Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «орловский государственный аграрный университет»

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ИННОВАЦИОННЫЕ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ ХИМИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМУ ПРОИЗВОДСТВУ Материалы VII Международной заочной научно-практической Интернет-конференции 7 апреля 2014г. Орел-2014 Сборник составлен по результатам работы VII Международной заочной научно-практической Интернет-конференции «Инновационные фундаментальные и прикладные исследования в области химии сельскохозяйственному производству» (ФГБОУ ВПО Орёл ГАУ, 7 апреля 2014года). Ответственные за выпуск: Ярован Н.И., Хилкова Н.Л., Коношина С.Н., Прудникова Е.Г., Ермакова Л.А. Инновационные фундаментальные и прикладные исследования в области химии сельскохозяйственному производству. Сборник статей. – Орел: Издательство Орел ГАУ, 2014г. – 363 с. В настоящем издании представлены научные статьи, посвященные фундаментальным и прикладным исследованиям в агропромышленном комплексе на современном этапе развития химии. Сборник печатается в авторской редакции. © Издательство Орел ГАУ, 2014 Раздел 1. НОВЕЙШИЕ НАУЧНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ ХИМИИ КАК ОДИН ИЗ ФАКТОРОВ РАЗВИТИЯ АГРОБИЗНЕСА И ЭКОЛОГИИ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛИКОАЛКАЛОИДОВ В КАРТОФЕЛЕ Воронкова М. В., к.с.-х.н, доцент ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет», г. Орел, РФ Картофель в нашей стране по праву называют «вторым хлебом». Такое значение картофеля определяется высокой продуктивностью и уникальными питательными свойствами этой культуры. Ценность картофеля обуславливается многообразием минеральных и органических веществ клубня, соответсвующих потребностям человеческого организма. Однако, картофель подвержен многочисленным болезням и нападению насекомых-вредителей, среди которых наибольшую опасность представляет колорадский жук (Leptinotarsa decemleneata Say), занимающий особое положение среди вредителей сельскохозяйственных культур. В системе защиты картофеля до последнего времени предпочтение отдавалось истребительным мероприятиям, которые позволяют снизить численность жука до экологически неощутимого уровня. Однако, одним из эффективных методов защиты картофеля от вредителей без применения химических средств или с минимальным их использованием, является создание и возделывание сортов с различными механизмами устойчивости к колорадскому жуку (Антощенко, 2008). Факторы, обуславливающие устойчивость растений картофеля к колорадскому жуку, многообразны: механическая защита листовой пластинки, иммунохимические реакции, накопление в тканях листа защитных белков (ингибиторы протеиназ, растительные токсины) и фитотоксинов небелковой природы (гликоалкалоиды и другие аллелохимические вещества), существенно снижающих питательную ценность зеленой массы для насекомых-листоедов (Цветкова, 2001). Согласно многочисленным данным последнего времени, высокая концентрация гликоалкалоидов в растениях, а также отсутствие или блокирование стероидов, недостаток необходимых для развития колорадского жука аминокислот, каратиноидов и витаминов, является главным фактором в устойчивости растений к вредителю (Фасулати, 1991). Поэтому наличие в растениях вторичных метаболитов (гликоалкалоиды) в связи с их токсичным действием на колорадского жука, привлекают внимание селекционеров-картофелеводов. Изучение содержания гликоалкалоидов картофеля и их влияния на колорадского жука позволит наметить пути отбора устойчивых сортов, а также создания экологически безопасных препаратов на их основе, что будет способствовать дальнейшему повышению эффективности и рентабельности сельскохозяйственного производства. Для изучения содержания гликоалкалоидов картофеля использован материал, полученный на Брянской опытной станции ВНИИКХ и различающийся устойчивостью к колорадскому жуку: Алый брянский (У), Слава Брянщины (У), Дитта (СУ), Жуковский ранний (СУ), Аноста (ОУ), Невский (НУ) (стандарт), и 2 районированные в Орловской области сорта картофеля Снегирь (СУ) и Удача (СУ). Исследования показали, что содержание гликоалкалоидов в мякоти клубней картофеля в среднем составило 0,144% на сухое вещество, что является предельно допустимой концентрацией для человека. Наиболее высокими показателями содержания гликоалкалоидов характеризовались сорта: Алый брянский и Слава Брянщины, клубни которых накопили от 0,174 до 0,194 % на сухое вещество. Клубни относительно устойчивого сорта Аноста и среднеустойчивых сортов: Жуковский и Дитта, накопили от 0,134 до 0,142% на сухое вещество гликоалкалоидов. Наиболее низким показателем содержания изученных гликоалкалоидов в мякоти клубней (0,096% на сухое вещество) был отмечен неустойчивый сорт Невский. Содержание гликоалкалоидов в клубнях среднеустойчивых, районированных в Орловской области, сортов картофеля составило 0,131% на сухое вещество у сорта Удача и 0,146% на сухое вещество у сорта Снегирь. Исследование содержания гликоалкалоидов в листьях показало, что накопление данных веществ зависит от сортовых особенностей и варьирует от 162,3 до 312,2 мг/100 г сырой массы. Максимальная концентрация гликоалкалоидов в листьях была отмечена в стадию прорастания надземных органов растения (169,4…312,5 мг/100 г сырой массы). В стадию цветения наблюдался некоторый спад концентрации данных веществ в листьях (162,3…304,5 мг/100г сырой массы). Стадия увядания характеризовался наименьшим накоплением гликоалкалоидов (153,4…303,2 мг/100г сырой массы) (табл.1). Наибольшей концентрацией вторичных метаболитов во всех стадиях онтогенеза картофельного растения характеризовались сорта: Алый брянский и Слава Брянщины (300,0…312,5 мг/100г сырой массы). Наименьшее, почти в 2 раза, количество гликоалкалоидов накопили листья сорта Невский (153,4…169,4 мг/100г сырой массы). Таблица 1 - Содержание гликоалкалоидов в листьях в разных стадиях онтогенеза картофеля (мг/100г сырой массы). Сорт мг/100 г сырой массы в стадию прорастания надземных органов в стадию цветения в стадию увядания Слава Брянщины У 312,5 304,5 303,2 Алый Брянский У 310,3 300,1 300,0 Дитта СУ 234,2 225,9 221,0 Жуковский ранний СУ 205,9 200,0 198,7 Аноста ОУ 206,6 200,6 200,0 Невский НУ 169,4 162,3 153,4 Снегирь СУ 207,3 198,9 192,1 Удача СУ 204,2 198,1 191,3 В листьях сортов, районированных в Орловской области, наибольшее количество гликоалкалоидов накопилось в стадию прорастания картофельного растения -207,3 мг/100 г сырой массы, а наименьшее количество в стадию увядания ботвы картофеля – 191,3 мг/100 г. Исследование динамики содержания гликоалкалоидов при повреждении листьев картофеля колорадским жуком показало, что количество алкалоидов в листьях картофеля изменилось не значительно, что говорит об отсутствии влияния элиситоров (если таковые есть) вредителя на индуцирование устойчивости. Сорта Алый брянский и Слава Брянщины отличались повышенной концентрацией данных веществ. Наименьшей концентрацией гликоалкалоидов характеризовались листья сорта Невский. Районированные сорта не отличились повышенным количеством гликоалкалоидов в листьях при повреждении колорадским жуком. Обобщив полученные данные, следует полагать, что изменение концентрации гликоалкалоидов в листьях в разных стадиях онтогенеза, является одним из факторов формирования иммунитета картофельного растения к колорадскому жуку. Наиболее устойчивые к колорадскому жуку сорта картофеля: Слава Брянщины и Алый брянский, листья, которых накапливают максимальное количество гликоалкалоидов. Другие сорта незначительно отличаются друг от друга, за исключением неустойчивого сорта Невский, листья которого по неизученной причине содержат минимальное количество гликоалкалоидов. ЛИТЕРАТУРА Антощенко, Ф.Е. Сорта картофеля, созданные на Брянщине / Ф.Е. Антощенко, Л.А. Еренкова, А.А. Молявко: каталог. - Брянск, 2008.-14с. Фасулати, С.Р. Внутривидовые взаимоотношения в системе «картофель - колорадский жук» и зональная специфика устойчивости сортов к вредителю / С.Р.Фасулати // IX Всесоюз. совещ. по иммунитету с.-х. растений к болезням и вредителям: тез. докл. Т.2.- Минск, 1991.- С.271-272. Цветкова, М.А. Биохимия стресса и формирования устойчивости у картофеля при повреждении колорадским жуком: автореф. дис.,,, канд. биол. наук / М.А. Цветкова.- М.: Моск. пед. гос. ун-т, 2001.- 37с. ПРИМЕНЕНИЕ СОПОЛИМЕРОВ СТИРОЛА С МАЛЕИНОВЫМ АНГИДРИДОМ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Зайцев С. Ю., д. х. н., д.б.н., профессор, зав. кафедрой химии *Зайцева В.В., д. х. н., профессор, *Тюрина Т. Г., д. х. н., ст. н. с. ФГБОУ ВПО МГАВМиБ, г. Москва, РФ *Институт физико-органической химии им. Л.М. Литвиненко НАНУ, Украина Важным и актуальным направлением в мировой практике является поиск новых реагентов для комплексной очистки сточных вод от взвешенных частиц и примесей солей тяжелых металлов, несмотря на промышленно выпускаемые полимерные флокулянты. Имея большой опыт изучения реакций образования молекулярных комплексов и их влияние на кинетику сополимеризации стирола с малеиновым ангидридом (МА), авторы предложили в качестве новых флокулянтов сополимеры этих мономеров, которые способны связывать катионы металлов и коагулировать дисперсные примеси [1, 2]. Для оптимизации процесса получения сополимеров (стиромалей) исследовали функциональную закономерность взаимодействия функциональных групп мономеров методами квантовой химии, изучая поведение комплексов в разбавленных растворах с применением ряда растворителей, в том числе, диоксана. Применение этого растворителя позволяет снизить молекулярную массу сополимеров [3] и избежать промежуточных стадий выделения и растворения полимера при получении этерифицированных аналогов. В предложенном нами способе этерификация проводится в ходе сополимеризации без выделения и растворения сополимера, при этом снижается с 408К до 373К температура сополимеризации и энергозатраты по сравнению с предложенной ранее технологией получения эфиров стиромаля в циклогексаноне [4], которые применяются в настоящее время для лакокрасочной промышленности, усиливая их работоспособность. Предложенные нами сополимеры стирола с МА в виде солевой форме (ПСМ-Na) и их этерофицированные аналоги исследованы в качестве флокулянтов для удаления взвеси (осветления) и абсорбции из воды ионов тяжелых металлов. Количество сополимера при исследовании его флокулирующих свойств подбирались по аналогии с таким распространенным флокулянтом, как ПАА. Осветление проводили в сравнении с модельными системами [5]. Структуру молекулярных комплексов рассчитывали методом АМ1, обоснование его применения и погрешность полученных параметров обсуждены в работе [6]. Материалы и методика образования молекулярных комплексов стирола с МА и их влияние на флоккулирующие состава сополимеров для очистки бытовых сточных вод изучали по анализу спектров 1Н ЯМР малеинового ангидрида. В разбавленном растворе (соотношение 1:20) при добавлении акцептора (МА) к донору – стирол (СТ) химический сдвиг протонов МА смещается в сильное поле, что свидетельствует о присутствии комплекса, константа равновесия (Крав) которого равной 0.39 л/моль [7, 8]. Сравнение растворов каждого из мономеров, с их смесью друг с другом или с избытком стирола подтверждено образование комплексов стирола с МА. Полученные результаты сдвига протонов МА в сильное поле означают, что в смеси превалируют π-взаимодействия стирола с акцептором. Величина смещения протонов МА (ΔМА) составляет 0.524 м.д., что свидетельствует о достаточно сильной связи С=С мономеров. При условии большого избытком МА относительно стирола (~20:1) найдено (таблица) смещение сигналов протонов донора также в сильное поле, как это характерно для акцептора в предыдущем опыте, что подтверждает образовании π-комплексов. Наибольший сдвиг наблюдается для сигналов протона =С2Н виниловой группы и орто-Н бензольного кольца стирола в смеси с МА, т.е. образование комплекса наиболее вероятно с участием этих групп. Большая величина Δ для протонов МА в смеси является закономерным следствием взаимодействия донора с сильным акцептором. Таблица - Химический сдвиг протонов стирола* (0.1 моль/л) (δ0) и в смеси с акцепторами (δсм) в СDCl3 (400 МГц, ТМС, 298 К) Группа стирола δ0, м.д. Смесь с 1.85 моль/л МА δсм, м. д. Δ, м. д. орто-Н 7.430 7.411 0.019 мета-Н 7.350 7.341 0.009 пара-Н 7.275 7.267 0.008 =СН- 6.761 6.745 0.016 транс =СН2 5.780 5.774 0.006 цис =СН2 5.262 5.263 -0.001 *приведен первый сигнал мультиплета стирола (0.1 моль/л). Изучая кинетику сополимеризации при температурах 313 и 333К, мы нашли составы сополимеров [1, 2], которые использовали для получения стиромалей (ПСМ) и этерофицированных аналогов в форме натриевой соли ПСМ-Na. Применение их в качестве флокулянтов показало, что количество взвеси (мутность воды) максимально снижается при введении 0.2 мг/дм3 ПСМ, как без использования коагулянта, так и в присутствии A12(SO4)3, причем действие этого сополимера лишь немногим слабее, чем ПАА (рис. 1а, б, кривые 2 и 1). В отсутствие A12(SO4)3 и увеличении количества ПСМ до 0.6-1.0 мг/дм3 осветление воды ухудшается по сравнению с моделью ("холостой" опит), что может быть связано со стабилизацией взвешенных частиц при добавление полимера, макромолекулы которого имеют одинаковый с коллоидными частицами взвеси отрицательный заряд. Качество осветления в целом лучше, если его проводить с использованием коагулянта A12(SO4)3, поскольку в этом случае эффективность осветления увеличивается в 1.5-2.0 раза по сравнению с опытом без коагулянта (рис. 1). Рис. 1. Изменение мутности воды (а, б) и скорости осветления (dM/dt, в) при введении в качестве флокулянта ПСМ-Na (а – 2, 4-6; б – 1, 3, 4) в количестве 0.2 (2а, 1б); 0.6 (6а, 3б) и 1.0 мг/дм3 (5а, 4б); ПАА – 0.2 мг/дм3 (1а, 2б) и в отсутствие флокулянта (3а, 5б), без (а) или в присутствии 3.125 мг/дм3 коагулянта А12(SO4)3·(б). Такие результаты типичны для анионных флокулянтов в целом. Однако при использовании образцов этерифицированного стиромаля остаточная мутность воды в процессе осветления была на уровне "холостой" пробы. Возможно, наличие гидрофобных боковых цепей в макромолекуле этерифицированного сополимера приводит к его стабилизирующему действию на взвесь. Для количественной оценки эффективности флокуляции рассчитывали скорость процесса оседания частиц (М) путем дифференцирования значений мутности, т.е. остаточной концентрации взвешенных примесей, по времени осветления (t). Найдено, что величина dM/dt (рис. 1в) максимальна в начале осветления и линейно уменьшается с увеличением продолжительности процесса в течение 60 мин, а затем быстро снижается до 0, и мутность системы по достижении 120 мин остается практически неизменной (рис. 1в). Наилучшие и близкие величины dM/dt в момент времени 30 мин (~ 13 мг/(дм3·мин)) получены при применении таких флокулянтов, как ПАА и ПСМ. Таким образом, стиромаль является эффективным флокулянтом для очистки воды от дисперсных примесей. Исходный стиромаль и продукты его этерификации в водорастворимой Nа-форме были опробованы в качестве адсорбентов ионов Nі2+. Для сравнения мы взяли также стиромаль с Мη ~105, полученный в бензоле, и сополимер -метилстирола с МА. Испытание эффективности сополимеров при связывании ионнов Nі2+ было проведено в сильно разбавленных растворах, близких по их содержанию к загрязненным этими ионами сточным водам. Спектрофотометрический анализ (рис. 2) показал, что концентрация Nі2+ снижается с увеличением добавки сополимера, однако после введения ~ 1 мг/л добавки и более, содержание Nі2+ в растворе не изменяется, т.е достигается некое насыщение сополимера ионами металла. Эффективность сополимеров возрастает в ряду: стиромаль (Мη 3.7·104) ≤ стиромаль (Мη ~105) < сополимер -метилстирола с МА < стиромаль, этерифицированный EtOH < стиромаль, этерифицированный н-BuOH. Исходя из уменьшения концентрации Nі2+ в растворе и количества добавки сополимера, соответствующей насыщению, можно рассчитать, что на 1 мг-экв Nі2+ приходится ~ 3 звена стиромаля, содержащие 6 карбоксильных групп, и 1.5-2 звена этерифицированного сополимера, в каждом из которых имеется по 1 карбоксильной группе. Можно предположить, что наличие в макромолекуле сополимера алкильных остатков способствует образованию в разбавленных водных растворах стабилизированных гидрофобными взаимодействиями конфигураций макромолекул, в которых углеводородные остатки находятся в глубине клубка, а ионогенные группы – на его поверхности. Это делает их более доступными для реакций обмена с ионами Nі2+ и объясняет механизм взаимодействия изучаемых сополимеров с ионами тяжелых металлов подобно действию гуматов [5]. Рис. 2. Изменение концентрации ионов Nі2+ в растворе при введении сополимеров МА со стиролом (1, 2), -метилстиролом (3) и образцов стиромаля (1), этерифицированных этанолом (4) и н-бутанолом (5). Величина Мη 3.7·104 (1) и ~105 (2). Такая форма макромолекулы, видимо, является более выигрышной для взаимодействия с ионами никеля по сравнению с исходным стиромалем, для которого следует предположить форму жесткого стержня с регулярно расположенными взаимоотталкивающимися группами -СОО-Na+. Сополимер ПСМ-Na был опробован также в качестве адсорбента ионов Сr6+. Оказалось, что при постоянной добавке ПСМ-Na, равной 0.45 мг/дм3, изменении рН среды в диапазоне 2-7 и исходной концентрации [Сr6+]=100 мг/дм3 остаточное количество этих ионов составляет 0.081-0.027 мг/дм3. Следовательно, добавка ПСМ-Na позволяет достичь высокой степени очистки воды от ионов хрома, которая незначительно возрастает с рН и превышает 99%. При постоянном значении рН=7 и введении 1.35 мг/дм3 сополимера концентрация ионов Сr6+ снижается до 0.025 мг/дм3. Однако остается неясным участие сополимера в комплексообразовании со всеми компонентами раствора и влияние этих факторов на результат абсорбции. Таким образом, полученные сополимеры могут быть использованы в качестве адсорбентов ионов никеля, причем эффективность связывания Nі2+ этерифицированными сополимерами стирола с малеиновым ангидридом примерно в 3 раза выше по сравнению с исходным стиромалем и мало зависит от его молекулярной массы в пределах (3.7 - 10)·104. Возможно также использование стиромаля для очистки воды от ионов Сr6+, однако методика определения требует дополнительных исследований взаимодействия макромолекулярной цепи с ионами Сr6+. ЛИТЕРАТУРА Тюрина Т.Г., Зайцева В.В., Булавин А.В., Гайнулина М.Р. Синтез и этерификация cополимеров стирола с малеиновым ангидридом. // Вопр. химии и хим. технол., – № 2, С.78 (2008). Агаркова Ю.В., Булавин А.С., Тюрина Т.Г., Зайцева В.В. Исследование возможности очистки сточных вод с помощью сополимеров малеинового ангидрида. // Наукові праці ДонНТУ. Серія: хім. і хім. технол., – Вип. 198(18), С. 151, (2012). Пат. 4200720 США, МКИ C 08 F 2/38. Process for the preparation of low molecular weight anhydride interpolymers / S. Evani, R. J. Raymond (US); Dow Chemical Co. (US) – № 9366534; Заявл. 24.08.78; Опубл. 29.04.80 // http:// ec.espacenet.com.. – 7 p. Падерин В.Я., Дюдькова Н.А., Виноградова В.Я. Опытно-промышленная выработка эфиров стиромаля для лакокрасочной промышленности. // Гидролиз. и лесохим. пром-сть, – № 6, С. 18, (1991). Ступникова Т.В., Дегопа Н.Н., Зубкова Ю.Н.Использование взаимодействия гуматов с катионами тяжелых металлов при очистке промышленных сточных вод. // Биол. науки, - 1991. - №10. - C. 118-124. Тюрина Т.Г. Дис. докт. хим. наук по специальности 02.00.04 – физическая химия «Межмолекулярные взаимодействия в смеси виниловых, аллиловых, циклических мономеров, содержащих атомы кислорода или азота». Защ. 16.05.2013г.. Утвержд. 21.10.2013г. Диплом № 002756. Nishio M. The CH/π Interaction: Evidence, Nature and Consequences - Methods in Stereochemical Analysis / M. Nishio, Y. Umezawa, M. Hirota - New York : Wiley, 1998. – 232 p. Плисс Е.М., Яблонский О.П., Русаков А.И., Сирик А.В. Комплексообразование гидропероксидов в растворах. – М.:Мир, 2008. – 219 с.

Похожие:

	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «орловский государственный...		Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального... Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «орловский государственный аграрный...
	Рабочая программа дисциплины Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «орловский государственный...		Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
	Рабочая программа дисциплины (модуля) Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «орловский государственный...		Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
	Министерство сельского хозяйства РФ федеральное государственное бюджетное... Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования		Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования		Рабочая программа дисциплины Министерство сельского хозяйства РФ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования...
	Рабочая программа дисциплины Метрология, стандартизация и сертификация Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «орловский государственный...		Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования		Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования		Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования