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 інтер'єрів 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 інтер'єрів. 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. тропічний рослина фотосинтетичний екотип

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, основні положення і висновки доповідались на Х з'їзді 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 і 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 січень 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.

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