Методика обнаружения нитратов в растениях

Помните, что в  недозрелых овощах содержание нитратов значительно выше, чем в спелых. Однако не следует допускать и перезревания овощей. Часто переросшие корнеплоды столовой свеклы, кабачки содержат повышенное количество нитратов. У моркови лучшее качество корнеплода отмечено при массе его 100–200 г.

Накопление нитратов различными культурами имеет наследственно  закрепленный характер, т. е. они обладают сортовой спецификой, которая выявлена у ряда овощных культур. Сортовые различия могут быть обусловлены  разной реакцией на условия окружающей среды и режимом минерального питания, а также генетически  закрепленным уровнем активности нитратредуктазы, разной продолжительностью вегетационного периода сортов. Безусловно, каждый сорт любой культуры уникален по своим характеристикам, в том числе и по способности накапливать нитраты. Однако можно выделить некоторые общие тенденции:

·  ранние сорта овощей содержат больше нитратов, чем поздние;

·  овощи закрытого грунта склонны к большему накоплению нитратов, чем открытого;

·  пчелоопыляемые гибриды огурца накапливают нитратов вполовину меньше, чем партенокарпические (самоопыляемые);

·  из партенокарпических гибридов огурца короткоплодные накапливают нитратов примерно на 17% больше, чем длинноплодные;

·  более ярко окрашенные сорта корнеплодов (в частности, морковь) содержат NO₃^– меньше, чем бледно окрашенные;

·  сорта зеленой стручковой фасоли склонны к накоплению большего количества нитратов, чем желтой.

В табл. 2 указаны  сорта некоторых овощных культур, в которых содержание нитратов в  период сбора урожая значительно  отличается друг от друга.

Таблица 2 Сорта  и гибриды овощей, отличающиеся содержанием  нитратов в период сбора урожая

 

От избытка нитратов в  овощной продукции можно избавиться и после сбора урожая. При варке, бланшировании, консервировании, солении, квашении и очистке уровень нитратов в овощах и фруктах значительно снижается. Так, очистка картофеля от кожуры снижает концентрацию NO₃^– примерно на 30–40%. При приготовлении овощей в пищу, особенно при употреблении их в свежем виде, места концентрации нитратов (кожура, плодоножки, сердцевины корнеплодов, черешки, места переходов корнеплодов в корни, кочерыги) надо удалять.

Квашение, консервирование, соление, маринование имеют свою специфику в случае изменения  уровня нитрат-ионов в овощах. Первые 3–4 дня идет усиленный процесс восстановления нитратов до нитритов, поэтому нельзя употреблять свежезасоленные капусту, огурцы и другие овощи раньше, чем через 10–15 дней.

При длительном (в течение 2 ч) вымачивании листовых овощей из них вымывается 15–20% NO₃^–.

Чтобы снизить на 25–30% содержание нитратов в корнеплодах и капусте, достаточно в течение часа подержать  их в воде, предварительно нарезав  на небольшие кусочки.

При варке картофель теряет NO₃^– до 80%, морковь, капуста, брюква – до 70%, столовая свекла – до 40%.

Наличие повышенного содержания нитратов в зелени обезвреживается  значительным количеством в ней  аскорбиновой кислоты (витамин С), поэтому  полезно вводить свежую зелень в  состав овощных блюд.

Салаты и плодоовощные соки желательно употреблять свежеприготовленными. Хранение их не очень длительное время даже в холодильнике способствует размножению в них микрофлоры, восстанавливающей NO₃^– -ионы до опасных для человека NO₂^– -ионов.

Глава 2. ЛАБОРАТОРНЫЕ МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЕ НИТРАТОВ В РАСТЕНИЯХ

Последнее время  весьма актуальной стала проблема, связанная с контролем содержания нитратов в сельскохозяйственных растениях. Серьезный разговор по этой проблеме сегодня ведется на страницах  прессы, по радио, телевидению. Высок  интерес к ней и школьников. В связи с этим мы считаем целесообразным проведение в школе на уроках биологии лабораторного занятия по обнаружению  нитратов в растениях.

Такое занятие было проведено нами с учащимися IX—X классов  средней школы № 95 г. Харькова, занимающихся углубленным изучением биологии. Лабораторные и практические занятия  в этих классах проводятся на базе кафедры ботаники естественного  факультета Харьковского государственного педагогического института. Однако опыты по обнаружению нитратов могут  быть успешно осуществлены и в  школьных условиях, а результаты использоваться на уроках, при проведении деловой  или ролевой игры по экологии.

После сообщения  темы занятия учащимся предлагаются следующие вопросы: назовите и запишите на доске формулы известных вам  неорганических соединений азота. Что  такое нитраты? Каковы источники  азота в почве? (Учащиеся называли фиксацию азота атмосферы симбиотическими  и несимбиотическими азотофиксаторами; разложение органических веществ животного и растительного происхождения, минеральные удобрения.)

Далее следует рассказ  учителя о путях превращения  нитратов в растениях, об условиях, необходимых для этого превращения. Учитель сообщает, что корневые системы  растений хорошо усваивают нитраты. В растении происходит восстановление нитратов до аммиака. (Учитель записывает на доске схему этого восстановления — см. схему № 1.) Он сообщает также, что в восстановлении нитратов принимают участие ферменты и углеводы. Аммиак, образующийся в процессе восстановления, реагирует с некоторыми органическими кислотами (пировиноградной, щавелевоуксусной и др.).

В результате такого взаимодействия образуются триаминокислоты: глутаминовая, аспарагиновая и аланин. Этот процесс носит название первичного амминирования. Учащиеся вспоминают, что такое аминокислоты, сколько аминокислот известно. Учитель сообщает также, что аминокислоты, которые образуются в результате первичного амминирования, и их производные — амиды являются материалом для построения остальных 17 аминокислот в процессах пере-амминирования (см. схему № 2). Если по каким-либо причинам цепь этих превращений нарушается (например, в результате избытка азотных удобрений в почве), то нитраты не успевают полностью превратиться в аминокислоты. Часть их может пройти через паренхиму корня, подняться с восходящим током и отложиться в различных органах растения. Аминокислоты безвредны, они являются строительным материалом для белков, из которых построено все живое на Земле. Нитраты же в больших количествах вредны. В желудочно-кишечном тракте они превращаются в соли азотистой кислоты — нитриты, которые отравляют организм. При этом снижается работоспособность человека, возникает головокружение и даже потеря сознания, в крови увеличивается содержание молочной кислоты, холестерина, лейкоцитов, снижается количество белков, блокируется гемоглобин; нитриты могут вступать во взаимодействие с гемоглобином, образуя метгемогло-бин (вещество, угнетающее дыхательный центр).

После сообщения  учителя и беседы с учащимися  проводится лабораторное занятие. Школьникам предлагается, используя специальную  методику, определить примерное содержание нитратов в листьях капусты белокочанной, в корнеплодах моркови, в клубне картофеля, в яблоке, тыкве; зафиксировать  полученные результаты и сделать  вывод.

нитрат растение влияние организм

Материал и оборудование

Раствор дифениламина в серной кислоте (0,1 г дифениламина растворяют в 10 мл крепкой серной кислоты), который хранят в темной склянке; пипетки; ступка с пестиком; предметное стекло; стеклянная палочка; растительные объекты, в которых будут определяться нитраты.

Определение нитрат иона в почве

Приготовление водной вытяжки

Водные вытяжки могут  быть приготовлены при любом соотношении  воды и почвы (или грунта). Однако принято готовить водные вытяжки  при соотношении 1:5, т.е. на 1 часть  навески брать 5 частей воды. Берут 30 г почвы и 150 мл дистиллированной воды. Затем производили перемешивание  на магнитной мешалке в течение 10 минут и фильтровали через  плотный бумажный фильтр (синяя лента).

Колориметрическое определение  нитрат иона с салицилатом натрия.

Определение основано на реакции  нитратов с салицилатом натрия в среде серной кислоты, сопровождающейся образованием окрашенной в желтый цвет соли нитросалициловой кислоты без разбавления можно определить 0,1 до 20 мг/л NОз-.

Ход определения: к V1 = 10 мл пробы  прибавляют 1 мл раствора салицилата натрия и выпаривают в фарфоровой чашке на водяной бане досуха. После охлаждения сухой остаток увлажняют 1 мл серной кислоты и оставляют на 10 минут. Содержимое чашки разбавляют дистиллированной водой, переносят количественно в мерную колбу V = 50 мл, прибавляют 7 мл 10 н раствора NаОН, доводят дистиллированной водой до метки и тщательно перемешивают. После охлаждения до комнатной температуры вновь доводят объем до метки и окрашенный раствор колориметрируют при lmax = 400 нм. По значению оптической плотности из калибровочного графика (построение калибровочного графика проводится с использование стандартных растворов) находим концентрацию NO3- в мг/л.

Определение нитрат-иона в овощах

Экстракция нитратов из овощей

При анализе всех культур, кроме, капусты, отбирают пипеткой 10 мл сока в стакан вместимостью 100 мл, приливают 50 мл раствора алюмокалиевых квасцов (1% экстрагирующий раствор), перемешивают и получают готовую для ионометрического исследования пробу.

При анализе капусты отбирают10 мл сока в стакан вместимостью 100 мл прибавляют 50 мл экстрагирующего раствора приготовленного для капусты (растворяют 10 г алюмокалиевых квасцов в  дистиллированной воде, затем добавляют 1 г марганцовокислого калия, добавляют 0,5 мл концентрированной серной кислоты  и доводят водой до 1 литра) перемешивают в течение 3 минут. Затем при перемешивании  добавляют по каплям (3-5капепь) 33%раствор  перекиси водорода до обесцвечивания раствора, после чего получают готовую  к проведению анализов пробу.

Измерение концентрации нитрат-иона с помощью ионселективных электродов.

Перед измерениями прибор (Ионометр ЭВ-74) калибруется по стандартным приготовленным растворам KNO3.

После подготовки прибора  к измерениям (калибровки) в стаканчик  с готовой пробой опускаются электрод сравнения (хлорсеребряный) и электрод измерения (нитратный) и затем снимают  показания прибора.

Для перевода концентрации нитрат иона в массовую долю нитратов в мг/кг используют специальные таблицы [5], взятые из методического руководства. Полученные значения концентраций нитрат иона сравнивают с ПДК нитратов в  продуктах растениеводства, приведенных в этом же руководстве и делают заключение о качестве овощей.

Экспериментальные результаты и их обсуждение

Проанализируем результаты согласно поставленной цели, т.е. сначала  поговорим о содержании нитратов в овощах и о распределение  нитратов по зонам, а потом о влиянии  нитратов содержащихся в почве на количество нитратов присутствующих в  растениях.

Для проведения исследований о содержании нитратов и зонном распределении  нами были взяты кабачок, свекла, огурец и капуста. Пробы для двух различных  анализов были взяты в соответствии с рекомендациями.

Все овощи разрезается  по горизонтальной (кабачки и огурцы) или вертикальной (свекла и капуста) оси. Затем две диагональные четверти трутся на пластмассовой терке и из них отжимается сок для анализа на содержание нитрата в овоще. А две другие делятся на зоны и из каждой зоны готовится сок, а затем анализируется.

Анализы на нитраты были проведены в соответствии с приведенными методиками. Таким образом были получены результаты, которые для наглядности представлены в виде таблицы №1 «Содержание нитратов в овощах» и №2 «Распределение нитратов по зонам в овощах» также см. Приложение I (зоны считать: огурец и кабачок от плодоножки; свекла от корня; капуста: кочерыжка – 1, центр – 2 и наружные зеленые листья – 3)

 

Таблица №1. Содержание нитратов в овощах.

Название овоща	Концентрация  нитрат иона, мг/кг	ПДК, мг/кг
Огурцы	50	150
Кабачок	304	400
Свекла	510	1400
Капуста	452	500

Таблица №2. Распределение  нитратов по зонам, мг/кг.

Зоны	Огурец	Кабачок	Свекла	Капуста
1	78	370	935	461
2	65	249	545	277
3	56	216	457	449
4	51	205	410
5	49	198	492
6	47	200	431
7	40
ПДК	150	400	1400	500

По результатам исследований распределение нитратов сходны у  огурца и кабачка, т.е. их концентрация повышается в направление от верхней части плода, где был цветок, к плодоножке, где достигает максимального значения. У свеклы так же концентрация нитратов повышается от верхней части корнеплода к корню. У капусты же концентрация пульсирует максимум в кочерыжке, чуть меньше в зеленых верхних листьях и почти в полтора раза меньше в центре.

Таким образом чтобы при употреблении пищи избавиться от лишних нитратов следует срезать те части овощей в которых их концентрация максимальна. То есть в капусте это кочерыжка и зеленые верхние листья, в корнеплодах это низ (корень), а в огурцах и кабачках это место крепления плодоножки. Кроме этого желательно учесть время сбора, температурный режим (в теплые дни нитратов в растениях больше, чем в холодные), а также размер и сорта овощеводческих культур.