Описание лабораторной работы определение нитратов в листьях растений
Обновлено: 17.09.2024
Объекты, реактивы, оборудование: проростки фасоли, выращенные на полной среде Кнопа с обычной и удвоенной дозой азота, в условиях различного освещения; кочаны капусты, плоды огурца, клубни картофеля, лук (на перо), зелень и корнеплоды петрушки, моркови, салат, 1% раствор дифениламина в концентрированной серной кислоте в капельнице, вода в химических стаканах, чашки Петри, стеклянные палочки, нож, лезвие бритвы, фильтровальная бумага, глазная пипетка, лампа на 300Вт, шкала интенсивности окрашивания дифениамином.
Краткие сведения
Интенсификация земледелия в ХХ в. Породила нитратную проблему. Азотные удобрения, вносимые без соблюдения дозы и правил, привели к увеличению содержания нитратов в растительных продуктах до размеров, угрожающих здоровью человека.
Попадание большой дозы нитратов в организм грозит острым отравлением. Нередки отравления дынями, арбузами и другими продуктами с повышенным содержанием нитратов; возможно отравление питьевой водой за счет попадания повышенного количества удобрений в водные источники.
По данным Министерства здравоохранения РФ, предельно допустимая доза нитратов для взрослого человека в сутки составляет 500 мг, токсичная — 600 мг, для грудного ребенка доза в 10 мг может быть смертельной.
Соли азотной и азотистой кислот, поглощаемые корнями из почвы, восстанавливаются в растении до аммиака, используемого на синтез аминокислот и других соединений. Для восстановления нитратов требуется АТФ, образующаяся в процессе окислительного или фотосинтетического фосфорилирования.
При достаточном содержании растворимых углеводов и высокой активности соответствующих ферментов перечисленные биохимические процессы происходят в клетках корня. Однако при неблагоприятных условиях часть нитратов (нередко весьма значительная) может пройти через паренхиму коры корня в неизмененном виде. В этом случае нитраты попадают в сосуды ксилемы и поднимаются с восходящим током к листьям, где и происходит их восстановление.
Определение содержания нитратов в соке, отжатом из стеблей, черешков и пластинок листа, позволяет судить о восстановлении нитратов в корнях: чем меньше в них обнаруживается нитрат-ионов, тем активнее происходит этот процесс в клетках корня. Сопоставление содержания нитратов в различных органах растения, например в черешках, пластинках листа, корнях, дает представление о нитратредуктазной активности этих органов.
Для обнаружения нитратов можно использовать реактив с дифениламином, который в присутствии иона NO3 — дает синюю окраску.
По интенсивности посинения можно судить о количестве нитратов в исследуемом объекте.
Данные таблицы 1 позволяют с помощью этого реактива оценить количество нитратов в растении на разных стадиях развития и сделать вывод о необходимости азотной подкормки. Малое количество нитратов в начале вегетации растений означает недостаток азотного питания. Такое же малое количество их в фазе цветения является нормой и не требует подкормки растений.
Таблица 1— Необходимость в азотных удобрениях на разных стадиях вегетации растений
Балл | Окраска среза или сока | Необходимость в азотных удобрениях |
в начале вегетации | в фазу цветения | |
Нет окраски | Очень сильная (60 кг/га) | Средняя (30 кг/га) |
Бледно-голубая, быстро исчезает | Сильная (60 кг/га) | Слабая (30 кг/га) |
Голубая, проводящих сосудов | Средняя (30 кг/га) | «—« |
Голубая, исчезает через 2-3 мин | Слабая (30 кг/га) | «—« |
Синяя, сохраняется несколько минут | «—« | «—« |
Темно-синяя, сохраняется некоторое время | Не нуждается | «—« |
Темно-синяя, устойчивая | Избыток нитратов |
В связи с опасностью, которую представляют нитраты для здоровья человека необходимо знать допустимые пределы содержания данных веществ в овощах, бахчевых культурах, в зеленых органах растений. Эти сведения позволяет избежать токсичных доз нитратов.
У столовой свеклы и редиса необходимо удалять верхнюю и нижнюю части корнеплода. В капусте наибольшее количество нитратов сосредоточено в верхних кроющих листьях и кочерыжке. Кабачки, огурцы и патиссоны накапливают нитраты в кожице и в части, прилегающей к плодоножке. Их необходимо частить и срезать 2-3 см вместе с плодоножкой.
В картофеле нитратов накапливаются меньше, однако его употребляют чаще других овощей и в большем количестве. Для снижения нитратов в картофеле его следует замачивать на ночь в растворе NaCl.
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Управление образования и науки Тамбовской области
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по проведению практических занятий в рамках дополнительной общеобразовательной общеразвивающей программы
научно-учебной лаборатории
биохимического анализа сельскохозяйственной продукции
для школьников Тамбовской области
Авторы-составители:
Манылов Павел Сергеевич,
Гришутина Татьяна Николаевна,
кандидат с.-х наук.
Мичуринск, 2021 год
Тема: Знакомство с технологией продуктов здорового питания и лабораторным оборудованием. Определение нитратов в растениях.
Цель занятия: ознакомление с концепцией функционального питания и оборудованием, применяемым для биохимического анализа сельскохозяйственной продукции.
Материалы и оборудование: тетради, ручки, химическая посуда, нитратомер, стаканы, ступки, образцы продуктов растительного происхождения.
1. Степин Б. Д. Техника лабораторного эксперимента в химии: Учеб. пособие для вузов. М. Химия, 1999.
2. Койка С. А., Скориков В. Т. Нитраты и нитриты в продукции растениеводства: Вестник РУДН, серия Агрономия и животноводство, 2008, №3.
Ход занятия
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ К ЗАНЯТИЮ
Научно-техническая политика государства в области питания должна быть направлена на укрепление здоровья народа. Для выполнения этой задачи необходимо производство доступных пищевых продуктов высокого качества. Основой здорового питания является сбалансированность рациона по всем пищевым веществам. В результате технологической обработки, использования неполноценного по химическому составу пищевого сырья, влияния других причин, организм человека не получает необходимое количество незаменимых компонентов. Одним из способов ликвидации дефицитных состояний и повышения резистентности организма к неблагоприятным факторам окружающей среды является систематическое употребление продуктов питания, обогащенных комплексом биологически активных добавок с широким спектром терапевтического действия.
В здоровом питании населения ведущая роль отводится созданию новых, сбалансированных по составу продуктов, обогащенных функциональными компонентами. Продукты питания с такими компонентами, ежедневное употребление которых способствует сохранению и улучшению здоровья, принято называть функциональными. Диапазон функциональных продуктов очень широк. Это зерновые завтраки, хлебобулочные, макаронные и кондитерские изделия, кисломолочные напитки, напитки на основе фруктовых соков, отваров из растительного сырья. Изучение отечественного и зарубежного научного и производственного опыта по созданию продуктов, обладающих антистрессовыми, тонизирующими, стимулирующими и радиопротекторными свойствами показывает, что выпуск продуктов специального назначения базируется на принципе исключения или замены (полной или частичной) в пищевых продуктах тех компонентов, которые могут оказать негативное действие на потребителей пищевых продуктов, страдающих тем или иным недугом, а также введения в продукты лечебных препаратов.
Для получения продуктов функционального назначения в нашей стране используют различные виды сырья с повышенной биологической активностью, изыскивая способы снижения калорийности продуктов за счет введения различных обогатителей. В этом отношении роль продуктов растительного происхождения трудно переоценить. Они являются поставщиками витаминов, ферментов, органических кислот, эфирных масел, пектинов, пищевых волокон, углеводов. В овощах нутриенты находятся в оптимальных соотношениях между собой. Включение овощей в рацион способствует выведению из организма вредных веществ.
Разработка новых технологий и производство продуктов питания на базе отечественного растительного сырья должно быть приоритетным направлением деятельности технологов пищевой промышленности и общественного питания. Растительное сырье является источником естественных нутриентов. Используя его, можно создать продукцию профилактической и оздоровительной направленности. Сегодня как никогда в пищевой промышленности и общественном питании остро стоит проблема создания продуктов, обладающих лечебно-профилактическим эффектом. Эту проблему можно решить, если разрабатывать технологии комбинированных продуктов питания с использованием лекарственного дикорастущего пищевого и культурного сырья. Дикорастущие растения являются дополнительным резервом к продуктам питания. Они позволяют, с одной стороны, разнообразить рацион, а с другой, обогатить его необходимыми биологически активными веществами.
Исследователи, занимающиеся изучением природы, ее растительного мира, отмечают, что знание растительных богатств не только позволяет обеспечить человека питанием, но и гарантирует оптимальную психофизиологическую адаптацию к суровым условиям окружающей среды. Растительное сырье по лечебному применению делится на группы, обладающие функциональными характеристиками.
Применяя эти знания на практике, можно создавать продукты с заранее заданным химическим составом. Причем необходимо использовать те лекарственные растения, у которых хорошо изучен химический состав и фармакологические свойства. При создании продуктов функционального питания необходимо знать химический состав сырья, пищевую ценность, специальные приемы технологической обработки.
Продукты функционального питания и их компоненты могут модифицировать метаболизм в организме человека и играть важную роль в предотвращении возникновения различных заболеваний. Разработка технологий производства функциональных продуктов питания, их внедрение в производство, а также подготовка специалистов требует немедленного решения, что будет способствовать профилактике заболеваний и укрепления здоровья.
Лабораторное оборудование
Лабораторным оборудованием называют приборы и технические средства, которые задействуются при выполнении всевозможных лабораторных исследований. Виды и характеристики лабораторного оборудования по назначению:
- общее лабораторное оборудование;
- специальное лабораторное оборудование;
- аналитическое лабораторное оборудование;
- испытательное лабораторное оборудование.
Общее лабораторное оборудование используется при проведении подготовительных или промежуточных работ с веществами до начала исследования или в процессе испытаний. С помощью такой техники выполняются процессы смешивания, дробления, измельчения, изменения агрегатного состояния и иных физико-химических свойств. Общее лабораторное оборудование лаборатории биохимического анализа:
- специальная лабораторная мебель
- шкаф вытяжной лабораторный
- комплект лабораторной посуды: мерные цилиндры, колбы, химические стаканы, дозирующие пипетки и прочее
- водяная баня лабораторная
Измерительные приборы – устройства, которые применяются для оценки количественных физических параметрах испытуемого образца. К категории измерительного лабораторного оборудования относят поляриметры, спектрометры, лабораторные весы, рефрактометры и т.д.
Аналитическое лабораторное оборудование – устройства, которые применяются для высокоточного определения состава образцов: изотропного, элементного и проч. К этой группе приборов относят хроматографы, фотометры, титраторы и иные виды анализаторов.
Испытательное лабораторное оборудование – техника, с помощью которой можно выполнять разнообразные физические и химические манипуляции с исследуемыми образцами. Как правило, они представляют собой компьютеризованные или роботизированные устройства. К данной категории относят толщиномеры, влагомеры, реометры и т.д.
Нитраты являются источником азотного питания растений. В растениях они восстанавливаются до нитритов HNO 3 ⟶ HNO 2 . Само присутствие нитратов в растении – нормальное явление. При избытке в почве нитраты могут накапливаться в растениях, а затем в организме человека.
Избыток нитратов обладает высокой токсичностью:
1) нитраты под воздействием ферментов восстанавливаются до нитритов, которые взаимодействуют с гемоглобином крови, в результате образуется метгемоглобин, которые уже не способен переносить кислород. Поэтому нарушается нормальное дыхание клеток и тканей организма.
2) нитраты способствуют развитию патогенной (вредной) кишечной микрофлоры, которая выделяет в организм человека ядовитые вещества. В результате чего идёт отравление организма.
3) нитраты снижают содержание витаминов в пище.
4) при длительном поступлении нитратов в организме человека уменьшается количество йода, что приводит к увеличению щитовидной железы.
5) установлено, что нитраты сильно влияют на возникновение раковых опухолей в желудочно-кишечном тракте.
Основная масса нитратов попадает в организм со свежими овощами. По способности накапливать нитраты овощи делятся на три группы:
1 гр. с высоким содержанием (до 5000 мг/кг сырой массы): салат, шпинат, свёкла, укроп, редис, зелёный лук, листовая капуста, арбуз, дыня.
2 гр. со средним содержанием (300-600 мг/кг сырой массы): цветная капуста, кабачки, тыква, репа, редька, белокочанная капуста, хрен, морковь, огурцы.
3 гр. с низким содержанием (10-80 мг/кг сырой массы): брюссельская капуста, горох, щавель, фасоль, картофель, томаты, репчатый лук, фрукты и ягоды.
Причём в разных частях овощей находится разное количество нитратов. В свёкле и моркови больше нитратов в верхней части корнеплодов, в капусте – в кочерыжке и верхних листьях. У всех овощей и плодов – больше в кожице.
Для взрослого человека предельно допустимая среднесуточная норма нитратов 5 мг на 1 кг массы тела человека, т.е. 300 мг на человека весом 60кг, предельно допустимая норма - 500мг в сутки, токсичная доза для человека 600-700 мг в сутки.
Способы снижения вреда нитратов в растениях:
1. при термической обработке овощей, мойке, жарке, тушении, вымачивании – уменьшается на 20-50%;
2. в клубнях картофеля – залить 1% раствором поваренной соли;
3. у патиссонов, кабачков, баклажанов, огурцов срезать оба конца т.к. здесь самая высокая концентрация нитратов. В моркови и свёкле больше нитратов в верхне части корнеплода.
4. употреблять в пищу достаточное количество продуктов содержащих витамины С и Е, т.к. они снижают вредное воздействие нитратов;
5. консервирование овощей, т.к. нитраты растворимы в воде и они выходят в рассол и маринад, который необходимо вылить при употреблении консервированных овощей.
Ячейку камеры объемом ~ 20 см 3 заполняют культурой водорослей, включают мешалку, освещение и подключают датчик кислорода (рис. 6).
Рис. 6. Схема камеры исследования фотосинтеза:1 – камера; 2 – ячейка;
3 – магнитная мешалка; 4 – датчик кислорода; 5 – осветительные лампы
Регистрируют изменения концентрации кислорода в процессе фотосинтеза, записывая показания прибора через определенные промежутки времени. Включает источник света и наблюдают за процессом дыхания водорослей, также фиксируя показания прибора через определенные промежутки времени. Затем с помощью пипетки вводят в ячейку камеры 5 мл раствора фенола. Включают источник света и фиксируют показания содержания кислорода через такие же промежутки времени как и в первом случае. Выключают источник света и продолжают измерения.
Строят графики зависимости содержания кислорода в ячейке от времени освещения и затемнения для чистой и для зараженной культуры. Опыты повторяют, но используют другое производное фенола. Сравнивая графики, делают вывод о влиянии различных соединений на активность фотосинтеза.
Требования к отчету
В отчете следует привести описание работы, основные реакции фотосинтеза, прокомментировать наблюдаемые явления, сделать вывод об относительной токсичности производных фенола.
Вопросы для самоподготовки
1. Что понимают под фотосинтетической деятельности растений? Приведите основные реакции.
Продуктивность экологической системы. Виды продуктивности.
3. Первичные продукты фотосинтеза, их дальнейшие превращения.
4. Фотосинтез и миграции кислорода и углерода.
5. Основные лимитирующие факторы деятельности фотопродуцентов.
6. Токсичные вещества как лимитирующий фактор.
7. Роль фотосинтеза в жизнедеятельности биосферы.
Лабораторная работа № 15 Определение содержания нитратов в растительных объектах
Азот широко распространен во всех геосферах и в составе различных соединений мигрирует в биосфере. В газообразной форме в виде 1/2 он довольно инертен, составляет 70% атмосферы. Используется биотой после усвоения его с помощью азотфиксирующих бактерий почв и клубеньковых бактерий бобовых, а также сине-зеленых водорослей гидросферы.
При этом азот превращается в аммиак по схеме:
N2 фиксация 2N
В воде и почвенных растворах аммиак существует в виде иона аммония NH4 + , который с помощью микроорганизмов окисляется до нитрат-ионов (нитрификация):
В форме нитратов азот ассимилируется растениями и идет на образование аминокислот и белков. После гибели организмов азотсодержащие органические соединения подвергаются разложению. В кислородных условиях может идти реакция
В бескислородных условиях процесс можно представить в виде следующей схемы (денитрификация):
Кислород нитратов идет на окисление органических веществ. Если израсходованы нитрат-ионы, то для окислительных процессов используется кислород сульфат-ионов:
Образовавшийся аммиак возвращается в цикл. Свободный азот N2или еще азот в видеN2O, полученный в результате деятельности микроорганизмов, возвращается в окружающую среду. В природе существует баланс между включаемым в иосферу и возвращаемым азотом.
В последнее время применение удобрений, увеличение объема производств, дающих азотсодержащие отходы, и другие причины привели к тому, что в почвах, воде, живых организмах накапливается избыточное количество нитратов, т.к. денитрифицирующие бактерии не успевают перерабатывать поступающие соединения. Избыток содержания нитратов вредит здоровью людей, вызывает бурный рост водных, растений, приводящий к эвтрофикации водоемов. Накопленные в почве нитраты легко подвижны. При выпадении большого количества осадков они могут вымываться в глубокие горизонты и даже проникать в грунтовые воды. Накопленные в почве, воде нитраты интенсивно всасываются растениями, поскольку являются необходимым компонентом их питания.
Для взрослого человека предельно допустимая норма нитратов 5 мг на 1кг массы тела человека, т.е. 0,25 г на человека весом в 60 кг. Для ребёнка допустимая норма не более 50 мг. Сравнительно легко человек переносит дневную дозу нитратов в 15~200 мг; 500 мг – это предельно допустимая доза (600 мг – уже токсичная доза для взрослого человека). Для отравления грудного малыша достаточно и 10 мг нитратов. В РФ допустимая среднесуточная доза нитратов – 312 мг, но в весенний период реально она может быть 500-800 мг/сут.
Пути попадания нитратов в организм человека: а) через продукты питания растительного и животного человека; б) питьевую воду; в) лекарственные препараты. Основная масса нитратов попадает в организм человека с консервами и свежими овощами (40-80% суточного количества нитратов). Незначительное количество нитратов поступает с хлебо-булочнымн изделиями и фруктами: с молочными продуктами попадает около 1% (10-100 мг/л). Часть нитратов может образоваться в самом организме человека при его обмене веществ.Загрязнённая нитратами питьевая вода вызывает 70-80% всех имеющихся заболеваний, которые на 30% сокращают продолжительность жизни человека. В питьевой воде из подземных вод содержится до 200 мг/л нитратов, гораздо меньше их в воде из артезианских колодцев. Нитраты попадают в подземные воды через различные химические удобрения с полей (нитратные, аммонийные) и от химических предприятий по производству этих удобрений. Наибольшее количество нитратов содержится в грунтовых водах, в колодезной воде. Обычно жители городов пьют воду, где содержится до 20 мг/л нитратов, жители же сельской местности – 20-80 мг/л.
Рыбная и мясная продукция в натуральном виде содержит немного нитратов (5-25 мг/кг в мясе, и 2-15 мг/кг в рыбе). Но нитраты и нитриты добавляют в готовую мясную продукцию с целью улучшения её потребительских свойств и для более длительною её хранения (колбасные изделия). В сырокопчёной колбасе содержится нитритов 150 мг/кг, а в варёной колбасе – 50-60 мг/кг. Также нитраты попадают в организм человека через табак. Выяснено, что некоторые сорта табака содержат до 500 мг нитратов на 100 г сухого вещества.
Накопителями нитратов являются растения семейства тыквенных, капустных, сельдерейных. Наибольшие их количества содержатся в листовых овощах: петрушке, укропе, сельдерее, наименьшее – в томатах, баклажанах, чесноке, винограде и яблоках. Наибольшее количество нитратов содержится в сосущих и проводящих органах растений – корнях, стеблях, черешках и жилках листьев. Так, у капусты наружные листья кочана содержат в 2 раза больше нитратов, чем внутренние. А в жилке листа и кочерыжке содержание нитратов в 2-3 раза больше, чем в листовой пластинке. У кабачков, огурцов и т.п. плодов нитраты убывают от плодоножки к верхушке (Приложение 3).
Избыток содержания нитратов в воде и пищевых продуктах вредит здоровью людей, так как появление в организме нитрита, восстановленного из нитрата, служит причиной образования метгемоглобина, в котором кислород прочно связан с гемоглобином, что снижает способность эритроцитов переносить кислород.
Цель работы:углубить представления о миграции азота в биосфере, определить содержание нитратного азота в растениях.
Приборы и реактивы:нитратомер ЭКО-01, электроды хлорсеребряный и нитратселективный, гомогенизатор, 0,1 М раствор КNO31%-ный раствор алюмокалиевых квасцов, терка, электронные весы.
Лабороторная работа может проводиться на уроках химии в 9 классах, на элективных курсах в рамках профильной и предпрофильной подготовки обучающихся, при подготовке к олимпиадам и конкурсам практической направленности. Поможет приобщить детей к химии, завлечь и заинтересовать их, методику любой ребенок может применить даже в домашних условия.
Лабораторная работа по теме:
1.Научиться определять нитраты в овощных культурах;
3.Научиться измерять и объективно оценивать уровень загрязнения пищевых продуктов нитратами
4.Познакомиться с таблицей «Минимальное и максимальное содержание нитратов в овощах (мг/кг) определенные в Институте почвоведения и фотосинтеза АН России (табл.2).
1.Сформировать у учащихся навыки самостоятельной работы
2.Сформировать умения анализировать, синтезировать и по ходу занятия делать выводы.
Продолжить формирования научного мировоззрения.
Оборудования и материалы: 1% раствор дифениламина в концентрированной серной кислоте, предметные стекла, пипетки.
-Воздействие нитратов на организм человека
-Содержание нитратов в различных овощах
-Предельно допустимая доза нитратов
-Взять исследуемый овощ. Овощи следует предварительно вымать и обсушить, натереть и выделить сок.
-Положить под предметное стекло белый лист бумаги и капнуть на предметное стекло 2 капли изучаемого раствора и 2 капли дифениламина
Читайте также: