И не раненые растения выделяют фитонциды

Поставим опыт с одним из видов эвкалиптовых деревьев, я именно с шаровидным эвкалиптом, или, как его по латински называют, эвкалиптус глобулус. Можно провести опыт в природных условиях, но можно с таким же успехом осуществить его и в лаборатории, имея в горшке молодое здоровое деревце. Приготовим взвесь бактерий золотистого стафилококка в благоприятной для них жидкости. Пусть в каждом кубическом сантиметре жидкости находится 2 миллиарда бактерий. Нанесём капли этой жидкости на листья эвкалиптового дерева. Точно такие же капли с бактериями нанесём и на стеклянную пластинку. Будут ли одинаково чувствовать себя бактерии, находящиеся на листьях и на стекле? Чтобы ответить на этот вопрос, через разные промежутки времени — через несколько минут от начала опыта, а затем через 4, 5 и 6 часов — высеем бактерии из опытных и контрольных капель (то есть находящихся на стекле) на самую хорошую питательную среду, где они могли бы беспрепятственно размножаться. Мы убедимся, что уже после 4-часового пребывания бактерий на листе эвкалипта они начинают отмирать, а через 6 часов все окажутся мёртвыми. Перенесём их в питательную среду. Размножения микробов не последует. А бактерии, находящиеся на стекле, в течение целых суток сохраняют жизнеспособность. Сделаем через сутки высев микробов со стекла на питательную среду, и мы увидим совершенно нормальное размножение бактерий. Вывод очевиден: неповреждённые листья эвкалиптов выделяют какие-то бактерицидные вещества. Лучше убивают бактерий молодые здоровые листья и несколько слабее — старые, но тоже здоровые. Ещё слабее действуют на бактерии листья, поражённые какими-либо болезнями.

Эти и другие эксперименты проведены по моему совету в нашей лаборатории прекрасным знатоком эвкалиптов Верой Яковлевной Родиной[3].

Кстати сказать, загадочным эвкалиптам, может быть, предстоит сыграть большую, ещё неведомую науке роль. Но и при современных знаниях эти чудесные красавцы вполне оправдали мечты энтузиастов-интродукторов — ботаников, меняющих привычные места обитания полезных нам растений, заставляющих их жить в необычных условиях.

Да не посетует на меня ботаник — москвич Михаил Михайлович Герасимов, сильно влюблённый в эвкалипты, за публикацию частной переписки. Поздравляя своего знакомого в Новый год, он написал о своей мечте: «Значение фитонцидов большое, в частности эвкалиптов. Я, как интродуктор эвкалипта, исходя из личного опыта, выдвигаю следующее предложение: создать порослевые насаждения небольших размеров на 200—400 квадратных метров со 100—200 растениями в каждом населённом пункте вплоть до широты Москвы. Они могут дать и для людей, и для домашних животных эффективные лечебные средства при несложном их приготовлении. Один раз заложенные насаждения при небольшом уходе ежегодно будут возобновляться порослью и давать эвкалиптовый лист». И право, стоит бороться за это! Эвкалипты заслуживают такой восторженной похвалы.

Обратимся теперь к другим растениям, а с удивительными свойствами эвкалиптовых деревьев мы ещё не раз встретимся при чтении этой книги.

В то самое время, когда ленинградка Родина проводила опыты на эвкалиптах, учёные Оренбурга Б.С. Драбкин и А.М. Думова ставили подобные опыты на листьях других растений. Они наносили на поверхность листьев герани, берёзы, тополя, туи, черёмухи и липы капли жидкости с миллионами бактерий золотистого стафилококка. Листья герани и туи оказались бактерицидными, но рекорд побили тополь и берёза: уже через 3 часа большинство бактерий погибло от каких-то выделений листьев этих деревьев. И другими, ещё более точными способами доказали Драбкин и Думова действие на бактерии живых неповреждённых листьев растений[4]. Ввиду интереса этих опытов остановимся на них поподробнее.

Представим себе стеклянный ящик ёмкостью 144 литра. Такие ящики микробиологи называют боксами. Одна стеклянная стенка может отъединяться от ящика или, наоборот, привинчиваться во время опыта так прочно, что никакого сообщения воздуха бокса с наружным (воздухом не будет. С противоположных концов ко дну бокса приделываются две металлические трубки. По первой трубке наружный воздух поступает в бокс. В воздухе комнат и лабораторных помещений всегда находятся те или иные микробы, а для опыта требуется, чтобы поступающий воздух не был загрязнён ими. Учёные поступили очень просто: к свободному концу первой трубки они приделали изогнутую стеклянную трубку, заткнув её ватой. Итак, при поступлении новых порций воздуха бактерии не могут проникнуть в бокс, они окажутся задержанными ватой. Вторая металлическая трубка соединяется с особым прибором, дающим возможность определить количество бактерий в воздухе бокса. Подробное устройство его может интересовать только специалистов. Укажем лишь, что благодаря особой тяге воздух можно пропускать, положим, в течение 10 минут от первой трубки через вторую к прибору и нам точно известно, сколько воздуха проходит за это время. Взвешенные в воздухе бактерии осаждаются на питательной для них среде в специальной стеклянной посуде.

В посуде бактерии размножаются; можно подсчитать через сутки их количество и судить о микробной загрязнённости бокса в момент взятия пробы воздуха. В бокс легко помещаются горшки с различными комнатными растениями. Теперь изучим влияние выделяемых растениями летучих веществ на микробов, находящихся в воздухе бокса. Узнаем сначала, перед опытом, какое количество бактерий взвешено в воздухе бокса. Пропустим для этого в течение 10 минут воздух в аппарат со стеклянным цилиндром. А следующую пробу воздуха возьмём через сутки пребывания испытуемых растений в воздухе, причём опять-таки, как и в контрольной пробе, будем пропускать воздух только в течение 10 минут. Расчёт простой и ясный: если неповреждённые листья растений выделяют в воздух гибельные для бактерий летучие вещества, то после суток пребывания растения в боксе воздух в нём должен содержать меньшее количество микробов. Помещали таким образом в боксы овсяницу красную, райграс пастбищный, герань, пеларгонию, хризантему, циперус, бегонию, аспарагус, тую.

Каковы результаты увлекательных опытов Драбкина и Думовой? Ни одно из названных растений своими летучими веществами полностью не убивает всех микробов в воздухе бокса, или, как говорят, не стерилизует, но количество микробов под влиянием растений снижается за сутки более чем наполовину. Туя снижает количество микробов на 67 процентов, хризантема — на 66, циперус — на 59, райграс пастбищный — на 58. Другие растения хуже очищают загрязнённый микробами воздух, например герань и бегония — только на 43, а аспарагус — всего лишь на 38 процентов, но и это неплохо. Невольно напрашивается мысль: декоративные растения не только радуют наш глаз своими милыми красками и формами, но и очищают воздух от бактерий.

Если быть очень строгим и придирчивым, то можно усомниться в результатах описанных опытов. Может быть, уменьшение числа микробов в воздухе вызывается не бактерицидными свойствами летучих веществ растений, а тем, что бактерии оседают на поверхности растений? Этому сомнению противоречит тот факт, что при помещении в бокс разных растений воздух очищается в разной степени, хотя на поверхности всех растений могли бы осаждаться микробы. Но раз возникает сомнение, то исследователь должен не отбрасывать его, а выяснить истину новыми опытами, что и было образцово выполнено Драбкиным и Думовой.

Приготовили из прозрачного плексигласа коробку 14 сантиметров длиной, шириной 10 и высотой 1 сантиметр. Плотно подогнанная крышка коробки может открываться (рис.8). В одной из стенок коробки имеется прорезь.

Рис.8. Камера для изучения фитонцидного действия живых листьев. 1 — прорезь для черешка листа; 2 — затвор крышки камеры; 3 — отверстия для капли со взвесью микробов;    4 — зажимы.

Поставим такой опыт. Не отрывая от растения листьев, поместим один или несколько их в камеру так, чтобы черешок попал в прорезь. После этого крышку закроем. В крышке имеются три отверстия. Во время опыта накроем отверстия стеклянными пластинками, в центре которых находятся капли жидкости с микробами, например с золотистым стафилококком. Чтобы стеклянные пластинки лежали плотно, зажмём их зажимами. Таким образом, капли с микробами, свешиваясь в камеру, как бы «смотрят» на живые листья растений, находящиеся от них всего на расстоянии половины сантиметра. Если неповреждённые листья выделяют летучие бактериоубивающие вещества, то мы легко обнаружим это, изучая их действие в течение одного, двух и более часов. Для этого после опыта надо поместить капли с микробами в хорошую питательную среду и узнать, будут ли и как будут размножаться бактерии. Такие опыты были поставлены с листьями берёзы, герани и черёмухи. Оказалось, что живые целостные листья, без всякого ранения их, выделяют в воздух летучие бактерицидные вещества. Особенно это было ясно в опытах с геранью. Уже час «смотрения» капли с микробами на листья герани не остаётся безнаказанным для микробов, а при 6-часовом опыте абсолютно все бактерии, находившиеся в капле, умирали. И листья нашей чудесной российской красавицы берёзы выделяют в воздух бактерицидные летучие вещества.

А вот и ещё доказательство того, что неповреждённые растения выделяют летучие бактерицидные вещества. Ленинградский учёный Н.В. Новотельнов задумался над общеизвестным фактом. Семена ржи, пшеницы, ячменя и других злаковых культур, прорастая, как правило, не заболевают, не подвергаются действию бактерий, которые, однако, «кишмя кишат» в почве. Учёные знают из опытов, что нелегко заставить заболеть хорошие семена злаковых, даже создавая специальные условия, способствующие заражению их бактериями. Чем объяснить эту изумительную сопротивляемость? Чем защищает себя зерно? Когда зерно прорастает, оно поглощает влагу, набухает. Это все знают, но мало кто обращает внимание на обратное явление: зерно, набухая, в свою очередь, выделяет в окружающую среду какие-то вещества, придающие воде желтоватую окраску. Такие вещества теперь изучены, они оказались так называемыми флавоновыми глюкозидами, обладающими свойствами убивать разнообразные микроорганизмы, в том числе и вредных для злаковых растений бактерий. Выходит, злаковые растения, прорастая, выделяют в почву бактерицидные вещества. Ещё более интересно то, что зёрна злаковых культур выделяют и летучие вещества, убивающие микробов.

Поместим в стеклянную чашечку увлажнённые зёрна ячменя. Накроем её чашкой Петри, в которой имеется тонкий прозрачный слой питательного агара с посевом тех или иных бактерий. Мы можем выяснить, не выделяют ли зёрна ячменя летучие вещества, повреждающие микробов. Чтобы не ошибиться, лучше иметь контроль. Поместим теперь наши установки в хорошие для бактерий температурные условия. Пройдут сутки, и мы увидим, что в контрольной чашке происходил равномерный, по всей поверхности агара, рост бактерий. В то же время в опытной чашке под влиянием ядовитых для микробов летучих веществ, выделяемых зёрнами ячменя, многие бактерии оказались убитыми и поэтому образовалась зона без бактерий.

По краям чашки с агаром происходил рост бактерий, а в центре, то есть в том месте, которое особенно подвергалось «бомбардировке» летучими веществами, выделяемыми зёрнами ячменя, роста бактерий не было. Эти вещества, как выяснилось в дополнительных опытах, не только препятствуют росту микробов, но и разрушают их, растворяют, или, как говорят, лизируют. Есть над чем задуматься учёным и практикам! Сколько ещё тайн хранит природа, сколько ещё сил растений и животных, выработанных естественным путём в ходе эволюции, не использовало человечество!

Итак, даже и неповреждённые растения выделяют в воздух или в почву летучие вещества, убивающие микробов, но, как правило, в значительно меньшем количестве, чем раненые растения.

Но ведь совершенно неповреждённых растений в природе, в сущности, никогда не бывает, и не так-то легко, как это может показаться, иметь для опытов неповреждённый растительный материал.

