Экологический проект «Определение содержания цианидов в семенах съедобных растений»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа №2
с. Арзгир Арзгирского района




Экологический проект
на тему:

«Определение содержания цианидов
в семенах съедобных растений»


Работа ученика 11 класса
Сологуба Владимира
Руководитель: учитель биологии
Сологуб Е.В.





Арзгир
2015
Содержание

Стр.
Введение.... 3
Обзор литературы..4

Место, материал и методика....5-7
2.1. Методика приготовления бензидинового тест-реактива
2.2. Методика приготовления фитообразцов и определения цианидов
2.3. Качественное определение цианидов
2.4. Количественное определение цианидов

Результаты исследования............................8

Выводы .10

Литература....11

Приложение..12

Введение
Значительная доля пищевого рациона человека – съедобные и лекарственные растения. Они служат источниками не только белков и углеводов, но и важнейших биологически активных соединений – витаминов, микроэлементов, органических кислот, природных антиоксидантов, а кроме того – ядов и токсинов.
Практически каждый день мы едим продукты, произведенные из растений, содержащих смертельные яды. И многие из нас считают, что не может быть ничего полезнее фруктов и овощей, но мы порой не подозреваем о скрытой угрозе, которая в них таится. Конечно, чаще всего нам не стоит беспокоиться, но были случаи, когда люди случайно убивали себя, съедая ядовитую часть растения или плода. Например,
горький миндаль – это сухой плод, который обладает уникальным вкусом, является одним из самых популярных ингредиентов в приготовлении десертов и содержит ядовитый цианид; его обычно обрабатывают, чтобы удалить яд;
вишня, а также абрикос, персик и слива содержат в своих косточках цианид; если разгрызть, прожевать или как-то по-другому повредить косточку, то вы подвергаете себя воздействию цианистого водорода.
Конечно, если вы проглотите несколько косточек, ничего страшного не случится, так как наш организм может справиться с определенным количеством цианида, но в большом количестве это может быть опасно.
Симптомы легкого отравления включают в себя головную боль, головокружение, дезориентацию, тревожность и рвоту. В больших дозах это может привести к трудностям с дыханием, повышению кровяного давления и сердечного ритма и почечной недостаточности, вплоть до смертельного исхода.
Расширяющийся ассортимент продуктов питания, зачастую импортного производства, использование новых синтетических продуктов и пищевых добавок, наконец, экологическая обстановка требуют от потребителей этой продукции умения разбираться в некоторых элементарных химических вопросах, способности применять эти знания в повседневной жизни.
Цель работы – определить содержание цианидов в семенах съедобных растений различных семейств (розоцветные, бобовые, злаковые и др.).
Задачи
изучить литературу по теме исследования;
провести опыты, сделать расчеты, сравнить полученные результаты с литературными источниками;
сделать вывод содержание цианидов в семенах съедобных растений.
1. Обзор литературы
Среди азотсодержащих токсинов растений выделяют не менее шести классов (приложение.1). Из таблицы видно, что среди азотосодержащих токсинов растений выделяются цианогенные гликозиды.
Цианиды – это собирательное название некоторых классов химических соединений, как органических, так и неорганических. Все они содержат цианогруппу –C=N. Неорганические цианиды можно рассматривать как производные циана (CN)2 или соли цианистоводородной кислоты HCN. Органические цианиды часто носят название нитрилов, считаясь производными соответствующих органических кислот (к примеру, метилцианид, он же ацетонитрил CH3CN – нитрил уксусной кислоты). Бывают и более сложные органические вещества, содержащие цианогруппу, например витамин В12.
Из последнего примера понятно, что не все цианиды – яды. Само по себе наличие цианогруппы в молекуле вещества еще не смертельно. Ядовито лишь вещество, содержащее реакционноспособную цианогруппу. Обычно она связана с молекулой не очень прочно. Такая цианогруппа в определенных условиях высвобождается и участвует в биохимических процессах, протекающих в организме.
Среди широко распространенных цианидов настоящих ядов сравнительно немного, но, как правило, цианидами называют именно их. Это растворимые цианиды щелочных металлов (калия и натрия), свободный цианистый водород (синильная кислота), дициан, галоидоцианы и некоторые другие производные. А вот известные своей светостойкостью синие краски «берлинская лазурь» и «турнбулева синь», представляющие собой цианидные комплексы железа, абсолютно безвредны (приложение 2).
Часто считают, что цианиды убивают, связывая гемоглобиновое железо и, таким образом, лишая кровь способности переносить кислород. Это не так. На самом деле, отравляющее действие цианидов основано на блокировании ферментов тканевого дыхания. Кровь человека, отравленного цианидами, даже венозная, насыщена кислородом до предела и имеет характерный ярко-алый цвет. Однако при этом ткани теряют способность усваивать кислород, переносимый кровью, и наступает гибель от удушья.
Удивительный факт: синильная кислота HCN, один из самых сильных ядов, широко распространена в растительных и животных тканях. Цианогенез – способность растений синтезировать соединения (циаогенные гликозиды), при гидролизе выделяющие синильную кислоту или цианистый водород HCN. Эти вещества могут оказывать на организм не только прямое, но и побочное вредное влияние. Оно приводит к изменению кишечной микрофлоры (дисбактериозам), аллергическим проявлениям, пищевым отравлениям.
2. Материалы и методы исследования
Принцип метода обнаружения цианид– и роданид – ионов основан на том, что при действии солей меди на цианиды и роданиды в присутствии бензидина (4,4'-дифениламина) появляется синяя окраска. Это не единственный возможный метод исследования. Так, определение роданид–ионов, по Н.А.Тананаеву, основано на том, что при взаимодействии хлорида железа с роданидами щелочных металлов образуется роданид железа красного цвета. Циановодород определяется в качественных реакциях, разработанных Ф.Файглем (1933) и Н.А.Тананаевым (1954).
При действии солей меди на цианиды (CN–) и роданиды (SCN–) в присутствии бензидина (4,4'–дифениламина) появляется синяя окраска:
2Cu + + 4CN– 2CuСN + (CN)2
(Эта группа способна окислять бензидин)

