CC BY
123
ФИТОНЦИДНАЯ АКТИВНОСТЬ ОРАНЖЕРЕЙНЫХ РАСТЕНИЙ
Резюме. В статье приведены результаты исследований антимикробной активности летучих субстанций листьев четырех видов оранжерейных растений: Buxus sempervirens L. cv. Suffruticosa, Myrtus communis L., Ochrosia elliptica Labill., Psidium cattleianum Sabine - по отношению к микроорганизмам Sarcina lutea Goodsir (Ber), Bacillus megaterium de Bary, Bacillus fluorescens Flügge, Staphylococcus saprophytics Shaw et al., Pseudomonas fluorescens Migula, Escherichia coli Castellani and Chalmers.
Ключевые слова: фитонциды, летучие субстанции, антибактериальная активность, оранжерейные растения.
Н
аучныи подход к озеленению интерьеров, охватывающий
отечественный и зарубежный опыт, предполагает улучшение санитарно-гигиенических показателей воздушной среды помещений. В ней содержится большое количество разнообразных микроорганизмов, в том числе и патогенные виды, которые могут негативно влиять на самочувствие человека. Общая обсемененность жилых комнат такими микробами варьирует от 2 до 7 тыс. на 1 м3. Среди наиболее безопасных и доступных методов оздоровления воздуха - использование растений с высокой фитонцидной активностью.
Летучие фитооргани-ческие соединения, выделяемые некоторыми тропическими и субтропическими видами, подавляют условно-патогенную и патогенную микрофлору в атмосфере и таким образом способствуют лечению и профилактике различных инфекционных заболеваний. В зависимости от функционального назначения помещения можно использовать специально подобранные растения, продуцирующие вещества, которые снижают бактериальный фон среды обитания человека. Известно, что вдыхание фитонцидов некоторых видов благотворно действует на психику, нормализует сердечный ритм, улучшает обменные процессы. Среди исследованных в оранжереях умеренного климата растений можно выделить, например, ряд субтропических древесных видов: лавр благородный, лимон и другие цитрусовые культуры, араукарию разнолистную, казуарину хвощевидную, питтоспорум тобира, самшит вечнозеленый, муррайю, эвкалипт. Эффективными в этом отношении оказались и фикусы, самые распространенные комнатные растения в мире - фикус бенджамина, фикус эластика, фикус ржаво-красный.
Отбор растений с санирующим эффектом базируется, прежде всего, на знании состава летучих компонентов,
вырабатываемых их листьями, который зависит от многих факторов: систематической принадлежности, генотипа, его возраста и физиологического состояния, фазы развития и условий культивирования. Механизм действия летучих фитонцидов заключается в том, что они вызывают разнообразные изменения микробной клетки: подавляют дыхание, растворяют и разрушают поверхностные слои и составные части протоплазмы (ферменты и др.). Очень важно, что микроорганизмы при длительном контакте с продуцируемыми растениями летучими субстанциями не вырабатывают к ним устойчивости. Бактериальный фон комнат, в фитодизайне которых используются виды с высокими антимикробными характеристиками, может быть снижен в 20-30 раз.
Благоприятное влияние некоторых растений, находящихся в помещениях, на состояние людей было подмечено давно. В последнее время интерес к изучению их фитонцидной активности возрос, накоплен большой фактический материал об антимикробных и противовирусных веществах различных видов. Известно, что основной вклад в объеме всех летучих соединений в атмосфере Земли принадлежит растениям, продуцирующим эфирные масла. Последним стали уделять больше внимания благодаря широкому использованию в пищевой, парфюмерной индустрии и медицине. Несмотря на большое количество работ, связанных с изучением
Нелли Гетко,
завлабораторией оранжерейных растений ЦБС НАН Беларуси, доктор
биологических наук, доцент
Татьяна Ладыженко,
младший научный сотрудник лаборатории оранжерейных растений ЦБС НАН Беларуси
Анна Шутова,
ведущий научный сотрудник отдела биохимии и биотехнологии растений ЦБС НАН Беларуси, кандидат
биологических наук
растении закрытого грунта, многие таксоны флоры тропиков и субтропиков остаются малоизученными с позиции их санирующего воздействия на воздушную среду.
Фитонцидная активность у разных растений колеблется в течение года. Максимальна она в период наиболее интенсивного роста и в начале бутонизации. Тропические виды сохраняют способность продуцировать летучие вещества на протяжении всего года, но количество их зависит от тех биохимических процессов, которые происходят в тканях в зависимости от фазы развития организма.
У большинства исследованных субтропических растений увеличение активности фитонцидов наблюдается зимой и весной и снижается к концу вегетационного периода поздней осенью. Именно в это время возрастает число острых респираторных заболеваний. Наибольшее количество летучих веществ выделяют молодые органы растений, особенно ткани листа (мезофилл) и стенки завязи.
Для анализа фитонцидной активности нами были привлечены виды тропической и субтропической флоры, культивируемые в оранжерейном комплексе Центрального ботанического сада HAH Беларуси. В исследовании использовали культуры микроорганизмов Sarcina lutea Goodsir (Вег), Ba cillus megaterium de Вагу, Bacillus fluorescens Flügge,
Staphylococcus saprophyticus Shaw et al., Pseudomonas fluorescens Mig'ula, Escherichia coli Castellani and Chalmers. Среди изученных видов растений были отмечены четыре обладающих выраженными антибактериальны м и ев о й с т в а м и (табл. 1). Они могут быть рекомендованы для использования в фитодизайне помещений с целью снижения содержания в воздухе патогенных микроорганизмов и профилактики инфекционных заболеваний.
Листья и цветы растений, продуцирующих эфирные масла, выделяют в атмосферу летучие субстанции различной природы, относящиеся в основном к классу терпеноидов. В зависимости от химической структуры они имеют определенные антимикробные свойства. Английские исследователи
Таблица 1. Антибактериальные свойства тропических и субтропических растений
1_L
Микроор ганизмы
Таксон Sarcina lutea Goodsir Сарцина желтая Bacillus megaterium de Вагу Бациллюс мегатериум Bacillus fluorescens Flügge Бациллюс флуоресценс Staphylococcus saprophyticus Shaw et al. Стафилококк сапрофитный Pseudomonas fluorescens Migula Псевдомонас флуоресценс Escherichia coli Castellani and Chalmers Кишечная палочка
Buxus sempervirens L. с v. Suffruticosa Самшит вечнозеленый + - - - -
Myrtus communis L. Миртобыкно-венный + + + - -
Ochrosia elliptica La bill. Охрозия эл-лептическая + - - - - -
Psidium cattleianum Sabine Гуава земляничная ■ + - - - -
Гуава земляничная Psidium cattleianum Sabine
В листьях этой культуры выявлено 18 основных летучих компонентов эфирных масел, составляющих в сумме 98% от их общего объема, причем свыше 85% субстанций -углеводороды, относящиеся к классу изопреноидов. В листьях псидиума эти соединения представлены монотерпенами (10% объема) с общей формулой С10Н16 и молекулярной массой 136 у.е. и сесквитерпенами (более 75%) с брутто-формулой С15Н24 и молекулярной массой 204 у.е. В первой группе выделяется бета-мирцен (5,96%), а во второй - бета-кариофиллен - терпеновый углеводород, доля которого в общем объеме летучих субстанций данного растения составляет почти 47%. Очевидно, он и оказался наиболее действенным против Bacillus megaterium -грамположительных бактерий, вызывающих стафилококковые инфекции.
Самшит вечнозеленый Buxus sempervirens cv. Suffruticosa
В листьях субтропического вида Buxus sempervirens cv. Suffruticosa содержится 17 основных летучих компонентов эфирных масел, образующих в совокупности 95% от их общего количества. Из углеводородов преобладают монотерпены (бета-мирцен - 7,06% и лимонен - 7,64%) и сесквитерпен бета-кариофиллен (29,5%). Среди кислородсодержащих субстанций в ощутимом объеме присутствует гексиловый спирт (3-Hexen-1-ol) - 12,35%, который является известным антисептиком и в природе встречается в семенах различных видов борщевика и других зонтичных растений. Его следует отнести к действующим веществам антибактериального свойства по отношению к Sarcina lutea, условно патогенному микроорганизму, который является причиной кожных инфекций у людей с ослабленной иммунной системой.
Охрозия эллиптическая Ochrosia elliptica Labill.
У тропического вида Ochrosia elliptica в листьях определено 13 летучих веществ, составляющих 83% от общего количества. Среди них особо выделяем кислородсодержащие компоненты: (3-Hexen-1-ol) - гексиловый спирт (28%), heptanal - гептальдегид (3,59%) и nonanal - алкилальдегид (6,2%). Класс углеводородов представлен монотерпеном бета-мирценом (15,6%) и сесквитерпеном кариофилленом (9,2%). У Ochrosia elliptica, как и у Buxus sempervirens, в составе летучих субстанций листьев обнаруживается гексиловый спирт, который успешно борется с Sarcina lutea.
Мирт обыкновенный Myrtus communis L.
В листьях мирта выявлено 19 основных летучих компонентов эфирных масел, дающих около 100% от общего объема. В образцах в наибольшем количестве из углеводородов содержатся монотерпены (D-Limonene - 53%), а среди кислородсодержащих соединений -2-Hexenal (гексаналь, капроновый альдегид - 3,32%), обладающий выраженными обеззараживающими свойствами, а также метиловые эфиры пропановой и бутановой кислот (около 10% в целом), которые, возможно, и оказываются наиболее действенными против Bacillus megaterium, Bacillus fluorescens, а та кже Staphylomas saprophyticus -грамположительных бактерий, вызывающих стафилококковые инфекции.
Тема номера
Г. Дорман и С. Динс расположили ряд индивидуальных компонентов летучих веществ по убыванию их антибактериальной активности (от тимола до цимена) на основании комплексной оценки результатов испытаний на большом разнообразии микроорганизмов [1]. Вот этот ряд: thymol^ carvacrol^ a-terpinol^ terpinen-4-ol^ eugenol^ linalool^ (-)-tujone^ S-3-carene^ cis-hex-3-an-1-ol^ geranyl acetate^ (cis+trans)-citral^ neroli geraniol^ menthone^ ß-pinene^ R(+)-limonene^ a-pinene^ a-terpinene^ borneol^ (+)-sabinene^ y-terpinene^ citronellal^ terpinolene^ 1,8-cineol^ bornyl acetate^ carvacrol methyl esters myrcene^ ß-caryophyllene^ a-bisabolol^ a-phellandrene^ a-humulene^ ß-ocimene^ aromadendrene^ p-cimene.
Чтобы определить активные по отношению к патогенным микроорганизмам вещества, сотрудники лаборатории оранжерейных растений ЦБС HAH Беларуси провели исследования летучих компонентов листьев у Buxus sempervirens cv. Suffruticosa, Myrtus communis, Ochrosia elliptica и Psidium cattleianum. Был применен метод, разработанный в HПЦ по продовольствию HAH Беларуси сотрудниками лаборатории хроматографических исследований Республиканского контрольно-испытательного комплекса по качеству и безопасности продуктов питания и используемый для анализа состава применяющихся в них ароматизаторов. При этом экстракция легколетучих соединений осуществлялась из паровоздушного пространства над поверхностью размещенных во флаконе (емкость - 40 мл, с завинчивающейся крышкой с резиновой мембраной) мелко-измельченных, воздушно-
сухих образцов листьев с последующим хроматографическим разделением. Флаконы помещали в термостат, нагретый предварительно до 40 °С. Компоненты извлекали с помощью твердофазного микроэкстрактора фирмы Supelco™, который представляет собой шприц c размещенным внутри волокном с адсорбентом, на котором вещества накапливаются до необходимой концентрации.
Состав экстрактов анализировали методом GC/MS c использованием системы «Agilent Technologies 6850 Series II» (Network GC System/5975B (VL MSD)). Разделение компонентов проводили на капиллярной колонке HP-5MS длиной 30 м с внутренним диаметром 0,25 мм и толщиной пленки неподвижной фазы 0,25 мкм. Условия хроматографического анализа задавались следующие: колонка (начальная температура - 40 °С) нагревалась со скоростью 10 °С/мин до 240 °С, выдержка - 8 мин, температура инжектора и детектора -250 °С и 280 °С соответственно, скорость потока газа-носителя (гелия) - 0,5 мл/мин.
Вещества идентифицировали методом сравнения экспериментальных масс-спектров со спектрами базы данных и оценивали относительное содержание по площади их пиков на хроматограмме. Учитывали только те компоненты, количество которых в пробах составило более 1% и определение которых не вызывало сомнений, а степени совпадения опытных масс-спектров с эталонными были в пределах 95-99%.И
See:
http://innosfera.org/2014/05/greenhouse_plants
Литература
1. Dorman H.J.D., Deans S.G. Antimicrobial agents from plants: antibacterial activity of plant volatile oils // Journal of Applied Microbiology. 2000, №88. P. 308-316.
