Нитраты и нитриты, и их роль в растениях. Исследование продукции растениеводства на наличие нитратов и их влияния на здоровье человека

Нитраты в овощах и фруктах и нитриты. Так ли они опасны для человека. Нужны ли они растениям? Превращение нитратов в нитриты. Накопление нитратов в почвах, растениях и воде. Почему важно не переборщить с и возможные последствия.
Приглашаю Вас в группу на Subscribe.ru для дачников, садоводов: "Загородные хобби"

Нитраты в овощах и фруктах

Соли азотной кислоты (HN03) с давних пор используются как азотные удобрения. Самое большое распространение получили:

• калийная селитра — KN03;
• чилийская селитра — NaN03;
• кальциевая селитра — Ca(N03)2;
• аммиачная селитра — NH2N03.

Не так давно нитраты относили к слаботоксичным веществам, их даже иногда назначали как мочегонное средство. В данный момент отношение к ним пересматривается. Дело в том, что из нитратов при некоторых условиях образуются нитриты, которые порождают процессы, приводящие к метгемоглобинемии, онкологии и другим болезням.

Нитриты образуются из нитратов, которые содержатся в растительных и животных продуктах, как во время хранения и кулинарной обработки, так и в период усвоения продуктов организмом человека.

Нитриты - соли азотистой кислоты (HN02) - могут восстанавливаться из нитратов различными микроорганизмами.

Процесс превращения нитратов делят на несколько этапов, на каждом из которых (при наличии благоприятных условий) могут синтезироваться опасные для человека нитриты и канцерогенные нитрозосоединения.

«Судьба» нитратов определяется на этапе внесения в почву. Все дальнейшие превращения зависят от их количества. При малой дозе все нитраты полностью усваиваются растениями и никакой опасности для человека и природы не представляют. При большой дозе часть нитратов расходуется на рост зеленой массы растений, часть накапливается в растениях, часть поступает в водоносные горизонты.

В период хранения в растениях, содержащих нитраты, могут образовываться нитриты. При кулинарной обработке уровень нитратов в продуктах может, как уменьшаться за счет удаления с очистками и водой для мытья, так и возрастать - при использовании нитратной воды. На этом этапе в продуктах могут синтезироваться наиболее опасные метаболиты нитратов - канцерогенные нитрозосоединения. Во время хранения готовых блюд продолжается образование нитритов из нитратов.

Последний этап - пищеварительный тракт человека. Здесь часть нитратов удаляется с мочой, а оставшиеся переходят в нитриты, которые расходуются на синтез метгемоглобина и нитрозосоединений.

Теперь более подробно.

Накопление нитратов в почвах, растениях и воде

Внесение в почву

Российские и американские исследователи сообщают, что при внесении около 70- 80 килограмм азотных удобрений на гектар (7-8 грамм/м.кв, или 700- 800 грамм на сотку) земля не истощается, а в растениях не накапливается опасное количество нитратов. В агрономической практике считается рентабельным вносить до 240 килограмм/га азотных удобрений, что в три раза превышает безопасный уровень. Такие дозы ведут к накоплению нитратов в почве и поступлению их в грунтовые воды.

При внесении в серую лесную почву 60 килограмм/га (или 6 грамм/м.кв) нитраты мигрировали на глубину не более 60 сантиметров и усваивались растениями на 59%. При внесении 120 килограмм/га (12 грамм/м2) нитраты проникали на глубину до 2 метров и усваивались растениями на 45%. При внесении 180 килограмм/га растения усваивали только 34% азота, а нитраты были обнаружены на глубине 3 метров. На этой глубине располагаются водоносные горизонты, питающие сельские колодцы.

Таким образом, если на дачном или приусадебном участке с серой лесной почвой внести на каждую сотку по 1,2 килограмма удобрений (то есть 120 килограмм/га, или 12 грамм/м.кв), то в колодезной воде неизбежно появятся нитраты, причем не только в колодце владельца удобренного участка, но и у соседей. Урожай, конечно, сильно возрастет, но придется есть овощи с нитратами и пить нитратную воду. Повышение урожайности будет оплачено здоровьем семьи и соседей, а также снижением качества овощей. Они не достигнут при внесении 0,6 килограмма удобрений на сотку.

Присутствие нитратов в воде

Присутствие нитратов в воде очень грубо можно определить на вкус. Вяжущий, кисловатый вкус нитратов ощущается уже при концентрации 8 миллиграмм/литр. С увеличением содержания нитратов в воде кисло-соленый привкус усиливается, и при концентрации нитратов 1600-2000 миллиграмм/литр вкус воды становится горьковатым.

Многие исследователи связывают увеличение количества нитратов в грунтовых водах и водоемах Европы с использованием минеральных удобрений. Учёные приводят такие результаты исследования. Они вносил под виноград азотные удобрения (сульфат аммония): осенью-120, летом - 30 килограмм/га. В результате за 6 лет содержание нитратов в воде достигло 113 миллиграмм/литр.

Таким образом, «запасные» нитраты не пропадают бесследно, а бумерангом возвращаются к человеку в питьевой воде.

Нитраты в растениях

Недостаток влаги способствует увеличению количества нитратов

В растениях накапливаются избыточные количества нитратов при недостатке тепла, света, влаги или недостаточном увлажнении. Вода нужна для поступления нитратов от корней до тех частей растения, где они будут усвоены. В засуху нитраты не могут дойти до этих органов, поэтому накапливаются в стебле и прожилках листочков.

Под влиянием микроэлементов нитраты восстанавливаются до аммиака. Для фермента, который участвует в восстановлении нитратов в нитриты, нужен молибден, для превращения нитрата в гипонитрит и последнего в аммиак - марганец. Недостаток любого из этих микроудобрений прерывает цепь восстановления нитратов до аммиака, способствуя сохранению высокого содержания нитратов в производимых культурах. Поэтому увеличение концентраций нитратов в продуктивных частях растений нельзя рассматривать с тех же позиций, что и формирование остаточных количеств пестицидов. Последние для растений являются чужеродными веществами, тогда как нитраты - это элемент минерального питания.

