НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ БОТАНІЧНИЙ САД ім. М.М.ГРИШКА

ХАРИТОНОВА ІРИНА ПРОКОПІВНА

УДК 635.01:[58.084+712.4]

БІОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ТРОПІЧНИХ І СУБТРОПІЧНИХ РОСЛИН В УМОВАХ

ІНТЕР’ЄРІВ РІЗНОГО ТИПУ

03.00.05 – ботаніка

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

КИЇВ – 2005

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано у відділі тропічних та субтропічних рослин Національного ботанічного саду ім. М.М.Гришка Національної Академії Наук України

Науковий керівник:

доктор біологічних наук, провідний науковий співробітник

Заіменко Наталія Василівна, в.о. директора

Національного ботанічного саду ім. М.М.Гришка НАН України

Офіційні опоненти:

доктор біологічних наук, професор Зиман Світлана Миколаївна,

провідний науковий співробітник Інституту ботаніки ім. М.Г.Холодного НАН України

кандидат біологічних наук, Возіанова Неллі Георгієвна

старший науковий співробітник Ботанічного саду

Одеського Національного університету ім. І.І.Мечникова

Провідна установа: Київський національний університет імені Тараса Шевченка

(Ботанічний сад ім. акад. О.В.Фоміна) м. Київ

Захист відбудеться “_1__“ листопада_2005 р о 12 годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради К 26.215.01 в Національному ботанічному саду ім. М.М.Гришка НАН України за адресою: 01014, м. Київ, вул. Тімірязєвська,1

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного ботанічного саду ім. М.М.Гришка НАН України (01014, м. Київ, вул. Тімірязєвська,1).

Автореферат розіслано ”30” вересня 2005р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат біологічних наук Н.І. Джуренко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Науково–технічний прогрес суттєво впливає на життєдіяльність сучасної людини. В умовах антропогенного навантаження охорона довкілля стає все більш актуальною, оскільки розширення промислового виробництва та ускладнення функціонального простору людини суттєво погіршує умови її існування в природному середовищі. Серед рекреаційних систем провідна роль має належати біологічним. Рослини допомагають поліпшити умови існування людини в приміщеннях різного призначення, в тому числі і на промислових об’єктах, оскільки вони здатні поглинати токсичні речовини, знешкоджувати забруднювачі повітряного простору виробничих цехів, бути іонізаторами й виділяти фітонциди. Озеленення інтер’єрів – один з шляхів благоустрою та покрашення умов праці людини. Сучасні вимоги до фітодизайну включають як ретельний відбір переважно декоративних тропічних та субтропічних рослин, так і з’ясування їхньої спроможності тривалий час успішно існувати в умовах інтер’єрів, в більшості випадків близьких до екстремальних.

Комплексний підхід до проблеми фітодизайну дозволив нам класифікувати інтер’єри, скласти об’ємно-просторові характеристики рослин, дослідити особливості їх росту і розвитку в приміщеннях різних типів, проаналізувати антимікробну здатність окремих видів, відібрати декоративні рослини найбільш екологічно стійкі до стрес-факторів. Для вирішення питання психологічних та медико-біологічних засад існування людини в обмеженому просторі за допомогою рослин необхідно було вивчити біологічні особливості декоративних тропічних і субтропічних рослин, дослідити їх анатомічну та фізіологічну специфіку, встановити можливості підвищення їх адаптаційної спроможності в інтер’єрах.

Зв’язок роботи з науковими організаціями, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась у рамках бюджетних тем відділу тропічних та субтропічних рослин Національного ботанічного саду ім. М.М. Гришка НАН України “Особливості морфогенезу тропічних та субтропічних рослин в умовах інтродукції” (2.3.7.302), “Збереження біорізноманіття тропічних та субтропічних рослин ex situ та використання їх у фітодизайні” (098400780); проектів програми Міністерства освіти та науки України “Розробка основ раціонального використання тропічних та субтропічних рослин у фитодизайні” (02/04 06/031 - 92), “Збереження рослинних ресурсів України шляхом інтродукції рідкісних видів світової флори” (2/1427-97) та проекту фонду фундаментальних досліджень України “Моделювання та формування закритих біоекосистем” (06.04/00292).

Мета та задачі дослідження. Розгляд актуальних теоретичних і практичних питань, що стосуються дослідження біологічних особливостей декоративних тропічних і субтропічних рослин різних екотипів в умовах інтер’єрів, та визначення межі їх чутливості до факторів зовнішнього середовища визначили мету та спрямування дисертаційної роботи.

Для досягнення цієї мети були сформульовані наступні завдання:

- провести аналіз сучасних підходів до формування інтерєрів різного функціонального призначення;

- проаналізувати особливості росту і розвитку тропічних і субтропічних рослин в різних умовах вирощування;

- дослідити чутливість рослин різних екотипів до дії зовнішніх чинників й їх адаптаційного потенціалу з використанням функціонального стану фотосинтетичного апарату як інтегрального показника;

- вивчити фізіолого-біохімічні особливості декоративних рослин в умовах інтер’єрів різного типу;

- проаналізувати багаторівневі системи стійкості декоративних рослин в приміщеннях;

- розглянути фітонцидну здатність деяких декоративних рослин для санації повітряного простору приміщень;

Наукова новизна одержаних результатів. Проведено порівняльний аналіз біологічних особливостей близько 100 видів декоративних тропічних та субтропічних рослин в умовах оранжерей та інтерєрів. Розглянуто анатомічні особливості будови листків як діагностичні ознаки для з’ясування спроможності рослин існувати в стресових умовах інтер’єрів. Досліджено кількісні параметри фотосинтетичного апарату декоративних рослин в інтер’єрах і встановлено, що, як індикатор тіньовитривалості рослин, найбільш доцільно використовувати співвідношення вмісту цукрів і крохмалю в листках. Встановлено суттєві відмінності в хімічному складі рослин при їх утриманні в приміщеннях різного призначення.

Запропоновано використовувати фоліогенетичні параметри листків декоративних видів, як один із критеріїв оцінки їх адаптації в умовах службових та промислових інтер’єрів. Проаналізовано функціональний стан кореневих систем різних видів рослин в умовах оранжерей й інтер’єрів. Виявлено пряму залежність між анатомо-морфологічними показниками фотосинтетичного апарату та фітонцидною активністю рослин.

Практичне значення одержаних результатів. Результати дослідження поглиблюють сучасні уявлення щодо біологічних особливостей тропічних та субтропічних рослин при використанні їх для фітодизайну. Науково обгрунтовано технологію вирощування рослин в умовах інтер’єрів різного призначення для забезпечення сприятливих умов праці і відпочинку людини шляхом санації, іонізації й очищення повітря у приміщеннях. Отримані експериментальні дані мають бути використані для розробки практичних рекомендацій стосовно застосування декоративних рослин у фітодизайні, а також при підготовці курсу лекцій для еколого-біологічних класів середніх шкіл, лекцій з експериментальної ботаніки у вищих освітніх закладах, а також можуть бути включені до підручника з експериментальної ботаніки. Матеріали досліджень знайдуть практичне втілення при формуванні композицій з декоративних рослин для приміщень різного призначення.

Особистий внесок здобувача. Основні результати досліджень, що представлені у дисертації, отримані автором самостійно у відділі тропічних та субтропічних рослин Національного ботанічного саду ім. М.М. Гришка НАНУ. Автором було проаналізовано результати роботи та сформульовано висновки.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, основні положення і висновки доповідались на Х зїзді Українського ботанічного товариства “Проблеми ботаніки і мікології на протязі третього тисячоліття” (Полтава,1997), міжнародних наукових конференціях: “Вивчення онтогенезу рослин природних та культурних флор у ботанічних закладах Євразії (Умань, 1998), “Проблемы дендрологии, цветоводства, плодоводства” (Ялта, 1998), “Охорона та культивування Орхідей” (Київ, 1999), “Сучасні проблеми інтродукції рослин та збереження біорізноманіття екосистем” (Чернівці, 2002), “Роль ботанічних садів у зеленому будівництві міст курортних та рекреаційних зон” (Одеса, 2002), “Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений” (Улъяновск, 2002).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 14 праць (10 у фахових наукових виданнях).

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота викладена на 190 сторінках машинопису й складається зі вступу, 6 розділів, узагальнення, висновків, списку цитованої літератури (311 джерел, з яких 53 латиницею) та додатку. Робота містить 26 таблиць, 15 рисунків.

ОСНОВНИЙ ЗміСТ РОБОТИ

Огляд літературних джерел свідчить про наявність великої кількості даних з питань формування штучних біоценозів у різних умовах зовнішнього середовища та значної інформації про стан рослин в інтер’єрах різного функціонального призначення. Проте аналіз існуючих підходів до дослідження закритих екосистем показав, що жоден з них не є придатним для узагальнення результатів експериментальних матеріалів з ботаніки, фізіології рослин, ґрунтознавства та агрохімії і не може бути використаний для встановлення функціонального стану рослин в штучному середовищі інтер’єру. Необхідно зауважити, що найбільші труднощі виникають при з’ясуванні впливу мікроклімату приміщень на ріст і розвиток рослин тропічних та субтропічних рослин, дослідженні розподілу в них асимілятів й вивченні їхньої чутливості на дію стрес-факторів. Тому великого значення набувають роботи, пов’язані з аналізом складових штучних екосистем, а саме: замінників грунту, системи мінерального живлення, рослин як елементів зворотнього зв’язку та параметрів зовнішнього середовища.

ОБ’ЄКТИ, УМОВИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Експериментальна робота виконувалась у відділі тропічних і субтропічних рослин Національного ботанічного саду ім. М.М. Гришка НАН України. Були проведені лабораторні і вегетаційні експерименти. Дослідження здійснювались з використанням комп'ютерних систем для отримання, обробки, накопичення інформації.

Досліджувалось близько 100 видів декоративних рослин із 13 родин. Вибір об'єктів досліджень обумовлений належністю рослин до різних екотипів. Серед видів, що вивчали, є епіфіти (2% від загальної кількості) і наземні рослини (Рис.1).

Рис. 1. Родинний спектр декоративних рослин, які були залучені до експерименту.

1.Agavaceae Endl. 2.Amaryllidaceae St.-Hil. 3.Araceae Juss. 4.Araliaceae Juss. 5.Commelinaceae R.Br., 6.Euphorbiaceae Juss. 7. Antericaceae Juss. 8.Malvaceae Juss. 9.Moraceae Link. 10.Orchidaceae Juss. 11.Piperaceae C.Agardh 12.Theaceae D.Don. 13.Vitaceae Juss.

Рослини вирощували в умовах пасивних (оранжереї) і активних (з-д “Трактородеталь” ім. Лепсе; Інформаційний центр Чорнобильської АЕС, ресторан “Студіо”) експериментів при температурному режимі в межах 22-280С і відносній вологості повітря 65-90%. Вологість ґрунтових субстратів і замінників ґрунту підтримували на рівні 30-75% від повної вологоємкості.

Освітлення природне. Світловий режим в оранжереях з листопада по сі-чень становив - 1,6 клк, у лютому–квітні – 2,2-4,0, у травні–серпні – 7,4-7,6, у вересні–жовтні – 5,0-2,7 клк. З квітня по жовтень проводили притінення оранжерей на 40-50%.

Фенологічні спостереження здійснювали за “Методикою фенологічних спостережень у ботанічних садах СРСР” (1975) з урахуванням біологічних ритмів дослідних рослин. При розробці біотехнології рослин використовували методики Т.М. Черевченко, С.М.Приходько, Т.К. Майко (1988). Визначення біологічних ритмів досліджуваних видів в умовах оранжерей проводили за методикою Р.В. Явко (1983). При визначенні фоліогенетичних параметрів листків декоративних рослин в контрольних умовах оранжерей та в інтер’єрах різного функціонального призначення використовували методику Ю. Тамма і В. Росса (1980).

Для анатомічних досліджень застосовували методи світлової мікроскопії. При аналізі епідермальної поверхні використовували мікроскоп МББ-1А, зразки площею 1x2 мм брали з серединних зрізів листка, площею на 1 мм від краю листкової пластинки (Василевская, Бутник, 1981; Захаревич, 1985).

Фітонцидну активність видів вивчали за допомогою найбільш розповсюджених тест-культур (Staphylococcus aureus Roseubach, Staphylococcus saprophyticus Mandelbaum, Staphylococcus epidermidis Borgly, Streptococcus pyogenes Migula, Micrococcus luteus (Schroter) Cohn, Klebsiella Trevican, Pseudomonas aeroginosa (Schroter) Migula, Bacillus coli Migula) за методикою А.С. Лабінської (1978).

Для встановлення фізико-хімічних властивостей субстратів використовували традиційні для ґрунтознавства методи (Кауричев 1975, 1980; Зирін, 1980). Вміст біогенних елементів у рослинах і субстратах досліджували за методикою Г.Я. Рінькіса, В.Ф. Ноллендорфа (1982) з використанням атомно-абсорбційного газоаналізатора “Selmi”.

Вміст фотосинтетичних пігментів (хлорофіли й каротиноїди) визначали спектрофото-метрично (Починок, 1976). Активність окислювально-відновних ферментів (аскорбіноксидаза, пероксидаза, поліфенолоксидаза, цитохромоксидаза) визначали спектрофотометрично (Гавриленко, Ладыгина, Хандобина, 1975), каталази – за Х.М. Починком (1976). Вміст і склад амінокислот визначали за допомогою амінокислотного аналізатора фірми Hitachi (Овчинников, 1974). Газообмін із верхньої і нижньої поверхні листкової пластинки у дослідних видів досліджували на газоаналізаторі “Екоплант-10” (Клузман, 1981).

Концентрацію нуклеїнових кислот в тканинах рослин визначали методом Шмідта–Таннгаузера за допомогою спектрофотометра СФ-26 (Дэвитсон, 1976). Вміст ДНК і РНК в коренях і листках рослин встановлювали також і модифікованим методом з використанням фенолу і хлориду літія (Raha, 1990).

Статистичну обробку експериментальних даних проводили згідно з методикою Г.Н. Зайцева (1984) за сучасними програмами. У роботі представлені дані, наведена ймовірність відмін попарно зв’язаних величин, які розраховували за допомогою коефіцієнтів Р.А. Фішера (1958).

ДОСЛІДЖЕННЯ МОРФО-АНАТОМІЧНОЇ БУДОВИ ЛИСТКІВ ТА ФОТОСИНТЕТИЧНОГО АПАРАТУ ДЕКОРАТИВНИХ РОСЛИН В УМОВАХ ІНТЕР’ЄРІВ РІЗНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ

Аналіз морфо-анатомічної структури листків. Стан інтродукованих видів характеризується багатьма показниками. Найважливішими з них на нашу думку, є декоративність рослин, швидкість росту, стійкість до шкідників і хвороб. За допомогою порівняльного аналізу стану рослин в умовах оранжерей і різних інтер’єрів можливо виявити відхилення у їхньому розвитку і відповідно оптимізувати технологію вирощування. Так, аналіз морфологічної мінливісті пагону рослин після їх вирощування в інтер’єрах різного типу свідчить про наявність суттєвих морфозмін, зокрема, у ліан спостерігалось видовження міжвузль у 2-3 рази та зменшення площі листкової пластинки у 3-5 разів, а у наземних трав’янистих та деревних видів – відповідне зменшення площі листків у 2 рази порівняно з оранжерейними рослинами (Рис.1-4). При цьому у гарноквітучих рослин зміни в розмірі квіток та в продуктивності цвітіння були не значними.

Рис.2. Річний приріст пагонів: 1 - Aglaonema modestum Schott; 2 - Dieffenbachia maculata G.Don.; 3 - Philodendron brasiliensis Endl; 4- Syngonium podophyllum Schott; 5 - Hymenocallis littoralis Salisb.; 6 – Codiaeum variegatum Juss; 7 - Hibiscus rosa-sinensis L.; 8 - Sansevieria trifasciata Hook.

Рис. 3. Кількість листків сформованих протягом року: 1 - Aglaonema modestum Schott;

2 - Dieffenbachia maculata G.Don.; 3 - Philodendron brasiliensis Endl; 4- Syngonium podophyllum Schott; 5 - Hymenocallis littoralis Salisb.; 6 – Codiaeum variegatum Juss; 7 - Hibiscus rosa-sinensis L.;

8 - Sansevieria trifasciata Hook.

Нами доведено, що розмір клітин мезофілу, вміст хлоропластів у клітинах таособливості їх внутрішньої структури, особливості розташування продихів, вміст фотосинтетичних пігментів є діагностичними ознаками адаптаційної спроможності пристосування рослин до мікроклімату приміщень. Встановлено, що для представників роду Sansevieria Thunb. характерні великі клітини мезофілу, незначна кількість хлоропластів та їх дифузне розташування у клітинах, амфістоматичні продихи, низький вміст в листках каротиноїдів. Це свідчить про високу тіньовитривалість видів цього роду, низький сольовий статус і ефективне використання рослинами води. У представників роду Aglaonema Schott. з’ясовано, що всім досліджуваним видам притаманний середній рівень продуктивності росту і середня тіньовитривалість, низька ефективність використання води та середній сольовий статус. Аналіз анатомічної будови листків показав велику кількість малих за розміром клітин мезофілу та високий вміст в клітинах хлоропластів. Близькі анатомічні особливості листків виявлено також у представників роду Ficus L. та різних сортів Codiaeum Juss. Для видів роду Haemanthus L. характерні дифузне розміщення хлоропластів, їх низький вміст в клітинах, крупні клітини мезофілу й низький вміст каротиноїдів, що відображає високі тіньовитривалість та індекс використання води, а також низький сольовий статус.

Рис. 1 А-Е Морфологічні зміни листків рослин, що зростали в різних умовах.

1-оранжерея, 2-службовий інтер`єр, 3-промисловий інтер`єр.

А - Aglaonema modestum; Б - Dieffenbachia maculata; В - Philodendron brasiliensis;

Г- Syngonium podophyllum; Д - Hibiscus rosa-sinensis; Е – Codiaeum variegatum.

Порівняльний аналіз анатомічної будови листків тропічних рослин при вирощуванні в умовах службового і промислового інтер’єрів свідчить про суттєві відмінності фотосинтетичного апарату (табл.1).

Таблиця 1

Кількісні показники фотосинтетичного апарату деяких видів тропічних рослин в умовах службового і промислового інтер’єрів

Види | Умови

вирощування, типи інтер’єрів | Продихи | Клітини | Хлоропласти

Кількість

х 20 | Кількість

х 60 | Розмір,

мм | Кількість

Х 60 | Розмір,

мм

Епідерміс

верхній епідерміс | нижній епідерміс

Aglaonema modestum | Оранжерея

службовий

промисловий | -

-

- | 5,00,27

5,80,20

5,40,40 | 16,00,20

12,80,38

13,00,42 | 0,06

0,04

0,05 | 33,80,43

12,20,19

16,20,20 | 0,0100

0,0042

0,0100

Hibiscus

rosa-sinensis | Оранжерея

службовий

промисловий | -

-

- | 46,80,67

19,80,23

34,00,35 | 21,20,23

14,80,18

18,50,57 | 0,06

0,05

0,05 | 14,00,17

17,80,26

16,00,13 | 0,0100

0,0042

0,0046

Зокрема, для досліджуваних видів за умов низької освітленості службового інтер’єру характерна менша кількість хлоропластів на одиницю площі листка, більший вміст фотосинтетичних пігментів, наявність чисельних міжклітинників мезофілу та тонких стінок епідермальних клітин.

За допомогою отриманих результатів ми розробили класифікацію інтродуцентів за реакцією на рівень освітлення в інтер’єрах і виділили групи фотолабільних (18,3%), тіньовитривалих (58,2%) та світлолюбивих (23,5%) декоративних рослин.

Наші дослідження показали, що для найбільш стійких до зовнішніх чинників видів, а саме Dieffenbachia maculata G. Don., Sansevieria trifasciata Hook., Aglaonema modestum Schott., Clivia miniata Regel, Philodendron brasiliensis Endl., властива відносно висока стабільність чисельності продихів.

Особливості функціонального стану фотосинтетичного апарату тропічних і субтропічних рослин, перспективних для фітодизайну. Показано, що у адаптованих рослин амплітуда коливань світлової кривої фотосинтезу відповідає рівню освітлення в інтер’єрах. Так, для видів, що здатні задовільно розвиватись в широкому діапазоні освітлення, характерна наявність розтягнутої амплітуди коливань на світлових кривих фотосинтезу, і навпаки, наявність більш різкої амплітуди кривих свідчить про асиміляцію рослинами вуглекислого газу у дуже вузькому діапазоні світлових умов, притаманному для затінених місць зростання. освітлення. Види зі строкатими листками, за результатами дослідження фотосинтетичного апарату, відносяться до справжніх світлолюбів. Зокрема, періодичні зміни інтенсивності світла в межах 120 хвилин не мали суттєвого впливу на продуктивність фотосинтезу цих рослин. Більш суттєві відмінності встановлені при аналізі поверхневих біоелектричних потенціалів строкатих листків, хоча при цьому відбувалась досить швидка адаптація рослин до умов освітлення.

Значна різниця спостерігалась також у кількісному і якісному складі фотосинтетичних пігментів. Так, за умов високої інтенсивності освітлення ( 7,2-7,6 клк) у досліджуваних видів вміст хлорофілу а в листках значно переважав вміст хлорофілу b, а при затіненні (2,2-4,0 клк), особливо в умовах службового інтер’єру, навпаки, рівень хлорофілу b зменшувався. Каротиноїди виявилися більш стабільними до умов освітлення в приміщеннях. Встановлено, що співвідношення цукрів і крохмалю в тканинах можуть розглядатись як діагностичний критерій тіньовитривалості рослин.

Вміст пігментів у листках є тестом не лише на світловий режим, але й на умови водозабезпечення рослин. Найвищу фотосинтетичну активність пігментного комплексу виявлено на фоні зволоження субстрату в межах 55-65% від повної вологоємкості (ПВ). За незначної посухи (45-50% ПВ) відбувалось підвищення інтенсивності дихання листків й активізувалась діяльність термінальних оксидаз. Певні зміни спостерігались і у кількісних анатомічних показниках листків. Так, за умов дефіциту вологи (25-30% ПВ) виявлено збільшення кількості клітин верхнього епідермісу, зменшення висоти та збільшення діаметру клітин верхнього епідермісу. Для клітин нижнього епідермісу характерна протилежна залежність.

ФІЗІОЛОГО-БІОХІМІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ДЕКОРАТИВНИХ РОСЛИН В УМОВАХ ІНТЕР’ЄРІВ РІЗНОГО ТИПУ

Порівняльний біохімічний аналіз рослин різного екотипу. Для з’ясування можливості біологічного регулювання розвитку тропічних і субтропічних рослин в умовах інтер’єрів проводився їх порівняльний біохімічний аналіз.

В процесі виконання робіт було встановлено, що особливості розподілу нуклеїнових кислот, зокрема співвідношення РНК/ДНК в органах рослин, та кількість вільного гістидину в листках можливо розглядати як діагностичну ознаку для визначення їх екотипу.

Дослідження розподілу асимілятів у листках рослин з родини Araceae Juss показало, що тканини наземного виду Aglaonema nitidum відрізнялись значно більшим вмістом азоту, фосфору, магнію, заліза і марганцю та в1,1-2,8 рази вищим рівнем кількості вільних амінокислот. Для епіфіту Anthurium bakeri характерний високий вміст міді і цинку, а для ліани Philodendron bipinnatifidum – калію і кальцію. При цьому необхідно зазначити, що для наземних видів притаманна дуже висока ферментативна активність, а ліанам – фотосинтетична активність.

Вплив мікроклімату приміщень на розподіл асимілятів в органах рослин. Мікроклімат приміщень певним чином впливав на розподіл асимілятів в рослинах. Зокрема, рослини, які утримувались у службовому інтер’єрі, характеризувались накопиченням в тканинах калію, зменшенням вмісту кальцію, фосфору і азоту та несуттєвим підвищенням вмісту магнію і цинку. В умовах промислового інтер’єру, навпаки, спостерігалось різке зменшення вмісту в рослинах калію, магнію, фосфору і заліза та підвищення вмісту кальцію. Щодо якісного і кількісного складу вільних амінокислот в тканинах досліджуваних видів, то незалежно від умов утримання рослин виявлено зменшення вмісту глутамінової кислоти в листках і збільшення в них кількості проліну та аргініну. Таким чином, за отриманими нами результатами можливе удосконалення технології культивування рослин певних екотипів в інтер’єрах різного функціонального призначення шляхом оптимізації умов вирощування, зокрема, впровадження раціональної системи мінерального живлення.

Аналіз СТІЙКОСТІ ДЕКОРАТИВНИХ РОСЛИН В ІНТЕР’ЄРАХ

Дослідження морфогенетичної адаптації рослин. Аналіз анатомо-морфологічних і фізіолого-біохімічних особливостей у перспективних для фітодизайну рослин тропічних і субтропічних видів свідчить про наявність різноманітних адаптивних реакцій, які залежать від умов вирощування. Застосування багатофункціональних підходів до вивчення процесів взаємодії рослин і зовнішнього середовища дозволило достовірно довести, що найбільш інформаційними показниками є фізіологічний і структурний стан листових пластинок. Комплексна оцінка фоліогенетичних параметрів листків досліджуваних рослин свідчить про те, що декоративні види, які культивувались в умовах службового інтер’єру, характеризувались значно вищою адаптаційною спроможністю порівняно з рослинами промислового інтер’єру. Так, довжина листових пластинок більшості рослин в умовах службового інтер‘єру була в середньому на 83,7 – 95,2% більша порівняно з рослинами, які вирощувались у виробничих приміщеннях. Аналогічні результати були отримані відносно показників ширини і товщини листових пластинок. Порівняльний аналіз процесів росту й розвитку рослин з різних таксонів і з різних місць природного зростання, свідчать про доцільність застосування фоліогенетичних параметрів листків на видовому рівні як найбільш диференційованого показника при визначенні адаптаційної здатності рослинних організмів до умов мікроклімату приміщень.

Функціональні особливості кореневої системи досліджуваних видів рослин при різних умовах зовнішнього середовища. Розвиток кореневої системи безпосередньо пов’язаний із рівнем забезпечення рослин елементами мінерального живлення. Була проведена серія експериментів по вивченню дії біогенних елементів на розвиток рослин в приміщеннях та проаналізовано їх вплив на співвідношення біомаси коренів до біомаси наземної частини. Показано, що співвідношення корінь : пагін значно вище при нестачі азоту. За цих умов збільшувалась довжина коренів, але їх об’єм залишався без змін, а адсорбційна поверхня зменшувалась. При більш значному дефіциті азоту (30-50 мг/ л субстрату) спостерігалась наступна залежність: спочатку зменшувалась вага коренів, потім їх кількість і адсорбційна поверхня, а згодом припинявся ріст кореневої системи (табл.2).

Таблиця 2

Показники розвитку кореневої системи декоративних рослин при

різних доз азоту*

Види рослин,

умови

вирощування | Доза азоту,

мг/л субстрату | Вага, г | Об’єм коренів,

cм3 | Адсорбційна поверхня,

дм2

надземної частини | коренів

Aglaonema modestum

Оранжерея | 150-180 | 789,5±0,23 | 412,4±0,34 | 673,8±0,16 | 13,9±0,27 | Службовий інтер’єр | 150-180 | 709,3±0,21 | 371,5±0,52 | 521,9±0,20 | 12,7±0,47

Промисловий інтер’єр | 150-180 | 667,8±0,26 | 305,9±0,61 | 489,3±0,41 | 12,1±0,36 | Оранжерея | 100-120 | 696,2±0,40 | 489,7±0,62 | 664,7±0,42 | 13,0±0,23 | Службовий інтер’єр | 100-120 | 615,4±0,38 | 427,2±0,34 | 518,4±0,43 | 12,1±0,35 | Промисловий інтер’єр | 100-120 | 603,7±0,36 | 356,1±0,58 | 490,9±0,24 | 11,6±0,14 | Оранжерея | 30-50 | 611,9±0,51 | 352,3±0,52 | 619,2±0,15 | 12,5±0,46 | Службовий інтер’єр | 30-50 | 563,6±0,46 | 309,4±0,48 | 477,5±0,20 | 11,7±0,43

Промисловий інтер’єр | 30-50 | 527,8±0,42 | 287, ±0,34 | 424,6±0,24 | 11,2±0,20

Hibiscus rosa-sinensis

Оранжерея | 150-180 | 351,8±0,42 | 147,3±0,40 | 279,1±0,34 | 7,9±0,61 | Службовий інтер’єр | 150-180 | 326,3±0,40 | 130,7±0,35 | 255,6±0,23 | 7,5±0,36 | Промисловий інтер'єр | 150-180 | 303,6±0,36 | 121,4±0,30 | 241,9±0,41 | 7,4±0,34 | Оранжерея | 100-120 | 321,9±0,30 | 192,7±0,26 | 280,5±0,43 | 7,7±0,49 | Службовий інтер’єр | 100-120 | 309,4±0,28 | 156,3±0,18 | 253,2±0,54 | 7,3±0,31

Промисловий інтер'єр | 100-120 | 282,7±0,34 | 142,9±0,20 | 239,1±0,36 | 7,2±0,29 | Оранжерея | 30-50 | 287,2±0,42 | 126,9±0,22 | 251,3±0,43 | 7,5±0,42 | Службовий інтер’єр | 30-50 | 269,5±0,41 | 107,5±0,21 | 228,4±0,24 | 7,1±0,48

Промисловий інтер'єр | 30-50 | 241,9±0,34 | 97,3±0,40 | 211,9±0,20 | 7,0±0,26

* В дослідах як субстрат використовувались волокнисті грунтозамінники на основі суміші поліакрилонітрильного і базальтового волокон, джерелом азоту була сечовина.

Фізіологічний стан кореневої системи при низькій забезпеченості азотом проілюстрований збільшенням вмісту води у тканинах коренів і високим співвідношенням К:Са. Так, у варіанті досліду з мінімальною дозою азоту вміст води у тканинах коренів для всіх досліджуваних видів був в середньому на 21-37% вищим порівняно з вмістом води у рослинах при оптимальному рівні забезпеченості азотом. При цьому спостерігалось збільшення вмісту К в тканинах рослин в середньому у 1,9 – 2,5 рази.

Певні зміни відбувались також при внесенні калійних та фосфорних добрив. Зокрема, на фоні калійних добрив виявлено суттєве збільшення маси надземної частини рослин, а при використанні фосфорних добрив, навпаки, маси коренів.

Крім того, виявлено пряму залежність між листопадом та зменшенням об’єму тонких коренів. Дана закономірність спостерігалась у декоративних рослин в інтер’єрах в період з листопада по лютий за умов нестабільних температур повітря і низького рівня освітлення в приміщеннях. Нами доведено, що стан розвитку тонких коренів (а саме: вага, довжина, чисельність коренів та їх розміри) доцільно використовувати як індикатори для оптимізації умов вирощування інтродукованих рослин в інтер’єрах різного функціонального призначення.

Певні зміни в розміщенні та розмірах кореневої системи пов’язані з агрофізичними показниками ґрунтових субстратів. Нашими експериментами було доведено, що погіршення розвитку кореневої системи у всіх досліджуваних видів спостерігалось за умов підвищення щільності субстрату від 1,0 до 1,6 мг/cм3, а при його значеннях 1,9 мг/cм3 ріст коренів майже повністю припинявся. При цьому різко погіршувалась адсорбція коренями сполук фосфору, калію і кальцію.

Розміщення коренів та їх адсорбційна здатність відіграють важливу роль у пристосуванні рослин до стресів, викликаних нестачею вологи або поживних речовин. У багатьох видів адаптація до низької вологості субстрату пов’язана із збільшенням розмірів скелетних коренів. Такі показники як глибина проникнення коренів, діаметр, співвідношення ваги та їх кількості дозволили визначити рівень адаптаційного пристосування рослин до водного стресу і скорегувати адсорбційну здатність кореневої системи щодо певних елементів мінерального живлення. Наші дослідження показали, що для створення оптимальних умов вирощування декоративних рослин в різних інтер’єрах, першочергове значення має склад ґрунтового субстрату. При його приготуванні необхідно враховувати фізичні властивості всіх компонентів для того, щоб забезпечити достатню аерацію кореневої зони, стійку структуру субстрату та високу буферну здатність. В своїй роботі ми дослідили значну кількість природних і синтетичних матеріалів в якості ґрунтових субстратів. Найбільш придатними для культивування декоративних рослин в умовах інтер’єрів виявилися продукти з верхового торфу, листяний опад різних деревних порід, наповнювачі синтетичного походження, зокрема, полістирол. Завдяки підбору компонентів для приготування суміші були отримані оптимальні й порівняно дешеві субстрати, хоча і з низькою структурною стійкістю. З’ясовано, що для наземних видів найбільш прийнятний субстрат, що складається з верхового торфу, опаду сосни, піску, дернового грунту й перегною, для епіфітів – суміш з верхового торфу, подрібненої кори сосни, піску, сфагнового моху, а для ліан оптимальним виявився субстрат з верхового торфу, опаду різних деревних порід, піску, дернового грунту й перегною.

Не менш важливим показником, що впливає на розвиток кореневої системи, є температура субстрату. Встановлено, що при температурі грунтосуміші в межах +5-70С ріст коренів майже припиняється. Ростові процеси активізуються лише за умов підвищення температури ґрунту і досягають максимальних значень при +23-250С. При подальшому підвищенні температури ріст коренів різко зменшується. Отже, спеціалісти при вирощуванні рослин в умовах інтер’єрів можуть моделювати грунтосуміші з різних матеріалів, але з врахуванням біологічних особливостей рослин, фізико-хімічних властивостей субстрату, зокрема його дисперсності й кислотності, а також ступеню деструкції органічних матеріалів.

ВИКОРИСТАННЯ декоративних рослин для покращення повітряного середовища приміщень

Для дослідження здатності рослин пригнічувати розвиток патогенних мікроорганізмів в якості модельних об’єктів було відібрано шість видів з родини Araceae та шість - з родини Moraceae, які суттєво розрізнялись за структурою і забарвленням листків (табл.3).

Таблиця 3

Фітонцидна активність видів родини Araceae,

( пригнічення розвитку патогенних мікроорганізмів,%)

Види | Staphylococcus | Streptococсus

pyoge-nes | Micro-coccus luteus | Klebsiella | Pseudo-

monas

aerogi-nosa | Bacillus

coli

аureus | sapro-hyticus | epider-midis

Aglaonema

Commutatum | 52,3 | 7,3 | 11,8 | 5,4 | 13,2 | 43,3 | 0 | 29,3

Anthurium andreanum | 73,1 | 21,4 | 37,4 | 3,7 | 0 | 22,2 | 0 | 27,7

Dieffenbachia

Maculata | 48,3 | 2,8 | 7,3 | 0 | 17,3 | 43,1 | 0 | 34,1

Philodendron bipinnatifidum | 62,1 | 76,1 | 15,7 | 88,2 | 58,4 | 69,7 | 33,7 | 48,7

Epipremnum pinnatum | 66,5 | 70,6 | 18,9 | 69,3 | 16,7 | 55,6 | 24,9 | 67,0

Spathiphyllum

Blandum | 77,2 | 62,8 | 49,3 | 78,4 | 44,8 | 43,4 | 45,2 | 37,3

HCP0,05 | 2,48 | 1,13 | 1,76 | 2,11 | 1,43 | 3,05 | 2,37 | 4,28

За нашими даними всі досліджувані рослини характеризувались високою фітонцидною здатністю по відношенню до найбільш небезпечних для людини патогенів. Зокрема, нами вперше встановлено, що всі експериментальні рослини мали достатньо високу фітоцидну здатність по відношенню до Staphylococcus aureus та Streptoccocus pyogenes, які є найбільш патогенними мікроорганізмами. Дещо меншу чутливість досліджувані рослини проявили до Klebsiella, Pseudomonas aeroginosa й Bacillus coli. Необхідно зазначити, що найвища фітонцидна активність притаманна Philodendron bipinnatifidum, Epipremnum pinnatum, Spathiphyllum blandum, Ficus pumila, і ми пропонуємо широке впровадження цих видів при озелененні інтер’єрів різного функціонального призначення.

ВИСНОВКИ

1. З досліджених близько 100 видів тропічних і субтропічних рослин різних визначено видовий склад стійких до стрес-факторів в умовах промислового і службового інтер’єрів.

2. Встановлено морфологічні зміни листка, як основного показника адаптації рослин до умов вирощування. Виявлено пригнічення ростових процесів у декоративних рослин в умовах промислового інтер’єру.

3. Показано, що розміри клітин мезофілу, вміст хлоропластів та їх розміщення в клітині, вміст фотосинтетичних пігментів та розташування продихів є діагностичними ознаками для оцінки адаптаційної пристосованості рослин в умовах інтер’єрів

4. Показано, що рослини родів Sansevieria Thunb. та Haemanthus L. мають низький сольовий статус і характеризуються ефективним використанням води, є відображенням високої тіньовитривалості, а представники родів Aglaonema Schott, Ficus L. та Codiaeum Juss. мають середній сольовий статус й низьку ефективність використання води, що дає підставу віднести їх до рослин з середньою тіньовитривалістю.

5. Запрпоновано класифікацію рослин за реакцією на рівень освітленості в інтер’єрах. Дослідний видовий склад можна віднести до фотолабільних (58,2% від загальної кількості досліджуваних рослин), тіньовитривалих (18,3%) або світлолюбів (23,5%).

6. З’ясовано, що вміст та співвідношення цукрів і крохмалю в тканинах є критерієм тіньовитривалості рослин.

7. Встановлено, що тканини наземних рослин характеризуються високим вмістом елементів, зокрема: азоту, фосфору, магнію, заліза, марганцю, вільних амінокислот. Для епіфітів притаманний високий рівень міді і цинку, для ліан – кальцію і калію та висока фотосинтетична активність.

8. Встановлено, що стимуляція розвитку кореневої системи рослин відбувається за умов використання аміачних форм азоту і фосфору.

9. Встановлено, що кількісні показники глибини проникнення коренів, діаметр головного кореня, співвідношення ваги і кількості коренів визначають адаптаційну спроможність рослин до водних стресів і поглинання елементів мінерального живлення.

10. Виявлено, що найбільш придатними субстратами для вирощування рослин в інтер’єрах є верховий торф, листяний опад різних деревних порід, полістерол при урахуванні дисперсності і кислотності субстрату, а також ступеня деструкції матеріалів органічної природи.

11. Встановлено, що найбільш перспективними для санації повітряного простору приміщень різного функціонального призначення є рослини з родин Araceae та Moraceae.

СПИСОК РОБІТ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Черевченко Т.М., Харитонова І.П., Заіменко Н.В. Аналіз фітонцидної активності тропічних і субтропічних рослин. // Зб. наук. праць Запорізького держ. ун-ту: Питання біоіндикації та екології. - 1998. – Вип.3. – С.65 – 71.

2. Харитонова І.П. Колекція тропічних рослин Центрального ботанічного саду ім. М.М. Гришка НАН України, як джерело перспективних видів для фітодизайну // Вісник Київ. ун-ту ім. Т.Шевченко: Інтродукція і збереження рослинного різноманіття. – К.: Видавничий Центр “Київський університет”, 1999. – Вип. 2. – С. 56-57.

3. Заіменко Н.В., Черевченко Т.М., Харитонова І.П. Вплив бензолу на активність окислювально-відновних ферментів і вміст деяких асимілянтів у листках декоративних рослин // Физиология и биохимия культурных растений. – 1999. – Т.31, № 5. – С. 345-350.

4. Заименко Н.В., Харитонова И.П. Физиолого- биохимические особенности эпифитных и наземных видов орхидных с различным типом углеродного метаболизма // Інтродукція рослин. -К.: Наук. думка. - 1999. - №2. - С.93-95.

5. Харитонова І.П., Ярославська Ж.М. Вплив токсичних органічних сполук на фізіолого-біохімічні процеси та анатомічну будову листків видів хлорофітум // Інтродукція рослин. - К: Наук. думка. - 1999. - № 3-4. - С.108-112.

6. Харитонова И.П. Анализ фитонцидной активности видов рода Ficus L. // Інтродукція рослин. - К: Наук. думка. - 2000. - № 1. - С.99-101.

7. Харитонова И.П., Заименко Н.В., Денисьевская Н.А. Фитонцидная активность ароидных // Інтродукція рослин. - К: Наук. думка. - 2000. - № 3-4. - С.150-155.

8. Харитонова И.П., Ярославська Ж.Н. Перспективы использования тропических и субтропических растений коллекции НБС НАН Украины в озеленении интерьеров // Вісник Одеського Нац. ун.-ту ім. І.І.Мечникова. – 2002. – Ч. 2. – С.168-170.

9. Харитонова І.П. Дослідження питань фітодизайну в НБС ім. М.М. Гришка НАН України // Інтродукція рослин. – К: Наук. думка. - 2004.- № 1.- С.52-56.

10. Харитонова І.П., Ярославська Ж.М., Кучинська О.В. Особливості анатомічної будови листової пластинки у представників роду Peperomia Ruiz et Pav. в умовах інтродукції // Інтродукція рослин. – К: Наук. думка. – 2004. - № 2. - С. 25-29.

Харитонова І.П. Біологічні особливості тропічних і субтропічних рослин в умовах інтер’єрів різного типу. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук по спеціальності 03.00.05 – ботаніка – Національний ботанічний сад ім. М.М.Гришка НАН України, Київ, 2005

У дисертаційній роботі наведено результати комплексного аналізу біологічних особливостей близько 100 видів декоративних тропічних і субтропічних рослин різних життєвих форм, перспективних для фітодизайну. Розглянуто анатомічні особливості листків, як діагностичні ознаки для з’ясування закономірностей взаємозв’язку форми і функції рослин різних екотипів при їх використанні в різних умовах. Проведено порівняльний анатомічний аналіз досліджуваних видів тропічних і субтропічних рослин, за результатами якого встановлено видовий склад декоративних рослин для озеленення інтерєрів. Доведено, що як індикатор тіньовитривалості рослин найбільш доцільно використовувати співвідношення вмісту цукрів і крохмалю в листках. Показано суттєві відмінності в хімічному складі рослин при утриманні їх в приміщеннях різних типів. Розподіл нуклеїнових кислот в органах рослин та кількісні показники вільного гістидину в листках також можуть бути діагностичною ознакою при встановленні їх екотипів. Дослідження філогенетичних параметрів листків декоративних рослин в умовах службового та промислового інтер’єрів свідчать про можливість застосування цих показників для оцінки морфогенетичної адаптації рослин до різних умов вирощування. Аналіз функціонального стану кореневих систем свідчить, що стимуляція розвитку рослин відбувалася при використанні аміачних форм азоту і фосфору, а ступінь розвитку тонких коренів є показником оптимізації умов вирощування інтродукованих рослин в інтер’єрах різного типу. Проаналізовано фітонцидну здатність різних видів рослин пригнічувати розвиток патогенних мікроорганізмів та встановлено, що всі досліджувані рослини мали високу фітонцидну здатність по відношенню до Staphylococcus aureus Rosenbach та Streptococcus puogenes Migula і меншу до Klepsiella Trevisan, Pseudomonas aeroginosa (Schroter) Migula, Bacillus coli Migula. Представники з родини Araceae Juss. (Aglaonema commutatum, Anthurium andreanum, Diffenbachia maculata, Philodendron bipinnatifidum, Epipremnum pinnatum, Spathiphyllum blandum) та Moraceae Link. (Ficus benjamina, F.benjamina ‘Exotica’, F. benjamina ’Golden King’, F. еlastica, F. elastica ’Rubra’, F. pumila) згідно результатів наших досліджень характеризуються найвищою фітонцидною активністю, що дає підставу для їх широкого використання при озелененні приміщень різних типів.

Ключові слова: фітодизайн, типи інтер’єрів, морфогенетична адаптація, анатомічна будова, хімічний склад, тіньовитривалість, фітонцидна активність.

Харитонова И.П. Биологические особенности тропических и субтропических растений в условиях интерьеров разного типа. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.05 – ботаника. Национальный ботанический сад им. Н.Н. Гришко НАН Украины, Киев, 2005.

В диссертационной работе рассмотрены результаты комплексного анализа биологических особенностей около 100 видов декоративных тропических и субтропических растений разных жизненных форм, перспективных для фитодизайна. Рассмотрено анатомическое строение листьев как диагностический признак для выяснения закономерностей взаимосвязи формы и функции растений различных экотипов при их приспособлении к условиям внешней среды. Проведен сравнительный анатомический анализ иследуемых видов тропических и субтропических растений, который показал, что растения родов Sansevieria Thunb. i Haemanthus обладают низким солевым статусом и характеризуются эффективным использованием воды, что свидетельствует об их высокой теневыносливости. У представителей родов Aglaonema Scott., Ficus L. и сорта Codiaeum Juss. имеют средний солевой статус, низкую эффективность использования воды, что дает основание отнести их к растениям со средней теневыносливостью. Проведенные исследования позволили классифицировать растения по их реакции на уровень освещенности в интерьерах. Установлен видовой состав декоративных растений, которые можно отнести к фотолабильным, теневыносливым или светолюбам. Нами исследованы количественные параметры фотосинтетического аппарата декоративных растений в интерьерах, при чем установлено, что в качестве индикатора теневыносливости растений целесообразно использовать соотношение в листьях сахаров и крахмала. Установлены существенные различия в химическом составе растений при содержании их в помещениях разного функционального назначения. В результате сравнительного анализа биохимических исследований