Использование фитонцидных растений для оздоровления воздуха помещений

Муниципальное образовательное учреждение

Средняя школа №2

с углубленным изучением предметов

гуманитарного профиля

Секция: химия.

Использование фитонцидных растений

для

оздоровления воздуха

помещений.

Автор: Еленевская Ульяна Владимировна.

Руководитель: Моисеева Н.Г.

учитель химии

Г. Пермь

2003

Содержание

ВВЕДЕНИЕ.

С глубокой древности человек стремился украсить свое жили­ще растениями. Интерьерное озеленение возникло как элемент культуры человека, отвечающий его эстетическим потребностям. Человек ощущал себя единым целым с природой, к ней он и обра­щался за исцелением, перенося частицу живой природы в свой дом. Стремление это было интуитивным. В настоящее время науч­ный подход к интерьерному озеленению подразумевает сочета­ние эстетического восприятия красоты формы, окраски цветов и листьев растений с другой, полезной функцией растений, о кото­рой было давно известно: живые растения улучшают состав воз­духа и очищают атмосферу.

Еще Гиппократ рекомендовал использовать растения в том виде, в каком их создала природа. Органические и минеральные вещества, которые выделяют клетки растений в процессе своей жизнедеятельности, являются биологически активными, служат источниками лекарственных средств. К. Линней (1737) называл летучие выделения пыльцы цветов "аурой" и, обращая особое внимание на внутреннее строение цветка, классифицировал запа­хи цветов. Известные ученые Б. П. Токин (1957), А. М. Гродзинский (1984), говоря об использовании растений в целях профилак­тики заболеваний, отмечали, что большое развитие должны по­лучить работы по изучению биологически активных летучих вы­делений растений, обладающих обеззараживающими и повыша­ющими защитные силы организма человека свойствами. Особен­но это важно в условиях Сибири, где большую часть времени человек проводит в помещениях.

Воздушная среда городских помещений далека от идеальной. Помимо обычной пыли часто воздух помещений имеет повышен­ное содержание химических соединений, выделяемых стройматериалами, мебелью, не говоря уже о выхлопных газах. Во Франк­фурте-на-Майне в 1994 г. состоялась конференция: "С растения­ми против смога. Лучшее качество воздуха — через озеленение помещений". Тематика этой конференции была связана с ухуд­шением экологии закрытых помещений. В Германии более 2,5 млн. человек работают в климатизированных помещениях, и каждый пятый человек жалуется на ухудшение здоровья. Одной из при­чин этого является некачественный воздух помещений, в котором обнаружено более 1000 вредных веществ, в том числе 250 высо­котоксичных и 15 канцерогенных. Значительного улучшения воздушной среды закрытых помещений можно добиться, ис­пользуя для озеленения определенные растения. Известно, что летучие вещества растений, которые они выделяют в процессе своей жизнедеятельности, уже в концентрации 5 мг/м3 изменя­ют воздух и могут улучшать самочувствие людей. Растения так­же служат фильтром вредных веществ, действуя как "зеленая пе­чень" (5а12, 1995).

Кроме того, воздушная среда содержит условно-патогенные микроорганизмы, такие как стафилококк, микроскопические плес­невые грибы. Эти микроорганизмы, попадая в благоприятные ус­ловия на слизистые оболочки верхних дыхательных путей, могут вызывать острые респираторные или аллергические заболевания. По нашим данным, содержание колоний микроорганизмов в по­мещениях детских садов нередко превышает норму в 2 — 3 раза (Цыбуля и др., 1998). Даже самые современные технические сред­ства не всегда обеспечивают здоровую воздушную среду. В то же время летучие выделения многих растений обладают фитонцидными свойствами, т.е. способностью подавлять жизнедеятельность микроорганизмов. 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.) (Янович, Родина, 1956; Гродзинский, 1986). Фитонциды не позволяют микроорганизмам создавать собственные механизмы защиты. Существенно, что при этом генетический аппарат микро­организмов не изменяется, то есть фитонциды не обладают мутагенными свойствами. Следовательно, широкое использование растительных выделений не способствует селекции видоизменен­ных, устойчивых форм бактерий.

Способность летучих биологически активных веществ растений убивать и подавлять рост и развитие микроорганизмов воздуха обус­ловлена химическим составом этих веществ. От него зависит во многом специфичность действия определенных видов растений на различные микроорганизмы.

Наряду с растениями, летучие выделения которых обладают выраженными фитонцидными свойствами, имеются растения, ле­тучие выделения которых оказывают лечебный эффект на орга­низм человека. Так, мирт обыкновенной — фитонцидное и лекар­ственное растение, очень популярен в настоящее время среди жи­телей Новосибирска. В помещении, где растет мирт обыкновен­ный, не только снижается общее количество микроорганизмов в воздухе, но и повышается иммунитет у человека к острым респи­раторным заболеваниям. Фитонцидным и лечебным действием обладает и всем известное кофейное дерево. Пятилетнее деревце кофе аравийского на 30% снижает число микроорганизмов в воз­духе жилой комнаты. Кроме того, летучие биологически актив­ные вещества этого растения благотворно влияют на сердечную деятельность, а мякоть плодов укрепляет сердечную мышцу. Ли­мон и другие цитрусовые улучшают умственную работу, повы­шая амплитуду биотоков мозга. Запах лимонных листьев дает ощущение бодрости, способствует улучшению общего состояния. Это растение полезно иметь людям умственного труда. Всем изве­стная герань душистая обладает успокаивающим действием, ее рекомендуют при заболеваниях нервной системы, бессоннице.

Использованию тропических и субтропических растений для улучшения воздушной среды помещений посвящена эта работа.

Глава I. Фитонциды.

Фитонциды – это вещества, продуцируемые растениями и имеющие бактерицидные, антифунгальные (активные в отношении микроскопических грибов и актиномицетов) и протистоцидные (активные в отношении клеточных простейших) свойства.

Фитонциды были открыты профессором Б. П. Токиным в 1928 году. Со времени открытия фитонцидов накоплен большой фактический материал об антимикробных и противовирусных веществах высших растений. Доказано, что фитонцидная активность присуща всему растительному миру. Газовые выделения являются продуктами обмена растительной клетки, средством активного воздействия на среду и в то же время, как предполагают многие авторы, - регуляторами роста и развития самих растений.

Фитонциды – важный фактор иммунитета растений. Это впервые было отмечено Б. П. Токиным и наиболее полно раскрыто Д.Д. Вердеревским (1962) и его школой на основе клеточной теории фагоцитарного иммунитета И.П. Менчикова. Б.М. Козополянский (1946), характеризуя роль фитонцидов в защите растений от возбудителей болезней, отмечает: «Летучие фракции фитонцидов – это первая линия обороны, соки (нелетучие или малолетучие фракции) – вторая линия обороны».

Одна из важнейших особенностей фитонцидов – специфичность их действия. Даже в микроскопических дозах они могут задерживать рост и размножение одних микроорганизмов, стимулировать рост других и играть существенную роль в регулировании состава микрофлоры воздуха, почвы и воды.

Фитонциды – универсальное явление в растительном мире. Любое растение - от бактерий до цветковых – продуцирует фитонциды, и эти вещества чрезвычайно разнообразны по своей химической природе.

В ходе сопряжённой эволюции к каждому виду растений адаптировались определённые микроорганизмы, выделения фитонцидов обусловили взаимоотношения между растениями в сообществах.

Глава II. Влияние условий среды.

Фитонцидная активность увеличивается при поранениях растений (механических травмах, внедрении микро- и макропаразитов и т.д.).

Фитонциды – один из важнейших факторов естественного иммунитета растений.

Фитонциды – продукт сложного комплекса биохимических процессов, изменяющихся по фазам развития растений. Фитонциды не только имеют иммунологическое значение, но могут служить регуляторами роста и развития растений, участвовать в процессах дыхания, терморегуляции и т.д.

Выделения комнатными растениями летучих веществ зависит от многих факторов: от систематической принадлежности растений, возраста, физиологического состояния, эко-лого-биологических особенностей, условий выращивания.

У большинства исследованных субтропических растений увеличение активности летучих фитонцидов наблюдается в зимне-весений период и снижается в конце вегетационного период осенью. Фитонцидная активность, например, у мирта обыкновенного, возрастает от первой волны роста (январь – февраль) к весенним и летним месяцам. В период бутонизации и цветения фитонцидная активность наивысшая, а к концу вегетации (ноябрь – декабрь) – наиболее низкая. У луковичных растений из семейства амариллисовые и лилейные интенсивный рост и бутонизация в комнатных условиях чаще приходятся на зимнее время, поэтому активность летучих выделений у них усиливается с конца декабря по первую половину января.

В лечебных целях очень важно, что фитонцидная активность комнатных растений проявляется в зимне-весенний период, т.к. именно в это время возрастает число острых респираторных заболеваний.

Изменения фитонцидной активности растений обусловлены особенностями биологии, сезонной ритмикой растений, накоплением определённых веществ и изменением их состава. В период вегетации максимальная летучесть фитонцидов во внешней среде объясняется наличием в их составе, например, терпенов. К концу вегетационного периода происходит образование в тканях аскорбиновой кислоты, увеличение кислородосодержащих производных, монотерпенов и сесквитерпанов, отличающихся минимальной летучестью, большей вязкостью. Всё это способствует выполнению функции регуляторов внутренних процессов растений.

Решающее значение для образования фитонцидов имеет местообитание и соотношение элементов питания. Например, климатис, который рос на почвах, богатых органическим удобрением, обладает фунгистатическим и бактерицидным действием в большей степени, чем исследуемые растения, выращенные на обеднённых почвах.

Сильно влияет на образование фитонцидов освещённость. Изучая биохимические особенности лавра благородного, М.П. Волошин и А.П. Дягерева установили, что эфирного масла больше в листьях растений, произрастающих на открытых (солнечных местах), чем у тех, которые растут на затенённых участках без ухода: у последних выход масла резко снижается.

Процесс выделения фитонцидов зависит и от температуры воздуха. Так, повышение температуры окружающего воздуха до 20 – 25оС способствует возрастанию концентрации этих соединений в 1,8 раза. Понижение температуры воздуха отрицательно сказывается на выделении растениями летучих веществ.

Значительное ослабление фитонцидной активности происходит и при физиологической депрессии, вызванной, например, дефицитом влаги, низким уровнем питания.

Таким образом, зная зависимость интенсивности образования фитонцидов от состояния и условий выращивания растений, можно контролировать этот процесс.

Фитонциды малины губительны для золотистого стафилококка, спор дрожжей и плесневого грибка. Фитонциды рябины губительны для золотистого стафилококка, сальмонелл, плесневого грибка. Фитонциды черноплодной рябины задерживают развитие золотистого стафилококка, дизентерийной палочки. Фитонциды чёрной смородины активны по отношению к золотистому стафилококку, микроскопическим грибам, возбудителям дизентерии, дифтерии. Фитонциды черники губительно действуют на дизентерийную палочку, стафилококки, возбудителей дифтерии, брюшного тифа. Фитонциды яблок активны по отношению к возбудителям дизентерии, золотистого стафилококка, протея, вирусов гриппа А. Антимикробная активность фитонцидов увеличивается от периферии плода к центру.

Глава III. Методы изучения антимикробных свойств.

Уже в концентрации 5мг/м3 летучие выделения способны изменять и улучшать воздушную среду. Важнейшее значение имеют биологические методы, когда действие летучих выделений тестируется на биологических объектах. При этом выявляется не просто концентрация летучих выделений, а их активная часть, степень их воздействия на микроорганизмы. Биологические методы исключительно чувствительны, с их помощью можно учитывать до 1 мг вещества на 1 м3 воздуха.

Чтобы исследовать фитонцидные свойства, отдельные растения и чашки Петри с посеянными на них микроорганизмами помещали в замкнутые боксы из оргстекла. Один из боксов был контрольным. Такая методика позволяет проводить исследования не только на микрофлоре воздуха, но и на условно-патогенных стандартных тест-культурах (стафилококка, стрептококка, сарцины, кишечной палочки и др.)

Для оценки фитонцидной активности растений рассчитывается относительное снижение числа микроорганизмов в опыте по сравнению с опытом (А):

А = (К – О)/ К * 100%, (1),

где К – число микроорганизмов в контроле;

О – в опыте.

При выборе максимальной и минимальной площади листовой поверхности растений для исследования санирующих свойств летучих выделений обращают внимание на характер помещений, его объём, сменяемость воздуха, бактериальную обсемененность.

Не все знают, что комнатные растения не только создают уют, но и приносят пользу. Они очищают воздух в помещениях от токсических веществ, которые выделяют пластиковые покрытия, лаки, аэрозоли, клей, моющие средства, синтетические смолы.

Глава IV. Лечебное воздействие летучих выделений растений на человека.

Чемпионом среди цветов является хлорофитум. Одного этого растения оказывается достаточно, чтобы ослабить воздействие окислов азота в помещении, где несколько часов работала газосварка. Для поглощения же формальдегида, выделяемого теплоизоляцией из синтетических материалов, в квартире средней величины потребуется уже 40 хлорофитумов. Такое же количество растений практически полностью очистило воздух от патогенных частиц в 20-метровой жилой комнате. Причем, очистительные свойства цветов заметно усиливаются, если положить в цветочные горшки активированный уголь. Хлорофитум обладает и значительным бактерицидным эффектом. Специалисты Всероссийского института лекарственных и ароматических растений (ВИЛАР) выяснили, что за 24 часа этот цветок почти полностью очищает воздух от вредных микроорганизмов. Растение это неприхотливое, оно хорошо растет как в прохладных комнатах, при температуре 10-12 градусов, так и в помещениях с центральным отоплением. Оно достаточно светолюбиво, но нормально переносит и затемнение. Летом хлорофитум требует обильного полива и в большом горшке может дать столько побегов, что кажется, будто растение раскинуло вокруг себя зеленый занавес. Другое широко распространенное растение, которое выделяет биологически активные вещества (цитранелловое и гераниевое масла, а также ментол и терпентил, убивающие стрептококки и стафилококки), - это комнатная герань, или пеларгония. Вот почему этот цветок рекомендуют держать в спальне. Вдыхая эти целебные соединения, человек успокаивается, что очень важно при стрессах, неврозах и бессоннице. Пеларгония - растение светолюбивое, хорошо себя чувствует на солнечном окне, почва ей нужна легкая и плодородная. Зимой цветок поливают умеренно, в феврале-марте обрезают. Удаленные верхушечные стебли используют как черенки: их слегка подсушивают и высаживают в ящики. Еще одно фитонцидное растение для комнат - нарядная пестролистая диффенбахия. Она очищает воздух жилых комнат от токсинов, поэтому ее место в жилых помещениях, окна которых выходят на шумную автостраду или крупный завод, фабрику. В комнате диффенбахию необходимо поставить в хорошо освещенное место (но прямые солнечные лучи она переносит плохо). Цветок любит тепло, интенсивный полив и опрыскивание мягкой водой комнатной температуры. При недостатке влаги растение вытягивается в длину и сбрасывает нижние листья, по мере роста верхушку нужно прищипывать. Пересаживать диффенбахию следует осторожно: сок ее может обжечь слизистые оболочки. Фитонцидными свойствами обладают и такие комнатные растения, как фикусы, плющи, драцены, аглаонемы. Фикус - комнатное растение с крупными кожистыми листьями. Хорошо растет в очень светлых комнатах, но не под прямыми солнечными лучами. Осенью или зимой фикус нередко сбрасывает здоровые зеленые листья. Чаще всего это происходит из-за чрезмерного полива. Поэтому опытные цветоводы советуют зимой не поливать растение, а только опрыскивать листья. Хорошо растут в прохладных комнатах многочисленные разновидности плюща обыкновенного. Плющ теневынослив; для роста ему нужна опора. Весной необходимо обрезать побеги, желательно также регулярно опрыскивать растения и обмывать листья. К числу наиболее неприхотливых полезных растений относится и драцена. Чаще всего выращивают драцену душистую - крупное растение со светло-зелеными листьями, волнистыми по краям. Более декоративны пестролистые драцены, но им необходима более высокая температура, повышенная влажность воздуха и светлое местоположение, в то время как обычное растение хорошо приживается в полутемных местах. Время от времени драцену следует купать под душем, удаляя с нее пыль. Аглаонема - растение с кожистыми, узорчатыми листьями. К свету оно не требовательно, теплолюбиво и прекрасно зимует в комнате с центральным отоплением. Летом растение обильно поливают, зимой полив сокращают. После цветения могут появиться маленькие красные ягоды, но эти плоды ядовиты. Лавр благородный - вечнозеленый кустарничек с кожистыми, ароматными листьями сейчас встречается в комнатах крайне редко, а зря: выделяемые им вещества убивают вирусы и бактерии, в том числе туберкулезную палочку. Особенно полезно держать это растение людям, страдающим сердечно-сосудистыми заболеваниями, спазмами кишечника и желчных путей. Лавр светолюбив и хорошо растет только на солнечном окне. Растение легко поддается стрижке, обычно ему придают шарообразную форму. До поздней осени лавр может обитать на открытом воздухе. И, наконец, еще одна группа полезных, фитонцидных растений — кактусы и другие суккуленты, особенно с длинными иголками, — выходцы из Перу, Чили и горных районов Мексики. По мнению специалистов, эти растения не только убивают микробов, но и снижают вредную ионизацию воздуха, защищая нас от электромагнитного излучения. Место для этих цветов — вблизи телевизора и мониторов компьютеров. Для нормального роста им необходимо много тепла и света, но к прямым солнечным лучам их нужно приучать постепенно. С помощью цветов можно добиться и повышения влажности воздуха. Цветы, которым нужно много влаги, обычно возвращают ее через листья. Это фиалки, цикламены, разные папоротники.

