化学与社会Word格式.docx

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提供一种或一种以上植物必需的营养元素，改善土壤性质、提高土壤肥力水平的一类物质。

农业生产的物质基础之一

【学前热身】

1、农作物生长需要的多种营养元素由空气/土壤和水提供。

2、土壤中常缺乏的三种营养元素是N、P、K。

3、化肥可根据所含营养元素的不同，分为①氮肥②磷肥③钾肥④复合肥

4、氮肥能使作物枝叶繁茂，叶色浓绿；

没有钾肥，作物就会得软骨病；

磷肥能使作物根系发达，耐寒耐旱。

早在1840年，农业化学的鼻祖，著名德国化学家李比希研制成功。

李比希指出：

1.每种植物的生长，都必需一定数量的可溶解的氮、磷、钾和钙等元素来保证。

2.这些重要元素没有任何东西可以替代，它们之间也不能互相代替。

●李比希试验

1.把植物燃烧后剩下的灰作了详细的分析，发现植物除碳、氢、氧和氮之外，还含有许多其他元素。

例如钾、磷、钙、铁、锰等等。

2.植物吸取这些元素的唯一源泉就是土壤，土壤之所以丧失肥力，原因就在于土壤中储存的这些元素逐渐地被消耗掉了。

3.为了土壤不致逐步贫瘠而导致作物产量下降，就必须及时补充这些元素，而光靠施用绿肥、粪肥等天然有机肥料显然是不够的。

4.最有效的办法是直接施用上述元素的无机盐类，也就是要生产“人造肥料”。

氮肥的研制

天然的肥料远远满足不了农作物的需要，尤其是氮的需要，然而空气中78％是氮气。

到1970年氮肥的世界产量已近3000万t；

1975年达4500万t；

目前已接近1亿t。

（1）合成氨（NH3）及各种氮肥

氮:

植物体内蛋白质的重要成分

合成氨反应：

N2+3H2→2NH3（500℃，40MPa，催化剂：

α-Fe）

氨可以合成的氮肥：

硫酸铵、硝酸铵、氯化铵、碳酸氢铵、尿素

人类历史上最有意义的技术发明！

！

氢的一般来源

①电解水

酸性介质：

阴极2H++2e→H2↑

阳极H2O→2H++1/2O2↑+2e

碱性介质：

阴极2H2O+2e→H2↑+2OH-

阳极2OH-→H2O+1/2O2↑+2e

②焦煤气：

炼焦过程产生的焦煤气中，有52%的氢气。

炼油过程（焦化、催化裂化）的干气中，有30~50％的氢气。

③从碳氢化合物制取氢

烃水蒸汽重整法：

石油烃与水蒸汽的催化转化反应

④天然气制氢：

CH4+H2O→CO+3H2

⑤水煤气：

C+H2O→CO+H2

（2）磷肥

磷肥以磷矿石为原料，其主要成分是氟磷酸钙

[Ca5F（PO4）3],经化学处理后成为能让作物吸收的有效磷。

脱氟磷肥（加SiO2，1400℃）含有效磷28%--52%

重过磷酸钙（磷酸处理）有效磷为45%--52%

过磷酸钙（硫酸处理）有效磷为16%--18%

沉淀磷肥（用硫酸、盐酸等分解矿石）有效磷为25%--35%

钙镁磷肥（加镁硅酸盐，1400℃）含有效磷14%--20%

（3）钾肥

常用钾肥有钾矿石（K2SO4）和氯化钾两种。

我国西北地区（青海湖）有大量钾盐矿。

（4）化肥污染

化学肥料施入土壤后,被作物吸收利用的只占其施入量的30~40%,其余一部分固定于土壤中,还有一部分经挥发、分解、渗漏淋溶迁移出土壤。

土壤污染：

酸化、离子污染、土壤病虫害、重金属和放射污染、土壤结构变化等

过度使用化肥造成江河湖泊甚至近海的水体污染--富营养化。

2.农药-杀虫剂

概述－农药的功与过

1.现代农业大量使用农药，品种复杂，地域范围广。

发达国家：

99%的谷物、土豆、甜菜和豆子，近94%的蔬菜，近92%的果树使用农药。

2.我国解放后农药使用量逐年增多：

目前，全国农业使用农药为23万吨左右，每公顷使用农药24.2公斤，每亩用量约2公斤。

其中：

杀虫杀螨剂占62%；

杀菌剂占21%；

除草剂占17%；

杀鼠剂和植物生长调节剂所占比例很小（1～4%）。

防治面积达23亿亩左右，约占总面积的85%；

每年可挽回粮食损失200-300亿公斤。

农药的广泛用途

1.农业--消除病虫害、提高作物产量2.畜牧业和渔业--杀虫、消毒、杀菌

3.林业--杀虫、杀菌（现代森林的啄木鸟）4.公园和运动场

5.杀菌剂和木材防腐6.工业制品--壁纸和地毯

7.居室和庭院花园8.其他--DDT和疟疾、白蚁和大堤垮塌

过度使用农药的危害

1.农药在食物上的残留--水果、蔬菜较为严重

2.配药和喷洒农药的风险--中毒

3.农药的流失--空气、土壤和水体污染

4.除草剂对敏感作物的危害--农作物和杂草同归于尽

农药：

对现代生活功不可没！

过度使用，危害环境和人类健康！

（1）有机氯农药--第一代农药

具有代表性的有机氯农药：

DDT和六六六

优点：

广谱杀虫剂

缺点：

高残留性--南极企鹅体内发现了DDT1,1’-二-对氯二苯基-三氯乙烷

用Si代替C，DDD毒性显著降低

六六六：

六氯环己烷C6H6Cl6

高残留性、生物积累--近海鱼类体内六六六含量超标

（2）有机磷农药--第二代农药

致死中量：

敌敌畏是大家熟悉的有机磷农药，敌敌畏的LD50为：

50--80mg/kg

残留时间短，但仍对人和非目标昆虫有毒。

（3）氨基甲酸酯农药--第三代农药

氨基甲酸酯类化合物是一种典型的杀虫剂

1.氨基甲酸酯主要商业用途是农药，特别是杀虫剂，通过可逆性的抑制昆虫乙酰胆碱酯酶的活性，造成乙酰胆碱的积累，影响昆虫正常的神经传导而致死。

2.有机磷酸酯类杀虫剂机理与氨基甲酸酯类相似，只是前者对乙酰胆碱酯酶的抑制是不可逆的，伤害性更大。

3.有些氨基甲酸酯也被用于人类药物，如乙酰胆碱酯酶抑制剂新斯的明及利凡斯的明，后者的化学结构式基于天然的生物碱毒扁豆碱。

4.残留时间短，但仍对人和非目标昆虫有毒。

有机磷与氨基甲酸酯类等是属于“取代农药”

特点：

（1）在环境中的降解速度快；

（2）残留时间短；

3）但毒性更强。

（4）新一代高效低毒农药：

生物农药

除虫菊酯和拟除虫菊酯

除虫菊：

原产于南斯拉夫的达尔马第亚、巴尔干阿尔卑斯山等地区，是一种菊科多年生草本植物，于1840年至1976年起逐渐引种至世界各地，至今已经有150年的栽培和使用历史。

早在19世纪初人们就用除虫菊素来防治蚊子、跳蚤、蟑螂等家庭卫生昆虫。

在美国等国家，除虫菊素已成为最常用的家庭卫生杀虫剂之一。

除虫菊酯和拟除虫菊酯

除虫菊酯：

从除虫菊干花当中分离提取的一种纯天然物质。

从除虫菊花朵中分离萃取出的具有杀虫活性的物质叫做除虫菊酯，又叫除虫菊素，它是一种无色、粘稠的油状液体。

具有速效、低毒、低抗、低残留等特性。

除虫菊的有效成分

除虫菊是目前世界上唯一集约化种植的杀虫植物,其杀虫活性物除虫菊酯是由除虫菊酯Ⅰ、Ⅱ,瓜菊酯Ⅰ、Ⅱ和茉莉菊酯Ⅰ、Ⅱ

6种杀虫有效成分组成的复合型植物杀虫剂。

除虫菊素的杀虫特性

除虫菊素是一种击倒快、杀虫力强、广谱、低毒、低残留的杀虫剂。

特性：

①对哺乳动物安全--哺乳动物体内含有分解除虫菊酯的酶；

②来源于天然植物，易于降解，其提取过程及使用对环境污染较小；

③高效广谱性，几乎对所有的害虫具有极强的触杀作用，具有迅速麻痹作用或击倒作用，而使用浓度极低；

④强触杀虫剂，无内吸作用，昆虫很难对其产生抗药性。

拟除虫菊酯

拟除虫菊酯：

化学结构和生物活性类似天然除虫菊酯的仿生合成杀虫剂。

拟除虫菊酯虽具有高效、广谱、低毒、低残留等优点，但也存在着大部分品种对鱼具有毒性大、杀伤天敌、无内吸作用及对螨类药效不高等缺点。

溴氰菊酯的结构

（5）仿生农药

3.植物生长调节剂

生长调节剂是在很低浓度下能调节植物生理的一类化合物。

植物激素是植物体内合成的对植物生长发育有显著作用的几类微量有机物质。

从影响细胞的分裂、伸长、分化到影响植物发芽、生根、开花、结实、性别的决定、休眠和脱落等。

所以，植物激素对植物的生长发育有重要的调节控制作用。

一般认为已发现的植物类激素有五类：

①生长素（吲哚乙酸）②赤霉素③细胞分裂素④脱落酸⑤乙烯

1.生长素能促进细胞伸长的主要原因，在于它能使细胞壁环境酸化、水解酶的活性增加，从而使细胞壁的结构松弛、可塑性增加，有利于细胞体积增大。

2.赤霉素最显著的效应是促进植物茎伸长。

无合成赤霉素的遗传基因的矮生品种，用赤霉素处理可以明显地引起茎秆伸长。

3.细胞分裂素的主要生理作用是促进细胞分裂和防止叶子衰老。

细胞分裂素可维持蛋白质的合成，从而使叶片保持绿色

4.脱落酸：

它的作用在于抑制RNA和蛋白质的合成，从而抑制茎和侧芽生长，因此是一种生长抑制剂。

脱落酸也与叶片气孔的开闭有关。

小麦叶片干旱时，保卫细胞内脱落酸含量增加，气孔就关闭，从而可减少蒸腾失水。

5.乙烯：

乙烯广泛存在于植物的各种组织、器官中，是由蛋氨酸在供氧充足的条件下转化而成的。

可促进其中有机物质的转化，加速成熟。

合理运用植物生长调节剂的效果：

（1）促进植物生长--如赤霉素（俗称920）

（2）除草--利用某化学物质使杂草的生长受到极大的影响，而农作物却不受影响。

。

还有一些新型农用化学物质，它们有更奇特的妙用：

（1）芸苔素交酯--加速植物细胞分裂和增大。

2）昆虫激素--如：

保幼激素、不育激素。

（3）化学信息物质--诱吸剂

三、农用化学品对农业生态环境的影响

化肥的使用

1、对农产品质量的影响

（1）化肥对农产品质量的影响最为突出，其中最引人注目的是硝酸盐含量超标。

因为硝酸盐还原后形成的亚硝酸盐，可与人体内血红蛋白结合形成高铁血红蛋白，使其失去带氧能力，导致患者出现紫绀等缺氧症状，严重时甚至可使人窒息死亡。

（2）化肥对其他农产品质量的影响也十分明显，其中以氮肥最大。

如过量施用氮肥，在使禾本科作物籽粒含氮量及蛋白质含量增加的同时，也将导致氨基酸含量比例发生变化，使其营养品质下降。

2、化肥对土壤质量的影响：

（1）从对土壤物理性质的影响来看，单独施用化肥，将导致土壤结构变差、容重增加、孔隙度减少；

（2）施用化肥可能使土壤有机质上升速度减缓甚至下降、部分养分含量相对较低或养分间不平衡，不利于土壤肥力的发展。

目前我国大部分耕地质量退化，对化肥的依赖性愈来愈强，主要是由于大量施用化肥的后果。

3．对水体环境的影响

（1）使水体富营养化

我国江河湖泊的富营养化十分严重，水体中氮、磷的含量超过规定标准几倍甚至更多，大多数湖泊均出现了不同程度的富营养化。

（2）水体硝酸盐含量超标

在北方地区，地下水的污染，特别是硝酸盐污染问题十分突出，部分地区硝酸盐含量超过饮用水标准的5～10倍，基本上不能饮用。

4．对大气环境的影响

化肥对大气环境的影响中最令人关注的是N2O与全球气候变暖，在氧化还原交替状态下，土壤中的硝态氮易被还原为N2O。

从已有的研究结果来看，N2O的排放量与氮肥施用量、温度、土壤水分状况等密切相关。

我国氮肥的当季利用率一般仅30％～50％，损失的氮素中无疑有相当部分要以N2O的形式排放到大气中。

温室气体：

CO2、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）

农药的影响

两个方面：

（1）我国在20世纪80年代前主要使用毒性很强的有机氯农药，它们在土壤、植物乃至整个农业生态系统中的残留会持续很长时间，虽然1983年后已禁止使用，但至今仍可从部分地区作物中分析出残留的有机氯农药或其衍生物。

（2）使用的有机磷农药，虽然较易降解，但因其毒性强，加之部分地区施用量过大或施用方法不当，亦对农业生态环境产生较大污染。

据统计，我国目前受农药污染的耕地面积已超过1300～1600万公顷。

1.对农业生态系统中的生态平衡带来严重影响；

2.对农产品带来严重污染；

3.环境带来严重污染。

特别是我国从20世纪50～60年代起，普遍使用DDT、六六六、艾氏剂与狄氏剂等有机氯农药。

发达国家从70年代起就相继禁用，我国从1983年开始停用。

农药的使用总用量呈逐年增加的趋势，目前所使用的农药大多毒性很强，在很大程度上带有一定的盲目性，更应引起充分注意。

第三讲营养与健康

合理膳食均衡营养

一、人体中的化学元素

人体内化学元素

必需元素

常量元素：

11种，占99.95%微量元素：

20多种，占0.05%

非必需元素

无害元素有害元素

（二）人体中主要元素的生理作用

人体中的元素

人体中元素的作用

Fe、Cu、Zn、Mo、Se、Mn

参与人体各种酶的组成

I、Cu、Ca、Mn、Cr、Co、Ni

具有催化作用

Zn、I、Se、Ti

增强肌体免疫功能提高抗病能力

K、Na、Li、Ca、Mg、Ti、V、Se、Fe、Cu、Zn、Ni、Co

保护心脑血管

营养素:

能被人体消化吸收和利用的营养成分。

营养素主要包含:

糖类、脂肪、蛋白质、维生素、无机盐和水等六类物质。

纤维素-第七营养素

营养素的生理作用

七种营养素在人体内可以发挥三方面的生理作用：

1、作为能源物质，供给人体所需要的能量满足机体,从事劳动和生长发育所需的能量。

主要是蛋白质、碳水化合物和脂肪。

2、作为人体“建筑”材料。

提供细胞组织生长发育与修补的材料。

主要有蛋白质。

3、作为调节物质，调节维持人体正常的生理功能。

主要有维生素、无机盐和纤维素等。

2.构成机体组织 

蛋白质：

构成，更新，修补人体组织的主要营养素；

无机盐：

构成牙齿，骨骼和一些酶；

水分：

构成机体的细胞内液和细胞外液；

脂肪：

成组织细胞和外界神经组织。

其中：

水分：

55%---67%；

18～20%；

脂肪：

13%；

4%。

3、调节机体的生理活动功能

①根据遗传信息调节激素和酶的作用；

②与水，无机盐共同作用，调节机体体液的酸碱平衡。

调节机体的酸碱平衡，并有促进肌肉兴奋

性的作用。

维生素：

参与机体各生理过程的新陈代谢活动。

二、　生活中的能量及其来源

（一）能量的概念

声能、光能、电能、热能、磁能、机械能、化学能等都是能量，在我们的生活中离不开能量。

生活能量

维持人体生化反应-化学能保证生化反应正常进行-热能日常活动所消耗的能量

（二）日常活动的能量消耗

1．基础代谢率（BMR）　

定义：

人体在清醒而极端安静情况下，不受精神紧张、肌肉活动、食物和环境温度等因素影响时的能量代谢率。

单位：

kJ/m2/h（千焦/平方米/小时）。

约90%以上的人其代谢率与平均值相差不超过15%。

2．一些主要活动的能量消耗

（1）一般活动（以成人为例）

每天消耗的能量≈1万kJ

大学生男性（60kg）12600kJ／天女性（55kg）8820kJ／天

（2）就业劳动BMR=150～450W

轻体力活动140W步行（10km／h）280w扫地175W写作300W

铲土450W负重爬山1700W

（三）能量的来源

1、主食

按温饱水平，一个成年人每天需要摄取：

①糖，300-400克　可提供5100-6800千焦能量其中1/3为食糖，2/3为淀粉，占总能量的35－45％。

②蛋白质，80-120克每天摄入46～56克就可达到要求，相当于310克瘦肉或3个鸡蛋。

③脂肪，100-150克每天摄取100～150克脂肪，可放出3700～5550千焦，占总能量的35～50％。

2、微量成分

生物催化剂维生素微量元素

作用：

促进化学反应、转换能量及维持各种代谢。

①维生素维生素在机体内的作用与酶有密切关系，缺乏某种维生素会引起特定的疾病。

例如：

缺维生素A——夜盲症；

缺维生素D——佝偻病；

缺维生素E——不孕；

缺维生素B、C——贫血和坏血症等。

②微量元素

通常指铁、锌、铜、锰、铬、钴、钼、钒、硒、氟、硼、碘等元素，是动植物生命体系的营养元素或必需元素，它们都有重要的生理功能。

缺铁——贫血；

缺碘——甲状腺肿。

（四）能量的转换和利用

食物主体和微量成分虽可提供能量，但它们本身还不是能量，需要经过转换而加以利用。

1．消化和吸收2．能量的转换

1、消化和吸收

从化学观点看，消化作用是指被摄入的食物通过水解得到断裂产物，进而通过肠壁吸收到体液中并参与新陈代谢的过程。

糖、蛋白质和脂肪的水解分别产生单糖、氨基酸和脂肪酸，进而在酶的催化下氧化（或称

燃烧）释放出热量。

在酶催化下，被吸收后转化产生的单糖（如葡萄糖）才被“氧化”（燃烧），提供人体

所需要的能量。

葡萄糖氧化的反应式为：

C6H12O6＋6O2=6CO2＋6H2O＋2889千焦

（2）蛋白质

食物蛋白质在胃酸的协助下，由胃蛋白酶分解为朊及胨。

经胃加工后出来的蛋白质，经多种蛋白酶的作用最后分解为氨基酸，通过肠壁吸收。

胃（开始）胃蛋白酶小肠（水解的氨基酸被吸收）食物的蛋白质越高，在胃内滞留的时间就越长

肉：

停留3～4小时，耐饿；

蔬菜水果：

停留1.5～2小时，不耐饿。

（3）脂肪

与糖和蛋白质不同，脂肪的消化主要在肠道中进行。

帮助水解的酶是水溶性的，脂肪又不溶于水，靠肝脏分泌的胆盐（具有亲油、亲水的双亲结构）使油乳化。

唾液中不含脂肪分解酶，所以此时脂肪不被水解；

进入胃后，在胃液中脂肪分解酶的作用下，一部分脂肪分解为甘油与脂肪酸。

2、能量的转换

在能量的转换中，酶起专一的催化作用，参与一切生化过程。

（1）酶的作用

酶的基体是蛋白质，但光有基体，还不具备活性。

须有活动辅助剂存在或分子结构中有相当于此辅助剂的活性基团才可产生效力。

前者称为酶朊，后者称为辅酶。

要使酶活化（即发生作用），酶朊必须先和辅酶结合。

被酶作用的物质称为底物。

（2）最重要的辅酶――三磷酸腺甙（ATP）

所有的细胞都有1－15毫摩尔的ATP。

它的特点是

随时可发生反应，释出193千焦/摩尔的反应热：

ATP＋H2O===ADP＋H3PO4＋193千焦

这个热量就是我们赖以生存的能量。

vADP与GTP的反应:

　ADP+GTP→ATP+GDP

v二磷酸腺苷+三磷酸鸟苷→三磷酸腺苷+二磷酸鸟苷

vC10H15N5O10P2+C10H16N5O14P3→C10H16N5O13P3+C10H15N5O11P2

vATP作用：

调节磷酸化酶并提供肌肉伸展所需的能量等

食物产生能量的反应可以归结为：

食物＋O2→ATP（＋CO2＋H2O）→△H（＋ADP＋H3PO4）式中

△H＝生化合成＋肌肉运动＋热（体温）＋其它能耗

所以ATP被戏称为生物体内的能量通货，相当于将难以花费的大钞（食物），兑换成常用的硬币（ATP）。

RDA—每日推荐营养摄入量，是健康专家推荐的饮食标准，RDA即是这一权威标准的简称。

对人体的作用：

使骨骼和牙齿具有坚硬的结构支架。

缺钙引起的疾病：

幼儿和青少年会得佝偻病和发育不良；

老年人会骨质疏松，容易骨折。

维生素B2只有58.4%

国民维生素A的实际摄入量只占推荐量的61.7%。

维生素B2　维生素B2是中国居民缺乏的严重程度排名第二的营养素。

全国人均每天摄入量为0.8毫克，仅占RDA要求的1.3毫克的58.4％。

缺乏状况各地区之间差异不是很大。

因缺乏维生素B2，一些人已出现嘴唇脱皮、皮肤发痒的症状。

维生素A　维生素A是中国居民缺乏程度排名第三的营养素。

全国人均每天摄入量为476微克（其中157微克为维生素A，319微克来自β－胡萝卜素的转化），仅为RDA要求的800微克的61.7％。

不少人都有皮肤干燥、粗糙，眼睛干涩、怕光的现象。

普遍缺乏的有维生素B1、B6、锌、硒、铁和维生素C等。

　一般人群膳食指南共有10条，适合于6岁以上的正常人群　1.食物多样，谷类为主，粗细搭配2.多吃蔬菜水果和薯类3.每天吃奶类、大豆或其制品　4.常吃适量的鱼、禽、蛋和瘦肉　5.减少烹调油用量，吃清淡少盐膳食　6.食不过量，天天运动，保持健康体重　7.三餐分配要合理，零食要适当　8.每天足量饮水，合理选择饮料　9.如饮酒应限量　10.吃新鲜卫生的食物

饮食处方调整性格

容易冲动的人宜增加含钙食品的比例，如：

牛奶、鱼、蔬菜、豆制品，同时减少盐、糖的摄取，并限制零食。

疑心较重的人大多爱吃素食，这会因热量不足而引起心理紧张，对他人缺乏信任感，应重点补充蛋白质，故畜肉、牛奶、鱼、虾等高蛋白食物的摄入量应增加。

胆小怕事者多与体内缺乏维生素A、B、C有关，故应选择胡萝卜等蔬菜、柑橘类水果，并辅以粗粮。

独立性较差的人应着重补充维生素B1，多吃肉、鱼、虾、豆类食品，少吃甜点。

思想固执者宜减少高脂肪食品的摄入，多吃鱼、绿色蔬菜，少吃方便面、清凉饮料，坚持定时定量吃好早餐。

喋喋不休者应多摄取维生素，尤其是B族维生素，牛奶、蜂蜜、粗粮是重点食品。

性格孤僻的人宜常食蜂蜜、果汁等食品。

方便面的营养价值低

长期吃方便面的人，有60%营养不良，54%患缺铁性贫血，23%缺乏维生素A，20%缺乏维生素B，还有20%缺锌。

方便面贮存不当，还会被病菌侵扰，因此，专家提醒说，人们吃了变质的方便面，可能会得急性胃肠炎等疾病。

方便面的油脂已经氧化变质，不但影响人体的消化吸收，吃了还可能引起呕吐、腹泻等症状。

十大健康食品

番茄：

1、含有具抗氧化功能的西红柿素红素