珍珠梅花揮發物對小鼠曠場行為及學習記憶能力的影響機制
Ø 摘要
為了探討珍珠梅花揮發物對環境的影響,該文采用動態頂空吸附法和熱脫附22氣質聯用技術,分析了近自然狀態下珍珠梅花的揮發物種類和相對含量;采用不同濃度珍珠梅鮮花對小鼠進行處理,分析了珍珠梅花揮發物對小鼠曠場行為及學習記憶能力的影響.結果表明:珍珠梅鮮花的揮發物對小鼠探索性、興奮性、運動性有抑制作用;低濃度揮發物對小鼠的學習記憶能力無明顯影響,高濃度揮發物抑制小鼠的學習記憶能力. 珍珠梅鮮花的揮發物中,含氮化合物含量高,如**胺、1 ,122二甲基脲、煙堿醛等,這些物質可能是對小鼠的曠場行為及學習記憶能力產生影響的主要原因.
Ø 關鍵詞
珍珠梅,揮發物,小鼠,曠場行為,學習記憶能力
城市綠化是城市生態環境建設中的重要組成部分,綠色植物在正常的生長過程中不斷地向周圍環境釋放揮發性物質. 植物揮發性物質中的某些萜烯類物質,在空氣中以極低的濃度存在,增強了空氣的清新感,對人的身心具有良好的調節作用,使人感到舒緩和安逸,有助于消除疲勞,重新恢復飽滿的精神狀態. 然而某些揮發物則對人體健康不利. 例如苯及苯系物,輕度中毒時,可感到頭暈、**、眩暈,神志恍惚,步伐不穩;有時會引起嗜睡,手足麻木,視力模糊;也可能引起消化系統反應,如惡心、嘔吐等;也可能明顯刺激呼吸道和眼結膜等. 隨著植物揮發性物質分析手段的不斷改進,植物揮發性物質對人體 健 康 的 影 響 越 來 越 多 的 受 到 人 們 的 重視.珍珠梅(Sorbaria kirilowii Maxim.)是北京各公園、綠地、庭院常見的觀賞灌木,具有較特殊的揮發性成分. 為進一步了解這些揮發性有機物在空氣中的存在形式、種類、濃度以及對城市綠化建設質量的影響,本文針對珍珠梅鮮花揮發性物質進行了分析測定及小鼠生測試驗,分析珍珠梅鮮花的揮發性物質對小鼠學習記憶能力和曠場行為的影響,為改善城市綠化植物的合理配置,建設既美觀又對人類健康有利的自然環境提供理論依據.
1. 材料與方法
1.1.1 動物實驗材料
ICR 小白鼠,5 周齡,雄性,由北京大學醫學部實驗動物部提供.
1.1.2 植物實驗材料
珍珠梅鮮花采自北京林業大學校園內.
1.1.3 處理方法
被測小鼠分為對照、處理1、處理2共3個組,每組10只,分別放入3個測試箱(60 cm×30 cm×30cm) , 將珍珠梅花采下插入水瓶,放入箱內,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,連續處理6 d.每天8 :00觀測小鼠行為指標.
1.1.4 實驗儀器
MORRIS水迷宮，型號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3個盲端,終點有臺階,小鼠可通過臺階上岸躲避溺水威脅.曠場分析箱: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個方格(27m×27 cm) ,沿玻璃墻稱為外周格.水迷宮分析系統可由上海欣軟信息科技有限公司提供。
Ø 實驗方法
1511 動物學習記憶能力測定將各處理組的小鼠依次進行水迷宮試驗,每天訓練3次,記錄每只小鼠在游泳中進入盲端的次數及游出時間.
1.5.2 曠場分析
將小鼠放入正中格內,觀察5 min內動物活動情況,記錄以下指標:跨格次數、中央格次數、中央格時間、站立次數、理毛次數、理毛時間、糞便粒數.珍珠梅鮮花揮發物分析鮮花揮發物收集采用離體植物動態頂空套袋采集法.揮發物的測定采用TCT22GCPMS(Thermal- desorptionold Trap22Gas ChromatographyPMass Spectrometer ,熱脫附P氣相色譜P質譜聯用)法分析
Ø 實驗結果
珍珠梅花揮發物成分的種類及含量圖1是離體珍珠梅花揮發物成分的總離子流(Total Ion Current TIC)色譜圖. 珍珠梅花揮發物的質譜數據,用計算機內的NIST98標準質譜數據庫檢索和質譜數據手冊對照,綜合保留時間信息,確定出45個組分,并將總離子流色譜圖中的各峰面積進行歸一化,得到珍珠梅花揮發物中各組分的相對含量,結果見表1.珍珠梅鮮花活體與離體的揮發性化合物經分析比較,主要成分相同,只有個別微量成分有差異.