Российские учёные провели такой эксперимент. В огурцах, выращенных в теплице при прямом действии микроэлементов, было обнаружено 112 миллиграмм нитратов на килограмм сырой массы, в то время как в варианте с применением цинка и меди - 70 миллиграмм на килограмм. Дополнительное введение молибдена снизило содержание нитратов до следов. Кроме того, применение меди и цинка повысило урожайность на 2,1 - 2,5 килограмм/м2. Иными словами, полноценное минеральное питание не только повышает качество получаемой продукции, но и увеличивает урожайность культур.

Важно помнить, что микроудобрения хороши только в микродозах, поскольку промежуточные продукты - нитриты, нитроксил, аммиак и прочие - в больших количествах отравляют растения.

Свет способствует снижению нитратов в овощах и фруктах

Источником энергии для восстановления нитратов в аммиак служит свет. При недостаточном уровне освещенности скорость восстановления нитратов уменьшается, и они начинают накапливаться в растениях. В тепличных овощах из-за этого больше нитратов, чем в овощах открытого грунта.

Зимой в тепличных огурцах было больше нитратного азота, чем весной. Изменяя режим освещения, можно получить в тепличных условиях максимальный урожай огурцов при внесении азотного удобрения в меньших дозах, чем это рекомендовано расчетными формулами.

Дефицит тепла и дисбаланс элементов способствует накоплению нитратов

При дефиците тепла активность процессов снижается, что ведет к накоплению нитратов. При использовании пестицидов снижается активность ферментов и применение их способно вызвать аккумуляцию нитратов.

Для всех растений важен правильный баланс элементов, чтобы всех компонентов было не больше, но и не меньше, чем нужно. Величина урожая лимитируется дефицитным компонентом, а не избытком остальных. Как недостаток, так и избыток компонентов отрицательно действуют на растения и снижают урожай.

Итак, для растения жизненно необходимы нитраты. Нитраты накапливаются в растении только в том случае, если им не хватает тепла, света, микроудобрений, воды, углекислого газа. Избыточные количества нитратов не токсичны для растения. В живых (растущих) растениях нитриты обнаруживаются в количествах, не превышающих следов. Живые растения не допускают накопления опасных концентраций нитритов.

Нитраты - неотъемлемая часть всех наземных и водных экосистем, поскольку процесс нитрификации, ведущий к образованию окисленных неорганических соединений азота, носит глобальный характер. Нитраты присутствуют в растениях, растущих в различных природных условиях (табл.2).

Таблица 2. Нитратный азот в лекарственных растениях, мг/100 г возд.-сух. массы (П.Ф. Тиво, Л.А. Саскевич, 1990)

В связи с применением азотных удобрений, поступление неорганических соединений азота в растения возрастает. Избыточное потребление азота удобрений ведет к аккумуляции нитратов в растениях. Накопление нитратов в растениях может происходить не только от переизбытка азотных удобрений, но и при снижении у ряда растений активности фермента нитратредуктазы.Наблюдается четкое различие видов и сортов растений по накоплению и содержанию нитратов. Существуют виды овощных культур с большим и малым содержанием нитратов. Так, накопителями нитратов являются семейства тыквенных, капустных, сельдерейных. Наибольшее их количество содержится в листовых овощах: петрушке, укропе, сельдерее, наименьшее - в томатах, баклажанах, чесноке, зеленом горошке, винограде, яблоках и др. И между отдельными сортами существуют в этом отношении сильные различия. Зимние сорта капусты мало накапливают нитратов по сравнению с летними.

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 (рис. 3). У кабачков, огурцов и т.п. плодов нитраты убывают от плодоножки к верхушке.

Свекла

Огурец Кабачок

Рис. 3. Распределение нитратов в растениях (В.А.Черников, 2000 г, мг/кг сырой массы).

В результате употребления продуктов, содержащих повышенное количество нитратов, человек может заболеть метгемоглобинией. При этом заболевании ион NO 3 - взаимодействует с гемоглобином крови, 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, а далее возможно превращение их в нитрозоамины - сильные канцерогенные яды.

В среднем на 20% уменьшается содержание нитратов в процессе кулинарной обработки продуктов (вымачивание, кипячение, удалением тех частей, которые содержат большое количество нитратов). Другие виды приготовления овощей – квашение, посол, маринование – также снижают содержание нитратов.

Допустимые нормы нитратов (по данным ВОЗ) составляют 5 мг (по NO 3 -) в сутки на 1 кг массы взрослого человека. В настоящее известно, что примерно 50-80% поступивших нитратов выводится из организма с мочой за 4-12 часов.

В целях контроля за безопасностью продуктов питания в нашей стране разработаны и введены ПДК* для 16 видов овощей и фруктов (табл.3).

Таблица 3. Предельно допустимое содержание нитратного азота в плодах и овощах

* Предельно допустимая концентрация (допустимое остаточное количество) вредного вещества в продуктах питания (ПДКпр) - это концентрация вредного вещества в продуктах питания, которая в течение неограниченно продолжительного времени (при ежедневном воздействии) не вызывает заболеваний или отклонений в состоянии здоровья человека.

Контрольные вопросы

1. Качество продуктов питания и здоровье человека.

2. Классификация токсичных веществ по времени воздействия на биологические объекты и по форме проявления эффекта

3. Медико-биологические аспекты качества сельскохозяйственной продукции.

4. Модели поведения токсикантов в агроэкосистемах.

5. Основные виды токсикантов, содержащиеся в пищевых продуктах: нитраты, радиоактивные элементы, микотоксины.

6. Основные виды токсикантов, содержащиеся в пищевых продуктах: тяжелые металлы, остаточные количества пестицидов.

7. Основные направления по предотвращению загрязнения сельскохозяйственной продукции.

8. Основные факторы, влияющие на поведение токсикантов в системе почва - растение - животное - человек.

9. Понятие качества продукции. Сущность и понятия «экологически безопасная продукция».

10. Причины загрязнения природной среды минеральными удобрениями и химическими средствами защиты растений.

11. Причины ухудшения качества продуктов питания.

Каждый из нас хоть раз в жизни сталкивался с неприятными последствиями употребления продуктов с нитратами. Для кого-то такая встреча продолжилась легким кишечным расстройством, а кто-то умудрился попасть в больницу и еще долгое время с опаской взирал на любые фрукты и овощи, купленные на рынке. Околонаучный подход и недостаточная информированность делают из селитры монстра, способного даже на убийство, однако стоит познакомиться с данными понятиями поближе.

Нитраты и нитриты

Нитриты - это соли азотной кислоты, имеющие вид кристаллов. Они хорошо растворяются в воде, особенно в горячей. В промышленных масштабах их получают при поглощении нитрозного газа. Используются для получения красителей, как окислитель в текстильной и металлообрабатывающей промышленности, как консервант.

Роль нитратов в жизни растений

Одним из четырех основных элементов, составляющих живой организм, является азот. Он необходим для синтеза белковых молекул. Нитраты - это молекулы солей, которые содержат необходимое растению количество азота. Поглощаясь клеткой, соли восстанавливаются до нитритов. Последние, в свою очередь, по цепи химических превращений доходят до аммиака. А он, в свою очередь, необходим для образования хлорофилла.

Естественные источники нитратов

Основным источником нитратов в природе является сама почва. Когда органические вещества, которые в ней содержатся, минерализируются - образуются нитраты. Скорость этого процесса зависит от характера землепользования, погоды и вида почвы. В земле не содержится много азота, поэтому экологи не беспокоятся из-за образования значительного количества нитратов. Тем более что сельскохозяйственные работы (боронование, дискование, постоянное использование минеральных удобрений) уменьшают количество органического азота.

Антропогенные источники

Условно антропогенные источники можно разделить на сельскохозяйственные, индустриальные и коммунальные. К первой категории относятся удобрения и отходы животноводства, ко второй - промышленные сточные воды и отходы производств. Их влияние на загрязнение окружающей среды неодинаково и зависит от специфики каждого конкретного региона.

Определение нитратов в органических материалах дало такие результаты:

Больше 50 процентов - это результат уборочной кампании;
- около 20 процентов - навоз;
- к 18 процентам приближаются городские коммунальные отходы;
- все остальное - это промышленный мусор.

Наиболее серьезный вред наносят азотные удобрения, которые вносятся в почву для увеличения урожая. Разложение нитратов в почве и растениях образует достаточное количество нитритов для пищевого отравления. Интенсификация сельского хозяйства только усугубляет эту проблему. Наиболее высокий уровень нитратов замечают в магистральных водостоках, которые собирают воду после полива.

Воздействие на организм человека

Нитраты и нитриты впервые скомпрометировали себя в середине семидесятых годов. Тогда в Средней Азии врачи зафиксировали вспышку В процессе расследования было выяснено, что фрукты обрабатывали и, видимо, немного перестарались. После этого случая химики и биологи вплотную занялись изучением взаимодействия нитратов с живыми организмами, в частности человеком.

1. В крови нитраты взаимодействуют с гемоглобином и окисляют входящее в его состав железо. Так образуется метгемоглобин, который не может переносить кислород. Это приводит к нарушению клеточного дыхания и окислению
2. Нарушая гомеостаз, нитраты способствуют росту вредной микрофлоры в кишечнике.
3. В растениях нитраты снижают содержание витаминов.
4. Передозировка нитратами может привести к прерыванию беременности или к нарушению сексуальной функции.
5. При хроническом отравлении нитратами наблюдается снижение количества йода и компенсаторное увеличение щитовидной железы.
6. Нитраты - это триггерный фактор для развития опухолей пищеварительной системы.
7. Большая доза нитратов одномоментно способна привести к коллапсу из-за резкого расширения мелких сосудов.

Метаболизм нитратов в организме

Нитраты - это производные аммиака, которые, попадая в живой организм, встраиваются в обмен веществ и изменяют его. В небольших количествах они не вызывают беспокойства. С пищей и водой нитраты всасываются в кишечнике, проходят с током крови через печень и выводятся из организма почками. Кроме того, у кормящих матерей нитраты попадают в грудное молоко.

В процессе метаболизма нитраты превращаются в нитриты, окисляют молекулы железа в гемоглобине и нарушают дыхательную цепь. Для того чтобы образовалось двадцать грамм метгемоглобина, достаточно всего одного миллиграмма В норме концентрация метгемоглобина в плазме крови не должна превышать пары процентов. Если этот показатель поднимается выше тридцати, наблюдается отравление, если выше пятидесяти - это практически всегда смертельно.

Для контроля над уровнем метгемоглобина в организме есть метгемоглобинредуктаза. Это печеночный фермент, который вырабатывается в организме, начиная с трех месяцев жизни.

Допустимая норма нитратов

Конечно, идеальный вариант для человека - избегать попадания нитратов и нитритов в организм, но в реальной жизни так не бывает. Поэтому врачи санитарно-эпидемиологической станции установили нормы этих веществ, которые не смогут повредить организму.

Для взрослого человека с весом более семидесяти килограмм допустимой считается доза в 5 миллиграмм на килограмм веса. Без серьезных последствий для здоровья взрослый может проглотить до половины грамма нитратов. У детей этот показатель более усредненный - 50 миллиграмм, независимо от веса и возраста. В то же время грудному ребенку для отравления будет достаточно и пятой части от этой дозы.

Пути проникновения

Получить отравление нитратами можно алиментарным путем, то есть через пищу, воду и даже лекарства (если в их состав входят соли нитратов). Больше половины суточной дозы нитратов попадает в человека со свежими овощами и консервами. Оставшаяся доза поступает из выпечки, молочных продуктов и воды. Кроме того, незначительная часть нитратов является продуктами обмена веществ и образуется эндогенно.

Нитраты в воде - это повод для отдельного разговора. Она - универсальный растворитель, следовательно, в ней содержатся не только полезные минералы и микроэлементы, необходимые для нормальной жизнедеятельности человека, но и токсины, яды, бактерии, гельминты, которые являются возбудителями опасных болезней. По данным Всемирной организации здравоохранения, из-за некачественной воды каждый год заболевает около двух миллиардов человек, а умирает из них более трех миллионов.

Химические удобрения, содержащие просачиваются через почву и попадают в подземные озера. Это приводит к накоплению нитратов, и иногда их количество достигает двухсот миллиграмм на литр. Артезианская вода чище, так как добывается из более глубоких слоев, но и в нее могут попасть токсины. Жители сельской местности вместе с колодезной водой ежедневно получают по восемьдесят миллиграмм нитратов из каждого литра выпитой воды.

Кроме того, содержание нитратов в табаке достаточно высоко, чтобы у курильщиков с большим стажем вызвать хроническое отравление. Это еще один довод в пользу борьбы с вредной привычкой.

Нитраты в продуктах

Во время кулинарной обработки продуктов количество нитратов в них существенно снижается, но в то же время нарушение правил хранения может привести к обратному эффекту. Нитриты, наиболее токсичные для человека вещества, образуются при температуре от десяти до тридцати пяти градусов, особенно если место хранения продуктов плохо вентилируется, а на овощах есть повреждения или они начали гнить. Нитриты образуются и в размороженных овощах, с другой стороны, глубокая заморозка предотвращает образование нитритов и нитратов.

При оптимальных условиях хранения можно снизить количество селитры в продуктах до пятидесяти процентов.

Отравление нитратами

Посинение губ, лица, ногтей;
- тошнота и рвота, могут быть боли в животе;
- желтушность белков глаз, стул с кровью;
- головная боль и сонливость;
- заметная одышка, сердцебиение и даже потеря сознания.

Чувствительность к этому яду проявляется сильнее в условиях гипоксии, например высоко в горах либо при отравлении угарным газом или сильном алкогольном опьянении. Нитраты попадают в кишечник, где естественная микрофлора метаболизирует их до нитритов. Нитриты всасываются в системный кровоток и влияют на гемоглобин. Первые признаки отравления можно заменить уже через час при большой начальной дозе или через шесть часов, если количество нитратов было невелико.

Следует помнить, что острое отравление нитратами по своим проявлениям похоже на алкогольную интоксикацию.

Невозможно отделить нашу жизнь от нитратов, потому что это скажется на всех сферах жизни человека: от питания до производства. Однако можно попытаться оградить себя от чрезмерного их потребления, соблюдая простые правила:

Мыть овощи и фрукты перед употреблением;
- хранить продукты в холодильниках или в специально оборудованных помещениях;
- пить очищенную воду.

МАУДО г. Иркутска СЮН Муниципальное автономное учреждение дополнительного образования города Иркутска

"Станция юных натуралистов"

Исследовательская работа

Тема: « Содержание нитратов в растительных продуктах: причины накопления"

педагог дополнительного образования

г. Иркутск

2017 г.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность.

В последнее время гигиенисты проявляют большой интерес к вопросу о содержании нитратов в продуктах питания. Прежде всего, это связано с теми нарушениями состояния здоровья человека, которые могут быть вызваны нитратным загрязнением.

Основными источниками пищевых нитратов являются растительные продукты. Частота обнаружения нитратов в растительных продуктах довольно высока. Нитраты являются элементом минерального питания растения, поставляя им азот для синтеза белков. Поэтому безоговорочное приравнивание нитратов к химическим загрязнителям неправомерно. Но, с другой стороны, повышенное содержание нитратов может вызвать резкое ухудшение качества и питательной ценности овощей.

При потреблении в повышенных количествах нитраты образуют более токсичные соединения: нитриты и нитрозамины, обладающие канцерогенной активностью и даже способствующие образованию раковых опухолей. Более всего страдают от нитратного отравления дети первого года жизни, а у школьников наблюдаются нарушения деятельности желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистой и центральной нервной системы.

Все эти обстоятельства указывают на актуальность и большую практическую значимость оперативного и своевременного определения содержания нитратов в растительных тканях, проведение мониторинга, а также основных причин и механизмов их накопления в растительных объектах.

В связи с этим, основной целью работы было проведение долговременного мониторинга содержания нитратов в растительных продуктах, реализуемых на различных рынках города Иркутска, а так же исследование закономерностей накопления нитратов в растениях, произрастающих на территории агробиостанции ИГУ.

В ходе работы решались следующие задачи :

1. Дать сравнительную характеристику содержания нитратов в растительных продуктах, приобретенных на различных рынках г.Иркутска в разное время в период с 2009 по 2016 годы.

2. Исследовать закономерности накопления нитратов в растениях в естественных условиях (агробиостанция ИГУ, летний период) и установить возможную связь с другими физиологическими процессами (фотосинтез, дыхание, транспирация).

3. Исследовать условия, при которых возможно восстановление нитратов в растительных продуктах перед употреблением.

Объекты исследования: Наборы овощей, приобретенных на рынках города Иркутска в разное время в 2009-2016 годах; растения, произраставшие на агробиостанции ИГУ летом 2015 года.

Предмет исследования: Сравнительная характеристика содержания нитратов в овощах, приобретенных в различные сезоны года на рынках г.Иркутска; связь с процессов накопления и восстановления нитратов в растениях с процессами фотосинтеза, дыхания и транспирации.

Метод исследования: Дифениламиновая цветная реакция на наличие нитратов в растительном материале, оцениваемая визуально по пятибалльной системе.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Проблема нитратов активно обсуждается общественностью нашей страны. Попробуем разобраться в этом вопросе и мы. Нитраты – соли азотной кислоты, например NaNO 3 , KNO 3 , NH 4 NO 3 , Mg(NO 3 ) 2 . Они являются нормальными продуктами обмена азотистых веществ любого живого организма – растительного и животного, поэтому «безнитратных» продуктов в природе не бывает. Даже в организме человека в сутки образуется и используется в обменных процессах 100 мг и более нитратов. Из нитратов, ежедневно попадающих в организм взрослого человека, 70% поступает с овощами, 20% – с водой и 6% – с мясом и консервированными продуктами.

Но почему же говорят об опасности нитратов? При потреблении в повышенных количествах нитраты в пищеварительном тракте частично восстанавливаются до нитритов (более токсичных соединений), а последние при поступлении в кровь могут вызвать метгемоглобинемию Кроме того, из нитритов в присутствии аминов могут образоваться N-нитрозамины, обладающие канцерогенной активностью (способствуют образованию раковых опухолей). При приеме высоких доз нитратов с питьевой водой или продуктами через 4–6 ч появляются тошнота, одышка, посинение кожных покровов и слизистых, понос. Сопровождается все это общей слабостью, головокружением, болями в затылочной области, сердцебиением. Первая помощь – обильное промывание желудка, прием активированного угля, солевых слабительных, свежий воздух. Какова же безопасная доля нитратов? Допустимая суточная доза нитратов для взрослого человека составляет 325 мг в сутки. Как известно, в питьевой воде допускается присутствие нитратов до 45 мг/л. Рекомендуемое потребление продуктов питания, где используется питьевая вода (чай, первые и третьи блюда), примерно 1,0–1,5 л, максимум – 2,0 л в день. Таким образом, с водой взрослый человек может употребить около 68 мг нитратов. Следовательно, на пищевые продукты остается 257 мг нитратов. Исследования показали, что токсическое действие нитратов пищевых продуктов проявляется слабее, чем содержащихся в питьевой воде, примерно в 1,25 раза.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для получения результатов по многолетнему мониторингу содержания нитратов в растительных продуктах, реализуемых на рынках города Иркутска, мы впервые на кафедре провели подборку разрозненных материалов измерений с помощью дифениламинового метода, регулярно, начиная с 2009 года, проводимых студенческими исследовательскими группами на лабораторных занятиях по физиологии растений, при написании ими курсовых и выпускных работ. Первичные материалы, которые мы использовали для дальнейшего анализа, представляли собой хранящиеся на кафедре текущие записи по теме, включая электронные файлы, распечатки отчетов по лабораторным работам и полевым практикам, курсовые и выпускные работы студентов различных годов обучения.

С ноября 2015 по июнь 2016 года мы проводили собственные измерения содержания нитратов по аналогичной методике в растительных продуктах, приобретенных нами одновременно на рынках «Сензон», «Парус» и Центральном рынке.

В качестве объектов исследования мы выбрали из всего многообразия овощей и фруктов только стандартный набор из 8 наименований овощей (без указания сортов и производителей растительной продукции), данные по которым сохранились по всем годам использования дифениламинового метода: огурцы, помидоры, перец, салат, лук, укроп, петрушка, редис.

Во все годы наличие нитратов в растительном материале обнаруживали с использованием стандартной методики с помощью качественной цветной реакции, образующейся при взаимодействии нитратов с дефиниламином, который производится отечественной химической промышленностью. Используется как полупродукт для синтеза стабилизаторов полимеров и красителей, как ингибитор окисления и как полупродукт в производстве других ингибиторов окисления для пластичных смазок и при получении лекарственных средств. По внешнему виду представляет собой чешуйки или мелкие кристаллы от светло-жёлтого до светло-коричневого или расплав коричневого цвета. Растворяется в ацетоне, бензоле, метаноле, этаноле, сероуглероде, минеральных кислотах, диэтиловом эфире.

В своей работе мы использовали 1% раствор дифениламина на концентрированной серной кислоте. При взаимодействии с нитратами даёт характерное окрашивание от светло-голубого до тёмно-фиолетового, в зависимости от концентрации нитратов (Викторов, 1991). Для определения содержания нитратов высечки из мякоти овощей и фруктов объемом около 1 см 3 помещали на предметное стекло и с помощью тщательного надавливания на высечку с помощью стеклянной палочки, выдавливали клеточный сок. Дифениламин добавляли в каплю клеточного сока с помощью автоматической пипетки с объемом капли - 100 мкл. Об относительном содержании нитратов судили по интенсивности окрашивания (условно - от 0 до 5 баллов). При появлении слабого светло голубого окрашивания, ему присваивали 1 балл. За 2 балла принимали голубое окрашивание, за 3 – синее, за 4 – фиолетовое, за 5 – черно-фиолетовое. Изображения цветной реакции с дифениламином по баллам показаны ниже:

Необходимость принятия условной шкалы была связана с малым временем жизни проявляющейся окраски в растворах нитратов (до 3-5 минут), после чего она исчезала, что делает невозможным применение другого метода оценки (например, спектрофотометрического).

Измерения в каждый период проводили на 3-4 образцах каждого наименования растительного продукта в 2-3 повторностях, в качестве показателя фиксировали среднее количество баллов по этим измерениям.

Для исследования закономерностей накопления нитратов в растениях в естественных условиях мы обработали и проанализировали результаты измерений, произведенных студентами во время полевой практики в июле 2015 года на агробиостанции Педагогического института ИГУ. При этом, наряду с накоплением и восстановлением нитратов, одновременно исследовались различными студенческими бригадами такие физиологические процессы у этих растений, как фотосинтез, дыхание и транспирация.

В целях получения результатов по интенсивностям фотосинтеза, дыхания и транспирации мы обработали и проанализировали отображенные в отчетах по полевой практике данные многократных (до 3-4 повторностей) измерений стандартными, наиболее часто используемыми в лабораторном практикуме, методами (Викторов, 1991):

Фотосинтез – метод ассимиляционной колбы по количеству поглощаемого углекислого газа;

Дыхание – метод определения количества выделенного углекислого газа (по Бойсен-Иенсену);

Транспирация – весовой метод по уменьшению массы срезанных листьев.

Для установления возможности снижения содержания нитратов в приобретенных на рынках овощах мы помещали их в воду и оставляли на 3-6 часов при комнатной температуре и на рассеянном свету, после чего повторно определяли содержание нитратов дифениламиновым методом.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В соответствии с основной поставленной в работе задачей мы провели детальный анализ многолетнего мониторинга содержания нитратов в стандартном наборе овощах, приобретенных на разных рынках города Иркутска (в основном, «Сезон» и Центральный рынок), который позволил выявить ряд характерных особенностей, приведенных ниже.

По результатам собственных измерений закономерных отличий по содержанию нитратов в продуктах (взят средний арифметический балл по всем 8 растительным объектам) из 3 сравниваемых рынков нами обнаружено не было. Так, для примера, средние значения по содержанию нитратов на апрель месяц 2016 года составили для Центрального рынка – 4,0±0,4, ТК «Сезон» - 3,9±0.4, ТК «Парус» - 3,7±0.5. Данное сходство мы связываем с возможной одинаковостью поставщиков продуктов на эти рынки.

За все годы мониторинга сразу обращает на себя внимание факт, что практически во всех исследованных продуктах присутствовали нитраты, содержание которых оценивалось от 1 до 5 баллов, в среднем, около 2-3. Известно, что у взрослого человека острые отравления наступают при разовом поступлении от 1 до 4 грамм нитратов и выше. Четыре-пять грамм нитратов – это как раз столько, сколько максимум может накапливаться в одном килограмме столовой свеклы или редиса (Всемирная организация здравоохранения, 1981). По нашим данным раствор нитрата калия в концентрации 2 г/л дает дифениламиновую реакцию в 2 балла. Учитывая то, что 2-4 балльное содержание нитратов в овощах было не случайным, а почти в любом овоще на выбор, все они могли представлять опасность для здоровья.

Среднемноголетние содержания нитратов в различных овощах нами были определены следующие: томаты – 1,2, огурцы – 2,7, перец – 1,7, салат – 3,7, лук – 1,8, укроп – 3,6, петрушка – 3,6, редис – 3,5.

Таким образом, наиболее высокое содержание нитратов во все периоды измерения были обнаружены в салате, укропе петрушке и редисе; промежуточное положение обычно занимали огурцы; в томатах, перце и луке нитратов было наименьшим, либо не обнаруживалось вообще.

В различных частях растения содержание нитратов может быть не одинаково. Наглядным примером служат листовые овощи (петрушка, укроп, салат) в основаниях листьев и черешках которых содержится намного больше нитратов чем в самих листьях. Это связано с тем, что нитрат- и нитрит-восстанавливающие ферментативные системы растений содержатся в листьях (и корнях) растений, а черешках практически отсутствуют. Кроме того, в концевых участках огурцов было обнаружено нитратов значительно больше, чем в мякоти серединной части, что указывает на необходимость удаления концевых участков при употреблении огурцов в пищу.

Н
а рисунке 1 показана общая динамика содержания нитратов в овощах по имеющимся данным в различные годы с указанием месяца, в котором проводилось измерение.

Данный рисунок хорошо иллюстрирует обсужденные выше сведения о наличии большого количества нитратов в растительных продуктах. При этом следует обратить внимание на отсутствие какой-либо тенденции к изменению ситуации с нитратами в сторону увеличения или уменьшения с 2009 года по 2016.

В то же время, из рисунка 1 хорошо заметна некоторая внутригодовая цикличность, повторяющаяся из года в год – возрастания содержания нитратов в осенне-зимний период и заметное снижение в весенне-летний период.

Д
ля более детального исследования этой закономерности мы нашли средние арифметические значения баллов месяцам всех исследованных годов, т.е. среднемесячные по всем имеющимся данным. Результаты показаны на рисунке 2.

Несмотря на отсутствие данных за июль, август и декабрь (ни в один из годов измерений в эти месяцы сделаны не были), из рисунка 2 хорошо видны стабильно высокие значения содержания нитратов в зимние и ранневесенние месяцы и явно выраженную тенденцию к снижению этого показателя к летним месяцам. В осенние месяцы вновь наблюдается увеличение содержания нитратов в овощах к зиме.

Причины возникновения этой закономерности мы специально не исследовали, но можно предположить, что в поздневесенний и летний период появляются свежие местного выращивания (не привозные) овощи, или выращенные при более благоприятных условиях (например, температуры и освещенности, а также при умеренной подкормке), что ведет к быстрой утилизации нитратов в тканях растений.

Как известно, одной из основных доступных для растений форм азота в почве являются нитрат-анионы (NO 3 ), легко поглощаемые корневой системой любого растения, но требующие дальнейшего восстановления. Именно на этой стадии происходит основное лимитирование скорости азотного обмена в растениях, поскольку восстановление проходит через ряд сложных этапов, каждый из которых катализируется особыми ферментативными комплексами и требует значительных затрат энергии в виде АТФ, НАДФН 2 и НАДН 2 , образующихся в ходе фотосинтеза и дыхания в листьях. С этим связана жесткая зависимость процессов утилизации нитратов от внешних факторов среды. Так, при неблагоприятных условиях среды не происходит полного восстановления нитратов, и они через паренхиму корня попадают в сосуды ксилемы и поднимаются с восходящим током к листьям, где и накапливаются в значительных количествах.

