На прорастание семян различных культур

рН среды	Культура	Всхожесть (%)	Длины проростков (мм)	Средняя длина проростка (мм)	Длины корней (мм)	Средняя длина корня (мм)	Число корней
3	Рожь
	Горох
	Свекла
5	Рожь
	Горох
	Свекла
6,5	Рожь
	Горох
	Свекла
8	Рожь
	Горох
	Свекла
10	Рожь
	Горох
	Свекла

Построите графики зависимости всхожести семян разных культур от продолжительности воздействия повышенной температуры (рисунок 4), используя разные цвета. Аналогичные графики постройте для средних длин проростка и корня и числа корней. Сделайте вывод о влиянии концентрации водородных ионов в среде (рН) на прорастание семян и формирование растения.

Всхожесть (%)
100 50 0

3 5 6,5 8 10

Водородный показатель (рН)

Рисунок 4 Графики зависимости всхожести разных семян от рН среды

Контрольные вопросы.

1. Существуют ли оптимальные значения рН для организмов? Различаются ли они между собой?

2. В каких пределах лежит нормальная кислотность природных сред? Следует ли бороться с кислотными дождями?

3. Зависит ли выбор возделываемой культуры от рН почвы? Следует ли регулировать кислотность пахотных почв?

Лабораторная работа №3 Производство экологически безопасной продукции. Определение нитратов в образцах овощных культур

Цель: Научиться определять количество нитратов в овощных культурах при помощи реакции с дифениламином и рассчитывать нормы употребления в пищу данной продукции.

Вопросы для самостоятельного изучения

1. Как происходит круговорот азота в биосфере?

2. Что такое эвтрофикация, и как она связана с круговоротом азота?

Теоретическое введение

Нитраты присутствуют во всех средах (почве, воде, воздухе) и являются главным элементом питания растений. Поэтому вся растительная продукция содержит нитраты, и это нормально. Вопрос в их количестве. В естественных условиях (в лесу или на лугу) содержание нитратов в растении небольшое (1-30 мг/кг сухой массы). Они почти полностью переходят в аминокислоты, белки и другие органические соединения. Чтобы почва на полях не истощалась при выносе питательных веществ с урожаем, вносить азотные удобрения необходимо.

Неграмотное применение удобрений в высоких дозах в погоне за большим урожаем приводит к накоплению в продукции не только внесенных нитратов, но и к ускоренному разложению до нитратов органических веществ почвы. В результате в культурных растениях при возделывании на чрезмерно удобренной почве количество нитратов возрастает во много раз (40-12000 мг/кг сухой массы). Накопление нитратов в растениях может происходить не толь­ко от переизбытка азотных удобрений, но и при недостатке калия или фосфора. Низкое содержание в почве серы, молибдена, марганца приводит к снижению активности фермента нитратредуктазы, превращающего нитраты в белки. Поэтому нитратов накапливается больше. При недостатке света (например, в теплице или при загущенных посевах) накопление нитратов идет более активно (поэтому в продукции закрытого грунта допускается большее содержание нитратов). После применения зеленых удобрений (запахивание клевера, люпина, вики, гороха) на участках получают хорошие урожаи с низким содержанием нитратов в течение 3-4 лет без дополнительного внесения удобрений.

Наибольшим содержанием нитратов отличаются свекла столовая, овощи семейств тыквен­ных, крестоцветных, зонтичных, особенно листовые овощи и корнеплоды (капуста, редька, редис, петрушка, укроп, сельдерей), наименьшим - томаты, баклажаны, чеснок, зеленый горошек, ви­ноград, яблоки (таблица 18).

Таблица 18 Содержание нитратов в сельскохозяйственной продукции

и его допустимые уровни (мг/кг сырой массы по нитрат-иону)

Вид растения	Наблюдаемое содержание нитратов	Допустимые уровни
		Открытый грунт	Закрытый грунт
Арбузы	40-600	60
Баклажаны	80-270
Горошек зеленый	20-80
Дыни	40-500	90
Капуста белокочанная	600-3000	900
Кабачки	400-700	400	400
Картофель	40-980	250
Лук зеленый	40-1400	600	800
Лук репчатый	60-900	80
Морковь	160-2200	400
Огурцы	80-560	150	400
Перец сладкий	40-330	200	400
Петрушка (зелень)	1700-2500	1800
Редька черная	1500-1800	1300
Редис	400-2700	1500
Салат	400-2900	2000	3000
Свекла столовая	200-4500	1400
Томаты	10-180	150	300
Укроп	400-2200	2000	3000
Чеснок	40-300

Сильные различия существуют в этом отношении и между отдельными сортами. Так, сорта моркови «шантанэ», «пионер» отличаются низким содержанием нитратов, а «нантская», «лосиноостровская» - высоким. Зимние сорта капусты и позднеспелый картофель накапливают меньше нитратов по с равнению с летними, а убранные в конце вегетации морковь и столовая свекла меньше, чем летние пучковые. Наибольшее количество нитратов содержится в сосущих и проводящих органах растений – корнях, стеблях, черешках и жилках листьев. Так, у капусты в жилке листа и кочерыжке содержание нитратов в 2-3 раза больше, чем в листовой пластинке (рисунок 5). Наружные листья кочана содержат в 2 раза больше нитратов, чем внутренние. У кабачков и огурцов количество нитратов убывает от плодоножки к верхушке.

При употреблении продуктов, содержащих повышенное количество нитратов, железо, входящее в гемоглобин крови, окисляется с двухвалентного до трехвалентного и образуется метгемоглобин, который не способен переносить кислород. В результате человек испытывает кислородную недостаточность: задыхается при физических нагрузках, испытывает сердцебиение, синеет. Возможен и смертельный исход. Нитраты влияют на ферменты желудочно-кишечного тракта, снижают усвоение витаминов, и многие другие жизненно важные функции. Избыточное количество нитратов под действием микрофлоры кишечника превращается в нитриты, а далее в нитрозоамины.

Рисунок 5 Распределение нитратов в растении (мг/кг сырой массы)

Нитрозамины - это сильные канцерогены, т.е. вещества, вызывающие рак, особенно опасные для эмбрионов. Их образование блокируется витаминами С и Е.

Допустимые нормы нитратов (по данным ВОЗ) составляют 5 мг (по нитрат-иону) в сутки на 1 кг массы взрослого человека (для детей – гораздо меньше), т. е. при массе 60-70 кг - 300-350 мг нитратов. В связи с этим при употреблении в пищу растений - накопителей нитратов важно нитраты разбавлять и употреблять в малых дозах. Содержание нитратов можно уменьшить вымачиванием, кипячением (если отвар не используется), удалением частей, содержащих наибольшее количество нитратов.

Оборудование: части различных овощей, содержащих неизвестное количество нитратов, скальпели, 1%-ный раствор дифениламина в концентрированной серной кислоте, пипетки медицинские, предметные стекла, чашки Петри, мелкие емкости - пузырьки из-под пенициллина с пробками; пипетки химические на 5 мл; исходный раствор NaNO₃ для калибровки, дистиллированная вода.

Задание 1 Принесите на занятие образцы разных овощей, выращенных на своем участке или купленных на рынке. Приготовьте серию калибровочных растворов из исходного 0.6% раствора NaNO₃ путем 6 последовательных разведений в 2 раза. Под предметное стекло подложите лист белой бумаги, на стекло капните по капле всех калибровочных растворов и в каждую добавьте по 1 капле раствора дифениламина. Опишите наблюдаемую реакцию согласно следующей градации, которую можно использовать как для калибровочных растворов, так и для анализов (таблица 19).

Таблица 19 Окраска растворов или срезов растений,

обработанных 1%-ым р-ром дифениламина в конц. H₂SO₄,

_{в зависимости от содержания нитратов}

Баллы	Характер изменения окраски под действием реактива	Содержание нитратов, мг/кг
6	Срез окрашиваются быстро и интенсивно в иссиня-черный цвет. Окраска устойчива и не пропадает	>3000
5	Срез окрашиваются в темно-си­ний цвет. Окраска сохраняется некоторое время	3000
4	Срез окрашиваются в синий цвет. Окраска наступает не сразу	1000
3	Окраска светло-синяя, исчезает через 2-3 минуты	500
2	Окраска быстро исчезает, окрашиваются главным образом проводящие пучки	250
1	Следы голубой, быстро исчезающей окраски	100
0	Нет ни голубой, ни синей окраски. На целых растениях возможно порозовение	0

Задание 2 Сделайте срезы принесенных овощей и плодов, расчлените их на части: зона, примыкающая к плодоножке, кожура, периферийная часть, серединная часть, кочерыжка (у капусты), жилки, лист без жилок. Положите их в чашку Петри и накапайте на различные части среза по капле 1%-ного ра­створа дифениламина в серной кислоте. Отметьте окрашивание в соответствии с вышеприведенной шкалой. При этом в случае малых концентраций нитратов в продукции и при отсутствии синей ок­раски может наступить порозовение ткани, вследствие ее обугливания от H₂SO₄ в реактиве. Полученные результаты оформите в виде таблицы 20, внося в нее те культуры, которые использовались.

Таблица 20 Содержание нитратов в исследованных образцах

овощей и плодов

Культура	Исследуемая часть растения	Баллы	Содержание нитратов (мг/кг)
Картофель	а) Под кожурой б) Серединная часть
Капуста	а) Кочерыжка б) Жилки в) Лист

Задание 3 Исходя из нормативов ВОЗ по поступлению с пищей нитратов, посчитайте, сколько картофеля, капусты, моркови, огурцов, редиса и укропа, содержащих максимально допустимое их количество (см. таблицу 18), можно употреблять в пищу за сутки человеку весом 70 кг. Рассчитайте, сколько можно ему употреблять тех овощей, которые Вы обследовали. Сделайте вывод об их безопасности, исходя из того, что экологически безопасная продукция должна содержать вредных веществ не более ПДК.

Контрольные вопросы

1. Наблюдается ли различие видов и сортов растений по накоплению нитратов? В каких овощах их может оказаться больше всего?

2. Почему вредно для человека употреблять в пищу овощи, содержащие большие количества нитратов?

3. Как регламентируют количество нитратов в с.-х. продукции?

4. Опишите простейший метод количественного определения нитратов

Лабораторная работа № 4 Важнейшие загрязнители