Ø 討論
行為是觀察到的動物對環境的反應,是對變化環境條件的適應活動. 隨著生活環境條件的改變或受到外界環境的刺激后,動物會在**神經系統控制下,做出一系列的行為反應(向性、趨性、反射、本能、學習和推理).曠場行為分析主要反映動物對新環境的探索、習慣以及伴隨的情緒變化,跨格次數及站立次數是動物探索行為及興奮性、運動性活動水平的反映. 采用不同濃度珍珠梅花對小鼠處理,結果表明:隨著處理天數的增加,對照組和處理組小鼠跨格次數及站立次數呈下降趨勢,對照組的跨格次數及站立次數下降與郭德玉等研究相一致. 處理組跨
格次數及站立次數在處理過程中明顯低于對照組,說明珍珠梅花對小鼠的探索性、興奮性、運動性具有抑制作用,使小鼠的運動量下降. 珍珠梅花的揮發物對動物的神經行為產生影響,可降低心理運動的穩定性和敏捷度,對大腦思維活動產生負面影響.小鼠的本能習性喜歡沿著墻根走,而避開空曠的中央區,這是小鼠天生的防御反應,是嚙齒類動物的本能行為. 從實驗結果看出, 隨著處理天數的增加小鼠的空間認識能力增加,對照組和處理組進入中央格時間縮短,次數減少;對照組和處理組之間無明顯差異. 可能是由于小鼠的運動量下降導致進入中央格次數減少,時間減短.不同處理條件下,對照組和處理組在處理過程中理毛次數無明顯變;隨著處理天數的增加,對照組和處理組小鼠的理毛時間延長說明小鼠對環境逐漸滿足. 理毛時間處理組低于對照組,說明珍珠梅花揮發物對小鼠的行為產生影響,使小鼠變得情緒不穩定.可以看出:對照組排便數逐漸減少,說明小鼠對環境逐漸適應,反映小鼠的緊張程度降低;處理組第1 d排便數明顯低于對照組,說明小鼠對新環境反映遲鈍,可能是由于珍珠梅揮發物影響的結果.
學習行為是動物在成長過程中通過生活經驗和嘗試而建立起來的新的行為活動,小鼠的學習記憶能力極強,在水迷宮中不斷地探索,*終逃離溺水上岸,這一復雜的行為過程是由內外因素混合控制的.在實驗過程中,,隨著處理天數的增加,訓練次數的增加,其游出的時間明顯減少,錯誤次數也減少,*后能熟練地迅速游出迷宮;處理2水迷宮游出時間無明顯變化,錯誤次數略有增加. 說明低濃度珍珠梅的揮發物對小鼠學習記憶無明顯影響;而高濃度珍珠梅的揮發物對小鼠的學習記憶能力有抑制作用.在實驗過程中,當小鼠被放入曠場觀察箱的中央格后,小鼠立即跑到邊上,停在玻璃墻邊,向四周觀看,然后開始轉圈跨格運動,并伴隨進行爬玻璃墻站立,似乎在尋找逃跑的通路,隨后有的通過中央格進行運動,但時間很短. 在2 min后小鼠開始兩爪離地站立,并出現短時間理毛,這時小鼠的情緒開始穩定,離開玻璃墻,邊跨格邊站立,在4 min左右,小鼠多進行理毛和周邊格站立. 處理組這時理毛時間較長,跨格和站立運動較少.
總之,小鼠經過珍珠梅花揮發物的處理,其運動量明顯下降,反應變慢,比對照組遲鈍得多. 對珍珠梅花的揮發物成分分析顯示其中含有大量的含氮化合物,如**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、苯類對人體健康有害,而這兩類物質對人體的皮膚有較強的吸附作用,由于小鼠的大量呼吸和皮膚接觸有害揮發物,導致小鼠的運動量下降. 小鼠經過珍珠梅處理后,其行為主要指標變化明顯,都是趨于減慢,說明珍珠梅揮發物對小鼠行為產生負影響,可抑制小鼠的興奮性、運動性活動. 雖然尚未做人體生理學指標測定,但是根據動物的行為學研究結果,可以初步認為,珍珠梅作為一
種綠化樹種,對人體健康可能會產生負面影響,種植時*好遠離居民住宅,且種植密度宜低不宜高.
