Проблемы накопления нитратов в продукции растениеводства (стр. 1 из 2)
Токсичность нитратов в питании человека
Интенсификация сельскохозяйственного производства – естественный процесс, присущий эпохе научно-технического прогресса. По сути, это качественно новый уровень антропогенного воздействия человека на окружающую среду, при котором достижения науки и техники направлены на увеличения уровня производства пищевых продуктов, в первую очередь растительных. В основе решения данной проблемы лежат не только современные агротехнические приемы, но и применение широкого спектра агрохимикатов: минеральных удобрений, химических средств ЗАРА, регуляторов роста и др. Это, в свою очередь, породило другую проблему – необходимость обеспечения химической безопасности и высокого качества продуктов питания. В последнее время появился большой интерес к остаточным количествам нитратов в продуктах питания и к тем нарушениям в состоянии здоровья человека, которые могут быть вызваны нитратным загрязнением.
Нитраты – соли азотной кислоты, являются элементом питания растений и естественным компонентом пищевых продуктов растительного происхождения. Их высокая концентрация в почве абсолютно не токсична для растений, напротив, она способствует усиленному росту надземной части растений, более активному протеканию процесса фотосинтеза, лучшему формированию репродуктивных органов и, следовательно, более высокому урожаю.
Нерациональное применение удобрений, как и несоблюдение других агротехнических требований, обуславливает увеличение остаточного содержания нитратов в растениях. Концентрация нитратов в овощах, зеленых культурах колеблется в широких пределах и может достигать очень больших величин (свекла – 1070 мг/кг, морковь – 180 мг/кг, молодой картофель – 170 мг/кг). В сочетании с нитратами питьевой воды это увеличивает нагрузку загрязнителя на население. Кроме того, нитраты широко используются в различных отраслях промышленности (пищевой, химической, текстильной, резиновой, металлургической) и фармакологии. Таким образом, нитросоединения могут поступать в организм человека с овощами и фруктами, колбасными и консервными изделиями, питьевой водой, вдыхаемым воздухом и лекарствами.
Наиболее чувствительны к избытку нитратов дети в первые месяцы жизни. Известны случаи отравления детей овощными соками и овощами с повышенной концентрацией нитратов. В организме кормящей матери существует механизм защиты от нитратов, но возможности его ограниченны. Если мать употребляет продукты с высоким содержанием нитратов, то они неизбежно попадают в грудное молоко, что приводит к серьёзным отравлениям, так как защитные механизмы против вредного воздействия нитратов формируются у человека только к концу первого года жизни.
Нитраты попадают и в коровье молоко. При кормлении животных силосом, содержащим 21 мг/кг нитратов, в 1л молока содержалось 800 мг нитратов.
Смертельная доза нитратов для взрослого человека составляет 8-14 г, острые отравления наступают при дозе в 1-4 г.
Одним из главных опасных явлений при отравлении нитратами является образование метгемоглобина в крови. Это вызвано тем, что нитраты, попадая в пищеварительную систему человека и восстанавливаясь до нитритов, взаимодействуют с гемоглобином крови, окисляя в нем двухвалентное железо в трехвалентное. В результате чего образуется метгемоглобин, не способный переносить кислород. Вследствие этого нарушается нормальное дыхание клеток и тканей организма, от чего накапливается молочная кислота, холестерин, резко падает количество белка в организме. Нитраты способствуют развитию патогенной кишечной микрофлоры, выделяющей токсины и приводящей к интоксикации организма.
Другая серьёзная опасность – способность нитрит-иона участвовать в реакции нитрозирования аминов и амидов, в результате чего образуются канцерогенные нитрозосоединения.
С ростом химизации увеличивается заболеваемость легочной формой туберкулеза у детей 7-14 летнего возраста. Среди взрослых отмечены заболевания бронхитом, гипертонией.
При остром отравлении нитратами у человека возникает метгемоглобиния различной степени тяжести (вплоть до летального исхода); при хроническом отравлении – рак желудка, нарушение работы нервной и сердечно-сосудистой систем. Чувствительность к нитратам повышают факторы кислородного голодания: высокогорье, повышенная концентрация угарного газа, присутствие окислов азота, алкоголь.
Признаки отравления нитратами появляются через 1-6 часов. Острое отравление начинается с тошноты, рвоты, диареи. Увеличивается и болезненно реагирует на пальпацию печень, снижается артериальное давление, нарушается деятельность сердца, учащается дыхание и т. д. В случае легкого отравления появляется сонливость и общая депрессия организма.
Отравления нитратами отмечаются, как правило, среди лиц, страдающих сопутствующими заболеваниями: расстройствами желудочно-кишечного тракта, хроническими заболеваниями верхних дыхательных путей. Кроме того, отравления тяжелее протекают у людей, страдающих заболеваниями печени, почек и крови.
Механизм трансформации нитратов в тканях растений
Преобладающей формой минерального азота, поступающей в растения, являются нитраты. Судьба поглощенного растениями нитрата может быть различной. Поступившие нитраты либо запасаются в вакуолях корня, либо подаются с пасокой в надземную систему. Включаться в органические соединения они могут как в корнях, так и в листьях. Причем метаболизация нитратов начинается с их восстановления до аммония. Поэтому были основания полагать, что аммонийное питание энергетически более выгодно, чем нитратное. Однако термодинамические расчеты показали, что у райграса затраты энергии на транспорт из среды в корень и усвоение нитрата только на 8% выше, чем на использование аммония. К тому же, аммоний усваивается сразу и требует активного притока углеводов в корни и достаточной аэрации.
Азот входит в состав органических соединений только в восстановленной форме. Поэтому включение нитратов в обмен веществ начинается с их восстановления, которое может осуществляться в корнях и в листьях. Относительная доля участия этих органов в первичной ассимиляции нитратов является видовым признаком. В связи с этим выделяют три основные группы растений:
1. Растения, практически полностью восстанавливающие нитраты в корнях и транспортирующие азот к листьям в органической форме (горох, люпин, черника)
2. Растения, практически не проявляющие нитратредуктазной активности в корнях и ассимилирующие нитраты в листьях (сахарная свекла, хлопчатник)
3. Растения, способные восстанавливать нитраты как в корнях, так и в листьях (кукуруза, овощи, зерновые культуры)
По современным представлениям, восстановление нитрата происходит в два этапа:
Восстановление нитрата до нитрита, сопряженное с переносом двух электронов и катализируемое нитратредуктазой (в цитозоле), восстановление нитрита до аммиака путем переноса шести электронов и катализируемое ферментом нитритредуктазой (в пластидах):
Нитратредуктаза представляет собой гем- и молибденсодержащий флавопротеин, участвующий в переносе электрона от НАД•Н к нитрат-иону:
Этот фермент синтезируется в клетках в ответ на поступление нитратов; им особенно богаты молодые листья и кончики корней.
Химизм первого этапа восстановления нитратов:
Восстановление нитратов до нитритов происходит в цитозоле клеток корня и листа. Не исключается возможность локализации нитратредуктазы на плазмалемме и на мембранах органелл, граничащих с растворимой фазой клетки. Но эти ассоциации удерживаются слабыми связями и легко разрушаются при выделении органелл.
Второй этап восстановления минерального азота осуществляется при участии нитритредуктазы и ферридоксина (в листьях) или НАДФ•Н (в корнях):
Причины накопления нитратов в растениеводческой продукции
Размеры потребления азота растениями зависят от биологических особенностей вида и сорта, гидротермического режима, вводно-физических и агрохимических свойств почвы, агротехники. В основных овощных и кормовых культурах в виде нитратов накапливается значительное количество азота, достигающее 38-43 кг/га (до 47 кг/га). Зачастую факторы, способствующие накоплению нитратов, воздействуют в комплексе.
Ключевым ферментом, определяющим ассимиляцию нитратов, является нитратредуктаза, активность которой в 5-20 раз ниже, чем нитритредуктазы. Поэтому нитриты, образующиеся на первом этапе редукции нитратов, не накапливаются, а быстро восстанавливаются до аммиака. Степень ассимиляции аммонийной формы азота зависит от многих факторов, благоприятного сочетания которых, как правило, не бывает. Для растений существует реальная опасность аммиачного отравления, приводящего к хлорозу листьев, подвяданию, угнетению роста и гибели. При усилении нитратного питания активность нитратредуктазы растет до определенного предела и часть нитратов остается невосстановленной, что предохраняет растения от накопления токсичных промежуточных продуктов ассимиляции.
Образование нитратов может быть также связано с окислением избыточного количества аммония в растении, что не только предотвращает нарушение обмена веществ, но и позволяет сохранить азот в минеральной форме для дальнейшего использования в процессах ассимиляции.
Видовые различия накопления нитратов часто обусловлены локализацией нитратов в отдельных органах растений, что, в свою очередь, связано с физиологической специализацией и морфологическими особенностями отдельных органов, типом и расположением листьев, размером листовых черешков и жилок, диаметром центрального цилиндра в корнеплодах. Нитраты практически отсутствуют в зерне злаков и сосредоточены, в этом случае, в листьях и стеблях. Зеленые культуры накапливают большое количество нитратов в стеблях и черешках листьев. Это вызвано тем, что стебли и черешки являются путями транспорта нитратов к другим органам растений.