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.

Нажмите, чтобы узнать подробности

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: