Фитонци ды (от греч. φυτóν - «растение» и лат. caedo - «убиваю») - образуемые растениями биологически активные вещества, убивающие или подавляющие рост и развитие бактерий, микроскопических грибов, простейших. Фитонцидами называют все секретируемые растениями фракции летучих веществ, в том числе те, которые практически невозможно собрать в заметных количествах. Эти фитонциды называют также «нативными антимикробными веществами растений». Химическая природа фитонцидов существенна для их функции, но в термине «фитонциды» в явном виде не указывается. Это может быть комплекс соединений, например, терпеноидов, или т.н. вторичных метаболитов. Характерными представителями фитонцидов являются эфирные масла, извлекаемые из растительного сырья промышленными методами. Нативные фитонциды играют важную роль в иммунитете растений и во взаимоотношениях организмов в биогеоценозах. Выделение ряда фитонцидов усиливается при повреждении растений. Летучие фитонциды (ЛАВ) способны оказывать свое действие на расстоянии, например фитонциды листьев дуба, эвкалипта, сосны и многих др. Сила и спектр антимикробного действия фитонцидов весьма разнообразны. Фитонциды чеснока, лука, хрена, красного перца убивают многие виды простейших, бактерий и низших грибов в первые минуты и даже секунды. Летучие фитонциды уничтожают простейших (инфузорий), многих насекомых за короткое время (часы или минуты). Фитонциды - один из факторов естественного иммунитета растений (растения стерилизуют себя продуктами своей жизнедеятельности). Так, фитонциды пихты убивают коклюшную палочку (возбудителя дизентерии и брюшного тифа); сосновые фитонциды губительны для палочки Коха (возбудителя туберкулеза) и для кишечной палочки; береза и тополь поражают микроб золотистого стафилококка. Фитонциды же багульника и ясенца довольно ядовиты и для человека - с этими растениями следует быть осторожным. Защитная роль фитонцидов проявляется не только в уничтожении микроорганизмов, но и в подавлении их размножения, в отрицательном хемотаксисе подвижных форм микроорганизмов, в стимулировании жизнедеятельности микроорганизмов, являющихся антагонистами патогенных форм для данного растения, в отпугивании насекомых и т.п. гектар соснового бора выделяет в атмосферу около 5 килограммов летучих фитонцидов в сутки, можжевелового леса - около 30 кг/сут, снижая количество микрофлоры в воздухе. Поэтому в хвойных лесах (особенно в молодом сосновом бору) воздух практически стерилен (содержит лишь около 200-300 бактериальных клеток на 1 м³), что представляет интерес для гигиенистов, специалистов по озеленению и др… В медицинской практике применяют препараты лука, чеснока, хрена, зверобоя пронзеннолистного (препарат иманин) и др. Растений, содержащих фитонциды, для лечения гнойных ран, трофических язв, трихомонадного кольпита. Фитонциды ряда других растений стимулируют двигательную и секреторную активность желудочно-кишечного тракта, сердечную деятельность.
Весной старые, почерневшие листья, которые в прошлом году сорвал с деревьев и бросил на землю осенний ветер, спрячет молодая поросль. А потом они и вовсе исчезнут. Листья, травы и даже лесные великаны — деревья, отжив свой век, пропадают, становясь частью той самой почвы, что когда-то дала им жизнь. Таков извечный закон природы. Без почвенных животных опавшие листья, хвоя, ветки разлагались бы в пять раз медленнее, превращая весь мир в грязную свалку.
Маленькие обитатели земли — огромная сила. Обычно мы просто забываем о них, хотя мириады невидимых существ постоянно рядом с нами. Трудно даже себе представить, что в щепотке земли весом в один грамм обитает полтора миллиона организмов. В гектаре пахотных почв различных типов живет от 600 килограммов до 5 тонн микробов. Вокруг нас бесчисленное множество бактерий. Некоторые из микроорганизмов — помощники человека, другие — портят плоды его труда, третьи — недруги, вызывающие различные заболевания.
У животных имеется довольно сложная и тонкая система защиты, предохраняющая их от вторжения микробов. А как же защищаются растения? Ведь они тоже поражаются вирусными, грибными и иными болезнями. Если же какие-то растения не болеют, значит, они способны защитить себя. Люди давно заметили, что некоторые растения обладают антимикробными свойствами.
Пивовары знали, что хмель, добавленный в бродящую массу, не дает развиваться гнилостной микрофлоре. Такими же свойствами обладают полынь, душица обыкновенная. У охотников свои наблюдения — травами обкладывали добытую дичь, и она сохранялась свежей. Эстрагон, тимьян обыкновенный обладают такими консервирующими свойствами.
Многие ученые отмечали, что растения, их ткани или особые летучие фракции способны убивать многие микроорганизмы, некоторые простейшие. Но научного объяснения тому не находили. Раскрыл эту тайну советский ученый Борис Петрович Токин . Он обратил внимание на то, что инфузории, которые находились в чашке, где была кашица из лука, все погибли. Ученый раз за разом повторял опыты. От кашицы из лука и чеснока гибли патогенные бактерии. Летучие вещества растительного происхождения, которые так беспощадно расправлялись с микроорганизмами, Б. П. Токин назвал фитонцидами (от греческого «фито» — растение, латинского «цидо» — убиваю).
Оказывается, защитными силами для растительных организмов являются летучие вещества. Надземные части растений выделяют фитонциды в атмосферу, подземные — в почву, водные — в воду. Количество этих веществ изменяется в зависимости от сезона, физиологического состояния растения, почвы и погоды. Больше всего их — в пору цветения. Сначала считали, что только растения-эфироносы обладают фитонцидностью .