Глава V. Профилактика респираторных заболеваний.

Уровень заболеваемости детей и взрослых острыми респираторными заболеваниями в настоящее время остаётся высоким. Особенно остро эта проблема стоит в детских организованных коллективах. При длительном пребывании даже практически здоровых детей в закрытых помещениях увеличивается общая обсемененность воздуха микроорганизмами.

Некоторые растения служат фильтром для вредных веществ, действуя как «зелёная печень». Они могут аккумулировать из атмосферы большинство поллютантов, особенно соединения серы, азота, углерода, формальдегида, фенольные соединения, некоторые металлы и использовать их как источник макро- и микроэлементов для построения ряда структурных и функциональных систем. В большинстве случаев – это тропические растения, обладающие повышенной воздухоочистительной способностью в связи с эколого-биологические способности:

• Быстрорастущие растения с большим количеством устьиц на листьях, например, фикус Бенжамина;
• Растения, которые размножаются вегетативно при помощи «деток», например, хлорофитум хохлатый.
• Растения – эпифиты, которые имеют специальные воздушные корни, например, некоторые орхидеи, или особые чешуйки – трихомы на листьях, например, некоторые бромелиевые.

Фикусы эффективно очищают воздух в квартире от ядовитых формальдегидов, причём они не только связывают ядовитые вещества, но и питаются ими, превращая их в сахара и аминокислоты. Установлено так же, что фикусы успешно отфильтровывают из воздуха и другие ядовитые вещества, например, продукты испарения бензола, трихлорэтилен, пентахлорфенол.

Хлорофитум – известное неприхотливое комнатное растение. Полагают, что оно очищает воздух гораздо лучше, чем специальные технические устройства. Результаты подтвердили, что хлорофитум имеет выраженную способность поглощать газы. Было установлено, что одно растение среднего размера с ампельными побегами, заканчивающимися детками с воздушными корнями, может полностью нейтрализовать первичную концентрацию ксенобиотиков толуола и бензола (437 – 442 мг/м3) через 216 часов.

К возможным факторам риска экспертами Всемирной организации здравоохранения причислены электромагнитное и ионизирующее излучения дисплеев, электростатическое поле, шум, ультрафиолетовое излучение экрана. Растения могут снимать статическое электричество. Например, если к растению поднести наэлектризованную эбонитовую палочку, то произойдёт разряд. Сотрудник института экологии человека и гигиены и окружающей среды к.б.н. Л.М. Тешкеева рекомендуется для снятия статического электричества регулярно проводить влажную уборку своего рабочего места, использовать растения или установить на рабочем столе маленький аквариум. Следует уточнить значение для этих целей широко разрекламированного кактуса. Кактус не поглощает излучение – это ему не нужно!!! Электромагнитное поле, которое создаёт вокруг себя компьютер, а так же любые электробытовые приборы для нас куда более привычно, чем для кактуса. Однако, как объясняют физики, иголки – «приёмники» кактуса могут брать «заряды» электростатического поля, но иголки в этом случае должны быть мокрыми. Однако, частый полив и опрыскивание принесут кактусам вред!

Исследование, проведённое мной в школе №2, в которой мы учимся, показало, что большинство фионцидных растений находится на втором этаже в кабинетах 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210, 211, 212, где располагаются кабинеты классов начальной школы. Это свидетельствует о том, что дети 1-5 классов более защищены от острых респираторных заболеваний, чем ученики средней школы, кабинеты и имеют меньшее количество фитонцидных растений.

Мною было установлено, что на третьем этаже значительно меньше фитонцидных растений, а в некоторых кабинетах, как в кабинете № 309, их просто нет. А ведь именно здесь они будут как нельзя кстати, так как там находятся кабинеты таких сложных предметов, как математика, история, информатики. Правда, я заметила, что много растений в кабинете №307, но опять – таки мало растений с ярко выраженной фитонцидной активностью. Однако недавно в этом кабинете поставили аквариум, что немаловажно. В кабинете информатики особенно необходимы растения потому, что там стоят компьютеры, при работе которых улучшается фитонцидная активность.

Зато много растений на четвёртом этаже, особенно в кабинете № 402 (в кабинете биологии) очень много хлорофитумов, две бегонии, один папоротник и даже есть аквариум, что свидетельствует о том, что в этом кабинете хорошая экология.

В целом, мне кажется, что количество растений в нашей школе следует увеличить, особенно на третьем этаже. Это поднимет настроение учащихся, повысит успеваемость и работоспособность.

Список литературы.

1. Антадзе Л.В. Фитонцидность листьев вечнозелёных растений в течение года // Материалы III Совещ. «Фитонциды в медицине, сельском хозяйстве и пищевой промышленности» (Киев, 22-25 июня 1959 г.). Киев, 1960. С. 21-23.
2. Блинкин С.А., Рудницкая Т.В. Фитонциды вокруг нас. М., 1981. 185 с.
3. Ведеревский Д.Д. Фитонцидные особенности растений – главнейший фактор специфического иммунитета к инфекционным заболеваниям // Материалы IV Совещ. по проблеме фитонцидов (Киев, 3-6 июля 1962 г.): Тез. докл. Киев, 1962. С. 16-18.
4. Ведеревский Д.Д. Фитонцидные особенности растений – главнейший фактор специфического иммунитета к инфекционным заболеваниям // Материалы IV Совещ. по проблеме фитонцидов (Киев, 3-6 июля 1962 г.): Тез. докл. Киев, 1962. С. 16-18.
5. В. О фитонцидной активности некоторых оранжерейных растений // Материалы VIII Совещ. «Фитонциды. Роль в биогеоценозах, значение для медицины». (Киев, 16-18 окт. 1979 г.). Киев, 1981, С, 95-97.
6. Цыбуля Н.В. Действие летучих выделений мирта обыкновенного (Myrtus communis L.) на бактерии воздуха в зависимости от сезона и от площади листьев // Сибирский биол. журн. 1993. №5. С. 91-93.
7. Цыбуля Н.В., Казаринова Н.В. «Фитодизайн как метод улучшения среды обитания человека в закрытых помещениях» // Растительные ресурсы. 1998. №3. С. 11-129.
8. Энциклопедия народных методов лечения.

Приложение.

Таблица 1.

Растения, летучие выделения которых обладают частичной бактерицидной и (или) антивирусной, антифунгальной активностью (группа I) *

• Фитонцидная активность (А) — это процент снижения числа колоний микроорганизмов под воздействием летучих выделений растений по сравнению с контрольным уровнем. В некоторых цитируемых работах эти данные отсутствуют и перечислены только виды микроорганизмов, в отношении которых обнаружен фитонцидный эффект.

Растения, летучие выделения которых обладают лечебным действием (2-я группа)