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      中藥生地黃對柵藻生物光子輻射的影響*

      2016-10-29 07:57:18賈寒龐靖祥楊美娜張玉風(fēng)韓金祥
      生物醫(yī)學(xué)工程研究 2016年4期
      關(guān)鍵詞:藻液柵藻湯劑

      賈寒,龐靖祥,楊美娜,張玉風(fēng),韓金祥△

      (1.濟(jì)南大學(xué) 山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院,山東濟(jì)南250020;2.山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)藥生物技術(shù)研究中心,山東濟(jì)南250062)

      1 引 言

      任何有生命的物質(zhì)都會(huì)自發(fā)的向外輻射光子,這種現(xiàn)象稱為生物光子輻射,其波長范圍在200~800 nm,強(qiáng)度很弱,大約幾到幾百個(gè)光子/s·cm2,但是它攜帶著豐富的生命信息,能提供有機(jī)體代謝及功能轉(zhuǎn)化的重要信息[1]。大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,生物光子輻射存在于所有的生物系統(tǒng)之中,是一種普遍的生命現(xiàn)象。生物光子輻射對生物系統(tǒng)內(nèi)部及外界環(huán)境的變化具有高度靈敏性,所以,可以通過對生命系統(tǒng)的生物光子輻射的檢測和研究,來獲得豐富的生命信息,從而了解生命系統(tǒng)內(nèi)外界環(huán)境的微弱變化。

      水體中的藻類對污染毒物非常敏感.而且種類繁多.可以生存在不同類型的水體以及水體的不同生境之中,所以其可作為監(jiān)測水質(zhì)變化的測試生物[2]。柵藻是淡水中常見的浮游藻類,在水質(zhì)評價(jià)中可作為指示生物,且斜生柵藻等又極易進(jìn)行大量人工培養(yǎng),故柵藻常常作為研究水體污染的一種很好的實(shí)驗(yàn)材料[3-4]。綜上所述,柵藻對其所處的環(huán)境非常敏感,在不同的水環(huán)境中其生物學(xué)行為會(huì)有所不同,因而,其生物光子輻射行為也會(huì)存在差異。本研究以柵藻為實(shí)驗(yàn)對象,利用YPMS-2生物光子測量儀對加入中藥生地黃后的柵藻生物光子輻射行為進(jìn)行探索研究。

      2 材料和方法

      2.1 材料

      2.1.1 主要儀器設(shè)備 光電倍增管(9558QB),樣品室,光源裝置,高壓電源,制冷系統(tǒng),光子計(jì)數(shù)器,數(shù)據(jù)采集卡,UV-2802型紫外可見分光光度計(jì),恒溫光照培養(yǎng)箱,滅菌鍋,電陶爐,砂鍋。

      2.1.2 供試生物 柵藻(Scenedesmus sp.)自中國科學(xué)院武漢水生生物研究所采購(編號(hào)FACHB-933),使用BG11培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)。

      2.2 方法

      2.2.1 柵藻的培養(yǎng) 選取生長狀態(tài)良好且處于對數(shù)生長期的柵藻,將其接入滅菌的玻璃三角瓶(500 ml)中,加入BG11培養(yǎng)基,放入恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng),設(shè)定溫度為25℃,光照強(qiáng)度為4 000 Lux,光暗比為12∶12 h,每天手工搖瓶2~3次,培養(yǎng)20天,然后進(jìn)行轉(zhuǎn)接,轉(zhuǎn)接比例為 1∶5(藻液:BG11培養(yǎng)基)[5-6]。按上述方法培養(yǎng)一段時(shí)間,選擇長勢良好的柵藻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

      2.2.2 柵藻濃度的測定 測定藻類生物量的方法一般有光密度測量法、顯微直接計(jì)數(shù)法、葉綠素a含量測定法等,相較之下,光密度法易于操作,測量過程方便快捷,重復(fù)性較高,因此本研究選用光密度法測定柵藻濃度。