Исследования же показали: явление свойственно всему растительному миру. Лишь проявляется оно по-разному. Одни из фитонцидов — летучие, способны оказывать свое действие на расстоянии, другие образуются в соке тканей в момент повреждения клеточных оболочек.
Фитонциды могут выделяться и неповрежденными листьями, правда, не у всех растений. Например, если на лист дуба или березы попадает капля, в которой находятся живые инфузории, через некоторое время они гибнут. На листе черемухи и липы погибают микробы золотистого стафилококка. Быстрее всех уничтожают микробы (в течение 3 часов) листья тополя и березы.
Если подсчитать всю огромную площадь зеленой поверхности наших лесов и полей и учесть, что поврежденные листья имеются постоянно и в значительном количестве, можно понять, почему при всей исключительной способности размножаться микробам не под силу заполонить весь земной шар.
По подсчетам ученых, все вместе взятые растения ежегодно выделяют в атмосферу около 490 миллионов тонн летучих веществ. С воздухом мы вдыхаем их, усваиваем организмом, дезинфицируем легкие.
Многие примеры могут подтвердить, что фитонциды деятельны . Взять хотя бы самый простой. В вазе стоит большой букет черемухи или белых лилий. Аромат наполняет комнату. Но не следует оставлять эти цветы здесь на ночь, иначе утром вы проснетесь с сильной головной болью.
Виновниками будут фитонциды, их воздействие очень сильное. Если нарезанные листья черемухи положить под стеклянный колпак и туда поместить муху или мышь, то через некоторое время животные погибнут. Фитонциды черемухи убивают даже крыс. Жители Кавказа хорошо знают, что спать под деревом грецкого ореха не стоит: сон будет плохой, а на следующий день разболится голова. Фитонциды листьев ореха отпугивают мух, комаров и других насекомых.
Летучие фитонциды зеленого пояса выдвигают прочный заслон болезнетворным микробам. Они обладают способностью убивать бактерии на расстоянии. Кроме того, в растениях есть и нелетучие бактерицидные вещества — их вторая линия обороны. Сок хвои сосны, ели, можжевельника, тополя, дуба, березы и многих других растений обладает бактерицидными свойствами. важно бывать больше в лесу, особенно сосновых борах, озеленять двор, улицу, даже квартиру.
Наши комнатные растения, такие, герань и бегония, снижают содержав микроорганизмов в окружающем воздухе на 43 процента, циперус — на 59, хризантема — на 66. А мы порой отказываем в уголке на подоконник этим растениям, заменяя их экзотическими диковинками. Правда, и среди них есть борцы за здоровый воздух. Если комнате «поселить» эвкалипт и мирт, они могут расти в помещении, то там уж не встретишь мух, комаров и многих микробов.
Сосна относится к одному из самых популярных фитонцидных растений . Когда берут пробы с поверхности почвы и с определенной глубины или из воздуха в различных лесах — дубовой и березовой роще, сосновом бору,— всюду имеются разнообразные микроорганизмы, но везде разное их количество.
Гектар лиственного леса летом ежедневно выделяет 2 килограмма летучих фитонцидов, хвойного — 5, а можжевельника — 30 килограммов. Этого количества достаточно, чтобы убить всех микробов в городе средней величины. Поэтому так разное количество. В воздухе соснового бора их оказывается в 10 раз меньше, чем в березовом лесу. Хотя и береза очень добросовестно выполняет обязанности санитара окружающей среды: беспощадно расправляется с микроорганизмами, которые приносит ветер в березовую рощу.
В насаждениях, где в основе растет береза бородавчатая, в одном кубическом метре воздуха насчитывается всего около 450 микробов. А в операционных, где всё, в том числе и воздух, должно быть стерильным, допускается по существующим нормам содержание в кубическом метре воздуха 500 неболезнетворных микроорганизмов.
Воздух сосновых лесов чист и благотворен. Недаром многие санатории и больницы построены в сосновых борах. Фитонциды этого дерева, как правило, увеличивают защитные силы организма: сосновый воздух как бы тонизирует его. Дети, прожившие хотя бы несколько лет в местности, богатой сосновыми борами, меньше подвержены простудным заболеваниям.
Практически все виды, входящие в род сосновых, обладают антимикробными свойствами. Хвойные деревья беспощадно расправляются с вредной микрофлорой. Можжевельник , пожалуй, чемпион среди них. Он выделяет фитонцидов примерно в шесть раз больше, чем остальные хвойные породы, и в пятнадцать раз больше, чем лиственные. В нашей стране более двух десятков видов можжевельника. Среди них есть и деревья, и кустарники. Сейчас все они в той или иной мере нуждаются в охране.
Можжевельник очень чувствителен к загрязнению воздуха промышленными отходами: вокруг многих городов он практически исчез. А растут можжевельники медленно, у большинства видов из-за различных нарушений не происходит семенного возобновления.
Дуб — отличный санитар леса. Вековые деревья стоят могучей преградой на пути различных бактерий. Нет им жизни в дубравах. Клен, как показали исследования биохимиков, не только обладает высокой фитонцидной активностью, но и способен поглощать вредные для человека вещества, например бензол.
Все это говорит о целебном значении каждого дерева, всякой травки. Бодрость обретает человек в весеннем лесу, степи, на цветущем лугу — везде, где воздух напоен ароматом летучих выделений растений.
Ученые приходят к заключению, что летучие вещества, проникая через легкие и кожу в организм человека, убивают и затормаживают развитие болезнетворных микробов, предохраняют его от инфекционных заболеваний, бальзамируют ткани. Фитонциды нормализуют сердечный ритм и артериальное давление, активно участвуют в обмене веществ, благоприятно действуют на психику человека.
Люди, которые живут в лесных районах, гораздо меньше подвержены заболеваниям верхних дыхательных путей по сравнению с горожанами. Огромна ценность зеленых зон и внутригородских насаждений. И не только потому, что растения выделяют кислород.
Есть у зеленого заслона важное свойство — улучшать воздух. Листья растений при действии на них солнечного света определенной длины испускают электроны, ионизирующие окружающий воздух. Ионизированный воздух благотворно влияет на самочувствие человека.
Большое значение имеет степень ионизации кислорода воздуха, обусловливающая его биологическую активность. Самым целебным считается воздух гор. Там в одном кубическом сантиметре воздуха находится 20 тысяч отрицательных ионов. В промышленных городах, в многолюдных помещениях их концентрация колеблется в пределах 100—500.
В сегодняшний век растущей технизации человек все большую часть времени проводит в закрытых помещениях, лишая себя целительного воздуха лесов и полей, насыщенного биологически активными веществами растений и легкими отрицательными ионами, которые поддерживают в естественных условиях нормальную жизнедеятельность организма.
Заботясь о зеленом наряде наших городов и сел, высаживая вокруг домов и вдоль улиц деревья и кустарники, разбивая газоны и цветники, закладывая сады и парки в пригородах, выращивая комнатные цветы, мы пополняем ряды наших друзей, которые дарят нам здоровье и хорошее настроение.
На необходимость выяснения химической природы фитонцидов неоднократно указывал Б. П. Токин (1964, 1975), подчеркивая, что недостаточность наших сведений о химии фитонцидов - одна из причин медленного их внедрения в медицину.
Знание химической структуры фитонцидов, как отмечал В. Г. Дроботько (1964), позволит легче понять их фармакологическое действие на микроорганизмы и наиболее целесообразно использовать в практике. Однако до настоящего времени химический состав летучих фитонцидов различных древесных пород и растительных сообществ, в том числе и леса, несмотря на важность для медицины, сельского и лесного хозяйства, изучен слабо. Это в какой-то степени объясняется трудностями методического плана.
Приведем известные нам сведения о химической природе летучих и транспирационных выделений поврежденных и неповрежденных тканей древесно-кустарниковых растений.
Лиственные
1. Айлант высочайший - эфирное масло, сложные эфиры.
2. Береза бородавчатая - ацетилен и бутилен, альдегиды (уксусный, пропионовый), формальдегид, спирты (метанол, этанол, попанол), оксикумарины, амины, аминокислоты.
3. Боярышник перистонадрезанный - амины.
4. Бузина красная - амины, спирты.
5. Волчеягодник - циклический сложный эфир.
6. Дуб черашчатый - бутилен, альдегиды (уксусный, пропионовый), спирты (метанол, этанол, пропанол), эфирное масло, органические кислоты.
7. Жимолость татарская - амины (высокое содержание).
8. Ива белая - этилен, альдегид уксусный, этанол, соединения типа бензола.
9. Ива трехтычинковая - кумарин.
10. Ива бредина - аминокислоты.
11. Каштан конский - циклический сложный эфир.
12. Клен яеенелистньгй-бутилен, альдегиды (уксусный, пропионовый), спирты (метанол, этанол, пропанол), кумарины.
13. Клен татарский - альдегиды (уксусный, пропаноловый), спирты, (этанол, пропанол), легкие углеводороды (следы).
14. Лещина обыкновенная - спирты.
15. Липа - ацетилен и этилен, альдегиды (уксусный, пропионовый), парафиноидные соединения.
16. Лиственница сибирская - спирты, альдегиды.
17. Ломонос - протоанемонин.
18. Орех грецкий - производные нафтохинона.
19. Ольха серая - аминокислоты.
20. Рябина обыкновенная - спирты, парасорбиновая кислота.
21. Рябинник рябинолистный - аминокислоты.
22. Сирень венгерская - салициловый и другие альдегиды.
23. Сирень обыкновенная - спирты.
24. Скумпия - бутилен, альдегиды (уксусный, пропионовый), спирты (метанол, этанол, пропанол).
25. Смородина черная - спирты.
26. Спирея иволистная - кумарины, аммиачные соединения.
27. Тополь Советский - изопрен, предельные углеводороды (метан, этан, пропан, бутан).
28. Тополь китайский - предельные углеводороды (метан, этан, пропан, бутан), спирты.
29. Тополь бальзамический - бутилен, спирты, салициловый и другие альдегиды, умбеллиферон.
30. Тополь Соеновского - спирты.
31. Тополь черный - этилен, этанол, уксусный и другие альдегиды.
32. Тополь - альдегиды, органические кислоты.
33. Черемуха обыкновенная - амигдалин, отщепляющий синильную кислоту; бензойный альдегид.
34. Черемуха виргинская - амигдалин, отщепляющий синильную кислоту; бензойный альдегид; спирты.
35. Черемуха маголебская - кумарины, умбеллиферон.
36. Черемуха Маака - амигдалин, отщепляющий синильную кислоту; альдегид бензойный.
37. Черемуха (вид неизвестен) - спирты, органические кислоты, альделиды.
38. Чубушник корончатый - кумарины.
39. Эвкалипт - эфирное масло.
40. Эвкалипт - цинеол, α-фелландрен, α-пинен, β-пинен.
41. Ясень зеленый - ацетилен, этилен, альдегиды (уксусный, пропионавый).
42. Ясень пушистый - бутилен, альдегиды (уксусный, пронионовый), спирты (метанол, этанол, пропанол).
Хвойные
1. Ель голубая - спирты.
2. Ель венгерская - альдегиды (следы).
3. Ель обыкновенная - терпеновые соединения (до 40 видов): α- и β-пинены, бизаболен, камфен, Δ 3 -карен, кариофиллен, с-антен, туйен, α- и β-фелландрены, фенхен, изофенхен, камфора, γ-пинен и терпинолен, борнилацетат, лонгифолен, β-гумулен; терпеновые спирты; органические кислоты; аминокислоты.
4. Ель сибирская - терпеновые соединения (до 42 видов); камфен, камфора, борнилацетат, трициклен, сантен, α- и β-пинены, мирцен, лимонен, α-мурален, кадинены и др.; терпеновые спирты (гераниол, цитронеллол, нерол и др.).
5. Лиственница - ацетилен, этилен; ацетон, скипидар; альдегиды (уксусный, пропионовый); спирты (метанол, этанол).
6. Можжевельник казацкий - сложные эфиры, органические кислоты, спирты, эфирное масло.
7. Можжевельник виргинский - см. Можжевельник казацкий.
8. Можжевельник обыкновенный - аминокислоты.
9. Пихта сибирская - терпеновые соединения (до 47 видов): α- и β-пинены, камфен, Δ 3 -карен, лимонен, кариофиллен, осмуролен, бизаболен, кадинены, камфора и др.; терпеновые спирты (борнеол и др.); борнилацетат.
10. Сосна обыкновенная - терпеновые соединения (до 38 видов): α- и β-пинены, камфен, Δ 3 -карен, мирцен, терпинолен, кариофиллен, муролены, кадинены, камфора и др.; терпеновые спирты (борнеол, гераниол, цитронеллол, линалоол, нерол); борнилацетат; органические кислоты, сложные эфиры, альдегиды (цитраль, ацетальдегид); аминокислоты.
11. Сосна сибирская - терпеновые соединения (до 42 видов): α- и β-пинены, сантен, камфен, лимонен, кариофиллен, муролен, бизаболен, кадинены и др.; борнилацетат, терпеновые спирты (гераниол, линалоол, цитронеллол, нерол).
12. Туя западная - спирты.
Химический состав летучих выделений изучен у представителей 12 хвойных и 42 лиственных пород. Указанный перечень химических веществ для каждой породы не является исчерпывающим и дает лишь частичное представление о сложном комплексе химических соединений, выделяемых древесными растениями в окружающую среду.
В составе летучих веществ и в конденсате транспирационной воды как хвойных, так и лиственных пород обнаружены эфирные масла, спирты, органические кислоты, альдегиды, сложные эфиры, а также непредельные углеводороды (ацетилен, этилен и др.). В выделениях хвойных дополнительно присутствуют различные монотерненовые и сеоквитерпеновые углеводороды, но не найдены предельные углеводороды (метан, этан, пропан и бутан), отмеченные в летучих выделениях некоторых лиственных пород.
Названные химические вещества встречаются в клеточном соке растений в свободном состоянии или же входят в состав гликозидов, эфирных масел и других соединений. Гликозиды клеточного сока представляют собой растворы некоторых сахаров, чаще всего глюкозы, со спиртами, альдегидами, фенолами и другими органическими веществами. В состав эфирных масел входят терпены, а также продукты их окисления - спирты, альдегиды и др. Окисление гликозидов и эфирных масел с участием энзимов может происходить в клетках при дыхании, когда активно поглощается кислород. Продукты их окисления (спирты, альдегиды, органические кислоты и др.) попадают в межклеточное свободное пространство, откуда могут переходить в окружающую среду в виде летучих выделений вместе с транспирационной водой или же вымываться атмосферными осадками.
Как показали исследования Г. А. Санадзе (1961), летучие органические вещества выделяются преимущественно через устьица, в меньшем количестве - через кутикулу листьев. В весенний период у молодых листьев покровные ткани тонки и нежны, поэтому количество летучих веществ, выделяющихся через кутикулу, заметно возрастает. Однако у большинства древесных растений фитонцидность достигает максимума примерно к началу июня.
При анаэробном дыхании, что в природе происходит очень часто, как отмечает М. В. Колесниченко (1976), при подтоплении пойм образуются летучие недоокисленные соединения (непредельные углеводороды, спирты, альдегиды и т. д.), которые выделяются наружу через чечевички побегов и корней. Т. В. Чиркова и Т. С. Гутман (1972) обнаружили выделение через чечевички ветвей ивы белой и тополя черного этилена, этанола и ацетальдегида.
Среди летучих органических веществ, выделяемых акацией белой и тополем Советским, Г. А. Санадзе идентифицированы предельные углеводороды (метан, этан, пропан и бутан). Их образование он объясняет реакцией восстановления карбоксилированной углекислоты атомарным водородом, который, в свою очередь, образуется на свету в результате фотохимической диссоциации молекул воды. Интенсивное выделение водорода обеспечивает восстановление углерода до очень высокого уровня.
Особую группу органических веществ составляют аминокислоты, витамины и сложные эфиры. Первые обнаружены в траспирационной воде некоторых хвойных и лиственных пород. По предложению М. В. Колесниченко (1976), это могут быть низкомолекулярные белки типа ферментов. Витамины, как известно, проявляют большую биологическую активность как внутри собственного растительного организма, так и вне его, во внешней среде. М. Н. Мейцель и Г. А. Медведевой (1948) выявлена значительная летучесть витамина В 1 никотиновой и пара-аминобензойной кислот. Они делают вывод о том, что и микроорганизмы, и высшие растения в процессе своей жизнедеятельности выделяют в окружающую среду значительные количества летучих витаминов, в частности витамина В 1 , В. Т. Кахидзе и Г. А. Медведева (1956) установили выделение летучих витаминов цветками табака.
Сложные эфиры, представленные кумарином, оксикумарином и умбеллифероном, в растениях связаны в гликозиды и в заметных количествах освобождаются при их повреждении.
Все отмеченные органические вещества присущи выделениям как неповрежденных (с нормальным метаболизмом), так и поврежденных (с нарушенным метаболизмом) клеток и тканей растений. Однако в последнем случае активность продуцирования летучих веществ резко возрастает, так как свободный доступ кислорода к поврежденным растительным тканям приводит к значительному усилению окислительных и гидролитических процессов, что способствует изменению исходных метаболитов. Сложные органические соединения (гликозиды, эфирные масла и др.) интенсивно распадаются на более простые; в составе летучих выделений увеличивается содержание спиртов, альдегидов, органических кислот, обладающих повышенной летучестью.
По исследованиям С. С. Скворцова (1954, 1961), в условиях нарушенного метаболизма у измельченных листьев резко возрастает выделение альдегидов (в составе летучих выделений неповрежденных листьев им были обнаружены лишь следы этих веществ). Альдегиды могут окисляться до кислот, фенолы - до хинонов, при этом появляются флобафены. В листьях черемухи циангликозид амигдалин под влиянием фермента расщепляется на бензальдегид и синильную кислоту, которая оказывает сильное токсическое действие на живые организмы. При разрушении целостности растительных клеток увеличивается количество веществ, являющихся продуктами автолитического распада белков - пептидов, аминокислот, амидов кислот, амино — и аминопроизводных, индолопроизводных и аммиака. В тканях растений, инфицированных патогеном, также заметно увеличивается число фенольных соединений, в процессе ферментативного окисления которых в большом количестве образуются хиноны. Различия в интенсивности и составе летучих выделений целостных и поврежденных растений послужили основанием для подразделения летучих веществ на фитогенные, продуцируемые неповрежденными органами я тканями растений, и фитонциды, продуцируемые поврежденными органами и тканями растений.
Исходя из желания взять за основу единый термин «фитонциды» для обозначения биологически активных веществ, выделяемых растениями, мы будем пользоваться следующими терминами:
первичные фитонциды - летучие органические вещества, выделяемые неповрежденными растениями;
вторичные фитонциды - летучие органические вещества, выделяемые поврежденными растениями.
Первичные фитонциды можно подразделить на две группы: метаболические, не оказывающие влияния на физиологические процессы собственного растения (эфирные масла, спирты, альдегиды и др.), и биотические, влияющие на физиологические процессы собственного растения (некоторые витамины, аминокислоты, сложные эфиры, действующие как антиауксины: кумарин, умбеллиферон, эскулетин и др.).
По Б. А. Рубину (1961), роль антиауксинов внутри растительного организма сводится к торможению прорастания содержащихся в плодах семян, что достигается подавлением деятельности протеолитических ферментов. Вне растительного организма в повышенных концентрациях антиауксины (например, кумарины) подавляют развитие семян и пыльцы растений, стафилококков и животных клеток, а в малых дозах оказывают стимулирующий эффект. Имеются сведения о том, что кумарины обладают противоопухолевой активностью и влияют на состав крови.
Акад. Н. Г. Холодный (1949) на основании исследований пришел к выводу, что некоторые растения способны поглощать из воздуха и использовать летучие органические вещества типа сложных эфиров. Кумариновые соединения, относящиеся к сложным эфирам, были обнаружены в воздухе различных лесорастительных сообществ. В целом биотические фитонциды можно рассматривать в качестве компонентов тех летучих соединений, которые Н. Г. Холодный (1944) предложил называть атмовитаминами .
Вторичные фитонциды подразделяются на раневые , образующиеся в результате механических повреждений растительной ткани, и индуцированные (фитоалексины), появляющиеся в ответ на внедрение в растительную ткань патогенного организма. Раневые фитонциды характеризуются увеличением в летучих выделениях количества эфирных масел, моно — и сесквитерпенов, спиртов, альдегидов, органических кислот, а также продуктов ферментативного распада белков. В тканях, инфицированных патогеном, заметно увеличивается число фенольных соединений, в процессе окисления которых образуются хиноны. У некоторых растений в ответ на внедрение патогена повышается содержание терленоидных веществ и т. д. Вышеизложенное говорит о большой общности химизма раневых и индуцированных фитонцидов. Вместе с тем следует отметить и специфику образования индуцированных фитонцидов, которые возникают не столько под влиянием механических повреждений растительных тканей, нанесенных патогеном, сколько в результате серьезных нарушений метаболизма, вызванных токсинами патогенного организма. Свидетельством этого является образование галлов у многих древесных растений, пораженных насекомыми. Подобного не происходит под влиянием только механических повреждений. Это дает основание рассматривать индуцированные фитонциды (фитоалексины) как самостоятельную группу вторичных фитонцидов.
По биологическому назначению все фитонциды (первичные и вторичные) можно объединить в три большие группы:
1. Фитонциды сенсорного действия: аттрактанты - летучие вещества, привлекающие животных (эфирные масла, терпены - линея, лимонен и др.), и реппеленты - летучие вещества, отпугивающие животных.
2. Фитонциды, влияющие на рост и развитие организмов (непредельные углеводороды, органические кислоты, альдегиды и др.).
3. Фитонциды, участвующие в пищевых целях - атмовитамины, по Н. Г. Холодному (витамины, аминокислоты, сложные эфиры, спирты и др.).
Деление фитонцидов по биологическому назначению условное, поскольку, например, эфирные масла привлекают насекомых к цветкам (аттрактант), защищают растения от микробов и поедания животными (токсин), используются некоторыми микроорганизмами в качестве пищи (атмовитамины).
В лесу в период вегетации трудно найти дерево или кустарник с полностью неповрежденными листовым аппаратом, побегами или другими органами. Повреждения наносятся млекопитающими, птицами, насекомыми, грибами, микроорганизмами, а также при ветровале и буреломе, при рубках ухода и главного пользования, подсочке леса и т. д. В связи с этим в лесном воздухе наряду с первичными фитонцидами присутствуют и вторичные фитонциды. Другими словами, фитонциды леса представляют собой сложную смесь органических веществ как первичного, так и вторичного происхождения.
Кроме того, среди летучих веществ большую группу составляют неорганические соединения, выделяемые растениями вместе с парами транспирационной воды: ионы железа, кальция, магния, хлора, серы, меди, натрия, фосфора и калия, нитратного и аммиачного азота. Боярышник, спирея и бузина издают запахи аммиачных соединений. Указанные соединения играют важную роль в пищевых связях растений с растениями, растений с микроорганизмами и др.
К летучим выделениям растений примешиваются выделения животных и в первую очередь видов, связанных пищевыми цепями с определенными видами древесно-кустарниковой растительности (летучие выделения некоторых насекомых, обитающих на древесных породах, улавливаются даже на расстоянии десятков метров от заселенных ими деревьев).
Таким образом, изучая санитарно-гигиенические и терапевтические свойства растительных сообществ, следует иметь в виду, что помимо фитонцидов - биологически активных веществ фитогенного происхождения - в сложных взаимоотношениях организмов большая роль принадлежит и неорганическим соединениям, находящимся в составе летучих выделений растений, и телергонам животных, обитающих в изучаемом фитоценозе.
Хвойные относятся к голосеменным растениям и отличаются малой численностью видов. Несмотря на это, они играют значительную роль в образовании ландшафта нашей планеты. В данной статье мы подробно рассмотрим значение хвойных в природе и жизни человека.
Роль хвойных в промышленности
1. Хвойные являются основными из главных лесообразующих пород Евразии и Северной Америки. Почти 95 % лесов земного шара в своём составе имеют хвойные породы. Они являются источником кислорода и летучих противомикробных веществ. Поэтому такие леса называют лёгкими и зелёным щитом нашей планеты.
2. Выращивают как декоративные растения и используются в озеленении.
3. Сосновые почки, пихтовое масло, хвоя применяются для изготовления лекарственных препаратов.
4. Породы деревьев используются как топливо, строительные материалы. Они используются в вагоностроении, судостроении, авиации, изготовлении музыкальных инструментов и т. д. Например, древесина лиственницы идёт на изготовление паркета и пола. Она является прочной и не трухлявеет.
5. Большая длина волокон древесины ели придаёт ей особую ценность в качестве сырья для изготовления бумаги и искусственного шёлка.
Употребляют ли хвойные в пищу?
6. Сердцевина некоторых представителей класса саговниковых используется в пищу. Такие растения называют «хлебными деревьями». Их сердцевина содержит много крахмала. Из сердцевины саговника поникающего изготавливают крупу саго.
7. Крупные семена сибирского кедра, так называемые «кедровые орешки», употребляют в пищу.
8. Хвоя богата витаминами, особенно витамином С. Её отвар используют для лечения и профилактики скорбута (цинги). Это опасная болезнь, вызванная недостатком этого витамина. Так, в хвое пихты витамина С в шесть больше, чем в лимонах.
9. Сжигая древесину ели, получают активированный уголь. Он, в свою очередь, используют для лечения различных отравлений и очищения кишечника.
10. Живицу хвойных широко применяют в медицине для лечения ран, ожогов и т. д. Особую ценность имеет живица пихты, из которой добывают камфору. Она улучшает деятельность сердечной мышцы. Поэтому её используют для лечения болезней сердца. Камфора входит в состав различных обезболивающих препаратов. Из живицы также добывают много ценных для химической промышленности веществ (растворитель скипидар и др.). Кроме того, из неё получают эфирные масла . Это жидкости, которые сильно и преимущественно приятно пахнут и легко испаряются. Их применяют в парфюмерной, кондитерской и медицинской промышленности.
Хвойные - источник фитонцидов
11. Хвойные растения выделяют в воздух большое количество фитонцидов . Это летучие вещества, губительно действующие на микроорганизмы. По данным учёных, в 1 м 3 воздуха хвойного леса содержится не более 500 клеток болезнетворных бактерий. В аналогичном объёме городского воздуха - до 30-40 тысяч.
12. Насаждения сосны обыкновенной используют для закрепления почв. Хвойные на склонах рек и оврагов предохраняют почву от размывания.
13. В химической промышленности из голосеменных получают смолы и эфирные масла. Из зелёных веточек пихты вырабатывают хвойную муку. Этот безвредный для людей и животных порошок используют как ростовое вещество, как заменитель инсектицидов и для внесения в виде подкормок.
15. Большое значение имеют голосеменные как декоративные культуры, украшающие общественные места. Есть среди них и комнатные растения. Отдельные виды хвойных используют при проведении различных праздников, в частности Нового года. Так, новогодними деревьями являются ель, сосна, а также пихта белая.
16. Хвойный лес даёт приют многим зверям, имеющим промысловое значение. Так, на бескрайних просторах хвойных насаждений живёт невероятное количество животных: медведи, лисы, белки, лоси и др.
