Резюме Проблеми на натрупването на нитрати в растениевъдството

резюме: Ботаника и селско стопанство

Нитратна токсичност в човешкото хранене

Интензификацията на селскостопанското производство е естествен процес, присъщ на епохата на научно-техническия прогрес. Всъщност това е качествено ново ниво на антропогенно въздействие на човека върху околната среда, при което постиженията на науката и технологиите са насочени към повишаване на нивото на производство на храни, предимно зеленчуци. Решението на този проблем се основава не само на съвременните селскостопански практики, но и на използването на широка гама агрохимикали: минерални торове, препарати ZARA, растежни регулатори и др. Това от своя страна породи друг проблем - необходимостта от осигуряване на химическа безопасност и високо качество на хранителните продукти. Напоследък има голям интерес към нитратните остатъци в храните и към проблемите на човешкото здраве, които замърсяването с нитрати може да причини.

Нитратите - соли на азотната киселина, са елемент на храненето на растенията и естествен компонент на хранителните продукти от растителен произход. Високата им концентрация в почвата е абсолютно нетоксична за растенията, а напротив, допринася за засилен растеж на надземните части на растенията, по-активно протичане на процеса на фотосинтеза, по-добро формиране на репродуктивни органи и следователно по-високи добиви.

Нерационалното използване на торове, както и неспазването на други агротехнически изисквания, причиняват повишаване на остатъчното съдържание на нитрати в растенията. Концентрацията на нитрати в зеленчуците, зелените култури варира в широки граници и може да достигне много високи стойности (цвекло - 1070 mg / kg, моркови - 180mg/kg, млади картофи - 170 mg/kg). В комбинация с нитратите в питейната вода това увеличава замърсяването на населението. В допълнение, нитратите се използват широко в различни индустрии (хранителна, химическа, текстилна, каучукова, металургична) и фармакология. Така нитросъединенията могат да попаднат в човешкото тяло със зеленчуци и плодове, колбаси и консерви, питейна вода, вдишван въздух и лекарства.

Нитратите преминават и в кравето мляко. При хранене на животни със силаж, съдържащ 21 mg/kg нитрати, 1 литър мляко съдържа 800 mg нитрати.

Смъртоносната доза нитрати за възрастен е 8-14 g, остро отравяне настъпва при доза от 1-4 g.

Една от основните опасности при отравяне с нитрати е образуването на метхемоглобин в кръвта. Това се дължи на факта, че нитратите, влизайки в човешката храносмилателна система и се редуцират до нитрити, взаимодействат с кръвния хемоглобин, окислявайки двувалентното желязо в него до фери желязо. В резултат на това се образува метхемоглобин, който не е в състояние да пренася кислород. В резултат на това се нарушава нормалното дишане на клетките и тъканите на тялото, от което се натрупват млечна киселина и холестерол, а количеството на протеините в тялото рязко спада. Нитратите допринасят за развитието на патогенна чревна микрофлора, която отделя токсини и води до интоксикация на организма.

Друга сериозна опасност е способността на нитритния йон да участва в нитрозирането на амини и амиди, което води до образуването на канцерогенни нитрозо съединения.

С нарастването на химизата се увеличава честотата на белодробната туберкулоза при деца на възраст 7-14 години. Сред възрастните са отбелязани бронхит и хипертония.

При остро нитратно отравяне вчовек развива метхемоглобиния с различна тежест (до смърт); при хронични отравяния - рак на стомаха, нарушение на нервната и сърдечно-съдовата система. Чувствителността към нитрати се повишава от фактори на кислороден глад: високи планини, повишена концентрация на въглероден оксид, наличие на азотни оксиди, алкохол.

Признаци на нитратно отравяне се появяват след 1-6 часа. Острото отравяне започва с гадене, повръщане, диария. Черният дроб се увеличава и реагира болезнено на палпация, кръвното налягане се понижава, сърдечната дейност се нарушава, дишането се учестява и др. При леки отравяния се появяват сънливост и обща депресия на тялото.

Отравянето с нитрати се наблюдава, като правило, при лица, страдащи от съпътстващи заболявания: нарушения на стомашно-чревния тракт, хронични заболявания на горните дихателни пътища. Освен това отравянето е по-тежко при хора, страдащи от заболявания на черния дроб, бъбреците и кръвта.

Механизъм на трансформация на нитратите в растителните тъкани

Нитратите са преобладаващата форма на минерален азот, постъпващ в растенията. Съдбата на усвоените от растенията нитрати може да бъде различна. Входящите нитрати или се съхраняват в коренови вакуоли, или се подават със сок към надземната система. Те могат да бъдат включени в органични съединения както в корените, така и в листата. Освен това метаболизирането на нитратите започва с редуцирането им до амоний. Следователно имаше основания да се смята, че храненето с амоняк е енергийно по-полезно от храненето с нитрати. Термодинамичните изчисления обаче показаха, че при райграса енергийните разходи за транспорт от средата до корена и усвояването на нитратите са само с 8% по-високи, отколкото при използването на амоний. Освен това амоният се абсорбира веднага и изисква активен притоквъглехидрати към корените и достатъчна аерация.

Азотът присъства в органичните съединения само в редуцирана форма. Следователно включването на нитратите в метаболизма започва с тяхното намаляване, което може да се извърши в корените и листата. Относителният дял на участието на тези органи в първичното усвояване на нитратите е видова характеристика. В тази връзка се разграничават три основни групи растения:

Растения, които почти напълно възстановяват нитратите в корените и транспортират азот към листата в органична форма (грах, лупина, боровинки)
Растения, които практически не показват нитратредуктазна активност в корените и усвояват нитрати в листата (захарно цвекло, памук)
Растения, способни да възстановяват нитратите както в корените, така и в листата (царевица, зеленчуци, зърнени култури)

Според съвременните концепции редуцирането на нитратите протича на два етапа:

Редукция на нитрат до нитрит, съчетана с трансфер на два електрона и катализирана от нитрат редуктаза (в цитозола), редукция на нитрит до амоняк чрез трансфер на шест електрона и катализирана от ензима нитрит редуктаза (в пластидите):

Нитрат редуктазата е флавопротеин, съдържащ хем и молибден, участващ в трансфера на електрон от NAD•H към нитратния йон:

Този ензим се синтезира в клетките в отговор на приема на нитрати; те са особено богати на млади листа и върхове на корени.

Химия на първия етап на възстановяване на нитратите:

Редукцията на нитратите до нитрити става в цитозола на клетките на корените и листата. Не се изключва възможността за локализиране на нитратредуктазата върху плазмалемата и върху мембраните на органелите, граничещи с разтворимата фаза на клетката. Но тези асоциации се поддържат от слаби връзки и са лесниунищожени по време на освобождаването на органели.

Вторият етап на възстановяване на минералния азот се извършва с участието на нитрит редуктаза и феридоксин (в листата) или NADP•H (в корените):

Причини за натрупване на нитрати в растителните продукти

Размерът на потреблението на азот от растенията зависи от биологичните особености на вида и сорта, хидротермичния режим, водно-физичните и агрохимичните свойства на почвата и агротехниката. В основните зеленчукови и фуражни култури се натрупва значително количество азот под формата на нитрати, достигащо до 38-43 kg/ha (до 47 kg/ha). Често факторите, допринасящи за натрупването на нитрати, действат в комбинация.

Ключовият ензим, който определя усвояването на нитратите, е нитратредуктазата, чиято активност е 5-20 пъти по-ниска от тази на нитритредуктазата. Следователно нитритите, образувани на първия етап на редукция на нитратите, не се натрупват, а бързо се редуцират до амоняк. Степента на усвояване на амониевата форма на азот зависи от много фактори, благоприятна комбинация от които по правило не съществува. За растенията съществува реална опасност от отравяне с амоняк, водещо до хлороза на листата, увяхване, инхибиране на растежа и смърт. С увеличаване на нитратното хранене активността на нитратредуктазата се увеличава до определена граница и част от нитратите остават невъзстановени, което предпазва растенията от натрупването на токсични междинни продукти на асимилация.

Образуването на нитрати може да бъде свързано и с окисляването на излишния амоний в растението, което не само предотвратява метаболитни нарушения, но също така ви позволява да запазите азота в минерална форма за по-нататъшно използване в процесите на асимилация.

Видовите различия в натрупването на нитрати често се дължат на локализацията на нитратите в отделните растителни органи, които приот своя страна тя е свързана с физиологичната специализация и морфологичните особености на отделните органи, вида и разположението на листата, размера на листните дръжки и жилки и диаметъра на централния цилиндър при кореноплодните култури. Нитратите практически липсват в зърното на зърнените култури и са концентрирани в този случай в листата и стъблата. Зелените култури натрупват голямо количество нитрати в стъблата и дръжките на листата. Това се дължи на факта, че стъблата и дръжките са пътища за транспорт на нитрати до други растителни органи.

Една от причините за видовете и сортовите различия в натрупването на нитрати е физиологичната зрялост на растението към момента на прибиране на реколтата. Количеството на нитратите е особено високо, когато периодът на търговска зрялост настъпва по-рано от физиологичното.

Причина за натрупването на нитрати в растенията са и условията на минерално хранене, които са много разнообразни. Тук огромна роля принадлежи на правилния избор на дози азотни торове.

При небалансирано хранене на растенията нитратите се натрупват и в различни органи и тъкани, тъй като това нарушава нормалното протичане на усвояването на азота. Дефицитът на фосфор индиректно насърчава натрупването на нитрати, тъй като стимулира активността на нитрат редуктазата. Калият, участващ в процесите на въглехидратния метаболизъм, влияе върху синтеза на протеини. В зависимост от дозите, условията и съдържанието на други елементи, калият и фосфорът могат да стимулират натрупването на нитрати или обратното да потискат.

В много страни по света през 1988 г. са разработени максимално допустими концентрации (ПДК) на нитрати в селскостопански продукти.