文章信息
- 王艳英, 王成, 郄光发, 董建华, 蒋继宏
- Wang Yanying, Wang Cheng, Qie Guangfa, Dong Jianhua, Jiang Jihong
- 4个针叶树种枝叶气味对小白鼠自发行为影响的比较分析
- Comparative Analysis on Effects of VOCs from Branches and Leaves of Four Conifer species on Locomotor Activity of Mice
- 林业科学, 2013, 49(5): 188-193
- Scientia Silvae Sinicae, 2013, 49(5): 188-193.
- DOI: 10.11707/j.1001-7488.20130525
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文章历史
- 收稿日期:2012-05-11
- 修回日期:2012-12-03
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3. Key Laboratory for Biotechnology on Medicinal Plants of Jiangsu Province Xuzhou Normal University Xuzhou 221116
侧柏(Platycladus orientalis)、龙柏(Sabinachinensis cv. Kaizuka)、雪松(Cedrus deodara)、白皮松(Pinus bungeana)作为城市绿化的常用树种,在改善环境、发挥生态效益方面发挥着越来越重要的作用。李娟等(2011)、杨伟伟等(2010)对北京侧柏游憩林内挥发物成分及变化规律进行了研究,为深入全面了解侧柏的保健功能奠定了基础。龙柏是长江流域重要的园林绿化树种,其根、茎、叶均可提取柏木脑及柏木油,枝、叶还可以入药,能祛风散寒,活血、利尿,具有重要的经济意义,其枝叶挥发物的主要成分为萜烯类,还有烷烃类和酯类(郝德君等,2008)。雪松隶属于松科雪松属,为常绿针叶乔木,为世界著名三大园林观赏树种之一,其枝叶挥发物的主要成分是萜烯类化合物,β-蒎烯的含量最高,α-蒎烯的含量次之,二者的总含量超过精油含量的50%,表明萜烯类化合物是雪松挥发性物质的主要成分(郝德君等,2008)。白皮松是我国特有的乡土树种,在松树中独具特色,树干挺拔、树姿优美,所以也是重要的园林绿化树种,其球果还可用来煮水治哮喘,具有很高的医疗保健价值(杜小娟等,2005)。白皮松的主要优势挥发物为烯烃,且以烯烃类的萜烯为主,烷烃、酮和醇的相对含量也较高(董建华,2011)。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(Bubna-Littitz et al.,1994),是一个经典的行为学实验,能对动物对新异环境的兴奋性、适应性、探究、紧张、记忆等多种行为进行评价(沈政,1993),能很好地评定动物的情绪性水平以及在开放的陌生环境中的探索行为,可用来测试动物中枢神经系统的“兴奋”或“抑郁”状态。侧柏枝叶挥发物对小白鼠自发行为的研究表明,侧柏挥发物在增加小鼠认知能力,提高记忆能力方面起到了有利的作用(王艳英等,2011)。因此,在前期侧柏枝叶挥发物对小白鼠自发行为影响的研究基础之上,比较分析这4种绿化树木枝叶挥发物的人体保健功能具有现实意义,不仅能客观地评价绿化树种的保健功能,而且能为城市绿化树种的配置,构建生态保健型绿化模式提供科学依据。
1 材料与方法 1.1 试验材料1)动物材料ICR 小白鼠,5 周龄,体质量18~22 g,每种试验树种30 只,雌雄各半,每种树种每个处理10 只,由徐州医学院实验动物中心提供。每次试验时,小白鼠须重新领取,每一个试验树种都使用不同批次、相同数量、特定编号的小白鼠。饲养2~3天以适应新的环境,再进行试验。
2)植物材料选择侧柏、雪松、龙柏、白皮松枝叶为植物材料。
3)自制熏气处理箱350 mm 的干燥器,去盖,用钻有4个直径1 cm 的透气孔的玻璃板覆盖,透气孔很小,不仅可以用来防止挥发气味的扩散而且能保证小白鼠的正常呼吸。在干燥器隔板上加具有小孔径的铁丝网,具体结构如图 1 所示。
利用ZH-ZFT 型自发活动试验视频分析系统(淮北正华生物仪器设备有限公司生产)观察记录小白鼠运动行为指标。
1.3 试验方法1)植物处理方法每天上午10: 00前将采摘的新鲜枝叶用切割机切成同等大小(机械损伤的目的是为了使枝叶挥发物的气味更充分散发)并混合均匀,然后用天平称取420,210 g,分别放入自制熏气处理箱底部,观察不同大小挥发物浓度对小白鼠自发行为指标的影响。植物挥发物是多种物质构成的混合物,在自然界中也是和空气混合存在的,这种处理方式能够使动物真实地体现挥发物的作用。
2)动物处理方法将小白鼠随机分为3组,其中用420 g 枝叶挥发物处理的定为处理1,用210 g枝叶挥发物处理的定为处理2,不用任何枝叶挥发物处理的小白鼠定为对照组。并进行标号、雌雄分开饲养在实验室中,在实验室中适应3天,包括适应环境及试验人员,进入正式试验阶段后,每天上午9: 50 称取其体质量分别放入处理箱。
3)自发活动试验试验小白鼠在自制处理箱中连续从上午10:00—14:00 处理4 h,然后将小白鼠从自制处理箱中拿出放入ZH-ZFT 型自发活动实验视频分析系统中分析,每批动物观察5 min,连续处理测试6天。
数据采用SPSS13.0 统计分析软件处理,进行单因素方差分析和多重比较。
2 结果与分析 2.1 不同树种枝叶挥发物对小白鼠运动总路程的影响运动总路程反映小白鼠运动量的多少,运动量大表明小鼠中枢神经系统兴奋,反之,则表明小鼠呈现一定程度的抑郁状况。4种针叶树种枝叶挥发物对小白鼠运动路程的影响如图 2 所示,龙柏和雪松枝叶挥发物对小白鼠总路程的影响在第1天和第2天差异显著(P=0.035;P=0.041)(图 2b),其余4天不显著。从整个曲线的变化趋势来看,龙柏高浓度处理1 >雪松高浓度处理1 >对照组,龙柏处理2和雪松处理2 的总路程在前3天都略高于对照组,差异不显著,在后3天,这3组的值呈上下波动变化。从以上的分析可知,高浓度的龙柏和雪松枝叶挥发物都对提高小白鼠的兴奋性起到了促进作用,低浓度组值略高于空白组,但差异不明显,这可能与龙柏、雪松的枝叶挥发物气味小所造成的,没有达到一定的量,效果不明显。
