀器

MORRIS水迷宮，型號(hào)XR-XM101:采用黑色橡膠板制成(80cm×40 cm×40 cm) ,水深30 cm ,水溫30℃. 本裝置共設(shè)3個(gè)盲端,終點(diǎn)有臺(tái)階,小鼠可通過(guò)臺(tái)階上岸躲避溺水威脅.曠場(chǎng)分析箱:自制,去頂透明玻璃箱體(80 cm×0 cm×60 cm) ,箱底墊硬紙板等分劃成9個(gè)方格(27m×27 cm) ,沿玻璃墻稱為外周格.水迷宮分析系統(tǒng)可由上海欣軟信息科技有限公司提供。

Ø實(shí)驗(yàn)方法                                                                       

1.5.1　動(dòng)物學(xué)習(xí)記憶能力測(cè)定將各處理組的小鼠依次進(jìn)行水迷宮試驗(yàn),每天訓(xùn)練3次,記錄每只小鼠在游泳中進(jìn)入盲端的次數(shù)及游出時(shí)間.

1.5.2　曠場(chǎng)分析

    將小鼠放入正中格內(nèi),觀察5 min內(nèi)動(dòng)物活動(dòng)情況,記錄以下指標(biāo):跨格次數(shù)、中央格次數(shù)、中央格時(shí)間、站立次數(shù)、理毛次數(shù)、理毛時(shí)間、糞便粒數(shù).珍珠梅鮮花揮發(fā)物分析鮮花揮發(fā)物收集采用離體植物動(dòng)態(tài)頂空套袋采集法.揮發(fā)物的測(cè)定采用TCT22GCPMS(Thermal- desorptionold Trap22Gas ChromatographyPMass Spectrometer ,熱脫附P氣相色譜P質(zhì)譜聯(lián)用)法分析

Ø實(shí)驗(yàn)結(jié)果                                                                        

    珍珠梅花揮發(fā)物成分的種類及含量圖1是離體珍珠梅花揮發(fā)物成分的總離子流(Total Ion Current TIC)色譜圖. 珍珠梅花揮發(fā)物的質(zhì)譜數(shù)據(jù),用計(jì)算機(jī)內(nèi)的NIST98標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)檢索和質(zhì)譜數(shù)據(jù)手冊(cè)對(duì)照,綜合保留時(shí)間信息,確定出45個(gè)組分,并將總離子流色譜圖中的各峰面積進(jìn)行歸一化,得到珍珠梅花揮發(fā)物中各組分的相對(duì)含量,結(jié)果見(jiàn)表1.珍珠梅鮮花活體與離體的揮發(fā)性化合物經(jīng)分析比較,主要成分相同,只有個(gè)別微量成分有差異.

Ø 討論                                                                           

    行為是觀察到的動(dòng)物對(duì)環(huán)境的反應(yīng),是對(duì)變化環(huán)境條件的適應(yīng)活動(dòng). 隨著生活環(huán)境條件的改變或受到外界環(huán)境的刺激后,動(dòng)物會(huì)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)控制下,做出一系列的行為反應(yīng)(向性、趨性、反射、本能、學(xué)習(xí)和推理).曠場(chǎng)行為分析主要反映動(dòng)物對(duì)新環(huán)境的探索、習(xí)慣以及伴隨的情緒變化,跨格次數(shù)及站立次數(shù)是動(dòng)物探索行為及興奮性、運(yùn)動(dòng)性活動(dòng)水平的反映. 采用不同濃度珍珠梅花對(duì)小鼠處理,結(jié)果表明:隨著處理天數(shù)的增加,對(duì)照組和處理組小鼠跨格次數(shù)及站立次數(shù)呈下降趨勢(shì),對(duì)照組的跨格次數(shù)及站立次數(shù)下降與郭德玉等研究相一致. 處理組跨格次數(shù)及站立次數(shù)在處理過(guò)程中明顯低于對(duì)照組,說(shuō)明珍珠梅花對(duì)小鼠的探索性、興奮性、運(yùn)動(dòng)性具有抑制作用,使小鼠的運(yùn)動(dòng)量下降. 珍珠梅花的揮發(fā)物對(duì)動(dòng)物的神經(jīng)行為產(chǎn)生影響,可降低心理運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和敏捷度,對(duì)大腦思維活動(dòng)產(chǎn)生負(fù)面影響.小鼠的本能習(xí)性喜歡沿著墻根走,而避開空曠的中央?yún)^(qū),這是小鼠天生的防御反應(yīng),是嚙齒類動(dòng)物的本能行為. 從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出, 隨著處理天數(shù)的增加小鼠的空間認(rèn)識(shí)能力增加,對(duì)照組和處理組進(jìn)入中央格時(shí)間縮短,次數(shù)減少;對(duì)照組和處理組之間無(wú)明顯差異. 可能是由于小鼠的運(yùn)動(dòng)量下降導(dǎo)致進(jìn)入中央格次數(shù)減少,時(shí)間減短.不同處理?xiàng)l件下,對(duì)照組和處理組在處理過(guò)程中理毛次數(shù)無(wú)明顯變;隨著處理天數(shù)的增加,對(duì)照組和處理組小鼠的理毛時(shí)間延長(zhǎng)說(shuō)明小鼠對(duì)環(huán)境逐漸滿足. 理毛時(shí)間處理組低于對(duì)照組,說(shuō)明珍珠梅花揮發(fā)物對(duì)小鼠的行為產(chǎn)生影響,使小鼠變得情緒不穩(wěn)定.可以看出:對(duì)照組排便數(shù)逐漸減少,說(shuō)明小鼠對(duì)環(huán)境逐漸適應(yīng),反映小鼠的緊張程度降低;處理組第1 d排便數(shù)明顯低于對(duì)照組,說(shuō)明小鼠對(duì)新環(huán)境反映遲鈍,可能是由于珍珠梅揮發(fā)物影響的結(jié)果.

    學(xué)習(xí)行為是動(dòng)物在成長(zhǎng)過(guò)程中通過(guò)生活經(jīng)驗(yàn)和嘗試而建立起來(lái)的新的行為活動(dòng),小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力極強(qiáng),在水迷宮中不斷地探索,最終逃離溺水上岸,這一復(fù)雜的行為過(guò)程是由內(nèi)外因素混合控制的.在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,,隨著處理天數(shù)的增加,訓(xùn)練次數(shù)的增加,其游出的時(shí)間明顯減少,錯(cuò)誤次數(shù)也減少,最后能熟練地迅速游出迷宮;處理2水迷宮游出時(shí)間無(wú)明顯變化,錯(cuò)誤次數(shù)略有增加. 說(shuō)明低濃度珍珠梅的揮發(fā)物對(duì)小鼠學(xué)習(xí)記憶無(wú)明顯影響;而高濃度珍珠梅的揮發(fā)物對(duì)小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力有抑制作用.在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,當(dāng)小鼠被放入曠場(chǎng)觀察箱的中央格后,小鼠立即跑到邊上,停在玻璃墻邊,向四周觀看,然后開始轉(zhuǎn)圈跨格運(yùn)動(dòng),并伴隨進(jìn)行爬玻璃墻站立,似乎在尋找逃跑的通路,隨后有的通過(guò)中央格進(jìn)行運(yùn)動(dòng),但時(shí)間很短. 在2 min后小鼠開始兩爪離地站立,并出現(xiàn)短時(shí)間理毛,這時(shí)小鼠的情緒開始穩(wěn)定,離開玻璃墻,邊跨格邊站立,在4 min左右,小鼠多進(jìn)行理毛和周邊格站立. 處理組這時(shí)理毛時(shí)間較長(zhǎng),跨格和站立運(yùn)動(dòng)較少.

    總之,小鼠經(jīng)過(guò)珍珠梅花揮發(fā)物的處理,其運(yùn)動(dòng)量明顯下降,反應(yīng)變慢,比對(duì)照組遲鈍得多. 對(duì)珍珠梅花的揮發(fā)物成分分析顯示其中含有大量的含氮化合物,如三甲胺、1 ,1 -二甲基脲、乙酰苯、煙堿醛等,還有異戊醇、2 -甲基丙烯醛,它們是有刺激性或是有毒性的化合物. 胺類、苯類對(duì)人體健康有害,而這兩類物質(zhì)對(duì)人體的皮膚有較強(qiáng)的吸附作用,由于小鼠的大量呼吸和皮膚接觸有害揮發(fā)物,導(dǎo)致小鼠的運(yùn)動(dòng)量下降. 小鼠經(jīng)過(guò)珍珠梅處理后,其行為主要指標(biāo)變化明顯,都是趨于減慢,說(shuō)明珍珠梅揮發(fā)物對(duì)小鼠行為產(chǎn)生負(fù)影響,可抑制小鼠的興奮性、運(yùn)動(dòng)性活動(dòng). 雖然尚未做人體生理學(xué)指標(biāo)測(cè)定,但是根據(jù)動(dòng)物的行為學(xué)研究結(jié)果,可以初步認(rèn)為,珍珠梅作為一種綠化樹種,對(duì)人體健康可能會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響,種植時(shí)最好遠(yuǎn)離居民住宅,且種植密度宜低不宜高.