（生理学专业论文）南方鲇对氨基酸的相对敏感性及面叶的组织构筑研究.pdf

中山大学硕士学位论文 南方鲇对氨基酸的相对敏感性及面叶的神经构筑研究 专业：生理学 硕士生：张鹏 指导老师：龙天澄副教授 摘要 南方鲇( 鲥“川sm e r i f f i o n a l i sc h e n ) 生活在浑浊的水环境中，味觉感觉在 摄食中起了关键的作用，味觉系统比较发达。鱼类的味觉是通过面神经、舌咽神 经和迷走神经进行传导的。面神经主要调节控制口外的头部、体部等皮肤的味觉 与触觉的感受，、其初级中枢是面叶。由于缺乏对南方鲇味觉初级中枢这一系统及 面神经和中枢之问的关系的了解，至今味觉中枢调控与摄食行为的关系仍不清 楚。我们首先观察南方鲇面叶对1 5 种的氨基酸的敏感性，并得出相对有效刺激性 ( r e l a t i r es t i m u l a t o r ye f f e c t i v e n e s sr s e ) ；其次通过组织切片、电生理和 束路追踪等方法来研究面神经主要分支和中枢之间的关系，以及面叶的组织构 筑；最后对比研究面神经主要感觉支( 上颚须神经和下颚须神经) 在其皮肤感受 野受到氨基酸刺激时，自身的反应及其在面叶投射区域中的神经诱发放电反应。 本研究的主要结果如下： 1 南方鲇对1 5 种氨基酸均敏感，反应的大小随氨基酸浓度的对数值的增大而 增大，两者呈指数函数关系。 2 1 5 种浓度为1 0 。4 m o l l 的氨基酸对南方鲇味觉的r s e 排序如下：l - a i a l - a r g l - h i s l - m e t d - a r g d - m e t l - l y s l - c y s l - t h r l - p h e l - s e r l - g l u d - s e r l - a s p l a s n 3 南方鲇面叶分成大小2 叶，两小叶在面叶中沿着头尾轴线延伸，而在面叶 中出现的位置及所占的体积各不相同。上颚须神经投射到大叶的背中位置，下颚 须神经投射到小叶的腹中和背中位置。 4 上颚须神经和下颚须神经的投射区域有三类神经细胞：小型，中型和大 型，它们的数量和分布及形态和功能都不同。 中山大学硕士学位论文 5 l - a r g 和l - a l a 存在适应性和脱敏现象，说明南方鲇至少拥有l 一丙氨酸和l 一 精氨酸的独立位点，并且位点可以饱和。对神经放电反应而言，最有效的刺激 物是l a l a 和l a r g 。对两种神经分支而言1 0 l - a l a 和l a r g 都是比较有效的，但 下颚须神经对l h i s 的敏感性较高。除了l h i s 以外几乎每种1 0 1 刺激物在上颚须 神经感受野引起反应的幅度和频率都比较强。 6 上颚须支神经记录到的氨基酸反应除了l g l u 以外，其他的反应均大于其 在面叶投射区域的反应；下颚须支神经记录到的氨基酸反应均大于其在面叶投射 区域的反应。推测初级中枢有抑制性递质存在。 7 南方鲇味觉初级中枢神经信号流向的推测为：中枢接收味觉传入神经传 入的来自味觉感受器的味觉神经冲动，在味觉初级中枢通过由多数神经元组成的 单向神经网络进行味觉信号的提取与编码，通过双极细胞汇聚后传递给次级味觉 中枢。 8 神经网络的结构推测为：面叶由边缘较大的梨型细胞构成神经网络的输 入层，由面叶中部数目占绝大多数的小型神经元细胞构成中间的信号处理层，由 位于前面两层细胞之间的中型细胞构成神经网络的输出层。 关键词：南方鲇：味觉：氨基酸：r s e ：面叶：组织构筑：面神经：诱发放电；束路追踪 i i 中山大学硕士学位论文 r s eo f1 5g e n e r a la m i n oa c i d sf o rf i s h s t a s t er e s p o n s e sa n dt h eo r g a n i z a t i o no ft h e f a c i a ll o b ei nc a t f i s h ， s i l u r u sm e r i d i o n a l i sc h e n m a j o r ：p h y s i o l o g y a u t h o r ：z h a n gp e n g s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f l o n gt i a n c h e n g a b s t r a c t c a t f i s hh a v eah i g h l ys e n s i t i v e ，l a r g eg u s t a t o r ys e n s et h a tp l a y sac r i t i c a lr o l ei n t h es e a r c hf o rf o o di n m u d d yw a t e r s t a s t ei s c o n d u c t e db yf a c i a l n e r v e ， 西o s s o p h a r y n g e a ln e r v ea n dv a g u sn e r v e t a s t ea n dt a c t i l ef i b e r si nt h ef a c i a ln e r v e i n n e r v a t ee x t r o r a lt a s t eb u d st e r m i n a t es o m a t o t o p i c a l l yi nt h ef a c i a ll o b e ( f l ) d u et o t h el i m i t e dk n o w l e d g eo nt h i ss y s t e m ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt a s t ec e n t e ra n d f e e d i n gb e h a v i o ri s s t i l lu n k n o w n t h ea u t h o rs t u d i e dt h ee l e c t r o p h y s i o l o g i c a l r e s p o n s e sf r o mf a c i a ll o b ew h e ng i v i n gt h es t i m u l a t eo fa m i n oa c i dt ot h es k i n s e c o n d l y ，w es t u d i e dt h er a m u so ft h ef a c i a ln e r v e , a n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e c e n t e rb yd y er a c i n g , e l e c t r o p h y s i o l o g ya n dh i s t o l o g y l a s t l y , w ec o m p a r e dt h e m a x i l l a r yr a m u s ( m a x ) a n dm a n d i b u l a rr a m u s ( m a n d ) ( p r i m a r yf a c i a ln e r v eb r a n c h e s ) a n dt h e i ec e n t r a lr e c e p t i v ed o m a i n si nt h ef a c i a ll o b e w h e na m i n oa c i d sw e r eg i v e nt o t h e i rs k i ns e n s o r yd o m a i n s t h ef o l l o w i n gr e s u l t sm a i no b t a i n e di n t h i sw o r ka r e s u m m a r i z e db e l o w ： 1 c a t f i s h ，s i l u r u sm e r i d i o n a l i sc h e ni ss e n s i t i v et oa l lo ft h ef i f t e e na m i n oa c i d s t h er e s p o n s ei se n h a n c e df o l l o w i n gl o g c ( c o n c e n t r a t i o n ) t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n 1 1 1 中山大学硕士学位论文 t h et w oi se x p o n e n t i a lf u n c t i o n 2 t h er s eo r d e ro ff i f t e e na m i n oa c i d si sa sf o l l o w s ：l - a l a l - a r g l - h i s l - m e t d a r g d m e t l - l y s l - c y s l - t h r l - p h e l - s e r l - o l u 一 d - s e r l - a s p l - a s n 3 f a c i a ll o b ei sd i v i d e di n t ot w ol o b u l e s ：t h eb i go n ea n dt h es m a l lo n e t h em a x e n d si nt h eb a c kp o r t i o no fb i gl o b u l e ，w h e r e a st h em a n dt e r m i n a t e sb o t hi n d o r s a l i n t e m a la n da l s oi nt h ev e n t r a l i n t e m a lp o r t i o no ft h es m a l ll o b u l e 4 t h e r ea r et h r e et y p e so fn e u r o n si nt h ef a c i a ll o b e ，t h e yh a v ed i f f e r e n ta m o u n t ， s h a p ea n df u n c t i o n 5 t h er e c i p r o c a lc r o s s a d a p t a t i o ne x p e r i m e n t sw i t hl - a r g i n i n ea n dl - a l a n i n e s h o wt h ei n s e n s i t i v i t ya n da d a p t a t i o n ，s h o w e dt h a tt h ef i s ha tl e a s th a v et h e i n d e p e n d e n c er e c e p t o rf o rl - a r g i n i n ea n dl - a l a n i n e l - a l a n i n ea n dl - a r g i n i n e b o t h a r eq u i t ee f f e c t i v et ot h et w on e r v eb r a n c h e s t h er e s p o n s eo fm a xi sm o r e s e n s i t i v e ( b e s i d e s ，l - h i s ) a n dt h en u m b e ro ft h ea m i n oa c i dr e c e p t o r si nt h ee x t e r n a l i n n e r v a t e ds k i ns u r f a c eo ft h em a xi sm u c hm o r e 6 t h er e s p o n s eo b t a i n e do nt h et h em a n di sl a r g e rt h a nt h a t i nt h et e r m i n a t e d d o m a i n ，s ot ot h em a xe x c e p tt h er e s p o n s eo fl - g i u s h o wt h a t t h ec e n t e rh a v e n e u r o t r a n s m i t t e ro fr e j e c t i o nc a p a b i l i t y 7 w ec o n f e rt h a tt h en e u r o p a t h i cs i g n a li nt h ec e n t e rt e n dt o w a r d sa sf o l l o w ；t h e n e r v ei m p u l s e sr e c e i p t e db yt h ec e n t e r ，a r ep i c k e d - u pa n dc o d e db yt h en e u r a l n e t w o r kw h i c hm a d eu pb yl a r g ea m o u n to fn e u r o n e ，t h e nc o n v e r g et ot h eb i p o l a r c e l l ，a n df i n a l l yd e l i v e r e dt ot h es e c o n d a r yg u s t a t o r yn u c l e u s 8 t h eo r g a n i z a t i o no ft h en e u r a ln e t w o r ki st h o u g h tl i k et h i s ；t h ep e a r - l i k e db i g c e l l ，w h i c ho nt h ee d g eo ft h ef a c i a ll o b e ，m a k eu pt h ei n p u tl a y e r ，t h es m a l lc e l lo f l a r g ea m o u n t ，w h i c hi nt h ec e n t e ro ft h ef a c i a ll o b e ，m a k eu pt h es i g n a lp r o c e s s i n g l a y e r , t h em e d i u m - s i z e dc e l l ，w h i c h b e t w e e nt h eb i ga n ds m a l lc e l lm a k eu pt h e o u t p u tl a y e r k e yw o r d s ：s i l u r u sm e r i d i o n a l i sc h e n ；g u s t a t o r ys e n s a t i o n ；a m i n oa c i d ；r s e ； f a c i a ll o b e ；o r g a n i z a t i o n ；f a c i a ln e r v e ；e v o k i n gd i s c h a r g e ；d y er a c i n g 中山大学硕士学位论文 缩略词 ( a b b r e v i a t i o n ) d i i o ，1 ，- d i o c t a d e c y l - 3 ，3 ，3 ，- - t e t r a m e t h y l i n d o c a r b o c y a n i n e p e r c h l o r a t e ；- - 种羰花青 染料 d i m e t h y ls u l f o x i d e f a d a ll o b e ia r n u sh y o m a n d i b u l a r i s l - a l a n i n e l - a r g i n i n e l - m e t n i n e l - h i s f i d i n e l - g l y c i n e l - l y s i n e l - c y s t e i n e l - t l h r r e o n i n e l - p h e n y l a l a n i n e l - s e r i n e l - g l u t a m i ca c i d l - a s p a r t i ca c i d l - a s p a r a g i n e t r i c a i n em e t h a n es u 】f o m a t e f a c j a ln e r v e m a x i l l a r yla m u s m a n d i b u l a rla m ts s e c o n d a r yg u s t a t o r yn u c l e u s s e c o n d a lyg u s t a t o r yt r a c t r a l tu so p h t h a l m i c u ss u p e r f i c i a l i s v 二甲亚砜 面叶 舌颌支 l 型丙氨酸 l 型精氨酸 l 型甲硫氨酸 l 型组氨酸 l 型甘氨酸 l 型赖氨酸 l 型半胱氨酸 l 型苏氨酸 l 型苯丙氨酸 l 型丝氨酸 l 型谷氨酸 l 型天冬氨酸 l 型天冬酰胺 鱼安定 面神经 上颚支 下颚支 次级味觉中枢 次级味觉传导通路 眼旁浅支 一凡即一一呐邯娜一一脚一 册船呲 中山大学硕士学位论文 p a l a t i n er a m u s r e c u r r e n tr a m u s r e l a t i v es t i m u l a t o r ye f f e c t i v e n e s s t a s t eb u d o p t i ct e c t u m m i c r o l i t r e m i c r o m e t e r m i c r o m o l e v a g a ll o b e v 1 颚支 复发支 相对有效刺激性 味蕾 端脑 微升 微米 微摩尔 迷叶附随码m胂 中山大学硕士学位论文 第1 章引言 鱼类的化学感觉系统相当发达，对其生命活动有着重要意义，调节许多重要 的基本活动，如寻找事物，识别定位生活环境，逃避敌害以及种内种问的交流等。 ( h a r atj ，1 9 8 2 ) 。鱼类生活在水体环境中，与之直接接触的水体，成了其获 得外界信息的最直接来源，而与水体直接接触的皮肤、口腔，则是鱼类与环境进 行信息交流的主要媒介。有几个原因使进化有利于这些部位感觉系统的发展，第 一，化学信息物质在水环境中是普遍存在的：水生生物在渗透调节、新陈代谢以 及最后的降解时释放大量有机化合物；第二，水是万能溶剂，可以溶解绝大多数 的化学物质，使得它们具有生物学相关信息的功能；最后，由于这些高度特殊的 蛋白质感受器系统在进化的早期就己出现，给予这些信息一个相当高的“信息浓 度”，那么那些相当复杂的化学混和物( 都是一些有气味和味道的物质) 也能被 辨别出来。 感觉系统的定义取决于它的受体细胞以及与之联系的能传输信息的神经以 及中枢神经系统中能加工处理信息的部分。因此，味觉的意义通常被定义成与味 蕾有关的神经系统的一部分，在脊椎动物中味觉是与特定的颅神经( v i i ，i x ，x ) 有关的。所有这些都是形态多样的，能投射到大脑的不同区域。这个系统可看作 是几个系统的集合。鱼类的口中有高密集的味觉感受器，其结构与哺乳动物舌头 上味蕾形态十分相似存在，这些组织一般还可能分布在鳃及动物体表，鱼类就是 靠这些味蕾，摄取外界的信息，以便完成其生活所需要的觅食、摄食、寻偶、逃 避敌害等行为。 国内外很早已开始对鱼类味觉开展研究。早期的研究，主要从鱼类体表味蕾 的形态结构、分布，味觉初级次级中枢在脑内的分布，做一些概要的描述( p h i l i p l ，2 0 0 0 ) 。然而，人们对鱼类的各种味觉行为，还是没有办法解释清楚。为此， 人们做了很多外周感觉上的实验。这些实验包括神经电生理记录，荧光追踪染色， 行为学的实验，这些工作都对鱼类的外周味觉感觉系统，有了新的阐述。以下就 近二十年来有关研究作一回顾。 中山大学硕士学位论文 1 1 鱼类味觉对氨基酸反应的研究概况 在近2 0 年中所研究的绝大多数的味觉刺激剂都是关于鱼的行为和生理方面 的。它们是轻分子水溶性的物质。在生活组织中具有相当高的浓度( 达到几百毫 摩尔) ，这些物质包括氨基酸、小分子缩氨酸、核苷、季铵化物、有机酸。最近， 胆汁酸合成性类固醇素表明它对鲑鱼的味觉系统有刺激作用。鱼的味觉系统通常 对中等浓度的经典的脊椎动物的味觉刺激剂( 盐、糖、酸) 除了喹啉氢氯化物， 即人们通常认为它是一种苦味物质，以外的刺激反应迟钝。对鱼的味觉研究都集 中在这些刺激剂和它们在不同种鱼中的相对效果。 觅食，是动物生存的首要条件，对于一些肉食性的鱼类，蛋白、氨基酸都能 极大地引起鱼类的味觉感受( c a p r i oj ，1 9 9 3 ) 。氨基酸是可溶解性物质，对多 种鱼类的嗅觉和味觉都具有极强刺激作用( c a p r i oj ，1 9 8 8 ) 。l 一氨基酸是一组 有效的可利用以引诱鱼、硬壳水生动物、昆虫和其他水产动物进食的化合物，其 中l 一组氨酸、l 一精氨酸和l 一苯丙氨酸为苦味；l 丙氨酸、l 一脯氨酸和l 一苏氨酸 为甜味；l 一天门冬氨酸和天门冬氨酸胺为酸味；l 一谷氨酸盐具有淡味：l - 颗氨酸、 l 一氨酸和l 异亮氨酸等支链氨基酸具有巧克力味；某些蛋氨酸衍生物具有肉味； 其他还包括甘氨酸、色氨酸、赖氨酸、酪氨酸、鸟氨酸和由氨基酸合成的谷光甘 肽( g s h ) 。因此，早期的实验时使用不同种类的氨基酸，刺激鱼类的皮肤，记录 支配相应皮肤的神经的放电，研究鱼类嗅觉对氨基酸的电反应特征，确定嗅觉反 应与氨基酸剂量的关系，以获得鱼类对各种味觉刺激物的反应谱( k a z u h i r o o o h a r a ，2 0 0 2 ) 。主要对2 7 种硬骨鱼( 包括1 4 种和2 0 属) 的面部味觉系统的氨 基酸特异性进行了系统的检测：大约有两组已被识别出来。有1 0 种鱼的味觉系 统对各种不同的氨基酸都有反应，( 被称为广反应范围) ：还有1 7 种鱼具有高 度的选择性，只对有些氨基酸有反应( 被称为限制性反应范围) 。小分子的缩合 氨基酸对硬骨鱼的味觉系统也有刺激作用。但是该分子中小片断的缩合氨基酸的 刺激性要小于分子中大多数的刺激性氨基酸残基。对有些海鱼来说，季铵盐、氨 基乙酸、三甲胺乙内酯( n 一三甲基氨基乙酸) 对面部的味觉神经纤维和进食行为 都有刺激作用( 化学感觉) 。i s h i d a 等还以褐篮子鱼( s i n a m u sf u s c e s e n s ) 中山大学硕士学位论文 研究1 9 种氨基酸的嗅电反应闽浓度，闽值范围为1 0 1 0 1 0 m ，其中l - a l a 是最有 效刺激物其闽浓度估计为1 0 _ 1 0 1 0 一( i s h i d aya n dk o b a y a s h ih ，1 9 9 2 ) 。但反 应阈浓度和最有效氨基酸，在不同鱼种间存在较大差别，目前尚无较一致的标准 来衡量嗅觉的敏感性。 对氨基酸的反应的研究多用于饵料及诱食剂的开发研究。s a g l i o 等( 1 9 9 1 ) 报道，酸性氨基酸对幼鲤摄食行为没有显著影响，基础氨基酸和极性不带电氨基 酸也不是有效的诱食剂，而非极性氨基酸组对鱼援食行为有显著影响，测定了 3 0 种氨基酸组合，结果表明，丙氨酸、缬氨酸和甘氨酸是对鱼类吸引和探索行 为都有显著的影响最小组合。池田至等( 1 9 9 1 ) 证明色氨酸对竹荚鱼有摄饵刺激 活性，其最大活性的必要浓度为5m m o l 1 0 0g ，而1 0 种色氨酸有关化合物全 无活性。s u t t e r l i n ( 1 9 7 0 ，1 9 7 1 ) 研究表明，l 一脯氨酸对大西洋鲑的味、嗅觉 有很好的反应，浓度低至5um o l l 也能刺激虹鳟、河鳟捕食活性。然而鱼类 味觉对基酸反应的大小，与其喜好并未发现有对应关系，其中的联系还需进一步 研究。 1 2 鱼类延脑初级味觉中枢的神经构筑的研究 鲇鱼多数为水体中、下层或底栖动物。在这种环境的能见度很低。所以，鲇 鱼的视觉系统相对于其他感觉系统已大大退化，鲇鱼是借助口周对称的触须：鼻 须( n a s a lb a r b l e ) 、上颔须( m a x i l l a r yb a r b l e ) 、下颔须( m a d i b u l a rb a r b l e ) ， 灵活的运动以探索下层土壤。鲇鱼没有鳞片，全身布满感受器( 在侧线和味觉各 部) 已有实验表明( 龙天澄， 1 9 9 4 ) ，一些硬骨鱼类能靠布满体表的化学感受器 以感受外界环境的化学刺激。其结构与哺乳动物的味蕾相似，现都认为这些体外 的化学感受器是与味觉有关的，并把该种感受器也称作味蕾。对于鲇鱼味蕾主要 分布于头面部与触须上，躯体皮肤也较多。神经系统在鱼类的一切正常活动过程 中起着协调与联络的主导作用及决定作用。神经系统分布广，信息传递迅速。鱼 类脑已分化为端脑、问脑、中脑、小脑、延脑等。其中延脑是极为重要的部分， 包括了多方面的神经中枢( 秉志，1 9 8 3 ) 。延脑的面叶和迷走叶是味觉中枢，具 发达味蕾的鱼，如鲤鱼、鲇等，这两部分尤其显著( 赵磊等，2 0 0 5 ) 。 中山大学硕士学位论文 随着荧光标记技术和共聚焦扫描技术的发展，人们能更清楚地了解到神经对 味蕾的支配方式。y o k os a k a t ( 2 0 0 2 ) 使用荧光扩散的标记方法，通过从触须神 经主干开始顺行标记和从单个味蕾开始的逆行标记，证明了味蕾是成簇的分布， 并清楚地阐述了g o a t f i s h 触须中，触须神经如何分支并支配到每一簇的味蕾上。 这种成簇分布的方式，很可能与味觉编码是联系着的，因为几个味蕾的在反应上 存在的多种组合，将能编码出足够的味觉信号，供给中枢进行感觉辨别。 国内外，对鱼类味觉研究，主要是以鲇型目的彳订5f e l l s 、 c t a l u r u s p u n c t a t u s 、用0 t o s u s l i n e a t u s 、s i 盯晒a s o t u s 和鲤型目的c a r a s s i u sa u r a t u s 盆啪t 晒、c y p r i n u sc a r p i oc a r p i o 为主要实验模式动物。在对味觉的初级中枢、 高级中枢的形态结构、传导束路作出了详细的探讨。 早期研究已证明，味觉相关的核团味觉叶( g u s t a t o r yl o b e ) 主要包括 迷走、舌咽、面叶三个主要的延髓膨大区，其分别接受迷走、舌咽神经、面神经 的感觉输入。经过这些味觉核团的换元之后，将向丘脑和延脑进一步发出投射。 已有报道指出，这些核团都具有很明显的躯体特异分布性( s o m a t o t o p i c o r g a n i z a t i o n ) 。面叶主要调节控制嘴外的头部、体部等皮肤的味觉于触觉的感 受。迷走叶主要施嘴内、舌咽腔及内脏的味觉感受，当舌咽叶和迷走叶在形态上 区分不明显的时候，迷走叶是会接受舌咽神经的输入的( k i y o h a r a ，s ，a n dc a p r i o ， j ，1 9 9 6 ) 。鱼类的味觉是通过面神经、舌咽神经和迷走神经进行传导到初级味觉 中枢主要位于延脑的面叶和迷走叶的。面神经主要调节控制口外的头部、体部等 皮肤的味觉与触觉的感受。其初级中枢是面时，一对位于延髓表面的隆起结构 ( a t e m a ，1 9 7 1 ) 各味觉叶也可以细分成各个亚区。在b u l l h e a dc a t f i s h ，面叶各 小叶明确的代表着躯体不同的部分( f i n g e r , t 1 9 7 6 ) 。鲇鱼面叶的叶状结构已经 在两个种类中得到报道：湖水类鲇鱼和海水类鲇鱼。湖水类鲇鱼中，白须鲇鱼和 沟鲇面叶结构分别是3 叶和6 叶：海水类鲇鱼中，海鲇鱼的面叶结构是4 叶 ( f i n g e r ，1 9 7 8 ：t l a y a m aa n dc a p r i o ，1 9 8 9 ：k i y o h a r aa n dc a p r i 0 ，1 9 9 6 ) 。鲇 鱼面叶不同数量的叶状结构与种类差别有关，例如不同的鲇鱼具有不同数量的须 ( 白须鲇鱼有3 对须，沟鲇有6 对须，海鲇鱼有4 对须) ( k i y o h a r aa n dc a p r i o ， 1 9 9 6 ) 。初级味觉中枢发出的纤维，大部分会接着投射到次级味觉中枢n 2 g ( s e c o n d a r yg u s t a t o r yn u c l e u s ) ( j a g m e e t ，s 1 9 8 8 ) 。 4 中山大学硕士学位论文 前人的研究结果，对探讨鲇鱼延脑初级味觉中枢，具有很重要的参考价值。 在辨认与味觉相关的主要的核团及传递通路时，必须借鉴已有的对该组织结构的 描述以进行比较鉴定。但是，鱼类并不是一个统一的分类群体，它并不象哺乳动 物，在结构上具有较高的一致性。即使是处于同一个科的种，躯体结构乃至中枢 神经组织上，都存在一定的差异。 1 3 味觉感受的信息编码的研究概述 然而，在研究鱼类味觉对氨基酸的电反应特征，确定味觉反应与氨基酸剂量 的关系，得出各种味觉刺激物的反应谱之后，人们需要进一步从这些反应谱中 找出更本质的规律。不同的味觉刺激物，是否在身体上有特意性的感受野分布? 味蕾是否对刺激物的有感受选择性? 味蕾上的味觉受体，是否存在位点结合的特 异性? 自然界存在的化学物质，并非纯净物。多种物质同时的综合刺激，是否会 产生与纯净物不同的效果呢? ( k o h b a r aj ，c a p r i oj ，1 9 9 6 ) 最后，这些问题还是 归结到了味觉感受的信息编码问题上了。 针对这些问题，各种的交叉、竞争和结合电生理实验，又对感觉上皮的结合 部位作了探讨，如h a r a ( 1 9 8 2 ) 、j i e s h e n gk a n g ( 1 9 9 1 ) 等指出感觉上皮的存在几 种不同的氨基酸受体位点对各种不同的氨基酸亲和力不同( j i e s h e n gr a n ga n d c a p r i oj ，1 9 9 1 ：h a r atj ，1 9 8 2 ) 。l o 等( 1 9 9 1 、1 9 9 4 ) 用放射标记得氨基酸 进行的电生理试验，结果也证明了鱼类感觉上皮存在各种氨基酸具有特异性且可 饱和地结合位点。证实了，有部分刺激物在受体上有相同的结合位点，并能依次 对这些刺激物进行粗略的归类，也就是说，具有相同的受体结合位点的刺激物， 在味觉感受和行为上，会有较相似的效果。 l _ 3 1 味觉细胞及其传感和生理学 化学刺激剂溶解在水中进入到味蕾顶部的黏液层，固定在细胞项部的微绒毛 膜内的味觉感受器分子上。这种相互作用导致膜的电导率改变，使细胞去极化， 并释放出神经递质从而使得味蕾纤维或者产生或者调制其潜在的活动能力。这一 中山大学硕士学位论文 系列过程可视为味觉传感。这在所有的脊椎动物开始的早期阶段中能够搞明白。 鱼类中关于昧觉传感的知识几乎都来源与对沟鲶氨基酸的利用( h a r at j ，1 9 8 2 ) 。此习寸 沟鲶的受体黏合物、l e c t i n 抑制、电生理的交叉适应以及单个 的味蕾分析表明这些动物拥有相互独立的l 一丙氨酸、d 一丙氨酸、l 一精氨酸的独 立位点( c a p r i oje ta l ，1 9 8 4 ) 。另外，电生理结果表明d 一脯氨酸、l 一组氨酸和 l 一赖氨酸至少有几个相互独立的受体存在。根据这些特殊氨基酸分子受体一条离 子通道或者是一个实体。该实体与离子通道有紧密联系，与氨基酸有相互作用 ( s v e i n s s o nta n dh a r atj ，1 9 9 0 ) 。分子受体操纵一个无特殊阳离子的门控通 道，它能导致味觉细胞的去极化，这是建立在一个重造基础上的机制。在该试验 中味觉膜囊泡组合成脂质双层，因而该机制被认为用于沟鲶的l 一精氨酸和l 一脯 氨酸的味觉传感。与此对比，l 一丙氨酸被认为固定在一个7 一跨膜受体上，该受 体是g 一蛋白偶连的用于产生第二信使( i p 3 和c a m p ) ，它能激活离子通道，随 之细胞去极化。 我们对任何一种鱼的单个味觉细胞的生理学情况知之甚少，只有沟鲶直接表 现出单个味觉细胞的化学专一性。( c a p r i oje ta l ，1 9 8 4 ) 沟鲶单个的味觉细胞 记录表明绝大多数细胞多少有点选择性。l 一丙氨酸、或l 一精氨酸能引起细胞电 压的改变。获得的l 一精氨酸的超级化与去极化反应数目大致相等。c a 成像试验 表明增加或减少细胞间的 c a 2 + 将使l 或d 型精氨酸激活。这些电生理数据与进 来的生化试验结果相一致。最初这些结果表明沟鲶( 也可能是其它鱼) 的味蕾。 对于单个的味觉物质来并非特异。但是用不同的化学药品可使单个的味觉细胞优 先表达出受体位点。用特异的化学药品使单个的味觉细胞能优先表达受体位点的 证据可由沟鲶中单个的味觉纤维( 面部神经、舌咽神经或迷走神经元能传递味觉 信息) ，即有选择的对l 一精氨酸有反应的记录中观察出来。 1 。3 2 味觉纤维对信息的传导 味觉受体细胞中继信息，该信息是刺激经过化学突触传递到达神经纤维。传 递的是关于刺激的质量和数量的编码信息，然后再到达中枢神经系统( n i k o n o v a a ，c a p r i oj , 2 0 0 4 ) 。单个的味觉纤维( 例如单个的外周味觉神经元) 可能突触传 中山大学硕士学位论文 递多个的味觉细胞。但并不是所有的味觉细胞都位于同一个味蕾上。( c a p r i o te t a l ，1 9 8 4 ) 对于沟鲶，位于侧面的一些味蕾由单个的可循环面部神经纤维支配，它 随着鱼的尺寸而增加。在小鲶中每个轴突由2 个味蕾( 大约5 c m 长) 至大约1 4 个味蕾。并且单个的味觉细胞可能含有不同的受体从质量上接收不同的味觉刺 激。单个的不同的味觉纤维分支具有相似的化学特异性。但是目前，除了一些高 度特化的味觉纤维外，尚不知道经过不同的味觉纤维分支，其反应是否也相似。 因为受纤维支配的不同的味觉细胞具有相似的化学特异性，或者是由于受神经支 配的味觉细胞的异类的化学敏感性的合成特异性。因此，最有意思的是化学刺激 信息是如何被单个的味觉纤维表现出来的一些有关硬骨鱼的相关研究表明，味 觉神经元在化学特异性方面有充分的相似性，从而来证明不同纤维类型的存在是 必然的。既然单个的味觉纤维形成突触与多个的味觉细胞有关，且不同的味觉细 胞通常表达不同的补充的受体位点。因此味觉纤维不能随意的突触联系到味觉细 胞上。单个味觉细胞的化学特异性的发展被认为是组织特化，且其不能直接受支 配受体细胞特异性味觉纤维的影响。 关于硬骨鱼中单个的纤维是如何中继味觉信息到中枢神经系统的知识是相 当有限的( c h a d e sf ，c a p r i oj ，1 9 9 3 ) 。主要是基于面部的味觉纤维对氨基酸反应的 定量分析上，并且绝大多数的信息仅仅只来源于面部神经的味觉记录。然而在这 些有限的身体信息中，只有一些扩散性物质能暂时被利用，其中组成同一个神经 中枢或者分支的单个的味觉纤维，其调谐有很大的不同。因为在特异性的味觉神 经中，并不是所有的纤维传递相同的关于刺激方面的信息。例如，日本p u f f e r 鱼传递味觉信息到中枢神经系统，由不同的面部味觉纤维传递关于氨基酸、核苷 和无机酸。然而在硬骨鱼中特异的味觉纤维类型的化学特异性并不限于某一特定 类型的化学物质。正如在p u f f e r 中所观察到的那样。但是对于明显不同的分子 类型其反应也是不均一的。例如在黄尾巴比目鱼中，有一类味觉纤维对核苷( 尿 苷一5 一单磷酸盐) 和l 一色氨酸有高度的反应能力。然而同一种类中，其它的纤维 类型对特异氨基酸( l 一丙氨酸，有时是l 一精氨酸) 有反应，有些有机酸( 乳酸、 丙酮酸和g l y c o l i c ) 。不同的纤维类型存在于同一种硬骨鱼中，这一点也是非 常明显的。该硬骨鱼中它们对同一化合物家族的成员的调谐有明显的不同。( 例 如不同类型的氨基酸味觉纤维) 。最后，不同纤维的化学特异性经过种间交叉会 中山大学硕士学位论文 有根本的改变，这与通常所吃的食物有关。 多种类型的味觉纤维对l 一氨基酸有选择性。除了它们的存在外，主要对特 殊的d 一氨基酸有反应的味觉纤维也存在于这些鱼中。例如，有一种在海鲶中存 在的主要的纤维类型( 在所测的单个的面部神经中占3 8 ) 被l 一丙氨酸激活。但 是大多数对d 一丙氨酸有反应。尽管l 一氨基酸是绝大多数淡水鱼蛋白质中较恒定 的组成元素。但是也在特异的海生无脊椎动物组织中发现有较高浓度的d 一丙氨 基酸存在。它们用这些分子作为渗透物质。在淡水沟鲶中，测得只有3 得单个 得面部味觉神经被识别出来，且其大多数对d 一丙氨酸有反应。但是大量的d 一丙 氨酸反应应出现在味觉纤维上，该纤维又对l 一丙氨酸有高度的敏感性。 是否单个的舌咽神经和迷走神经的味觉纤维与那些只能与沟鲶有反应的面 部味觉纤维不同，这是一个尚需回答的问题。前者对满足欲望的进食行为有重要 作用，后者对促进食欲行为非常重要。以前的来自于面部的、舌咽神经和迷走神 经的多纤维记录及行为学的观察表明，沟鲶使用相似的化学信息素( 例如氨基酸： l 一丙氨酸、l 一精氨酸和l 脯氨酸) 来寻找食物和摄食吸收。然而面部神经与舌 咽神经的味觉纤维，在组成将氨基酸味觉信息传递到传输到中枢神经系统的纤维 类型上存在很大的差异。对l t m b ll - 脯氨酸有良好反应的味觉纤维的百分比，与 面部神经相比，舌咽神经的要多一些。然而，反之则是这种情况：纤维分别对 l 一丙氨酸和l 一精氨酸有良好的反应。 不考虑味觉纤维类型的化学特异性，刺激剂的数量似乎能被产生的活动潜力 频率编码。当前的报道鲜有例子表明硬骨鱼单个的味觉纤维有剂量反应，其主要 根据来自所有的神经活动的整体活力或者是硬骨鱼的小的味觉神经末梢。刺激剂 浓度和一定量的活动潜力之间的关系是非线形的，并且某些鱼中的特定的氨基酸 有一个比较宽的刺激剂浓度范围( 6 对数浓度单位，从毫微摩尔到大于o 0 1 m ) 。 在所测得的单个的味觉纤维中有些纤维有一个延伸的动态反应范围( 在5 - 6 个对 数单位的刺激剂浓度下开始有效) 。单个的味觉纤维能够经过广范围的刺激剂浓 度而继续作用。刺激剂浓度和产生的活动潜力之间的关系可能是非线形的。这取 决于所试验的鱼的种类及刺激剂种类。硬骨鱼中单个的味觉纤维的剂量效应关系 己被形容成动力的、对数的或者是s 形函数。 中山大学硕士学位论文 1 4 本研究的目的和意义 南方鲇( s i l u r u s m e r i d i o n l i s c h b n ) 属于鲇形目( s i l u r i f o - r m e s ) 鲇科( s i l u r i d a e ) 鲇属( s i l u r u s ) ( 李明德，1 9 9 2 ) 。南方鲇主要产于中国长江流域，在广东地区 也是常见经济鲇类。鲇鱼生活在水体的中下层，视觉系统与其他感觉系统相比欠 发达，主要借助口周对称的触须：鼻须、上颚须、下颚须探究周围环境，因此其 味觉系统比较发达。 南方鲇是以动物性活饵料为食的鱼类，大多数天然动物性饵料的浸出物提取 液中的摄食引诱物的有效成份主要是氨基酸类，如蚯蚓、蛆。氨基酸对鱼类的摄 食有刺激作用( c a p r i o j ，1 9 8 2 ) 但是具体的活性成分因鱼类的种类不同而有差 异( i s h i d ay ，k o b ay a s h ih ，1 9 9 2 ) 因此，本实验使用1 5 种的氨基酸，刺激南方鲇 的皮肤，记录支配相应皮肤的神经初级中枢的放电，研究南方鲇味觉对氨基酸的 电反应特征，确定味觉反应与氨基酸剂量的关系，以获得南方鲇对各种氨基酸刺 激物的反应谱。 早期研究已证明鱼类的味觉是通过面神经、舌咽神经和迷走神经进行传导 的。面神经主要调节控制口外的头部、体部等皮肤的味觉与触觉的感受。其初级 中枢是面叶，一对位于延髓表面的隆起结构( a t e m a ，1 9 7 1 ) ，而面神经的皮肤感 受野对氨基酸的反应高度敏感( c a p r i o ，1 9 7 5 ，1 9 7 8 ；c a p r i oe ta l ，1 9 9 3 ) 。运用解剖 学和电生理学对鲤鱼和鲇鱼等鱼种( d a v e n p o r ta n dc a p r i o ，1 9 8 2 ；k a n w a la n d c a p r i oj ，1 9 8 7 ；k a w a m u r aa n dy a m a s h i t a ，1 9 8 1 ；k i y o h a r aa n dy a m a s h i t as ，1 9 8 5 b ； k i y o h a r a ，y a m a s h i t aa n dh a r a d a ，1 9 8 1 ) 面神经外周感受野及其面叶的诱发放电反 应的单方面研究已有，但是关于面感觉神经和中枢之间的关系研究较