Ветер бьёт листья, ветки ударяются друг о друга, нанося раны, которые не видны простым глазом; листья могут опадать, ветки могут ломаться. Ранят листья и насекомые, и птицы. Если в тканях растений размножаются паразитические грибки или бактерии, это тоже вызывает своеобразные ранения. Точные исследования показывают, что даже ползание насекомых по листу вызывает некоторые повреждения. Если же учесть и другие возможности ранений в природе, нетрудно убедиться, какое огромное количество летучих веществ выделяется в атмосферу растениями только при ранении их. Вспомним, какую колоссальную поверхность имеют десятки тысяч листьев, скажем, многолетнего дуба или сотни тысяч, даже миллионы, игл сосны.

Специальными исследованиями доказано, что единичный экземпляр древовидного можжевельника может выделить за один день 30 граммов летучих веществ. Один гектар можжевелового леса может выделить в атмосферу 30 килограммов летучих веществ! Мы можем лишь догадываться о количестве летучих веществ, выделяемых в хвойных и лиственных лесах, на лугах, в степях.

Рис.9. Неопалимая купина.

Выделение летучих веществ некоторыми растениями порой даже видно. В Средней и Южной Европе, на юге Советского Союза — на Кавказе и в южной Сибири — растёт травянистое растение, которое называется ясенец белый. Но оно имеет и другое название — неопалимая купина (рис.9). Чем вызвано такое странное название? В тёплый безветренный день растение как бы окутано выделяемыми им летучими веществами. «Облака» фитонцидов не видно. Но поднесём к купине зажжённую лучину, и вокруг растения мы увидим мимолётное пламя. Составные части летучих веществ горючи и дают вспышки огня.

В дальнейшем мы будем говорить о том, почему в ходе развития растительного мира выработались такие любопытные свойства летучих веществ и тканевых соков растений, какую роль эти вещества играют в природе.

Эти вещества не случайны, они имеют значение для жизни самих растений и наряду со многими другими свойствами растений защищают их от вредных бактерий, грибков, простейших организмов и тех или иных многоклеточных организмов, особенно насекомых. Таким образом, вещества эти, будучи разнообразной химической природы у разных растений, обладают общим свойством: они создают невосприимчивость, или, как говорят, природный иммунитет, растений к различным заразным болезням.

Эти вещества названы фитонцидами[5].

Название означает, во-первых, что эти вещества растительного происхождения («фитон» — растение), а во-вторых, что они обладают свойством убивать другие организмы (указывает частичка «циды»). Однако термин ничего не говорит ни о роли в природе открытых веществ, ни о разнообразном применении фитонцидов в практике. Наука обнаружила, кроме того, что летучие фитонциды могут стимулировать рост и размножение тех или иных микроорганизмов.

В биологии, как правило, нет названий, которые бы долгое время отражали содержание открытого в природе явления, так как в ходе развития новой проблемы содержание термина дополняется, изменяется. Например, что может быть более неправильного, чем названия «клетка» (растительного или животного организма) или «витамины»?

Летучие фитонциды впервые обнаружены в природе в 1928—1930 годах. Справедливость требует отметить, что помимо автора этой книги пионерами исследований в области фитонцидов явились А.Г. Филатова и А.Е. Тебякина, которые под моим руководством убедительно доказали мощные бактериоубивающие свойства фитонцидов пищевых растений в отношении болезнетворных для человека бактерий.

Проблема фитонцидов стала достоянием науки, и ею занимаются многие специалисты в разных городах нашей страны. Иностранные учёные, в особенности американцы, англичане и австралийцы, открывают фитонциды различных растений, однако они большей частью замалчивают первенство русской науки в этой новой проблеме и дают фитонцидам неправильное название «антибиотики», что значит «противожизненные вещества». Да, фитонциды любого растения губительны для соответствующих организмов, но они имеют большое жизненное значение для самих растений. А об этом не говорит термин «антибиотики», так же как он ничего не говорит о растительной природе этих веществ. «Противожизненными» веществами являются, например, серная кислота, цианистый калий. Значит, и они антибиотики? Но слово «антибиотик» вошло прочно в медицинскую науку и фармакопею. Как-то получилось без особой сговорённости между учёными, что лекарственные фитонцидные препараты, получаемые из бактерий, грибков, называют антибиотиками, а когда речь заходит о высших растениях, почти всегда дают правильное название — «фитонциды».

Только приходится всегда помнить о том, что фитонциды любого растения обладают антибиотическими свойствами, но далеко не всякий антибиотик является фитонцидом, то есть играет защитную для растения роль в борьбе против микроорганизмов и вредных для него многоклеточных организмов.

Красочен и разнообразен растительный мир! Нам известны сотни тысяч видов, разновидностей, сортов растений, и все они обладают фитонцидными свойствами. Это явление характерно для растительного мира в целом. Одни растения вырабатывают преимущественно сильно летучие фитонциды, другие — малолетучие; фитонциды разных растений имеют неодинаковую мощность, различен и их химический состав. Фитонциды одних растений обладают бактерицидными свойствами, то есть могут убивать бактерии. Фитонциды других растений обладают бактериостатическими свойствами, то есть не убивают, а только задерживают рост и размножение микроорганизмов.

Фитонциды различных растений — это не одно какое-либо вещество, а множество самых разнообразных. Фитонциды лука убивают вне организма туберкулёзную палочку и в то же время бессильны в отношении некоторых бактерий и грибков, вызывающих заразные заболевания у лука. Фитонциды прибрежно-водного злакового растения манника убивают некоторые многоклеточные организмы, например мух и слепней, в течение секунд, а простейших — лишь через многие часы.

Возвратимся к свойствам фитонцидов убивать одноклеточные организмы — протозоа. Эти свойства мы будем впредь называть протистоцидными.

Как много растений изучено в этом отношении? Только одной нашей лабораторией обнаружено более 500 видов растений, летучие фитонциды которых обладают протистоцидными свойствами. И деревьям, и травам, и кустарникам присущи эти свойства. Среди протистоцидных растений имеются кормовые и ядовитые для животных, съедобные для человека и сорняки — обитатели Крыма, Кавказа, Индии и сибирской тайги, Алтайских гор и болот Ленинградской области.

На основании многочисленных исследований можно сделать общий вывод: по-видимому, большинство растений при повреждении их может выделять протистоцидные вещества той или иной мощности. Приведём примеры из различных растительных семейств, причём укажем, сколько минут требуется для умерщвления протозоа, если помещать их на определённом расстоянии от только что приготовленной растительной кашицы из листьев растений:

Редька посевная	1-10	Кипарис траурный	7
Лук репчатый	2	Борщевик	9
Чеснок	3	Можжевельник казачий	10
Пион дикий:           корень                                 листья	5 25	Смородина чёрная	10
Кедр атласский	3	Айва обыкновенная	12
Клён сахарный	4	Сосна кедровая	15
Дуб	5	Лавр благородный	15
Каштан калифорнийский	5	Орех грецкий	18
Апельсиновое дерево	5	Клён татарский	20
Мандариновое дерево	5	Берёза бородавчатая	20-25
Лимонное дерево	5	Кипарис душистый	25
Черёмуха обыкновенная	5	Тополь серебристый	25
Можжевельник крымский	5	Мята	25
Жасмин	5	Акация ленкоранская	30
Кипарис вечнозелёный пирамидальный	6-15	Горчица белая	35
Тис ягодный	6	Помидор	35
Дуб пушистый	6	Самшит кавказский	45
Володушка кустарниковая	6	Тысячелистник обыкновенный	50
Граб европейский	7

Приведённые цифры имеют значение лишь для сравнения протистоцидной силы разных растений в отношении одних и тех же простейших. Если бы мы взяли для опыта других простейших, например разные виды инфузорий, то получили бы другие цифры.

Рис.10. Схема опытов с бактериями. а: 1 — капля бактерицидного сока, 2 — питательная среда с посевом бактерий; б: 1 — поверхность питательной среды с бактериями, 2 — растительная кашица; в: 1 — фитонцидная «дорожка» на агаре, 2 — посев бактерий на агаре; г: 1 — «колодец» в агаре, в который помещается растительная кашица, 2 — посев бактерий на агаре; д — взвесь бактерий в бактерицидном соке растения; е: 1 — растительная кашица, 2 — платиновая сеточка, на которой находятся бактерии.

Все цифры, характеризующие протистоцидную мощность растений, получены в определённых условиях опытов: определённый объём посуды, определённое количество растительного материала, определённый объём капли воды с простейшими и т.д. Если изменять эти условия, то можно быстрее или, наоборот, медленнее убить тех же простейших теми же летучими фитонцидами. Так, мы говорили, что листья апельсинового и лимонного деревьев убивают простейших через 5 минут. Это правильно при определённой постановке опытов. Но, изменяя условия опытов, мы можем убить летучими фитонцидами листьев этих деревьев тех же простейших в секунды или, наоборот, растянуть процесс умерщвления до нескольких десятков минут.

А как обстоит дело с бактерицидными свойствами? И в этом отношении исследовано большое количество растений. У многих тысяч растений обнаружены бактерицидные фитонциды.

Способы их изучения разнообразны. Наиболее часто применялись способы, указанные на рис.10.

Бактерицидные вещества, убивающие многих бактерий, в том числе и болезнетворных для человека и животных, обнаружены у чеснока, хрена, лука, горчицы, редьки, кровохлёбки, помидора, картофеля, моркови, кукурузы, таволги, дикого пиона, ломоноса, красного перца, репея, сахарной свёклы, сельдерея, петрушки, лавра благородного, алоэ, крапивы, можжевельника, подорожника. Иглы хвойных и почки черёмухи, листья лавровишни, тополя, эвкалипта, конопли, валерианы, копытня, кубышки жёлтой, чистотела, различные части и органы многих других растений обладают бактерицидными свойствами.

Фитонциды выделяются и растениями, живущими в воде и по берегам у самой воды. Есть такие растения — сине-зелёные водоросли. Они живут в пресных и морских водоёмах. Встречаются и на берегах рек и озёр, и на сырой почве, и на сваях и т.п. В реке или озере часто можно найти осцилляторию — сине-зелёную водоросль, имеющую нитчатую форму. Как выяснилось из опытов, осциллятория выделяет в окружающую водную среду вещества (в том числе и летучие), токсические для некоторых микроорганизмов.

Гречиха земноводная, трифоль, озёрный камыш, ядовитый вех, хвощ, водяная сосенка и другие подводные, водные, плавающие и прибрежно-водные растения обладают энергичными протистоцидными свойствами и так же, как и наземные растения, убивают на расстоянии простейших и другие организмы. Может быть, именно фитонциды водных растений объясняют некоторые загадочные явления, до сих пор ещё не объяснённые наукой. Вот одно из таких явлений.

Во многих водоёмах, в том числе и в искусственных водохранилищах, создаются, казалось бы, великолепные условия для развития бактерий. Бактерии и питательные для них органические вещества постоянно поступают в эти водоёмы из воздуха, донных отложений, размываемых берегов и сточных вод от населённых пунктов и т.п. Кроме того, здесь развиваются многочисленные растительные организмы — водоросли, живущие в верхних слоях воды во взвешенном состоянии. Совокупность таких растительных и животных (большей частью очень мелких) организмов называется планктоном.

Учёные доказали, что планктонные организмы выделяют в окружающую среду органические вещества, являющиеся хорошим питательным материалом для некоторых бактерий. Совершенно логично предположить, что в летние месяцы массового размножения водорослей должны создаваться особенно благоприятные условия для размножения постоянно попадающих в воду бактерий. Но это предположение странным образом не оправдывается наблюдениями и опытами. Оказалось, что между бактериями и водорослями, по крайней мере некоторыми из них, существует стихийная борьба, антагонизм: много водорослей — мало бактерий, мало водорослей — много бактерий.

Если взять во время большого цветения из водохранилища воду и фильтровать планктон через фильтры с очень маленькими порами или просто прокипятить воду, то мы избавим её от планктонных организмов. Казалось бы, мы создали тем самым менее благоприятные условия для размножения бактерий, ибо лишили их пищи, которую дают водоросли. Опыт же показывает, что, наоборот, бактерии размножаются теперь более энергично.

Один учёный поставил следующий опыт. Он взял из водохранилища 50 кубических сантиметров воды и налил её в колбочки в два раза большего размера. В другие такого же объёма колбочки он налил такое же количество воды, взятой одновременно из того же водоёма. Но эту воду он предварительно отфильтровал, то есть освободил от планктона. Потом время от времени он брал из колбочек пробы и засевал их на питательные для бактерий среды. Что же оказалось? Через двое суток бактерий в одном кубическом сантиметре нефильтрованной воды было всего 1100, а в фильтрованной — 1 451 000!!!