白皮松枝叶挥发物对小白鼠的运动总路程的影响情况是,高浓度处理1 小白鼠的运动总路程比对照组小,低浓度处理组除第1天外,其余5天都比空白组运动总路程大(图 2c),但整个过程中运动总路程变化趋势平缓,对照组和处理组之间第2,4,5,6天差异显著(P=0.031;P=0.042;P=0.005;P=0.006),多重比较分析,高浓度处理1和低浓度处理2 之间在第2,4,5,6天差异显著(P=0.035;P=0.046;P=0.001;P=0.013),高浓度处理1 与空白组在第2天,第4天差异显著(P=0.034;P=0.048),低浓度处理2 与空白组之间在第2,5,6天差异显著(P=0.036;P=0.03;P=0.037),表明高浓度减少小白鼠的运动量,低浓度增加小白鼠的运动量,并且在试验过程中,白皮松枝叶高浓度处理后,总有大量的小白鼠在自发试验箱中没有运动量,即在旷场试验中没有自发行为,非常不活跃,该研究结果也与董建华(2011)的结论一致。
不同浓度不同树种枝叶挥发物对小白鼠自发行为总路程都产生了显著性的影响。4种树木高浓度枝叶挥发物对小白鼠运动总路程影响比较结果为侧柏>龙柏>雪松>对照组>白皮松,低浓度枝叶挥发物对小白鼠运动总路程影响的比较结果为侧柏>白皮松>龙柏>雪松>对照组,可见,4种树木枝叶挥发物对提高小白鼠的中枢神经兴奋性都有一定的促进作用,但白皮松枝叶挥发物所发挥的作用有一定的阈值,超过一定的浓度后反而对小白鼠运动量起到了抑制作用。
2.2 不同树种枝叶挥发物对小白鼠中央格运动路程的影响中央区域属于小鼠不偏爱的区域,中央区域活动频率可以评价小鼠的探究行为(Paulus,1999)。在特殊生理情况下,如警觉、中枢兴奋或抑制等,可以增加或减少中央活动的频率。
龙柏和雪松2种树种对小白鼠中央格路程的影响比较相似(图 3b),都是高浓度处理组>低浓度处理组>对照组,浓度越高探索阶段的中央格运动路程越多,随着处理天数的增加,处理组的降低幅度还大于对照组,龙柏处理1和雪松处理1 交错变化,龙柏处理2和雪松处理2 交错变化,且这2个低浓度处理组,变化值大小都在对照组附近,与对照组差异不显著,这可能是由于本来龙柏和雪松枝叶挥发物的气味就比较小,再加上试验材料的用量少,导致对小白鼠没有造成太大的影响或者说影响不显著。但从变化趋势来看,2种树种处理组的小白鼠运动路程都是大于或者略大于对照组的,探索阶段处理组的降低幅度大于对照组,所以龙柏和雪松的枝叶气味环境都有利于提高小白鼠的探究能力,使其空间记忆能力增强。
白皮松枝叶挥发物对小白鼠中央格运动路程的影响表现为第1,2,5,6天差异显著(P=0.038;P=0.031;P=0.01;P=0.027)(表3c)。多重比较表明,白皮松高浓度处理1 与对照组在第2,5,6天差异显著(P=0.045;P=0.034;P=0.017);白皮松低浓度处理2 与空白组在第1天差异显著(P=0.041);白皮松高浓度处理1和白皮松低浓度处理2 在第1,2,5,6天都差异显著(P=0.033;P=0.027;P=0.008;P=0.021)。它的变化趋势为:前3天低浓度处理2 大于对照组,从第4天开始对照组又大于低浓度处理2,整个阶段,低浓度处理2的下降幅度大于对照组,高浓度处理一组的中央格运动路程始终小于对照组,这也与本身处理一组的运动总路程相关性不大,并且高浓度处理一组的小白鼠总有一部分停留在自发活动箱的某一角没有自发活动量,进入到中央格的次数明显减少,综合以上所述,高浓度的白皮松枝叶挥发物对小白鼠的探究能力产生了一定的抑制作用,而低浓度则提高了小白鼠的探究和空间记忆能力。
综上所述,除龙柏和雪松外,侧柏(图 3a)和白皮松对小白鼠的中央格运动总路程差异显著,从作用结果看,高浓度枝叶挥发物处理后,侧柏>龙柏>雪松>空白对照>白皮松,低浓度枝叶挥发物处理后,侧柏>龙柏>雪松>白皮松>空白对照。