С целью установления связи накопления нитратов с условиями среды и интенсивностями различных физиологических процессов в растениях мы проанализировали данные учебных бригад студентов на полевой практике по физиологии растений в июле 2015 года, по определению содержания нитратов в листьях растений на примере различных растений в ясные и пасмурные дни. Усредненные результаты на примере постоянно произрастающих на агробиостанции ИГУ мари белой и смородины показаны на рисунках 3 и 4.

В

идно, что как в ясные, так и в пасмурные дни в листьях этих растений содержались довольно значительные концентрации нитратов, что указывает на высокое их содержание в грунте и на отставание процессов поглощения нитратов от их восстановления в растениях. Но в течение суток содержание нитратов не оставалось постоянным. Так, в ранние утренние часы как пасмурных, так и ясных теплых дней количество нитратов в листьях имело наибольшее значение. Но, с увеличением освещенности и температуры в ясные дни содержание нитратов к 12-13 часам достоверно снижалось до минимальных значений в 0-1 балл, в то время, как пасмурные холодные дни это снижение было незначительным. Далее, в течение ясного дня, до 15-16 часов содержание нитратов вновь возрастало до максимальных значений, и лишь к вечеру намечалась тенденция к уменьшению количества нитратов в листьях, совпадавшее со снижением температуры и интенсивности освещения. В холодные пасмурные дни этой тенденции не наблюдалось.

Как уже было сказано выше, процесс восстановления нитратов требует значительного притока энергии в виде АТФ и восстановительного потенциала (НАДФН 2 , НАДН 2 ), поставщиками которых являются процессы дыхания и фотосинтеза. Следовательно, между накоплением и восстановлением нитратов в растениях и интенсивностью этих процессов должна существовать определенная связь.

Д
ля установления этой связи, мы, наряду с измерением содержания нитратов, одновременно определили динамику процесса фотосинтеза и, на примере смородины, динамику процесса дыхания. Результаты показаны на рисунках 5, 6 и 7.

Хорошо видно, что во всех случаях с увеличением интенсивности фотосинтеза в период с 9 до 11 часов содержание нитратов в листьях значительно уменьшалось, и наоборот, при снижении интенсивности фотосинтеза в период максимальной солнечной активности, высокой температуры воздуха и низкой влажности, когда интенсивность фотосинтеза достигала минимальных величин (известное из литературы явление «полуденного угнетения фотосинтеза»), содержание нитратов возрастало. В пасмурный холодный день, когда интенсивность фотосинтеза постоянно держалась на низком уровне, и содержание нитратов оставалось высоким и довольно постоянным.

Аналогичную зависимость мы обнаружили и при анализе связи интенсивности дыхания и накоплением-восстановлением нитратов в листьях смородины.

Таким образом, динамика содержания нитратов в растениях и интенсивности процессов фотосинтеза и дыхания развивалась в противофазе, что подтверждает представленное выше предположение о связи между этими процессами. Все это указывает на то, что содержание нитратов в листьях в значительной мере определяется общим уровнем метаболической активности растений. При подавлении процессов фотосинтеза и дыхания снижается и скорость восстановления поглощенных корневой системой нитратов, которое требует значительных затрат энергии и метаболитов, поставляемых энергетическим и пластическим обменом в растениях.

В заключение следует отметить, что, несмотря на невысокую точность и условность, но, учитывая техническую простоту и оперативность дифениламинового метода, его вполне можно использовать для организации мониторинга содержания нитратов в реализуемых на рынках растительных продуктов, а также при организации различных других направлений научной работы соответствующей тематики на базе школьных или студенческих исследовательских групп.

ВЫВОДЫ

1. На основании анализа результатов измерений в естественных условиях на примере произрастающих на агробиостанции растений, установлена обратная связь между содержанием нитратов в растениях и интенсивностями процессов фотосинтеза и дыхания: при их угнетении неблагоприятными внешними факторами (недостаточное или избыточное освещение, температурный режим) содержание нитратов в растениях значительно возрастала, и, наоборот, при возрастании интенсивности фотосинтеза и дыхания, поставляющего на азотный обмен растений необходимую энергию, содержание нитратов в растениях снижалось.

2. Впервые нами обнаружено значительное содержание нитратов в растительных продуктах, реализуемых на рынках города Иркутска, при отсутствии различий по этому показателю между рынками города, а также при отсутствии какой-либо тенденции к изменению ситуации с нитратами в сторону увеличения или уменьшения с 2009 года по 2016.

3. Наиболее высокое содержание нитратов во все периоды измерения были обнаружены в салате, укропе петрушке и редисе; промежуточное положение обычно занимали огурцы; в томатах, перце и луке нитратов было наименьшим, либо не обнаруживалось вообще.

4. Впервые нами обнаружена некоторая внутригодовая цикличность содержания нитратов в овощах, повторяющаяся из года в год – значительное возрастание содержания нитратов в осенне-зимне-ранневесенний период и заметное снижение к весенне-летнему периоду. Можно предположить, что в поздневесенний период появляются более свежие (не привозные) овощи, или выращенные при более благоприятных условиях (например, температуры и освещенности).

5. Выдерживание зеленых овощей в течение нескольких часов в воде и на рассеянном свету приводит к снижению содержания нитратов в растительных продуктах.

