Environmental aspects of improving the indoor air environment using Chlorophytum comosum (on the example of preschool educational institutions)

Full Text

Введение

При подборе комнатных растений, особенно для детских учреждений, необходимо учитывать неприхотливость, выраженную и продолжительную фитонцидную активность в течение всего года, высокую транспирирующую активность, повышающую влажность воздуха. Все эти требования можно отнести к виду хлорофитум хохлатый (Chlorophytum comosum) – представителя семейства спаржевые (Asparagaceae).

В настоящее время доказан антибактериальный эффект экстрактов биологически активных веществ видов хлорофитума в отношении широкого спектра патогенной микрофлоры: микобактерий туберкулеза, возбудителей пневмонии, синегнойной палочки и грибов родов Candida, Aspergillus [1]. В лабораторных боксах определена фитонцидная активность интактных растений хлорофитума хохлатого в весенний период активного роста в отношении микробных тест-объектов – грамположительных бактерий Staphyllococcus epidermidis, грамотрицательных бактерий Esсherichia coli и дрожжеподобных грибов Candida albicans [2].

Совместной работой сотрудников Центрального сибирского ботанического сада СО РАН и НИИ гигиены Роспотребнадзора отмечено, что использование хлорофитума хохлатого в озеленении детских дошкольных организаций привело к заметному снижению частоты и длительности заболеваний детей острыми респираторными заболеваниями, в структуре которых вирусные инфекции составляют существенную часть [3; 4, с. 153].

Кроме того, хлорофитум хохлатый является фитофильтром, поглощающим вредные газообразные химические соединения, например, формальдегид и другие карбонильные соединения, источниками которых являются новые строительные и отделочные материалы [5, с. 126]. Исследование механизмов биохимических процессов, протекающих в тканях растений при поглощении газообразного формальдегида, показало, что в листьях Chlorophytum comosum при поглощении формальдегида происходит накопление хинонов, а в газовую фазу при этом растение выделяет альдегиды с числом атомов углерода 6–7, которые не являются токсичными, в отличие от исходного формальдегида [6, с. 17; 7, с. 30; 8, p. 166; 9, p. 8455].

Исследование микробной загрязненности воздушной среды, проведенное в осенне-зимнее время в групповых помещениях двух дошкольных образовательных организаций (ДОО) г. Новосибирска, отличающихся наличием и отсутствием фитомодулей, в ассортимент которых был включен Chlorophytum comosum, подтверждает позитивное влияние летучих экзометаболитов растений на количественные и качественные характеристики постоянной и факультативной микрофлоры воздуха. В групповых помещениях, оснащенных фитомодулями, доля факультативной микрофлоры по отношению к общему микробному числу составляла около 30%, тогда как при отсутствии фитомодулей – 60%. Дополнительный эффект установки фитомодулей состоял в том, что в ДОО уже через несколько дней после размещения фитомодуля влажность воздуха увеличилась с 26 до 34%, а в условиях длительного размещения фитомодуля влажность составляла в среднем 40%, что является благоприятным фактором для здоровья детей в зимний период года [10; 11].

Таким образом, положительное экспериментальное подтверждение профилактического фитонцидного эффекта различных комбинаций растений, проведенное нами ранее, послужило основанием для продолжения исследований в данном направлении с целью оцифровки эффекта Chlorophytum comosum для использования в озеленении ДОО для снижения рисков заболеваемости детей. Цель настоящей работы – исследование сезонной антимикробной активности летучих экзометаболитов свежесрезанных листьев Chlorophytum comosum в лабораторных условиях и транспирирующих свойств интактных растений непосредственно в условиях помещений ДОО. Для достижения цели необходимо проанализировать антимикробную активность летучих выделений листьев к микробным тест-объектам, сопоставить активность по периодам развития растений в течение года.

Объекты и методы исследования

В статье приведены данные экспериментальной оценки антимикробной активности листьев хлорофитума хохлатого. В работе использован метод опарения летучими выделениями интактных листьев посевов микробных тест-культур – грамположительных бактерий Staphyllococcus epidermidis, грамотрицательных бактерий Esсherichia coli и дрожжеподобных грибов Candida albicans. Оценка фитонцидной активности проведена в зависимости от фенофазы развития в вегетационный и генеративный периоды и от ритмов роста (в период интенсивного и умеренного роста). Сравнительную оценку антимикробной активности летучих веществ проводили по среднему баллу за сезон в отношении к каждому тест-микроорганизму: 0,4–1,4 балла – низкая активность; 1,5–2,0 – умеренная; 2,1–2,5 – высокая, 2,6 балла и выше – очень высокая активность [12, с. 362]. Понятию «выраженная активность» соответствовали значения умеренной и высокой активности.

Исследование транспирирующей активности проводили в дошкольной образовательной организации г. Новосибирска. В групповую ячейку (группа «наблюдения») был установлен Chlorophytum comosum с площадью листового аппарата 2,5 м² на площадь помещения 48 м². В другой групповой ячейке, идентичной по размеру и микроэкологическим параметрам растения отсутствовали (группа контроля). Сравнительный анализ параметров влажности в группе «наблюдения» и в группе «контроля» в ДОО регистрировался установленными приборами Логер EClerk-M-RHT.

Статистическую обработку данных и построение графиков производили с применением пакета программ Statistica, критический уровень значимости принимался p ≤ 0,05. Проводились описательная статистика с расчетом M, m, для оценки значимости различий средних величин использовался критерий Стьюдента для независимых выборок.