2.3 不同树种枝叶挥发物对小白鼠站立次数的影响4种针叶树种不同处理对小白鼠站立次数的影响如图 4 所示,雪松处理1 与空白组在第1,5,6天差异显著(P=0.036;P=0.032;P=0.023),龙柏处理1和空白组在第1天、第6天差异显著(P=0.028;P=0.026)(图 4b)。从整个图的变化趋势来看,在试验前3天,龙柏处理1 组、雪松处理1 组明显比空白组站立次数多,龙柏处理2、雪松处理2 组和空白组没有显著的差异,在后3天空白组站立次数变化平缓,几乎没有变化,而处理组站立次数急剧下降。说明了高浓度的龙柏和雪松枝叶挥发物对增加小白鼠的探究能力和记忆能力有促进作用。
白皮松枝叶挥发物对试验旷场中小白鼠的站立次数的影响,从图 4c 中可以看出高浓度处理1 在每天试验中的站立次数都低于空白组,且变化趋势比较平缓,低浓度处理2和空白组相比较,变化幅度比较大,只有第1天和第6天站立次数大于空白组,第2天至第5天略比空白组小,且它们之间的差异也不显著。方差分析得出,3组数据之间在第1,2,3,4,6天这5天都差异显著(P=0.000;P=0.000;P=0.000;P=0.027;P=0.008),多重比较高浓度处理1和空白组在第1,2,3,4,6天这5天都差异显著(P=0.000;P=0.000;P=0.000;P=0.011;P=0.018);高浓度处理1和低浓度处理2 在第1,2,3,4,6天差异显著(P=0.000;P=0.000;P=0.000;P=0.037;P=0.003),说明了在高浓度白皮松枝叶挥发气味环境中,小白鼠的探究行为明显减少,低浓度处理组和空白组之间的差异还不明显,但和空白组比较起来降低幅度大于空白组,这个指标也说明了低浓度白皮松枝叶挥发物气味在一定程度上能增加小白鼠的探究行为,增加其探究能力和记忆力。
综上所述,从小白鼠的站立次数数量和降低幅度与空白组相比较,高浓度处理组从作用效果来看,侧柏、龙柏、雪松对增加小鼠的探究记忆能力有促进作用,白皮松起到了抑制作用,低浓度处理组从作用效果来看,低浓度枝叶挥发物浓度对小白鼠的站立次数的影响不显著,但从其变化趋势和数量上与空白组相比较,却表明4种树种的枝叶挥发物小白鼠的探究行为、探究能力和记忆力有一定的促进作用。
2.4 不同树种枝叶挥发物对小白鼠体质量变化的影响小白鼠体质量的变化可以反映出处理方式是否对小白鼠的食欲造成影响。从变化趋势上来看(图 5),侧柏、龙柏、雪松、白皮松这4种树种,处理组和空白组体质量都呈增长趋势,变化曲线基本重合,差异不显著,说明侧柏、龙柏、雪松、白皮松这4种树种枝叶挥发物气味对小白鼠的食欲没有造成影响。
粪便粒数可以反映动物的紧张程度,粪便粒数越多,紧张度就越高。如图 6 所示,龙柏处理1、龙柏处理2、雪松处理1、雪松处理2 4个处理组的每天的粪便粒数总数都比对照组少,这2个树种的处理1 粪便粒数总量也都少于其处理2,即高浓度枝叶挥发物组粪便粒数总量小于低浓度组枝叶挥发物组粪便粒数总量,龙柏处理1和雪松处理1,龙柏处理2和雪松处理2的粪便粒数大小交替变化。由此可见,小白鼠在这2个树种枝叶挥发物气味环境中,情绪都相对比较轻松,粪便粒数变化值4个处理组都低于空白组,且浓度越高,其值越小,表现出和侧柏枝叶挥发物相似的规律,说明龙柏和雪松枝叶的挥发物气体环境中小白鼠的紧张度得到降低,且浓度越高相对越放松。
在白皮松枝叶挥发物气味环境对小白鼠粪便粒数的影响中,浓度的大小并没有和粪便粒数的多少有明显的直接关系,2条曲线交叉分布,但可以看出低浓度组还是比较规律,粪便粒数比空白组小,可见白皮松枝叶挥发物气体环境对缓解小白鼠的紧张程度起到了一定的作用,但到底是浓度高作用大还是浓度低作用大,从图上看这点还没有明显的规律可言。董建华(2011)研究也表明,不同浓度处理组小白鼠的粪便粒数表现出此消彼长、此长彼消的规律,白皮松的浓度与小白鼠的紧张程度没有明显的相关关系。
综上所述,侧柏、龙柏、雪松这3种树种枝叶挥发物气味对缓解小白鼠的紧张情绪都起到了积极的作用,且都是浓度越高,作用越显著,小白鼠相对越轻松,这3种树种相比较,龙柏>雪松>侧柏;白皮松枝叶挥发物气味虽然使小白鼠的情绪得到了一定的缓解,但与浓度变化的相关性,有待于进一步的研究。
3 结论与讨论 3.1 结论1)4种针叶树种枝叶挥发物对小白鼠的自发行为的影响结果显示: 侧柏、龙柏和雪松表现出相近的规律,即经枝叶挥发物处理的小白鼠兴奋性增加,探究和认知能力增强,在修剪枝叶气味环境中相对比较放松,其食欲没有受到影响,而且这种变化与枝叶挥发物浓度呈显著正相关;小白鼠对白皮松枝叶挥发气味有一定的承受阈值,超过这个阈值小白鼠的兴奋性、探究和认知能力受到一定的抑制。
2)4种试验树种枝叶挥发物浓度的作用效果差异: 高浓度枝叶挥发物对小白鼠的运动总路程影响顺序是侧柏>龙柏>雪松>空白对照>白皮松,低浓度枝叶挥发物对小白鼠运动总路程影响顺序是侧柏>白皮松>龙柏>雪松>空白对照;高浓度枝叶挥发物对小白鼠中央格运动路程影响顺序是侧柏>龙柏>雪松>空白对照>白皮松,低浓度枝叶挥发物对小白鼠中央格运动路程影响顺序是侧柏>龙柏>雪松>白皮松>空白对照;4种针叶树种的高低浓度挥发物处理均没有影响小白鼠的食欲。
3.2 讨论1)采用提纯法或者套袋法获得的树木挥发物成分更能够反映树木本身的特点,但与自然状态下包括修剪后树木森林形成的气体环境成分是有很大区别的。胡立香(2007)和董建华(2011)分别对白皮松林和白皮松本身挥发物的成分及动态变化进行的研究表明,白皮松枝叶本身的挥发物与白皮松林内的挥发物成分存在一定的相似性但又有很大的区别。在自然林分条件下,林下植被、光照、温度等各种因子对林分挥发物的释放有很大的影响,而人们在森林游憩过程中感受的是自然状态下的森林环境,这种森林中的气体环境状况与人们的健康关系更为密切。因此,基于树木本身和林分条件下的综合研究,对于构建某种特定树种为主的森林浴场具有理论指导意义。
2)机械损伤后,侧柏挥发性成分有所改变,释放物质主要为雪松烯、石竹烯和丁香烯(孙月琴等,2007). 但机械损伤没有诱导白皮松产生新的挥发性物质,只是组分发生了变化,损伤初期烯烃相对含量高,后期酮、醇类物质升高(董建华,2011)。这种成分的差距可能是导致白皮松对小白鼠造成不利影响的原因,具体是哪种或者哪类成分所造成的还需要在以后的研究中逐步深入地阐明。
3)本研究是在前人挥发物成分分析的基础之上以及以前期侧柏枝叶对小白鼠自发行为的影响为参照,比较分析4种针叶树种的保健功能,涉及动物行为学、植物生理学等多个学科的综合,是一个崭新的研究领域,在以后的研究中还待于更近一步的深入研究探讨。
4)现代城市绿化植物的配置主要考虑了种类、数量、色彩能因素,对植物挥发物的保健或者有害作用考虑不足或者无暇顾及。本研究表明,白皮松挥发物浓度高时会对动物产生不利影响,因此不适宜在居住区大面积种植,而更适合作为景观点缀,充分发挥观赏效果。随着研究方法和技术的进步以及多学科的融合,对植物保健功能的研究越来越显示出良好的应用前景,能够更好地指导人们的生活和生产。
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