17. В природе хвойные растения образуют значительную массу органического вещества, обогащают воздух кислородом. Например, 1 га соснового леса выделяет за год 5,6 т кислорода и более 0,5 т фитонцидов. Действие фитонцидов на микроорганизмы поражающее. Через 20-30 минут после воздействия они погибают. Вот почему запах хвойного леса такой приятный и в хвойном лесу так легко дышится. Поэтому многие санатории строятся именно в таких лесах.
Значение хвойного леса в природе
Велико значение леса в природе. В лесу накапливается много снега и здесь он тает медленнее, чем на открытых пространствах. Талые воды впитываются в почву и, пополняя запасы грунтовых вод, питают реки. На открытых просторах безлесных районов снег тает быстро. Потоки воды смывают с полей верхний плодородный слой почвы. Постепенно образуются овраги. Они разъедают поля и отнимают у человечества пахотные земли. На безлесные районы часто обрушиваются пыльные бури. Они уносят верхний слой почвы, повреждают посевы. Но там, где посажены лесные полосы, поля надёжно защищены от суховеев и чёрных бурь.
В последнее время человек безжалостно уничтожает леса для своих нужд. Леса же восстанавливаются очень медленно. Разрушаются естественные лесные экосистемы, что пагубно сказывается на природе всей планеты.
Вне сомнения, лес необходим человеку. В свою очередь, для сохранности леса нужен человек. Поэтому важнейшая задача лесного хозяйства - восстановление хвойных лесов.
Людям стало известно об антибиотиках. С 1943 г. они вошли в массовое производство и широкое медицинское применение. Однако наряду с пользой открылись многие неприятные факторы их отрицательного воздействия на организм (аллергические реакции, расстройство микрофлоры кишечника, снижение естественного иммунитета до минимального предела и другие).
Возникает вопрос: неужели в природе не существуют естественные антибиотики, такие, которые создаются самими живыми организмами и не оказывают такого мощного губительного действия наряду с лечебным эффектом? Оказывается, существуют. И сравнительно недавно они были открыты и названы фитонцидами.
Понятие
Данные группы веществ - летучие соединения различной химической природы, которые содержатся в растительных организмах. Если рассматривать сам термин, то он складывается из двух компонентов: phyton - "растения" и caedo - "убивать". Отсюда становится ясным биологический смысл данных соединений - они способны угнетать другие растения.
Однако после более тщательных исследований стало ясно, что уничтожают они не только их, но и микроорганизмы, бактерии, простейших, грибки, некоторые вирусы. Таким образом, фитонцид - это направленного действия, формирующийся в естественных условиях.
Химическая природа
Для определения химического строения данных веществ было проделано множество опытов. Однако известно на сегодняшний день все равно мало. Дело в том, что фитонцид - это целый комплекс соединений летучего характера. Так, например, сюда можно отнести содержащиеся в растениях:
- гликозиды;
- терпены;
- флавоноиды;
- фенольные соединения;
- катехины;
- антоцианы;
- фенолокислоты;
- составляющие эфирных масел.
По строению - это сложные органические составляющие целые комбинации друг с другом. Свойства фитонциды проявляют вполне определенные - угнетающее воздействие на живые организмы микроскопического строения, а также на некоторые виды растений.
История открытия и изучения
Впервые о таких соединениях, как фитонциды, заговорили только с 1928 г. благодаря работам Б. П. Топкина. Именно он первым провел несложные опыты с кашицей из мякоти лука, которые показали, насколько губительно она действует на инфузории, бактерии и грибки.
Хотя известно издревле, что существует ряд растений, относящихся к лекарственным, которые обладают противомикробным, бактерицидным и лечебным, общеукрепляющим действием. Эхинацея, маралий корень, лук, чеснок, черника, хвойные деревья и прочие - вот те растения, которые использовались для лечения простудных и других заболеваний со времен развития человеческой цивилизации. Конечно, никто не мог объяснить с научной точки зрения, чем объясняется этот хороший лечебный эффект.
Но с течением времени появилась техническая возможность выделить и изучить компоненты, которые ответственны за это. Вот они и были названы фитонцидами. Сам термин предложил их открыватель, Б. П. Топкин, в том же 1928 году. Позже рядом ученых были сделаны выводы о свойствах, которыми обладают эти вещества. Стало ясно, что фитонцид - это происхождения. В 1937 году Г. Молиш изучал явление аллелопатии (угнетающего влияния одних видов существ на другие путем химического воздействия естественными составляющими). По сути, его работы сводились к изучению того, какие проявляют свойства фитонциды.
Еще ряд ученых (Грюммер, Винтер, Гродзинский) экспериментально в лабораторных условиях рассматривали явление аллелопатии. Но результатом стали выводы о том, что в условиях искусственных и естественных действие намного разнится по эффективности. Стали говорить даже об отсутствии экологической значимости фитонцидов. Однако эти взгляды поддерживают далеко не все. Например, в Японии, Китае, России большое значение по сей день уделяется лечебным процедурам, основу которых составляют растения. Фитонциды помогают бороться с рядом заболеваний, причем воздействие должно осуществляться именно в естественных условиях травяные поля, сады и так далее).
Значение для животных и человека
На что в первую очередь влияют растения, фитонциды, если говорить об организмах человека и млекопитающих животных?
- Снижают количественное содержание микробов в воздухе до 250 раз на 1 м 3 . Поэтому прогулки в лесах, где растут подобные растения (хвойные, дубовые рощи, лиственные), улучшают состояние легких, нормализуют работу дыхательной системы. Они очень полезны для больных туберкулезом, другими заболеваниями в этой области. Хорошее бронхолитическое действие у липы, чабреца, березы.
- Именно дубовые рощи обладают способностью нормализовать повышенное кровяное давление, поэтому такое лечение показано гипертоникам.
- Многие травы, содержащие фитонциды и витамины, укрепляют иммунитет, действуют седативно, нормализуют сон и психическое состояние (мелисса, душица и другие).
- Гипотоникам для повышения давления рекомендуются вещества сирени и тополя.
- Многие фитонциды обладают сосудорасширяющим действием, благодаря чему избавляют от головных болей, спазмов (мята перечная).
- Данные соединения ионизируют воздух, осаждают молекулы пыли, очищают и обеззараживают окружающую среду. Соответственно, улучшают общую атмосферу для нормального развития живых существ.
- Ряд растений помогает в борьбе с простудными, инфекционными и вирусными заболеваниями (лук, чеснок, малина, черника, редька, горчица и другие).
Таким образом, значение фитонцидов для животных организмов и человека важно. С помощью них можно избавить себя от применения сильных антибиотиков, синтезируемых искусственно, не допустить формирования тех последствий, что они за собой влекут. Конечно, действие фитонцидов будет не таким быстрым, но зато более мягким, щадящим и эффективным.
Действие на растительные организмы
Многие исследования, в том числе опыт закоренелых огородников и садоводов, показали, что разные растения неодинаково способны сосуществовать рядом друг с другом. Так, например, действуют отрицательно друг на друга:
- виноград и капуста;
- бобовые и лук, шпинат, чеснок;
- горох и помидоры;
- капуста и картофель;
- пастернак, хрен, сельдерей и капуста;
- картофель и дыни;
- горох и гладиолусы.
Поэтому фитонциды и другие летучие соединения, вырабатываемые растениями, могут угнетать рост и развитие друг друга, а часто, напротив, помогать в этом. На таких сочетаниях основано успешное плодоводство и овощеводство.
Фитонциды чеснока
Главным компонентом химического состава фитонцидов такого растения, как чеснок, был назван аллицин. Именно это соединение придает резкий специфический запах. Его заслугам принадлежит губительное действие на разные виды бактерий, грибки.
Фитонциды чеснока использовались с самой древности в разных цивилизациях и странах. Этим растением защищались от болезней, оберегали дом от вампиров, лечили желудочно-кишечные заболевания. У некоторых народностей чеснок был даже символом.
Сегодня существуют спиртовые вытяжки этого растения, лекарственные препараты на его основе. Пагубное воздействие на кишечные палочки, многие виды микроскопических грибков, палочку Коха, бактерии холеры и тифа обусловило широкое использование чеснока.
Фитонциды лука
Наравне с чесноком лук используется для лечения многих заболеваний с самой древности. Помимо фитонцидов, в его состав входят:
- витамины;
- органические кислоты;
- минералы;
- эфирное масло.
Все компоненты в сочетании делают лук весьма ценным растением для применения в пищевых и медицинских целях. Также вытяжки и кашицы из него ускоряют процессы заживления и затягивания ран.
Фитонциды лука входят в состав эфирного масла, которое имеет резкий характерный запах, при попадании на слизистые оболочки глаз вызывают раздражение и слезоточивость. Они способны побеждать палочки: холерную, туберкулезную, дизентерийную, золотистого стафилококка.
В гармоничном сочетании фитонциды лука и чеснока способны бороться с простудными заболеваниями, очищать от микробов воздух в помещении и улучшать здоровье людей.
Эфирные масла - источник фитонцидов
Одними из основных веществ, содержащих разные фитонциды, являются именно эфирные масла. Они входят в состав многих (практически всех) растений, только в разном количестве. Есть представители флоры, которые очень богаты этими соединениями, а следовательно, и фитонцидами. Например, мята, мелисса, хвоя деревьев, томаты, лук и чеснок, горчица, хрен, черемуха, редька, смородина и другие. Есть и те, в которых минимально содержание эфирных масел и фитонцидов, - это огурцы, хурма, бананы. Также места локализации эфирных масел неодинаковы в растениях. У кого-то их больше в листьях, у других - в корнях или стебле.
Хвойные деревья и их польза
Фитонциды деревьев являются основным воздухоочистителем на улицах. Особенно в этом отношении полезны хвойные, так как смола и эфирные масла их содержат большое количество данных соединений. Сосны, ели, лиственницы, пихты, кедры - прогулки по лесам, где они произрастают, чрезвычайно положительно сказываются на работе сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной, нервной систем.
В Китае и Японии применяются методы лечения заболевших именно посредством влияния воздуха, содержащего фитонциды хвойных деревьев. Это дает свои положительные результаты.
Названия целебных растений
Перечисленные выделяющие фитонциды, - это далеко не весь список. Помимо названных, в их число входят:
- лаванда;
- зубровка;
- мирт;
- иланг-иланг;
- все цитрусовые;
- орхидные;
- кипарис;
- грецкий орех;
- тюльпаны;
- незабудки;
- календула;
- ромашка;
- череда;
- чистотел;
- ландыш и многие другие.
Использование экстрактов перечисленных и прочих растений - основа нетрадиционной и традиционной медицины.
Фитодизайн
Фитонцид - это источник свежести, чистоты и пользы воздуха. Поэтому существует такое направление в ландшафтном строительстве, как фитодизайн. Оно подразумевает насаждения такого количества фитонцидсодержащих растений, которое способно справиться с загрязнителями воздуха и поддерживать его в достойном состоянии. То есть фитодизайн - способ улучшить экологическое состояние окружающей среды, укрепить здоровье людей и предотвратить развитие массовых микробных заболеваний.