      混勻藻液,用移液槍吸取3 ml置于4 cm×1 cm×1 cm的石英比色杯中,使用紫外可見分光光度計(jì)在波長680 nm處測量藻液的吸光度值。通過藻液的吸光度A與細(xì)胞密度Y的線性回歸方程:C=(A*11.995+0.1502)*106個(gè)/ml(R2=0.9766)[7],根據(jù)測得的藻液吸光度值,計(jì)算出藻液的濃度。

      2.2.3 中藥湯劑的制備 頭煎:取10 g生地黃,加200 ml水,浸泡半小時(shí),先用武火煎煮,煮沸后改用文火,共煎煮15 min。濾出藥渣用于二煎,保留藥液。二煎:將頭煎的藥渣加水200 ml,煎煮20 min,濾出藥渣,保留藥液。將兩次煎煮的藥液合并,用濾紙?jiān)俅芜^濾并放涼至室溫,最終得到生地黃湯劑50 ml。

      2.2.4 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備 提前2 h打開溫濕度控制系統(tǒng),設(shè)定室溫為20℃,室內(nèi)濕度50%。打開YPMS-2生物光子測量儀,設(shè)置儀器的工作電壓為1252 V,待制冷系統(tǒng)將溫度降至-23℃,測量儀器的本底噪聲。

      2.2.5 測量生地黃湯劑的生物光子輻射 用移液槍吸取3 ml生地黃湯劑置于4 cm×1 cm×1 cm的石英比色杯中,混勻,然后迅速放入樣品室,測量其自發(fā)發(fā)光、延遲發(fā)光。

      2.2.6 測量BG11培養(yǎng)基與柵藻的生物光子輻射 取3 mlBG11培養(yǎng)基置于石英比色杯中,放入樣品室,測量其自發(fā)發(fā)光及延遲發(fā)光。取3 ml藻液置于石英比色杯中,用紫外可見分光光度計(jì)測其吸光度,放入樣品室中暗適應(yīng)15 min,測量其自發(fā)發(fā)光及延遲發(fā)光。

      2.2.7 測量加入不同體積生地黃的柵藻自發(fā)發(fā)光 選取長勢良好的柵藻,測其吸光度,從中取樣11份置于石英比色杯中,每份3 ml,分別加入11個(gè)不同體積(0、50、110、170、230、290、350、410、470、530、590 ul)的生地黃湯劑于藻液中,并將其混勻放入樣品室中,暗適應(yīng)15 min,測量其自發(fā)發(fā)光。

      2.2.8 測量加入不同體積生地黃的柵藻延遲發(fā)光延遲發(fā)光是生物系統(tǒng)受光照射后發(fā)生的長時(shí)間超微弱發(fā)光弛豫的現(xiàn)象,是生物超微弱發(fā)的重要組成部分,被認(rèn)為是反映生物系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的一種指標(biāo)[7-8]。選取一瓶長勢良好的柵藻,測其吸光度,在該瓶柵藻中取樣11次,每次3 ml,分別置于10個(gè)石英比色杯中,向每個(gè)樣品里依次加入生地黃湯劑 0、50、110、170、230、290、350、410、470、530、590 ul,并將其混勻放入樣品室中,暗適應(yīng)15 min,測量其延遲發(fā)光。

      2.2.9 數(shù)據(jù)處理分析 將得到的數(shù)據(jù)輸入originpro 2015軟件中,分別對以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析處理。