Цианистый водород в ходе реакции можно получить действием на цианид гидрокарбоната натрия:
CN– + HСО3 СО3 2– + HCN

Открытие роданид-иона можно свести к открытию цианид-иона, основываясь на реакции:
3 SCN– + 6 МnО4– + 12 ОН– = 3CN– + 3SO42– + 5Mn+2 + 6H2O

При комнатной температуре реакция совершается моментально.
Открытие роданид-иона можно провести и безотносительно к цианид-иону. Реакция основана на образовании роданида железа (красного цвета) Fe(SCN)3 при взаимодействии хлорида железа с роданидами щелочных металлов. Образование кристаллов темно-красного цвета используется для обнаружения и фотометрического определения железа.

Методика приготовления бензидинового тест-реактива
Бензидиновая реакция отличается от большинства реакций органических соединений, в которых изменение претерпевает лишь определенная функциональная группа или часть молекулы, а основной углеродный скелет остается без изменений. При синтезе бензидина обычно исходят из нитробензола, восстанавливая который, получают гидразобензол. Последний под действием кислот перегруппировывается в бензидин. Эта перегруппировка была открыта Н.Н.Зининым в 1845 г. Им же впервые был получен бензидин.
Гидразобензол легко получается при восстановлении нитробензола цинковой пылью в щелочной среде:
2C6H5–NO2 + 5Zn + 5NaOH + Н2О C6H5–NH–NH–C6H5 + 5NaHZnO2

Перегруппировка гидразобензола в бензидин может быть представлена следующим уравнением:


Раствор А. Насыщенный раствор бензидина в ледяной уксусной кислоте разбавляют дистиллированной водой в соотношении 1:1.
Раствор В. Готовят 29-процентный раствор ацетата меди. Оба раствора устойчивы, их хранят в посуде темного стекла.
Тест-реактив. Смешивают растворы А и Б в соотношении 1:1. Раствор хранят в посуде темного стекла не более недели.
Бензидин вторичный амин, в результате окисления которого образуется соединение синего цвета. Схема окисления бензидина выглядит следующим образом:



Методика приготовления фитообразцов и определения цианидов
Навеску семян (10,0 г) взвешивают на электронных весах и переносят в фарфоровую ступку. Семена измельчают скальпелем, затем добавляют небольшую порцию (5–10 мл) дистиллированной воды и тщательно растирают пестиком. Полученную кашицу переносят в пробирку, добавляют дистиллированную воду до конечного объема 50 мл, хорошо перемешивают и фильтруют экстракт через бумажный фильтр.
В некоторых вариантах опытов использут набухшие семена (мак, лимонник, виноград). Для этого семена предварительно смачивают водой и выдерживают в чашке Петри 24 ч. Затем фотоматериал обрабатывали так же, как и сухие образцы.

Качественное определение цианидов
1. Контрольная проба с роданидом калия. Поместить в стеклянный бюкс или пробирку несколько кристалликов роданида калия, добавить 5 мл дистиллированной воды, хорошо перемешать.
2. Поместить бюкс (пробирку) на горячую водяную баню, добавить на кончике стеклянной палочки питьевую соду (гидрокарбонат натрия) и сразу накрыть бюкс фильтром, смоченным с одной стороны бензидиновым реактивом, с другой – хлоридом железа. Можно использовать два разных фильтра, смоченных по отдельности разными тест-реактивами. Если реакция проводится в пробирке, тест-реактивы добавляют в объеме 5-8 капель и закрывают пробирку пробкой. В первом случае на фильтре (или в пробирке) появляется синее окрашивание, во втором – ржаво-красное.

Количественное определение цианидов
К 10 мл экстракта добавить 2 мл бензидинового реактива и 0,5 мл насыщенного раствора гидрокарбоната натрия. Пробирки поместить на водяную баню и держать до появления голубой окраски. Аналогичные операции провести с различными фитообразцами – семенами мака, лимонника, винограда, финика, мандарина, сливы, яблока, нута, фасоли. Затем пробирки охладить. Пробы фотоко-лориметрировать при 540 нм в кюветах с рабочей шириной 10 мм. Для построения калибровочной кривой приготовить раствор роданида калия KSCN в диапазоне концентраций 0,34–9,10 ммоль/л (рис.1).

Рис. 1. Калибровочная кривая для определения концентрации цианид-ионов в экстрактах семян плодовых растений

3. Результаты исследования
Результаты определения содержания цианид-ионов в сухих и набухших семенах были аналогичными (рис.2).
В обоих вариантах опыта минимальным содержанием цианидов характеризовались семена лимонника, максимальным винограда. При этом соотношение между концентрацией цианидов в сухих семенах мака, лимонника и винограда составило 2,4:1:3,8, а в набухших– 2,5:1:4,8, соответственно, т.е. оставалось практически неизменным. Поскольку в задачи исследования входило сопоставление содержания цианид-ионов в различных фитообразцах, в дальнейших опытах использовался сухой биоматериал.
13 EMBED MSGraph.Chart.8 \s 1415
Рис. 2. Содержание цианидов в сухих и набухших семенах

Абсолютный лидер по содержанию цианид-ионов семена горького миндаля (рис.3), что согласуется с литературными данными. В семенах других представителей розоцветных содержание цианидов было в 3 - 5,6 раз ниже. Минимальное содержание цианидов в этой группе плодовых растений выявлено у сливы (в 5,6 раз ниже, чем у миндаля).
13 EMBED MSGraph.Chart.8 \s 1415
Рис. 3. Содержание цианидов в семенах плодов розоцветных растений
Полученные результаты показали, что содержание цианидов в семенах бобовых растений, произрастающих на территории Ставропольского края, велики (рис.4). Найденные величины были в 10-100 раз выше аналогичных величин, характерных для бобовых растений северных ареалов. По-видимому, это связано с тем, что растения, обитающие в теплых регионах, в большей степени подвержены уничтожению при выпасе сельскохозяйственных животных. Поэтому в ходе эволюции у них выработались биохимические адаптации, защищающие вид от выедания. Подобной адаптацией является синтез высоких количеств цианидов в виде цианогенных гликозидов.
13 EMBED MSGraph.Chart.8 \s 1415
Рис. 4. Содержание цианидов в семенах бобовых растений

В Ставропольском крае климат характеризуется коротким холодным периодом года, поэтому здесь растения нуждаются в дополнительной биохимической защите от травоядных. Этим можно объяснить то, что содержание цианидов в семенах бобовых примерно в 5 раз выше, чем у розоцветных, и в 15 раз ниже, чем у горького миндаля.
По результатам анализа остальные растения были разделены на две группы. К первой отнесли мандарин (сем. Цитрусовые), финик (сем. Фениксовые). Содержание цианидов в семенах этих растений характеризовалось низкими значениями (порядка 0,200 ммоль/л), сопоставимыми с аналогичной величиной у бобовых. Ко второй группе были отнесены мак (сем Маковые), лимонник (сем. Бадьяновые) и виноград (сем. Крушиновые). Содержание цианидов в семенах этих растений было гораздо выше (рис.5).
13 EMBED MSGraph.Chart.8 \s 1415

Рис. 5. Содержание цианидов в семенах растений различных семейств

По сравнению с семенами финика, в лимоннике цианидов больше в 2 раза, в маке в 7 раз, в винограде в 14 раз, т.е. по содержанию цианидов семена винограда приближаются к горькому миндалю.

4. Выводы
Таким образом, результаты исследования показали:
для определения цианидов в растительном материале допустимо использование сухих, а не набухших семян;

среди растений семейства розоцветных по содержанию цианидов лидируют семена горького миндаля, по сравнению с которым этот показатель ниже в семенах яблока и вишни в 3 раза, сливы в 5,6 раз;

содержание цианидов в семенах гороха, фасоли и бобов примерно в 5 раз ниже, чем у розоцветных, и в 15 раз ниже, чем у горького миндаля;

низкое содержание цианидов в семенах сибирских бобовых растений по сравнению с европейскими аналогами можно объяснить тем, что из-за длительного холодного периода года растения не нуждаются в дополнительной биохимической защите от травоядных.

5. Литература:
Алексеев Ю.Е. Травянистые растения. Биология и охрана. - М.: Агропромиздат, 1988. Медведев П.Ф.,Сметанникова А.И. Кормовые растения европейской части СССР. Справочник. - Л.: Колос, 1981.
Биология в школе, 2007, № 1, Научно-методический журнал.
Полюдек-Фабини П., Бейрих А. Органический анализ. - Л., 1981.
Харборн Дж. Введение в экологическую химию. - М.: Мир, 1985.
Химия и жизнь (Солтерсовская химия). - М.: РХТУ им. Д.И.Менделеева, 1997. - Т. 1.
Электронная энциклопедия «Кругосвет»: Гликозиды // Материалы сайта [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Энциклопедический словарь лекарственных растений // Материалы сайта [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Цианиды // Материалы сайта [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Цианиды и их влияние на организм человека // Материалы сайта [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
10 ядовитых фруктов и овощей, которые мы едим каждый день. // Материалы сайта [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
















Приложение 1

Таблица 1. Некоторые азотсодержащие токсины растений

Класс
Представители
Токсичность,
объект токсического воздействия

1. Небелковые аминокислоты
L-ДОФА в семенах Мисипа, сем. Бобовые
Избирательная, насекомые, особенно жуки-зерновки



·-ционоолонин
в семенах горошка (Vicia)
Универсальная,
LD50 (крысы) = 200 мг/кг м.т.

2. Цианогенные гликозиды
Линамарин и лотаустралин у Lotus corniculatus
Универсальная,
LD100(HCN) = 50 мг/кг м.т.

3. Глюкозинолаты
Синигрин у горчицы (Brassica)
Избирательная, крупный рогатый скот и насекомые

4. Алкалоиды
Сенеционин в листьях крестовника
Senecio jacobaea
Универсальная, особенно крупный рогатый скот


Атропин в ягодах
Atropa belladonna
Избирательная, млекопитающие;
LD50 (крысы) = 750 мг/кг м.т. нетоксичен для птиц

5. Белки
Абрин у Abrus precatorlus
Универсальная,
LD100 = 0,5 мг/кг м.т.


Фитогемагглютинин
у Phaseolus vuulgaris
Избирательная,
жуки-зерновки

6. Пептиды
Аманитин
у Amanita phalloides
Избирательная, млекопитающие


Вискотоксин в ягодах Viscum album
Избирательная, животные за исключением птиц


Приложение 2

Таблица 2. Ядовитые и безвредные цианидсодержащие соединения

Безвредные

Берлинская лазурь
Циангидрин глюкозы
Цианкобаламин
(витамин В12)

Токсичные

Ацетонитрил
Красная кровяная соль
Нитропруссид натрия

Смертельно ядовитые

Фенилцианарсин
Йодциан ICN
Циан (дициан)











13 PAGE \* MERGEFORMAT 14315



бензидин
(бесцветный)

соединение синего цвета

соединение коричневого цвета



Root EntryQ Q мак Gсухие семена*набухшие семена_-* #,##0_р_._-;\-* #,##0_р_._-;_-* "-"_р_._-;_-@_-О{,;
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·_-* #,##0.00_р_._-;\-* #,##0.00_р_._-;_-* "-"??_р_._-;_-@_-1 
·
·сухие семена


Чтобы посмотреть презентацию с оформлением и слайдами, скачайте ее файл и откройте в PowerPoint на своем компьютере.
Текстовое содержимое слайдов:

Сологуб Владимирученик 11 классаРуководитель: Сологуб Е.В.учитель биологии 2015 г Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждениесредняя общеобразовательная школа №2с. Арзгир Арзгирского района Смертельные яды Синильная кислота Цель работы определить содержание цианидов в семенах съедобных растений различных семейств (розоцветные, бобовые, злаковые и др.).Задачиизучить литературу по теме исследования;провести опыты, сделать расчеты, сравнить полученные результаты с литературными источниками; сделать вывод содержание цианидов в семенах съедобных растений: Мак Лимонник Виноград Финик Мандарин Слива Яблоко Нут Миндаль Класс Представители Токсичность,объект токсического воздействия 1. Небелковые аминокислоты L-ДОФА в семенах Мисипа, сем. Бобовые Избирательная, насекомые, особенно жуки-зерновки β-ционоолонинв семенах горошка (Vicia) Универсальная,LD50 (крысы) = 200 мг/кг м.т. 2. Цианогенные гликозиды Линамарин и лотаустралин у Lotus corniculatus Универсальная,LD100(HCN) = 50 мг/кг м.т. 3. Глюкозинолаты Синигрин у горчицы (Brassica) Избирательная, крупный рогатый скот и насекомые 4. Алкалоиды Сенеционин в листьях крестовникаSenecio jacobaea Универсальная, особенно крупный рогатый скот Атропин в ягодахAtropa belladonna Избирательная, млекопитающие;LD50 (крысы) = 750 мг/кг м.т. нетоксичен для птиц 5. Белки Абрин у Abrus precatorlus Универсальная,LD100 = 0,5 мг/кг м.т. Фитогемагглютинину Phaseolus vuulgaris Избирательная,жуки-зерновки 6. Пептиды Аманитину Amanita phalloides Избирательная, млекопитающие Вискотоксин в ягодах Viscum album Избирательная, животные за исключением птиц Материалы и методы исследования 2Cu + + 4CN– → 2CuСN + (CN)2 Принцип метода обнаружения цианид – ионов основан на том, что при действии солей меди на цианиды в присутствии бензидина (4,4'-дифениламина) появляется синяя окраска. Методика приготовления бензидинового тест-реактива При синтезе бензидина исходили из нитробензола, восстанавливая который, получили гидразобензол. Последний под действием кислот перегруппировывается в бензидин. Эта перегруппировка была открыта Н.Н.Зининым в 1845 г. 2C6H5–NO2 + 5Zn + 5NaOH + Н2О → C6H5–NH–NH–C6H5 + 5NaHZnO2 Раствор А. Насыщенный раствор бензидина в уксусной кислоте разбавили дистиллированной водой в соотношении 1:1.Раствор В. Приготовили 29-процентный раствор ацетата меди. Тест-реактив. Смешали растворы А и Б в соотношении 1:1. Методика приготовления фитообразцов Контрольная проба с роданидом калия Количественное определение цианидов Калибровочная кривая для определения концентрации цианид-ионов в экстрактах семян плодовых растений Результаты исследования Содержание цианидов в семенах плодов розоцветных растений Содержание цианидов в семенах бобовых растений Содержание цианидов в семенах растений различных семейств Выводы Результаты исследования показали:среди растений семейства розоцветных по содержанию цианидов лидируют семена горького миндаля, по сравнению с которым этот показатель ниже в семенах яблока и вишни — в 3 раза, сливы — в 5,6 раз;содержание цианидов в семенах гороха, фасоли и бобов примерно в 5 раз ниже, чем у розоцветных, и в 15 раз ниже, чем у горького миндаля;низкое содержание цианидов в семенах сибирских бобовых растений по сравнению с европейскими аналогами можно объяснить тем, что из-за длительного холодного периода года растения не нуждаются в дополнительной биохимической защите от травоядных. Сологуб Владимирученик 11 классаРуководитель: Сологуб Е.В.учитель биологии 2015 г Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждениесредняя общеобразовательная школа №2с. Арзгир Арзгирского района

Приложенные файлы

  • doc file
    Размер файла: 675 kB Загрузок: 2
  • ppt file 1
    Размер файла: 873 kB Загрузок: 2