珍珠梅花挥发物影响动物学习记忆能力的机制研究
Ø 关键词: 珍珠梅,挥发物,小鼠,旷场行为,学习记忆能力
为了探讨珍珠梅花挥发物对环境的影响,该文采用动态顶空吸附法和热脱附22气质联用技术,分析了近自然状态下珍珠梅花的挥发物种类和相对含量;采用不同浓度珍珠梅鲜花对小鼠进行处理,分析了珍珠梅花挥发物对小鼠旷场行为及学习记忆能力的影响.结果表明:珍珠梅鲜花的挥发物对小鼠探索性、兴奋性、运动性有抑制作用;低浓度挥发物对小鼠的学习记忆能力无明显影响,高浓度挥发物抑制小鼠的学习记忆能力. 珍珠梅鲜花的挥发物中,含氮化合物含量高,如三甲胺、1 ,122二甲基脲、烟碱醛等,这些物质可能是对小鼠的旷场行为及学习记忆能力产生影响的主要原因.
城市绿化是城市生态环境建设中的重要组成部分,绿色植物在正常的生长过程中不断地向周围环境释放挥发性物质. 植物挥发性物质中的某些萜烯类物质,在空气中以极低的浓度存在,增强了空气的清新感,对人的身心具有良好的调节作用,使人感到舒缓和安逸,有助于消除疲劳,重新恢复饱满的精神状态. 然而某些挥发物则对人体健康不利. 例如苯及苯系物,轻度中毒时,可感到头晕、头痛、眩晕,神志恍惚,步伐不稳;有时会引起嗜睡,手足麻木,视力模糊;也可能引起消化系统反应,如恶心、呕吐等;也可能明显刺激呼吸道和眼结膜等. 随着植物挥发性物质分析手段的不断改进,植物挥发性物质对人体 健 康 的 影 响 越 来 越 多 的 受 到 人 们 的 重视.珍珠梅(Sorbaria kirilowii Maxim.)是北京各公园、绿地、庭院常见的观赏灌木,具有较特殊的挥发性成分. 为进一步了解这些挥发性有机物在空气中的存在形式、种类、浓度以及对城市绿化建设质量的影响,本文针对珍珠梅鲜花挥发性物质进行了分析测定及小鼠生测试验,分析珍珠梅鲜花的挥发性物质对小鼠学习记忆能力和旷场行为的影响,为改善城市绿化植物的合理配置,建设既美观又对人类健康有利的自然环境提供理论依据.
1. 材料与方法
1.1.1 动物实验材料
ICR 小白鼠,5 周龄,雄性,由北京大学医学部实验动物部提供.
1.1.2 植物实验材料
珍珠梅鲜花采自北京林业大学校园内.
1.1.3 处理方法
被测小鼠分为对照、处理1、处理2共3个组,每组10只,分别放入3个测试箱(60 cm×30 cm×750px) , 将珍珠梅花采下插入水瓶,放入箱内,花重量分别为0、7、37 g ,每天早晨取出旧花,放入等量新鲜的花,连续处理6 d.每天8 :00观测小鼠行为指标.
1.1.4 实验仪器
MORRIS水迷宫，型号XR-XM101:采用黑色橡胶板制成(2000px×40 cm×40 cm) ,水深30 cm ,水温30℃. 本装置共设3个盲端,终点有台阶,小鼠可通过台阶上岸躲避溺水威胁.旷场分析箱:自制,去顶透明玻璃箱体(80 cm×0 cm×60 cm) ,箱底垫硬纸板等分划成9个方格(27m×27 cm) ,沿玻璃墙称为外周格.水迷宫分析系统可由上海欣软信息科技有限公司提供。
Ø实验方法
1.5.1 动物学习记忆能力测定将各处理组的小鼠依次进行水迷宫试验,每天训练3次,记录每只小鼠在游泳中进入盲端的次数及游出时间.
1.5.2 旷场分析
将小鼠放入正中格内,观察5 min内动物活动情况,记录以下指标:跨格次数、中央格次数、中央格时间、站立次数、理毛次数、理毛时间、粪便粒数.珍珠梅鲜花挥发物分析鲜花挥发物收集采用离体植物动态顶空套袋采集法.挥发物的测定采用TCT22GCPMS(Thermal- desorptionold Trap22Gas ChromatographyPMass Spectrometer ,热脱附P气相色谱P质谱联用)法分析
Ø实验结果
珍珠梅花挥发物成分的种类及含量图1是离体珍珠梅花挥发物成分的总离子流(Total Ion Current TIC)色谱图. 珍珠梅花挥发物的质谱数据,用计算机内的NIST98标准质谱数据库检索和质谱数据手册对照,综合保留时间信息,确定出45个组分,并将总离子流色谱图中的各峰面积进行归一化,得到珍珠梅花挥发物中各组分的相对含量,结果见表1.珍珠梅鲜花活体与离体的挥发性化合物经分析比较,主要成分相同,只有个别微量成分有差异.
Ø 讨论
行为是观察到的动物对环境的反应,是对变化环境条件的适应活动. 随着生活环境条件的改变或受到外界环境的刺激后,动物会在中枢神经系统控制下,做出一系列的行为反应(向性、趋性、反射、本能、学习和推理).旷场行为分析主要反映动物对新环境的探索、习惯以及伴随的情绪变化,跨格次数及站立次数是动物探索行为及兴奋性、运动性活动水平的反映. 采用不同浓度珍珠梅花对小鼠处理,结果表明:随着处理天数的增加,对照组和处理组小鼠跨格次数及站立次数呈下降趋势,对照组的跨格次数及站立次数下降与郭德玉等研究相一致. 处理组跨格次数及站立次数在处理过程中明显低于对照组,说明珍珠梅花对小鼠的探索性、兴奋性、运动性具有抑制作用,使小鼠的运动量下降. 珍珠梅花的挥发物对动物的神经行为产生影响,可降低心理运动的稳定性和敏捷度,对大脑思维活动产生负面影响.小鼠的本能习性喜欢沿着墙根走,而避开空旷的中央区,这是小鼠天生的防御反应,是啮齿类动物的本能行为. 从实验结果看出, 随着处理天数的增加小鼠的空间认识能力增加,对照组和处理组进入中央格时间缩短,次数减少;对照组和处理组之间无明显差异. 可能是由于小鼠的运动量下降导致进入中央格次数减少,时间减短.不同处理条件下,对照组和处理组在处理过程中理毛次数无明显变;随着处理天数的增加,对照组和处理组小鼠的理毛时间延长说明小鼠对环境逐渐满足. 理毛时间处理组低于对照组,说明珍珠梅花挥发物对小鼠的行为产生影响,使小鼠变得情绪不稳定.可以看出:对照组排便数逐渐减少,说明小鼠对环境逐渐适应,反映小鼠的紧张程度降低;处理组第1 d排便数明显低于对照组,说明小鼠对新环境反映迟钝,可能是由于珍珠梅挥发物影响的结果.
学习行为是动物在成长过程中通过生活经验和尝试而建立起来的新的行为活动,小鼠的学习记忆能力极强,在水迷宫中不断地探索,最终逃离溺水上岸,这一复杂的行为过程是由内外因素混合控制的.在实验过程中,,随着处理天数的增加,训练次数的增加,其游出的时间明显减少,错误次数也减少,最后能熟练地迅速游出迷宫;处理2水迷宫游出时间无明显变化,错误次数略有增加. 说明低浓度珍珠梅的挥发物对小鼠学习记忆无明显影响;而高浓度珍珠梅的挥发物对小鼠的学习记忆能力有抑制作用.在实验过程中,当小鼠被放入旷场观察箱的中央格后,小鼠立即跑到边上,停在玻璃墙边,向四周观看,然后开始转圈跨格运动,并伴随进行爬玻璃墙站立,似乎在寻找逃跑的通路,随后有的通过中央格进行运动,但时间很短. 在2 min后小鼠开始两爪离地站立,并出现短时间理毛,这时小鼠的情绪开始稳定,离开玻璃墙,边跨格边站立,在4 min左右,小鼠多进行理毛和周边格站立. 处理组这时理毛时间较长,跨格和站立运动较少.
总之,小鼠经过珍珠梅花挥发物的处理,其运动量明显下降,反应变慢,比对照组迟钝得多. 对珍珠梅花的挥发物成分分析显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、烟碱醛等,还有异戊醇、2 -甲基丙烯醛,它们是有刺激性或是有毒性的化合物. 胺类、苯类对人体健康有害,而这两类物质对人体的皮肤有较强的吸附作用,由于小鼠的大量呼吸和皮肤接触有害挥发物,导致小鼠的运动量下降. 小鼠经过珍珠梅处理后,其行为主要指标变化明显,都是趋于减慢,说明珍珠梅挥发物对小鼠行为产生负影响,可抑制小鼠的兴奋性、运动性活动. 虽然尚未做人体生理学指标测定,但是根据动物的行为学研究结果,可以初步认为,珍珠梅作为一种绿化树种,对人体健康可能会产生负面影响,种植时最好远离居民住宅,且种植密度宜低不宜高.
