Проблема нитратов в полевом растениеводстве и овощеводстве
Информация - Сельское хозяйство
Другие материалы по предмету Сельское хозяйство
я доза нитратов для взрослого человека составляет 325 мг в сутки. В питьевой воде допускается содержания нитратов до 45 мг/л.
С водой взрослый может потребить около 68 мг нитратов. Следовательно, на пищевые продукты остаётся 257 мг нитратов. Исследования показали, что в пищевых продуктах токсическое действие нитратов проявляется слабее, чем их действие в питьевой воде.
При повышении дозы нитратов гораздо выше официально установленных пределов возникает нитратное отравление человеческого организма. Через 4-6 часов уже могут появиться признаки, указывающие на отравление нитратами:
. Тошнота, рвота, боли в животе;
. Одышка, усиленное сердцебиение, вплоть до потери сознания;
. Посинение кожных покровов и видимых слизистых оболочек;
. Понос, часто с кровью;
. Увеличение печени, желтизна белков глаз;
. Сопровождается это всё общей слабостью, головокружением, болями в затылочной области.
Аналогичному токсическому действию нитратов подвержены и животные. При кормлении коров силосом, в килограмме которого содержался 21 г нитратов, в 1 л молока нитратов было около 800 мг. Даже при отсутствии нитратов в воде и пище суточное потребление такого молока людьми не должно превышать 1 стакана.
. Механизм трансформации нитратов в тканях растений
Растения способны усваивать из почвы нитраты, аммиак, аминокислоты и другие соединения азота, но основным источником азота для растений в основном являются нитраты. Почти в течение всего вегетационного периода в почвах преобладают процессы нитрификации: аммиак, образовавшийся в результате распада органических веществ или внесенный с удобрениями, превращается в нитраты. Необходимо отметить, что свободный аммиак ядовит для растений и поэтому обычно при питании аммонийными солями растения не накапливают свободный аммиак в тканях, а сразу же используют его на синтез аминокислот, белков или амидов, или же окисляют до нитратов, чтобы предотвратить отравление. Нитраты же могут накапливаться в растениях для дальнейшего использования в процессах ассимиляции. Так как исходное вещество для синтеза органических соединений - это аммиак, в растительных тканях нитраты восстанавливаются до нитритов и затем до аммиака:
HNO3 + 8H+ + 8e- NH3 + 3H2O
Процесс идет ступенчато через ряд промежуточных продуктов и катализируется несколькими ферментами. Сначала с помощью нитратредуктазы нитраты восстанавливаются до нитритов, схематически это можно представить так (реакция протекает в цитозоле):
Образующиеся нитриты являются очень активными и потенциально токсичными ионами, поэтому они сразу транспортируются из цитозоля в лейкопласты, где с помощью нитритредуктазы восстанавливаются до гипонитритов H2N2O2, далее - с помощью гипонитритредуктазы до гидроксимамина NH2OH, и под действием гидроксиламинредуктазы образуется аммиак. Таким образом, схема восстановления нитратов представляется в следующем виде:
Ферменты нитратвосстанавливающей системы - индуцированные ферменты, т.е. они интенсивно образуются в растении после поступления большого количества нитратов или продуктов их восстановления.
Конечный продукт восстановления, как было выяснено Д.Н.Прянишниковым, является глютаминовая кислота и её амид-глютамин, который является также запасной, обезвреживающей аммиак формой. За счет процессов аминирования и дезаминирования возможен синтез различных органических кислот и аминокислот.
Восстановление нитратов и нитритов до аммиака представляет собой универсальный процесс: он происходит и в высших зеленых растениях, способных к фотосинтезу, и в выросших в темноте и потому лишенных хлорофилла так называемых этиолированных растениях, а также у грибов и бактерий.
. Нитратредуктаза как ключевой фермент в восстановлении нитратов.
Нитратредуктаза представляет собой гем- и молибденсодержащий флавопротеид, состоящий из двух полипептидных цепей (субъединиц), локализована в цитозоле. Фермент имеет центры связывания с НАДН2 (НР некоторых растений биспецифичны и связываются и с НАДФН2) и нитратом. Для восстановления нитратов до нитритов требуется 2 протона и 2 электрона, которые доставляются восстановленными формами НАДН2 и передаются на ФАД. Он восстанавливается, а НАД переходит в окисленное состояние. Затем электроны через геминовое железо передаются на молибден и далее на нитрат.
НР регулируется на различных уровнях: транскрипционном, трансляционном и пост-трансляционном. Первый уровень - это экспрессия соответствующих генов, что позволяет регулировать уровень нитрат- редуктазного белка в клетке. На пост-трансляционном уровне регуляция осуществляется за счет количества функционально активного белка НР и уровня активности НР, а также за счет доступности субстрата. Пост-трансляционная регуляция нитратредуктазы позволяет очень быстро изменять активность фермента в клетке с помощью обратимой инактивации, происходящей за счет блокировки потока е- от гема на Мо-содержащий комплекс с помощью фосфорилирования Са2+-зависимой протеинкиназой и связывания НР с 14-3-3 белком. Регуляция на уровне транскрипции и обратимая инактивация фермента совместно позволяют растениям точно настраивать интенсивность ассимиляции нитрата в соответствии с конкретным состоянием.
Активность нитратредуктазы зависит от внешней концентрации ионов NO3? : при выращивании растений на средах без нитратов её активность была низкой, но через