      3 結(jié)果與討論

      3.1 生地黃湯劑與柵藻液的生物光子輻射比較

      為了排除生地黃湯劑自身發(fā)光對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響,因而對生地黃湯劑的生物光子輻射進(jìn)行測量。依次檢測儀器本底噪聲、湯劑的自發(fā)發(fā)光、延遲發(fā)光以及藻液的自發(fā)發(fā)光、延遲發(fā)光,由于白光包含全波段光譜,激發(fā)對象后產(chǎn)生的延遲發(fā)光將包含生物系統(tǒng)的全面信息,因此激發(fā)光源選擇白光,激發(fā)時(shí)間為10 s。如圖1所示,儀器噪聲的平均光子數(shù)為11.07個(gè)/s,生地黃湯劑自發(fā)發(fā)光平均光子數(shù)為13.22個(gè)/s,柵藻自發(fā)發(fā)光平均光子數(shù)為22.9個(gè)/s。從圖中可以看出,柵藻的自發(fā)發(fā)光光子數(shù)明顯高于儀器噪聲和生地黃湯劑,而生地黃湯劑的自發(fā)發(fā)光光子數(shù)與噪聲相近,因此與柵藻的自發(fā)發(fā)光相比,生地黃湯劑的自發(fā)發(fā)光可以忽略不計(jì)。

      圖1 生地黃湯劑與柵藻的自發(fā)發(fā)光對比Fig 1 Comparison of Radix Rehmannia Decoction and the spontaneous luminescence of Scenedesmus

      圖2為生地黃湯劑的延遲發(fā)光衰減曲線,可以看出其第1 s的延遲發(fā)光光子數(shù)為59個(gè)/s,隨后則直接衰減至自發(fā)狀態(tài)(平均光子數(shù)為13個(gè)/s),呈指數(shù)衰減。圖3是生地黃與柵藻延遲發(fā)光的衰減曲線,通過對比可以發(fā)現(xiàn),與柵藻的延遲發(fā)光相比較而言,生地黃的延遲發(fā)光幾乎可以忽略不計(jì),綜上所述,可以排除實(shí)驗(yàn)過程中生地黃湯劑自身的生物光子輻射對結(jié)果的影響,加入生地黃湯劑的柵藻的生物光子輻射即為其自身的發(fā)光。

      圖2 生地黃湯劑的延遲發(fā)光曲線Fig 2 The delayed luminescence curve of Radix Rehmanniae Decoction

      圖3 生地黃湯劑與柵藻的延遲發(fā)光對比Fig 3 Comparison of delayed luminescence of Radix Rehmannia Decoction and Scenedesmus

      3.2 BG11培養(yǎng)基與柵藻液的生物光子輻射比較

      BG11培養(yǎng)基是一種無菌水溶液,主要由無機(jī)鹽NaNO3、K2HPO4、MgSO4、CaCl2、ZnSO4等組成,為了排除培養(yǎng)基自身發(fā)光對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響,分別測量了BG11培養(yǎng)基的自發(fā)發(fā)光及柵藻的自發(fā)發(fā)光,結(jié)果見圖4。由圖中可以看出,BG11培養(yǎng)基的自發(fā)發(fā)光光子數(shù)與噪聲的光子數(shù)非常相近,而藻液的自發(fā)發(fā)光光子數(shù)明顯高于前二者。通過計(jì)算,儀器噪聲的平均光子數(shù)為11.07,BG11培養(yǎng)基的自發(fā)發(fā)光平均光子數(shù)為11.91,藻液的自發(fā)發(fā)光平均光子數(shù)為22.9,前二者的光子數(shù)近似相等,因此培養(yǎng)基的自發(fā)發(fā)光可以忽略不計(jì),藻液的自發(fā)發(fā)光即為柵藻本身的自發(fā)發(fā)光。

      圖4 BG11培養(yǎng)基與柵藻的自發(fā)發(fā)光對比Fig 4 Comparison of spontaneous emission of BG11 medium and Scenedesmus

      圖5為BG11培養(yǎng)基的延遲發(fā)光衰減曲線,其光子數(shù)由50多個(gè)在1 s后直接衰減至自發(fā)狀態(tài),延遲發(fā)光曲線呈指數(shù)衰減。通過培養(yǎng)基與藻液延遲發(fā)光曲線的對比(見圖6),可以發(fā)現(xiàn)與柵藻的延遲發(fā)光相比,培養(yǎng)基的延遲發(fā)光幾乎可以忽略不計(jì),綜上所述,可以排除實(shí)驗(yàn)過程中BG11培養(yǎng)基自身的生物光子輻射對柵藻的影響,認(rèn)為藻液的生物光子輻射即為柵藻本身的生物光子輻射。