Трудно объяснить такое странное противоречие иначе, чем предположением о выделении многими планктонными организмами фитонцидов, убивающих или тормозящих размножение бактерий. Это предположение очень вероятно, хотя, конечно, ещё не может считаться доказанным.

На примере водорослей мы убедились в наличии фитонцидных свойств у так называемых низших растений. К ним относятся кроме водорослей слизевики, грибы, лишайники и бактерии. К высшим же растениям относятся мхи, папоротники, хвойные, все цветковые растения.

Если же фитонцидные свойства присущи всем растениям, то не должны явиться исключением и сами бактерии и грибки, например плесневые. Так оно и оказалось. Сами бактерии и низшие растения выделяют в определённых условиях размножения во внешнюю среду вещества, убивающие других бактерий и грибков. Если эти бактерии или грибки — паразиты, то они выделяют и такие вещества, которые изменяют составные части клеток и тканей высших растений и животных.

Рис.11. Плесневый гриб пенициллиум нотатум, из которого производят пенициллин.

Среди этих веществ особую известность приобрели вещества, выделяемые плесневым грибком, носящим название пенициллиум нотатум, вещества, выделяемые бактерией, живущей в почве, — бациллой бревис, и, наконец, одним лучистым грибком — актиномицетом. Первое вещество, извлекаемое химическим путём из жидкой среды, в которой растёт плесневый грибок (рис.11), названо пенициллином, второе — грамицидином и третье — стрептомицином. Эти препараты получили широкую и заслуженную известность. Они оказались весьма полезными при лечении многих заболеваний, и теперь существуют целые заводы по их изготовлению. Кстати сказать, хорошо служат плесневые грибы человеку: учёные и инженеры, создавая пенициллиновые заводы, добились того, что грибы продуцируют нужные медицине вещества в тысячу раз большем количестве, чем в условиях природы.

Во время Великой Отечественной войны медицина смело ввела новые антисептики (обеззараживающие от бактерий и грибков вещества) в практику. Тогда началась, как говорится, знаменитая полоса в медицине, которую образно можно назвать пенициллиновой эпохой. Медицина благодаря новым антисептикам спасла жизнь миллионам людей. Интерес к фитонцидам низших растений не ослабевает до сих пор, и учёные ищут новые и новые лекарственные вещества для оказания помощи больному человеку.

Сколь распространены фитонцидные свойства в мире низших растений? Усилиями советских учёных Н.А. Красильникова, Д.М. Новогрудского, А.А. Имшенецкого, Г.Ф. Гаузе и многих других, а также иностранными учёными обнаружено огромное количество бактерий и грибков, которые в результате своей жизнедеятельности выделяют во внешнюю среду антимикробные вещества, убивающие или угнетающие жизнь других бактерий и грибков — своих противников, конкурентов.

Болгарскими учёными Марковым и Богдановым доказано, что плесневые грибы, лучистые грибы (актиномицеты), пивные и винные дрожжи да и бактерии помимо продукции нелетучих антибиотиков выделяют во внешнюю среду летучие фитонциды. В этом можно убедиться, поместив невдалеке от плесневых грибов бактерии, посеянные на питательной среде. Так, плесневый гриб, называемый ароматическим пенициллом, убивает на расстоянии многих бактерий: стафилококков, сарцин, сенную палочку, тетрагена, бациллус микоидес и др. В свою очередь, бациллус микоидес и другие микробы выделяют летучие фитонциды, тормозящие рост тех или иных микроорганизмов.

Много загадок задают новые опыты и химикам. Очень любопытно, например, что летучие фитонциды плесени — это не те ароматические вещества, которые вызывают запах. Киевские учёные В.И. Билай и А.А. Вьюн провели также исследования летучих веществ грибов, называемых по-латыни мортиерелля. Они широко распространены в почве, навозе, их можно легко найти на поверхности насекомых. Эти грибы губительно действуют на расстоянии на многие другие микроскопические грибки и бактерии.

Не надо думать, что каждая бактерия выделяет вещества, угнетающие рост и размножение всех без исключения прочих бактерий. Нет, в развитии живой природы, в её эволюции этого не могло произойти, и действие фитонцидов низших растений избирательное, так же как и влияние фитонцидов высших растений. Как ни мощны бактерицидные, свойства фитонцидов многих высших растений, всё-таки есть бактерии, для которых они безвредны.

Это очень интересное и важное явление в жизни природы, во взаимных отношениях микробов, животных, высших растений, и мы на нём остановимся подробнее. Пенициллин не убивает, например, дизентерийную палочку, но сильно угнетает рост стафилококков, стрептококков и многих других бактерий. Грамицидин является ядом для значительного числа бактерий, но он не причиняет никакого вреда туберкулёзной палочке. Стрептомицин же, наоборот, у0ивает туберкулёзную палочку, но не умерщвляет некоторых бактерий, весьма нестойких к грамицидину. Таких примеров можно было бы привести множество.

Одно поколение учёных не сможет изучить фитонцидные свойства всех растений, произрастающих на земном шаре. Но не будем прибедняться насчёт опытов с бактериями. В одной только лаборатории К.И. Бельтюковой поставлены тысячи опытов. Изучались бактерицидные свойства фитонцидов роз, георгина, мака, дельфиниума, лилии, пионов, петуньи, настурции. Испытуемых бактерий было также немало — десятки видов.

Исследовалось и влияние фитонцидов травянистых и древесных растений на фитопатогенные бактерии (болезнетворные для растений). Изучались фитонциды малины европейской, бузины чёрной, осины, ореха грецкого, дуба обыкновенного, черёмухи, сосны обыкновенной, клёна обыкновенного, лимонника китайского, граба обыкновенного, щавеля конского, горчака, молочая лозяного, полыни полевой, осота обыкновенного. Испытывались фитонциды коры и листьев древесных пород. Под опытом было 38 разных бактерий, в том числе и возбудителей очень опасных болезней сельскохозяйственных растений. Эти бактерии легко убиваются, например, фитонцидами щавеля конского. Фитонциды сосны обыкновенной весьма действенны против возбудителей бактериальных болезней фасоли, хлопчатника, помидора, картофеля и люцерны.

Киевские учёные А.С. Бондаренко, В.А. Приходько, Г.Т. Петренко, А.А. Мещеряков, Т.И. Скоробогатько исследовали на десятках видов бактерий антимикробные свойства фитонцидов. Шестьсот видов кормовых растений произрастает на природных пастбищах и сенокосах Украинской и Туркменской республик, и фитонциды всех этих растений убивали те или иные бактерии.

Многие тысячи исследований проведены в разных странах за истёкшие после открытия фитонцидов десятилетия. Этими исследованиями в той или иной мере охвачены представители всех растительных семейств. Наверное, обследовано не менее 20 тысяч высших растений. Изучались и противогрибковые свойства. Сибирский учёный Е.П. Лесников подсчитал, что уже к 1967 году было доказано противогрибковое действие фитонцидов 879 видов высших растений, принадлежащих к 128 растительным семействам.

Приведём примеры фитонцидов, убивающих те или иные бактерии. Туберкулёзная палочка (в опытах вне организма) убивается фитонцидами чеснока и посевной гречихи. От фитонцидов пихты погибают дифтерийная и коклюшная палочки, стафилококки и другие бактерии. Фитонциды почек берёзы бородавчатой губительно действуют на дизентерийную и кишечную палочки. Фитонциды чёрной смородины, черёмухи обыкновенной, эфедры, укропа и многих других растений убивают золотистый стафилококк. От фитонцидов люцерны погибает возбудитель болезни хлопчатника — гоммоза. Паратифозные бактерии нестойки к фитонцидам полыней, зверобоя и калужницы. Фитонциды бархатцев убивают стафилококков — возбудителей чёрной ножки картофеля, бактериального заболевания огурцов. И так далее, и так далее.

В этой книге читатель найдёт много интереснейших фактов об антимикробной активности фитонцидов высших растений.

Трудно сомневаться во всеобщности явления фитонцидов. Но спрашивается, почему же не всегда удаётся обнаружить выделение растениями фитонцидов во внешнюю среду? По многим причинам. Во-первых, не обязательно в любой период своего развития, при любом жизненном состоянии растение выделяет во внешнюю среду фитонцидные вещества. Во-вторых, вообще не следует думать, что всякое растение выделяет именно во внешнюю среду вещества, губительные для других организмов. Составные части клеток растений, так называемая протоплазма в целом, могут обладать свойствами убивать или тормозить рост и размножение тех или иных бактерий, если они входят в соприкосновение с ними. Что же касается растений, которые выделяют фитонциды во внешнюю среду, а таких подавляющее большинство, то при изучении их могут быть допущены самые разнообразные ошибки.

Если при испытании на фитонцидные свойства какого-нибудь растения в отношении определённой бактерии или грибка получен положительный результат, исследователь может быть спокоен. Но если бы испытуемое растение, например плесневый грибок пенициллиум нотатум, оказалось небактерицидным в отношении дизентерийной палочки, то это ещё не означало бы, что оно вообще лишено бактерицидных свойств. Предположим, к примеру, что ещё не известны изумительные фитонцидные свойства лука. Учёный пытается убить этим растением бактерию, которая называется сенной палочкой... и решает: лук не бактерициден или почти не бактерициден, так как получен слабый или отрицательный результат в опыте с сенной палочкой. Этот вывод был бы совершенно неосновательным, ибо фитонциды лука великолепно убивают огромное число других бактерий.

Очень многое зависит, далее, от условий опыта. Как увидим впоследствии, выделение летучих фитонцидов у большинства растений очень быстро прекращается после измельчения растения. Поэтому нужно опыты ставить с наивозможной быстротой: нельзя терять не только часы, но даже и минуты и секунды после срывания растения и получения растительной кашицы. Дело может доходить до курьёзов, если забывать об этих и других обстоятельствах.

Продукция фитонцидов неразрывно связана с их жизнью. Не безразлично, в какой сезон года ставить опыты, в какую часть дня срывать листья. Очень важно, больное или здоровое растение испытывается, и т.д. Если на всё это не обращать внимания, то, конечно, легко впасть в ошибку.

Химия фитонцидов

Мы познакомились с некоторыми фактами мощного бактерицидного, протистоцидного и противогрибкового действия фитонцидов. Многое казалось на первых порах невероятным: бактерицидная сила фитонцидов, скорость распространения летучих фитонцидов в воздухе, быстрота их проникновения сквозь поверхностные слои клеток и т.д. Вспомним туберкулёзную палочку. В высохшей мокроте этот микроб остаётся жизнеспособным от 3 до 8 месяцев; такие испытанные антисептики, как карболовая кислота в 5-процентном растворе или сулема в 0, 5- процентном растворе, убивают туберкулёзную палочку лишь через 12—24 часа. В течение 10—30 минут этот микроб не погибает в 10—15-процентном растворе серной кислоты. Конечно, удивительно, что столь стойкий микроб убивается вне организма в первые же пять минут фитонцидами... чеснока!

Нет ли в этом чего-либо таинственного, сверхъестественного? Пока явление до конца не разгадано, оно кажется таинственным. Но это не более мистично, чем, положим, действие синильной кислоты или гашиша на человеческий организм либо роль витаминов и т.д. Тысячелетия были известны не менее загадочные факты с луком и до открытия фитонцидов, только эти факты примелькались и не останавливали на себе внимания.

Разве те слёзы, которые проливает домашняя хозяйка при резании лука, менее таинственны, чем быстрота умерщвления луком каких-либо бактерий? «Плач» хозяйки вызывается тем, что летучие вещества лука исключительно быстро распространяются и вызывают ответную реакцию — выделение слёз. Или вспомним быстроту действия горчичников. Нас не удивляют эти обыденные факты. Известие же о быстром действии фитонцидов на первых порах вызвало сомнения даже у высококвалифицированных химиков. Между тем как раз химикам предстоит снять покров тайны, окутывающий новую главу науки — фитонциды, снять в интересах теории и практики здравоохранения, ветеринарии, растениеводства и иных областей человеческой деятельности.

Много опытов провели в последнее десятилетие учёные, что бы выяснить химическую природу фитонцидов, и всё же, надо признать, мы находимся лишь в самом начале исследований в этой области.

