Определение содержания нитратов в растительных объектах

Азот широко распространен во всех геосферах и в составе различных соединений мигрирует в биосфере. В газообразной форме молекулярный азот (N₂) довольно инертен, его содержание в атмосфере составляет 78%. Азот используется биотой после усвоения азотфиксирующими бактериями почв и клубеньковыми бактериями, обитающими на корнях бобовых культур, а также сине-зелеными водорослями гидросферы. При этом азот превращается в аммиак по схеме:

 

 

2N + 3H₂ → 2NH₃

Образованный аммиак в виде аммонийного иона (NH₄⁺) встраивается в органические молекулы аминокислот, белка и других соединений. После гибели организмов азотсодержащие органические соединения подвергаются разложению. При этом в воду и почвенные растворы переходит азот в виде иона аммония NH₄⁺. Далее аммиак с помощью микроорганизмов окисляется в начале до нитрит (NO₂^-)-, а затем до нитрат (NO₃^-)-ионов. Такой процесс носит название процесса нитрификации:

 

2NH₃ + 3O₂ → 2H⁺ + 2NO₂^- + 2H₂O

 

2NO₂^- + O₂ → 2NO₃^-

В форме нитратов азот ассимилируется из почвы корнями растений и идет на образование аминокислот и белков.

В бескислородных (анаэробных) условиях процесс можно представить в виде следующей схемы:

 

 

Денитрифицирующие бактерии осуществляют процесс, обратный нитрификации - денитрификацию. Денитрификация происходит только в анаэробных условиях, когда бактерии используют нитрат как окислитель, заменяющий кислород в реакциях окисления органических веществ. Сам нитрат при этом восстанавливается до молекулярного азота. Если израсходованы нитрат-ионы, то для окислительных процессов используется кислород сульфат-ионов:

 

 

Образовавшийся аммиак возвращается в цикл. Свободный азот N₂ или азот в виде N₂O, полученный в результате деятельности микроорганизмов, возвращается в окружающую среду, что поддерживает в природе существующий баланс между включаемым в биосферу и высвобождающимся в атмосферу азотом.

В последнее время применение удобрений, увеличение объемов производств, сопровождающихся образованием азотсодержащих отходов, и другие причины привели к тому, что в почвах, воде, и как следствие - в живых организмах накапливается избыточное количество нитратов. Легкорастворимые нитраты при выпадении большого количества осадков вымываются в глубокие горизонты и могут проникать в грунтовые воды. Накопленные в почве нитраты интенсивно всасываются растениями, что приводит к избыточному содержанию нитратов и в растительных тканях.

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. Повышенное содержание нитратов в водных объектах вызывает бурный рост фитопланктона, приводящий к эвтрофикации водоемов.

Цель работы: углубить представления о миграции азота в биосфере, определить содержание нитратного азота в растениях.

Оборудование и реактивы: нитратомер; электроды хлорсеребряный и нитратселективный; гомогенизатор; 1%-ный раствор алюмокалиевых квасцов.