МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Обнинский институт атомной энергетики –

филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего

профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Отчёт по лабораторной работе №2

на тему: “Обнаружение нитратов в растениях”

Обнинск, 2020

Теория

Свободный азот атмосферы в результате процессов нитрификации преобразуется в нитраты (окисленные неорганические соединения азота). Нитраты – неотъемлемая часть всех наземных и водных экосистем, эти соединения во многом определяют продуктивность экосистем наряду с другими факторами. Дополнительное внесение азота в почву способствует росту урожая зеленой массы, а следовательно, и повышению всей биомассы растения. Интенсификация земледелия в 20 веке породила нитратную проблему. Азотные удобрения, вносимые без соблюдения дозы и правил, привели к увеличению содержания нитратов в растительных продуктах. Соли азотной и азотистой кислот, поглощаемые корнями из почвы, восстанавливаются в растении до аммиака, который используется для синтеза аминокислот и других соединений. Для восстановления нитратов требуется АТФ, образующаяся в процессе окислительного или фотосинтетического фосфорилирования.

При достаточном содержании растворимых углеводов и высокой активности фермента нитратредуктазы биохимические превращения нитратов в аминокислоты и другие нитросоединения происходят в клетках корня. Однако при избытке нитратов или при нарушении работы ферментов часть нитратов (нередко весьма значительная) может пройти через паренхиму коры корня в неизмененном виде. В этом случае соли азотной кислоты попадают в сосуды ксилемы и поднимаются с восходящим током к листьям, где и происходит их восстановление.

В природе наблюдается четкое различие видов и сортов растений по накоплению и содержанию нитратов. Так, например, наибольшее их количество содержится в овощах семейств тыквенные, капустные, сельдерейные, а наименьшее в растениях семейств пасленовые, бобовые, лилейные, а также в фруктах. Распределение и накопление нитратов отдельных органах растения также неодинаково. Наибольшее количество нитрат – ионов содержится в сосущих и проводящих органах растений – корнях, стеблях, черешках, жилках листьев. Так, у капусты в жилке листа и кочерыжке содержание нитратов в 2 раза больше, чем в листовой пластинке. У кабачков, огурцов количество содержащихся нитратов убывает от плодоножки к верхушке плода. Определение содержания нитратов в соке, отжатом из корней, стеблей, черешков и листовых пластинок и последующее сопоставление данных свидетельствует о нитратредуктазной активности этих органов и дает возможность предупредить пищевые отравления. Попадание большой дозы нитратов в организм грозит острым отравлением. Нередки отравления дынями, арбузами, ранней тепличной продукцией (огурцами, томатами, зеленью) и другими продуктами с повышенным содержанием нитратов; возможно отравление питьевой водой за счет попадания повышенного количества удобрений в водные источники. В результате употребления продуктов, содержащих повышенное количество нитратов, человек может заболеть метгемоглобинией. При этом заболевании ион NO3- взаимодействует с гемоглобином крови, окисляя железо, входящее в гемоглобин, до трехвалентного, а образовавшийся в результате этого метгемоглобин не способен переносить кислород и человек испытывает кислородную недостаточность. В желудочно-кишечном тракте избыточное количество нитратов под действием микрофлоры кишечника превращается в токсичные нитриты, и далее, возможно их превращение в нитрозамины – сильные канцерогенные яды. В связи с этим важно ограничивать избыточное поступление нитратов в организм. Содержание нитратов можно уменьшить вымачиванием, кипячением продуктов (если отвар не используется), удалением тех частей, которые содержат большое количество нитратов.

В Приложении 3 приведены сведения о минимальных и максимальных количествах нитратов, содержащихся в овощах, согласно данным Института почвоведения и фотосинтеза РАН.

По данным Министерства здравоохранения России, предельно допустимая доза нитратов для взрослого человека в сутки составляет 5мг на 1кг массы, токсичная доза – более 6 мг.

Для обнаружения нитратов можно использовать экспресс-метод с раствором дифениламина, который реагирует с ионами NO3¯ и дает синюю окраску. По интенсивности посинения можно судить о количестве нитратов в исследуемом объекте.

Цель работы: познакомиться с простым и доступным методом определения нитратов в растительном сырье, грамотно научиться оценивать их количество в пищевых продуктах.

Оборудование и реактивы: раствор KNO3 или NaNO3 в концентрациях, мг/л: 5000,2000,1500,1000, 800, 500, 300, 100 в небольших склянках; 1-процентный раствор дифениламина в концентрированной серной кислоте (H2SO4) в капельнице, пинцет, стеклянные палочки, плоские стеклянные тарелки, стекло предметное с лункой, фильтровальная бумага, ножницы, скальпель или бритва.

Объект исследования: любые овощные или зеленные культуры, взятые из продажи или выращенные на разных питательных средах.

Ход работы

1) Перед началом работы заполняем концентрационную шкалу окраски, соответствующую определенному содержанию нитратов. Для этого на стекло предметное с лункой или стеклянной пластинки наносим капли контрольных растворов KNO₃ или NaNO₃ и добавляем одну каплю дифениламина, записывая результаты в таблицу 1:

Таблица 1

Концентрационная шкала окраски растворов нитратов

Концентрация KNO3 или NaNO3, мг/л	Описание цвета	Время исчезновения окраски
100	Едва заметный светло-голубой	Сразу исчезает
300	Светло-голубой	Исчезает в течение 20 сек
500	Голубой	Исчезает в течение 2 мин
800	Синий	Сохраняется в течение 5 мин и более
1500	Темно-синий	Сохраняется длительное время
2000	Тёмно-синий	Сохраняется длительное время
3000	Иссиня-черный с осадком	Не исчезает в течение долгого времени

2) При описании окраски в результате реакции с дифениламином используем следующие видимые изменения: нет окраски (на срезах растения может быть порозовение), окраска бледно-голубая быстро исчезает, окраска голубая исчезает через 2-3 мин (на срезах окрашиваются жилки), синяя сохраняется несколько минут, темно-синяя сохраняется некоторое время, темно-синяя устойчивая, иссиня-черный цвет. С помощью этой шкалы количественно оценивают содержание нитратов в растительном материале, сравнивая с ней по цвету опытную пробу.

3) Взятые на анализ растения раскладываем на столе, отделяем ткани, органы. С помощью пинцета или стеклянной палочки отжимаем сок на поверхность стекла, под которым лежит лист белой бумаги. Одновременно делаем срез изучаемой ткани или органа растения, взвешиваем на технических весах и также помещаем на стекло. К испытуемому материалу добавляем каплю дифениламина, оцениваем реакцию и записываем результаты.

4) Результаты экспериментов оформляем в таблицу 2:

Таблица 2

Данные по содержанию нитратов в испытуемых продуктах

Название испытуемого продукта	Окраска			Количество иона NO3, мг/л			Допустимое количество продукта в сутки для человека (из расчета на свой вес 300мг)
	сока	среза	В соке		В срезе
Томаты	синяя	голубая	800		500	454 г
Укроп	Темно-синяя	Темно-синяя	2000		2000	156 г
Яблоки	Светло-голубая	Светло-голубая быстро исчезает	300		100	1515 г

Вывод: содержание нитратов в испытуемых продуктах превышает ПДК (предельно допустимую концентрацию). Для томатов ПДК 300 мг, для укропа 1200 мг, а для яблок 60 мг. Данные продукты в пищу лучше не употреблять, так как этих продуктов с меньшей ПДК можно употребить значительно больше – 1 кг помидоров, 250 г укропа, 5 кг яблок.