Впрочем, "вдруг" - только для непосвященных. Ученые давно знали, что некоторые растения способны накапливать эти вещества, представляющие собой соли азотной кислоты, иначе называемые селитрами. Селитра же, как известно, была сырьем для производства пороха. На этом основании французский ученый С. Белль еще в середине XVIII века предлагал использовать свеклу (обладающую свойством особенно активно накапливать нитраты) для... производства пороха, уверяя, что путем переработки калийной селитры, добываемой из свекольной патоки, можно получить пороха столько, сколько потребуется для обороны Франции!

Почему же сейчас проблема так обострилась? Давайте разберемся.

Прежде всего нужно помнить, что нитраты - естественные компоненты любого растения и в допустимых концентрациях никакого вреда не приносят. Но под действием некоторых факторов, о которых пойдет речь, накопление нитратов в растении, в плоде усиливается, концентрация их растет. Растение от этого не чувствует себя хуже, а вот для человека опасность есть: нитриты, в которые нитраты превращаются в процессе пищеварения, могут стать причиной серьезных заболеваний и даже отравлений, особенно у детей.

В чем причины накопления нитратов в растениях? Прежде всего - в излишках азотных удобрений. Именно они способствуют получению более высоких и ранних урожаев, потому садоводы-любители нередко стараются внести в почву побольше минеральных и особенно азотных удобрений. Тут их "щедрость" и оборачивается вредом. Отсюда первый практический вывод: давайте удобрения лишь в том случае, если они действительно необходимы растениям для нормального роста и развития. Пусть урожай ваш будет не так велик, петрушка не так пушиста, а огурцы не столь крупны, зато здоровье не пострадает!

Настоятельно советуем полностью отказаться от аммиачной и натриевой селитры! А вот мочевина и сульфат аммония, как утверждают ученые, не способствуют накоплению нитратов, их можно применять на участке в количествах, указанных в инструкции. Еще лучше органические удобрения, но и они, даже навоз,- в меру! Ни в коем случае не вносите в почву свежий навоз, лучшее удобрение - торфонавозный компост, "зрелый", пролежавший в штабеле не менее 3-4 месяцев и перелопаченный 2-3 раза. Старайтесь вносить компост в теплую погоду. Если хотите использовать в качестве органического удобрения птичий помет, смешайте его с двойной дозой торфа.

Особенно чувствительны к азотным удобрениям огурцы и кабачки. Дайте под них компост из расчета 5-6 кг на квадратный метр, желательно вместе с минеральными удобрениями, только следите, чтобы азот в них был сбалансирован с другими элементами питания (лучшее соотношение азота, фосфора и калия соответственно 1:1,5:1,2). Например, на 100 кв. м почвы внесите 2-3 кг сульфата аммония, 4-8 кг суперфосфата, 4-6 кг калийной соли, 10-15 кг древесной золы. Причем % всех компонентов внесите под основную обработку почвы, а локально, во время посадки. Когда сеете корнеплоды, советую сыпать гранулы суперфосфата прямо в рядки (5-10 г на кв. м), затем засыпать их на 2 см землей, а потом уже вносить семена.

Вносить удобрения нужно равномерно: нарушение даже такого, казалось бы, несущественного условия может привести к накоплению излишнего азота в растении.

Очень нежелательны поздние азотные подкормки растений . Тем более что и растению приносят мало пользы, ведь те используют азот только в начале вегетации, когда растут. Лучшие сроки подкормки - конец июня - начало июля. Достаточно будет дать по 10 г мочевины на 10 литров воды, и то только тем растениям, которые испытывают в подкормках недостаток. Поздние азотные подкормки затянут рост растения, замедлят синтез Сахаров и сухих веществ, а концентрация нитратов при этом резко усилится. Кстати говоря, овощи и плоды с избыточным содержанием нитратов не хранятся долго, быстрее портятся.

Ну, а если в почве уже много нитратов? Можно ли ее "оздоровить"? Да, с помощью промежуточных культур, например, трав, особенно люцерны. Она обладает способностью "поднять" нитраты даже с 4-метровой глубины, так далеко уходят ее корни, и впитать их в себя!

Для выращивания "безнитратных" растений более благоприятны почвы некислые, но и не переизвесткованные. Полезна доломитовая мука: кальций и магний, которые входят в ее состав, направляют обмен веществ в растениях нужным образом.

На содержание нитратов в растениях влияют и другие причины: сроки посадки и уборки, резкие перепады температур, влажность, освещенность... Если лето дождливое, прохладное, да к тому же растениям не хватает солнца, нитратов накапливается порой больше, чем при внесении излишнего азота! Особенно велика такая опасность в районах, где лето коротко. По той же причине в овощах и зелени, выращиваемых в теплицах, нитратов больше, чем в выращенных под открытым небом.

Что же предпринять, если света не хватает? Расположить посадки там, где они смогут максимально "ухватить" редкие солнечные лучи. Не сажать растения густо, - тогда они получат больше света и воздуха, лучше будет проходить обмен веществ. Стараться всеми силами продлить сезон: сажать раньше, убирать урожай позже. Картофель, к примеру, лучше сажать проращенными и прогретыми клубнями. Каждый день имеет значение! Ученые подсчитали: на 10 дней позже посадим, - на 6 мг нитратов больше в каждом килограмме урожая.

Среди ранних сортов овощей трудно порекомендовать какие-либо, накапливающие нитратов меньше других. Зато в поздних сортах явная тенденция к их снижению. Если говорить о капусте, то отдадим предпочтение сорту Амагер: при прочих равных условиях там нитратов меньше всего.

Еще практический совет: пряную зелень - петрушку, укроп, сельдерей - срывайте не раньше 15 часов, то есть во второй половине дня. Имейте в виду, что в ее листочках нитратов меньше, чем в черешках. Особенно рекомендую развести на своих грядках кресс-салат: он очень полезен, имеет высокое содержание йода, а концентрация нитратов в нем весьма незначительна.