Результаты и обсуждение

Chlorophytum comosum проявил выраженную универсальную и продолжительную антимикробную активность в отношении всех исследованных тест-объектов (рис. 1).

 

Рисунок 1 – Сезонная антимикробная активность интактных листьев хлорофитума хохлатого

 

Полученные данные анализировались с учетом выделенных периодов в сезонном росте: в вегетативную фазу: интенсивного и умеренного роста, в генеративную фазу: бутонизации и цветения (табл. 1).

Проанализирована сезонная динамика бактерицидной и фунгицидной активности. Средние показатели антибактериальной и антифунгальные активности в течение года в баллах оказались высокие и выраженные (к тест-бактериям St. epidermidis – 6,5 к Е. соli – 6,6, к грибам C. albicans – 6,3). Выраженная фитонцидная активность была продолжительная в течение всего года [13, с. 600]. Максимальная фитонцидность отмечена в фазу бутонизации и цветения (рис. 1, табл. 1).

В период проведения эксперимента по изучению транспирирующей активности Chlorophytum comosum в группе «наблюдения» прослеживалась влажность воздуха в помещении – 32,3%, по сравнению с группой «контроля» – 21,05%, при этом температура воздуха в групповых ячейках была выше санитарных норм (рис. 2).

 

Таблица 1 – Антимикробный эффект хлорофитума в различные фенологические фазы и в зависимости от ритмов роста

Тест-объекты	Средний балл за сезон к тест-объектам			Выраженная активность, баллы
	Интенсивный рост	Умеренный рост	Бутонизация и цветение
St. epidermidis	2,1	2,2	2,2	6,5
E. coli	2,2	2,0	2,4	6,6
C. albicans	2,1	2,0	2,2	6,3

 

Рисунок 2 – Температурный режим в группах наблюдения

 

Показатели относительной влажности воздуха в групповых ячейках с комнатными растениями были выше и с меньшими колебаниями во времени. Анализ параметров микроклимата в группе «контроля» показал, что экспериментальные данные, зарегистрированные с помощью Логер EClerk-M-RHT, статистически значимые (p < 0,05). Полученные результаты расходятся с мнением о том, что растения обеспечивают охлаждающий эффект за счет эвапотранспирации, что требует дополнительных исследований [14, с. 32; 15, с. 57; 16, с. 15; 17, с. 230].

Заключение

Мониторинг исследования антимикробной активности летучих экзометаболитов Chlorophytum comosum выявил выраженную и продолжительную антибактериальную и антифунгальную активность в течение всего года. В вегетативную фазу интенсивного и умеренного роста наивысшая активность по средним показателям за год отмечена к бактериям St. epidermidis, тогда как к бактериям Е. соli и к грибам C. аlbicans наблюдалась выраженная активность. В генеративную фазу бутонизации и цветения наивысшая активность наблюдалась ко всем микробным тест-объектам [13, с. 600].

Показатели относительной влажности воздуха в групповых ячейках с комнатными растениями были выше и с меньшими колебаниями во времени, что является благоприятным фактором для здоровья детей в зимний период года.

Настоящие исследования подтверждают перспективность использования в озеленении детских учреждений Chlorophytum comosum для снижения микробной обсемененности воздуха и улучшения микроэкологических условий воздушной среды. Для оздоровления воздушной среды помещений, т.е. для создания экологического фитодизайна, нами установлено, что одно растение, находящееся в оптимальном состоянии (розетка из 40 листьев, площадью листового аппарата около 0,1 м²) может очистить воздушную среду около 3 м² помещения от микробной и химической загрязненности [6, с. 17; 11]. Например, в помещении площадью 60 м² с концентрацией формальдегида в воздухе, составляющей 2,5 ПДК, необходимо установить около 20 растений (соответственно 60/3 = 20), скомплектовав их в 4 фитомодуля по 4–5 растений в разных сторонах комнаты, чтобы снизить концентрацию формальдегида до значения среднесуточной ПДК воздуха за 8 ч. при радиусе воздействия 5 м [18; 19, с. 68; 20].

About the authors

Natalya Fedorovna Chuenko

Novosibirsk Research Institute of Hygiene; Novosibirsk State Agricultural University

Author for correspondence.
Email: natali26.01.1983@yandex.ru

researcher of Toxicological Department with Sanitary-Chemical Laboratory, postgraduate student of Ecology Department

Russian Federation, Novosibirsk; Novosibirsk

Irina Igorevna Novikova

Novosibirsk Research Institute of Hygiene

Email: novikova_ii@niig.su

doctor of medical sciences, professor, director

Russian Federation, Novosibirsk

Natalia Vladimirovna Tsybulya

Central Siberian Botanical Garden of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: ntsybulya@yandex.ru

candidate of biological sciences, senior researcher of Phytochemistry Laboratory

Russian Federation, Novosibirsk

Evgeny Anatolyevich Novikov

Novosibirsk Research Institute of Hygiene; Novosibirsk State Agricultural University

Email: eug_nov@ngs.ru

doctor of biological sciences, professor, chief researcher of the Department of Toxicology with Sanitary and Chemical Laboratory, head of Ecology Department

Russian Federation, Novosibirsk; Novosibirsk

Oleg Andreevich Savchenko

Novosibirsk Research Institute of Hygiene

Email: savchenko_oa@niig.su

candidate of biological sciences, leading researcher of Toxicological Department with Sanitary-Chemical Laboratory

Russian Federation, Novosibirsk

References

Supplementary files