      圖5 BG11培養(yǎng)基的延遲發(fā)光曲線Fig 5 Delayed luminescence curve of BG11 medium

      圖6 BG11培養(yǎng)基與柵藻的延遲發(fā)光對比Fig 6 Comparison of delayed luminescence between BG11 medium and Scenedesmus

      3.3 加入不同體積生地黃湯劑對柵藻自發(fā)發(fā)光的影響

      選取對數(shù)生長期的柵藻,測其吸光度A=1.27,根據(jù)公式 C=(A×11.995+0.1502)×106個(gè)/ml(R2=0.9766)算出藻液的濃度為1.5×107個(gè)/ml,然后取11個(gè)樣,每個(gè)3 ml,分別向其中加入不同體積的生地黃湯劑,依次測量柵藻的自發(fā)發(fā)光,計(jì)算其平均光子數(shù),結(jié)果見表1。儀器噪聲10.9,藻液的自發(fā)平均光子數(shù)為22.9,隨著加入生地黃體積的增加,其自發(fā)平均光子數(shù)的變化趨勢是先增大后減小,最高值在350 ul處,光子數(shù)為42.5個(gè)/s,見圖7。當(dāng)加入湯劑的體積小于350 ul時(shí),湯劑的加入體積與柵藻的自發(fā)光子數(shù)的關(guān)系呈正相關(guān),將公式y(tǒng)=a+b×x(1)輸入originpro軟件中,把測得的柵藻自發(fā)發(fā)光數(shù)據(jù)與理論表達(dá)式(1)進(jìn)行最佳線性擬合,得到方程 y=27.35714+0.76113×x,R2=0.971,擬合的兩個(gè)參數(shù)a=27.35714,b=0.76113,擬合關(guān)聯(lián)度高達(dá)97.1%,見圖8。所以說在一定范圍內(nèi),生地黃的加入體積與柵藻自發(fā)發(fā)光平均強(qiáng)度呈較好的線性關(guān)系。生地黃為一種常用中藥,性味甘寒,歸心、肝、腎三經(jīng),功效:清熱涼血,養(yǎng)陰生津。根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析可得,中藥生地黃可以使柵藻的自發(fā)發(fā)光呈現(xiàn)一種規(guī)律性的變化,并且在一定范圍內(nèi)二者會(huì)表現(xiàn)出較好的線性關(guān)系。

      表1 不同體積的生地黃湯劑對應(yīng)的柵藻的自發(fā)發(fā)光平均光子數(shù)Table 1 The average photon of spontaneous emission in different volume of the Radix Rehmannia Decoction corresponding Scenedesmus

      圖7 隨著生地黃湯劑體積增大的柵藻的自發(fā)發(fā)光平均強(qiáng)度Fig 7 With the volume increase of Radix Rehmannia Decoction,the average intensity of spontaneous luminescence of Scenedesmus

      圖8 加入的生地黃體積(<=350ul)與柵藻自發(fā)發(fā)光平均強(qiáng)度的線性擬合Fig 8 Linear fitting between the volume(<=350ul)of Radix Rehmannia Decoction and the average intensity of spontaneous luminescence of Scenedesmus

      3.4 加入不同體積生地黃湯劑對柵藻延遲發(fā)光的影響

      圖9為柵藻延遲發(fā)光曲線的擬合,本文運(yùn)用“顧參數(shù)”模型對柵藻的延遲發(fā)光進(jìn)行分析,該參數(shù)的函數(shù)表達(dá)式為:I(t)=——(1),利用公式(1)對柵藻延遲發(fā)光曲線進(jìn)行擬合,可以得出A、B、C三個(gè)參數(shù),即顧參數(shù),然后再根據(jù)公式 I(0)=A×csch2C——(2)算出柵藻延遲發(fā)光的初始強(qiáng)度,結(jié)果見表2(藻液自身的延遲發(fā)光實(shí)測/計(jì)算初始強(qiáng)度分別為33165,30965)。隨著生地黃湯劑體積的增加,實(shí)測初始強(qiáng)度和計(jì)算初始強(qiáng)度均是先增大后減小,最高值在350 ul處,說明中藥生地黃對柵藻的延遲發(fā)光具有明顯的影響。柵藻延遲發(fā)光呈雙曲線衰減規(guī)律,說明生物系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)激發(fā)態(tài)分子之間是相互偶聯(lián)的,它們可能通過生物系統(tǒng)內(nèi)存在的電磁場互相聯(lián)系,而這正是相干場的重要特征[9-10]。電磁輻射相干性:一部分自發(fā)的和光誘導(dǎo)的生物超弱發(fā)光的光子(量子),起源于生物系統(tǒng)內(nèi)一個(gè)高度相干的電磁場,這種相干電磁場很可能是活組織內(nèi)通訊聯(lián)絡(luò)的基礎(chǔ)[11-13],而恰恰可能是生物光子扮演著生物體內(nèi)一種新型通訊信使的角色[14]。

      圖9 柵藻的延遲發(fā)光曲線Fig 9 The Delay luminescence curve of the Scenedesmus

      表2 不同體積的生地黃對應(yīng)的柵藻的延遲發(fā)光初始強(qiáng)度Table 2 The initial intensity of delayed luminescence of Scenedesmus corresponding to different volumes of Radix Rehmannia Decoction

      4 結(jié)論

      (1)通過對儀器噪聲、生地黃湯劑與柵藻液生物光子輻射的對比分析,可以得出結(jié)論,生地黃湯劑自身并無生物光子輻射,這就排除了湯劑發(fā)光對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

      (2)由BG11培養(yǎng)基與柵藻液的生物光子輻射的比較分析可知,培養(yǎng)基幾乎無發(fā)光,柵藻的生物光子輻射能力較強(qiáng),其延遲發(fā)光的雙曲線規(guī)律為生物光子輻射的相干性理論提供了有力證據(jù),這說明以柵藻作為指示劑具有可行性。

      (3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出生地黃湯劑會(huì)對柵藻的生物光子輻射行為產(chǎn)生明顯的影響,其對柵藻自發(fā)發(fā)光平均強(qiáng)度與延遲發(fā)光初始強(qiáng)度的影響趨勢均表現(xiàn)為先增大后減小,發(fā)光強(qiáng)度的最高值在350 ul處。這說明中藥生地黃本身的固有性質(zhì)(即藥性)會(huì)改變柵藻的生物學(xué)行為,從而表現(xiàn)為柵藻生物光子輻射行為的變化。前期本課題組基于生物光子相干理論提出中藥藥性量子假說[15],并認(rèn)為利用生物光子檢測技術(shù),通過檢測不同藥性中藥生物光子輻射行為的差異,可從整體上獲得表征中藥藥性的生物光子量化指標(biāo)。柵藻作為一種常用的水質(zhì)指示生物,它可以對其周圍液體環(huán)境所發(fā)生的變化做出靈敏的反應(yīng),本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果顯示不同體積的中藥生地黃湯劑對柵藻生物發(fā)光行為影響不同,具體反映在柵藻生物光子輻射行為自發(fā)強(qiáng)度和延遲發(fā)光初始強(qiáng)度的變化上,這為后續(xù)利用柵藻生物光子輻射行為的差異來區(qū)分中藥藥性提供了實(shí)驗(yàn)支持。

      綜上所述,可以發(fā)現(xiàn)利用柵藻的生物光子輻射來區(qū)分中藥藥性具有較好的可行性。為柵藻作為中藥藥性的指示劑奠定了基礎(chǔ)。同時(shí),也為將來相關(guān)課題的研究提供了依據(jù)。

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