Более всего посчастливилось пенициллину и грамицидину. Без преувеличения можно сказать, что целая армия химиков атаковала плесневый грибок пенициллиум и микроскопическую почвенную бактерию бациллус бревис, из которой получен грамицидин. С большой достоверностью определена химическая природа этих целебных веществ.

Гораздо менее разработана химия фитонцидов высших растений, и особенно их летучих фракций. Пионерами в исследовании химии фитонцидов высших растений являются советские учёные. Обстоятельные работы проведены в отношении фитонцидов лука и чеснока. И.В. Торопцев и И.Е. Камнев в 1942 году выделили бактерицидный препарат из чеснока в виде порошка и растворов. Тогда же Т.Д. Янович получила препарат из чеснока — сативин, привлёкший внимание многих врачей. В 1967 году М.Я. Спивак получил препарат, названный им фитонцидином. Многие и другие препараты получены из чеснока.

Американские учёные в 1944—1945 годах извлекли из чеснока бактерицидный препарат аллицин и высказали предположение о его химической природе. В 1948 году в Швейцарии сделали попытку синтезировать действующие бактерицидные вещества чеснока.

Известно ещё не менее десяти попыток химиков разных стран узнать точный состав фитонцидов чеснока. Более десятка препаратов создали из чеснока, но каждый из них отличается от других по химическому составу и действию на микробов, а все они уступают ещё по своей противомикробной силе природному тканевому соку чеснока и его летучим фитонцидам.

Химический состав фитонцидов чеснока и лука пока точно неизвестен. Выяснено только, что действующие бактерицидные вещества — не белковой природы. По данным Торопцева и Камнева, фитонциды чеснока по своей химической природе близки к глюкозидам — веществам, широко распространённым в растительном мире. Из чеснока выделено вещество, подавляющее бактерии уже в разведении 1: 250 000. Названо оно аллиином. Это маслянистая жидкость, растворяющаяся в спирте и эфире, но плохо растворяющаяся в воде. Состоит из углерода, кислорода, водорода и серы. Химики пишут её формулу так:

C3H5 – S – C3H5

II

O

Думать, однако, что это и есть фитонцид чеснока, неправильно. В лучшем случае аллиин — один из компонентов сложного комплекса веществ, являющегося фитонцидом. Учёным известно, что фитонциды чеснока и лука не представляют собой лишь одно соединение; они могут быть и комплексом веществ. Соки чеснока и лука, нелетучие при комнатной температуре, отличаются по составу от летучих фитонцидов этих же растений. Менее всего известна химия летучих фитонцидов. Хотя в отношении состава фитонцидов у нас имеются лишь более или менее обоснованные догадки, одно ясно: химия фитонцидов разных растений весьма различна. Мы судим об этом по их неодинаковому биологическому действию на микро- и микроорганизмы^[6].

Антимикробные вещества растений могут оказаться очень простыми соединениями. Так, Р.М. Каминская выделила из можжевельника фитонцидное вещество С₁₁Н₁₈. Оно убивает кишечную палочку, возбудителей тифа и паратифа А и В, возбудителя дифтерии, дизентерийную палочку. Натуральные фитонциды можжевельника, однако, навряд ли состоят только из названного вещества. Впрочем, это соображение относится и к хорошо изученным химиками фитонцидам низших растений. Так, возможно, что натуральные фитонцидные вещества типа пенициллина, содержащиеся в плесневых грибах, богаче, красочнее, чем извлекаемые из них лекарственные препараты.

Изучение состава летучих фитонцидов привело к заманчивой мысли: сравнить их с эфирными маслами растений. Я в первые годы исследований был уверен в необходимости отождествления летучих фитонцидов с эфирными маслами. Впоследствии оказалось, однако, что летучие фитонциды и эфирные масла нельзя отождествлять.

Многие опыты в нашей и других лабораториях убедили нас в том, что не только эфиромасличные растения, но и растения, не содержащие эфирных масел, обладают прекрасными фитонцидными свойствами; раненые листья дуба, например, очень хорошо на расстоянии убивают различных микробов. И в то же время некоторые эфиромасличные растения имеют весьма слабую способность убивать микроорганизмы. Так, фитонциды листьев всем известной герани очень плохо, лишь в течение часов, убивают простейшие одноклеточные организмы. Кстати сказать, совершенно необязательно, чтобы растительные вещества, имеющие запах, обладали фитонцидными свойствами.

Как получают эфирные масла? Главный способ — перегонка эфирных масел с водяным паром. Нам надо получить, например, эфирное масло из листьев эвкалипта или из кожуры плода лимона. Заготовим сырьё. Измельчим его и подвергнем действию горячего пара. Эфирное масло, в микроскопических частицах находящееся в особых вместилищах, называемых желёзками, выступает и извлекается паром. Масло собирают в особые сосуды, иногда очищают химическими веществами и вторично перегоняют с горячим паром. Получается маслянистого вида жидкость, почти нерастворимая в воде; на бумаге она, как и подсолнечное масло, оставляет пятно.

Допустим теперь, что у какого-либо растения, например у чёрной смородины, летучие фитонциды и эфирное масло являются одними и теми же совокупностями веществ. Для того чтобы понять химическую природу летучих фитонцидов, описанный способ перегонки эфирных масел следует признать очень плохим; при действии горячего пара некоторые составные части летучих фитонцидов изменяются.

Перегонка эфирных масел производится не только из свежего, но и из сушёного материала. Что же там остаётся от натуральных, естественных летучих фитонцидов? Ведь есть растения (лук и другие), которые в первые минуты после измельчения расходуют почти все свои летучие фитонциды. Ясно, что, перегоняя из таких растений эфирные масла, получаем не естественные фитонциды, а какие-то сильно изменённые продукты.

Учёные с помощью остроумных и кропотливых опытов убедились, что летучие фитонциды и эфирные масла необязательно являются одними и теми же веществами. Расскажем об исследовании на листьях чёрной смородины.

Тонкой металлической иглой или остро заточенной деревянной иголкой удаляются все желёзки с эфирными маслами. Для полного устранения следов эфирного масла можно протереть лист промокательной (фильтровальной) бумагой. Если такой лист растереть между пальцами, то запах эфирного масла не обнаружится. И вот лист без всяких следов эфирного масла всё равно продолжает выделять летучие фитонциды и убивать микробов на расстоянии.

Итак, совершенно ясно, что полученные различными способами эфирные масла, конечно, не являются в точности той совокупностью веществ, которые выделяются живым растением. Не случайно, что эфирные масла ядовиты в отношении тех растений, из которых они выделены. Например, анис, розмарин и лаванда погибают от паров собственных эфирных масел.

Точно так же полученные различными иными путями бактерициды из низших и высших растений вряд ли могут быть целиком отождествлены с той совокупностью бактерицидных веществ, которые вырабатываются в ходе жизнедеятельности растения. Всё это в большей или меньшей мере «изуродованные» фитонциды. Тем интереснее напомнить некоторые данные о бактерицидных свойствах эфирных масел растений.

Известны были бактерицидные свойства эвгенола, ванилина, розового, гераниевого и других масел. В России в 80—90-х голах прошлого столетия применялась стерилизация кетгута (нитки животного происхождения, используемые в хирургии) эфирными маслами хвойных растений. В нашей лаборатории проведены многочисленные опыты, выясняющие, действуют ли эфирные масла на микроорганизмы на расстоянии, то есть убираются ли микроорганизмы парами эфирных масел.

Опыты показали, что пары эфирных масел успешно убивают микроорганизмы. Пары эфирного масла растения душицы прекращают движение инфузорий в течение 1, 5—2 минут. Пары эфирного масла серой полыни убивают инфузорий через 30—60 секунд, богородской травы — через 1—1, 5 минуты, змееголовника и иссопа — в первые же секунды. Пары эфирных масел некоторых растений убивают тифозных и дизентерийных микробов.

Обнаружено уже много интересного в химии фитонцидов. Больше всего потрудились учёные Б.Е. Айзенман, С.И. Зелепуха, К.И. Бельтюкова и другие во главе с известным украинским микробиологом академиком Виктором Григорьевичем Дроботько. Как и следовало ожидать, в подавляющем числе случаев фитонциды — это не одно какое-либо вещество, а набор веществ, особый для каждого растения.

Противомикробными свойствами обладают вещества, часто встречающиеся в растениях и давно известные науке, — дубильные вещества, алкалоиды, глюкозиды, органические кислоты, бальзамы, смолы, синильная кислота и многие другие. Но, как уже сказано, фитонциды — это чаще всего сложный комплекс химических соединений. Приведём примеры.

Главным действующим началом фитонцидов черёмухи является синильная кислота, но, кроме того, в них имеются бензойный альдегид и неизвестные вещества. Фитонцидные свойства листьев дуба, казалось бы, легко объяснить тем, что в тканевом соке их всегда находятся дубильные вещества. Эти вещества действительно тормозят рост и убивают многих бактерий. На самом же деле фитонциды листьев дуба — это далеко не только дубильные вещества. Дубильные вещества почти не обладают свойством летучести, между тем листья дуба на расстоянии убивают многих бактерий. Как уже говорилось, в большинстве случаев фитонциды — это не белки и не нуклеиновые кислоты.

Много неразгаданного в химии фитонцидов. Одни растения при умирании постепенно теряют свои фитонцидные свойства, другие длительный период сохраняют их. Достойно удивления загадочное явление исключительной «живучести после смерти» некоторых деревьев. Лиственница живёт 400—500 лет, а после смерти древесина её сохраняется сотни и даже тысячи лет. В Государственном Эрмитаже в Ленинграде хранятся срубы могильных склепов, колесницы с колёсами, сплетёнными из корней лиственницы. Эти изделия пролежали более 25 000 лет, и бактерии и грибы не тронули их. Почему? Не примешаны ли к этому загадочному явлению фитонциды?

Не будем более углубляться в область химии. Может случиться, что у отдельных растений в составе фитонцидов имеются вещества, не известные ещё химии. Так думают, например, о некоторых составных частях фитонцидов чеснока. Впрочем, не станем заниматься излишними пророчествами: надо терпеливо ждать результатов исследований и проникнуться уважением к труду химиков, который нередко бывает героическим. Пусть нетерпеливые люди, требующие быстрого ответа о химическом составе фитонцидов, знают, что химический состав растений подчас крайне сложен. История науки показывает, что потребовались многие годы, даже десятилетия, для определения, и то неполного, химического состава эфирного масла некоторых растений. Химики, исследуя фитонциды, сделают много полезного для медицины, ветеринарии и сельского хозяйства.

Перед началом этой главы мы вспомнили замечательные слова великого естествоиспытателя Ивана Петровича Павлова: «Факты — это воздух учёного». Они звучат как заповедь для нынешнего и всех будущих поколений учёных. Можно быть совершенно спокойными и автору книги, и читателю за точность и обилие полученных многими исследователями фактов в области фитонцидов. Мысль читателя может спешить получить ответы на возникшие вопросы, связанные с пониманием роли фитонцидов в природе, со значением открытия фитонцидов для науки, медицины, промышленности. На некоторые из этих вопросов мы будем пытаться дать ответ уже скоро, но центральный биологический вопрос — о значении фитонцидов для жизни самих растений — мы обстоятельно обсудим лишь в конце книги, когда будем располагать гораздо большим количеством фактов о свойствах фитонцидов, чем располагаем сейчас.

Забежим вперёд и предварительно выскажем одно очень ответственное предположение о том, почему фитонцидные свойства появились в ходе эволюции растений и какова их роль в природе.

Любое растение, будь то плесневый грибок или берёза, бактерия или дуб, в ходе своей жизнедеятельности вырабатывает фитонциды, помогающие ему наряду с иными многочисленными приспособлениями бороться против бактерий, грибков и могущих оказаться для него вредными тех или иных многоклеточных организмов. Фитонцидами, образно говоря, растение само себя стерилизует.

Таким образом, под фитонцидами мы условимся понимать вещества растений разнообразной химической природы, обладающие свойствами тормозить развитие или убивать бактерии, простейшие, грибы и те или иные многоклеточные организмы; фитонциды имеют важное значение в предохранении растений от заболеваний, то есть играют важную роль в естественной невосприимчивости растений к заразным заболеваниям.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: