Меню

Урок 14
Сферы применения биотехнологий. Технологии разведения животных

Технологии растениеводства и животноводства
§31. Сферы применения биотехнологий

В настоящее время разработаны способы получения огромного количества продуктов биотехнологическими способами. Все отрасли, в которых может быть использована биотехнология, перечислить практически невозможно. Назовём лишь некоторые из них.

Растениеводство. В целях защиты культурных растений от болезней и вредителей разработаны новые виды биопестицидов (для биологической борьбы с вредителями, содержащимися в живых организмах и продуктах их жизнедеятельности), биофунгицидов (для защиты растений от грибковых болезней) и биоинсектицидов (для защиты растений от насекомых-вредителей), которые безопасны для человека и окружающей среды и избирательно действуют на сельскохозяйственные культуры. При помощи бактерий, улавливающих и усваивающих азот из воздуха, созданы биоудобрения (для повышения урожайности и качества сельскохозяйственной продукции). Благодаря их применению усиливается сопротивление сельскохозяйственных культур болезням и вредителям, что позволяет уменьшить потребность в химических пестицидах. Ведутся работы, направленные на увеличение плодородия почвы и повышение усвоения растениями питательных веществ. C помощью биотехнологий производят безвирусный посадочный материал, создают высокопродуктивные сорта гибридов (рис. 110, а), устойчивые к болезням, засухе, заморозкам, засолённости почв.

Животноводство. Для улучшения кормовых рационов животных с помощью биотехнологий производят белки, аминокислоты, витамины, кормовые антибиотики, ферменты, закваски для силосования (консервирования кормов). Ветеринарные препараты (антибиотики, вакцины и т. д.) защищают животных от болезней; пересадка оплодотворённых яйцеклеток и эмбрионов, манипуляции с эмбрионами способствуют созданию высокопродуктивных пород.

Рыбное хозяйство. При промышленном выращивании рыбы важным показателем является качество кормления, т. е. наличие всего набора питательных веществ, необходимых для обеспечения нормального роста рыбы, а также защита от болезней. C этой целью с помощью биотехнологий производят кормовой белок, ферменты (для улучшения пищеварения у рыбы), антибиотики.

Энергетика и добыча полезных ископаемых. Для получения энергии из биомассы, причём как в газообразном (биогаз) (рис. 110, б), так и в жидком (этиловый спирт) виде, применяют микроорганизмы. Развитие этого направления позволяет использовать огромные и всё время возобновляющиеся ресурсы биомассы, а также обеспечить дополнительные меры по охране окружающей среды. Биотехнологическими методами ведётся добыча полезных ископаемых: при разработке залежей меди и некоторых редких металлов применяется подземное выщелачивание. При помощи микроорганизмов можно повысить пластовое давление и тем самым увеличить отдачу нефтяных пластов.

Рис. 110. Применение биотехнологий:
а — в сельском хозяйстве (гибриды растений, например смородины и крыжовника); б — в энергетике (установка для получения биогаза); в — в пищевой промышленности (белковые продукты); г — в медицине (лекарства, гормоны, вакцины)

Тяжёлая промышленность. Разработаны способы концентрации ряда цепных металлов — марганца, цинка, меди, хрома и др. Иx применяют для разработки отвалов старых рудников и бедных месторождений, где традиционные методы добычи экономически невыгодны. C помощью биотехнологий улучшают технические характеристики каучука, бетонных, цементных, гипсовых растворов, моторного топлива, создают антикоррозийные присадки, смазку для прокатки чёрных и цветных металлов, технический белок и др.

Лёгкая промышленность. Совершенствуются технологии переработки кожи, производство текстильного сырья, шерсти, бумаги, парфюмерно-косметических изделий, получение биополимеров, искусственной кожи и шерсти и т. д.

Пищевая промышленность. Производятся белок, аминокислоты, заменители сахара, полисахариды, органические кислоты, осуществляется переработка пищевых продуктов (рис. 110, в).

Экология. Утилизируются сельскохозяйственные, промышленные и бытовые отходы, трудно разлагаемые токсические вещества (пестициды, гербициды, нефть), создаются замкнутые технологические циклы, производятся безвредные пестициды, легкоразрушаемые полимеры.

Медицина, здравоохранение, фармакология. Производятся антибиотики, ферменты, аминокислоты, кровезаменители, противораковые и противовирусные препараты, вакцины, гормональные препараты (инсулин, гормон роста) (рис. 110, г). Выполняются исследования природы рака и процессов старения человеческого организма. Разработаны продукты для диетического питания.

Биоэлектроника. Разработаны биосенсоры (сенсор из биологических материалов), биочипы (электронное устройство, содержащее биологические молекулы, либо матрица с нанесёнными молекулами ДНК для одновременного проведения большого числа анализов в одном образце), которые широко используются в диагностике.

Космонавтика. Созданы замкнутые системы жизнеобеспечения в космосе.

Получение химических веществ: этилена, пропилена, бутилена, органических кислот, фенолов, полимеров, ферментов, продуктов тонкого органического синтеза и др.

Отрасль биотехнологий — одна из самых перспективных. В течение ближайших десятилетий она не только будет развиваться сама, по и кардинально повлияет на другие сферы — медицину, энергетику, производство сырья и материалов, городское и сельское хозяйство. Биотехнологии позволяют использовать живые системы для решения разнообразных проблем человечества. Стремление к максимальной экологичности, развитие генной инженерии и возможность смоделировать многие природные процессы на компьютере подводят современную науку к многообещающим открытиям: новые источники энергии и органическая электроника, биоразлагаемые материалы и перепрограммирование генов, создание органов и организмов с искусственной генетической программой. Часто биотехнологии позволяют находить новые решения на стыке отраслей, например разработкой биотоплива совместно занимаются энергетики и микробиологи.

Самостоятельная работа

Изготовление кисломолочного продукта (йогурта)

Вам потребуются: молоко (коровье, козье, овечье, соевое и др.), закваска из молочнокислых бактерий (промышленная сухая или натуральный йогурт 125 г в стаканчике из магазина), кастрюля с толстым дном из нержавеющей стали, керамическая или стеклянная (эмалированную лучше не использовать), термос или йогуртница.

1. Нагрейте пастеризованное молоко до 90 °C, а сырое прокипятите в течение нескольких минут.

2. Охладите молоко до температуры заквашивания — 38—45 °C (при температуре выше 50 oC молочнокислые бактерии погибают).

3. Тщательно размешайте закваску в небольшом количестве тёплого молока до получения жидкой однородной консистенции.

4. Влейте закваску в молоко при постоянном помешивании.

5. Сквашивайте молоко при температуре 42—45 °C в течение 6—12 ч (можно в термосе либо на водяной бане в тёплой духовке, но лучше по возможности воспользоваться электроприбором — йогуртницей).

6. После образования сгустка поместите йогурт в холодильник на 4 ч.

7. Дегустируйте йогурт. Срок хранения в холодильнике — семь дней. Экспериментируйте с различными добавками: варенье, свежие фрукты, орехи, мюсли и т. д.

Проверяем свои знания

1. Какие примеры промышленного получения и использования продуктов жизнедеятельности микроорганизмов вы знаете?

2. В чём преимущество применения биотехнологий в растениеводстве?

3. Был ли в вашей семье опыт сбора семян с гибридных растений и их использования?

§ 31§ 32