Примеры использования биотехнологий и проанализируйте их влияние на окружающую среду 5 класс кратко

Обновлено: 30.06.2024

Содержание

Введение 3
1 Биотехнологии 4
2 Современные биотехнологии охраны окружающей среды 6
2.1 Утилизация и переработка органических промышленных,
бытовых и сельскохозяйственных отходов 6
2.2 Биологическая рекультивация 8
2.3 Биотехническая очистка почв от нефти и нефтепродуктов 9
Заключение 15
Список использованных источников 16

Вложенные файлы: 1 файл

2445.doc

1 Биотехнологии 4

2 Современные биотехнологии охраны окружающей среды 6

2.1 Утилизация и переработка органических промышленных,

бытовых и сельскохозяйственных отходов 6

2.2 Биологическая рекультивация 8

2.3 Биотехническая очистка почв от нефти и нефтепродуктов 9

Список использованных источников 16

Современный мир переживает глобальную биотехнологическую революцию. Биотехнология из рядовой отрасли становится системообразующим, ведущим фактором развития как экономики отдельных государств, так и мировой экономики в целом. Согласно прогнозам, к 2010 г. глобальная рыночная стоимость секторов, связанных с биотехнологией (без сельского хозяйства), должна была составить свыше 2 трлн. евро. Уже сейчас биотехнология может успешно решать такие жизненно важные задачи, как обеспечение продовольствием, создание эффективных лекарств, получение топлива на основе возобновляемого сырья, поддержание экологического равновесия, сохранение биоресурсов Земли. Появился даже специальный термин, обозначающий этот феномен: "биоэкономика, основанная на знаниях". Объем рынка биотехнологий в мире в 2005 году оценивался примерно в 200 млрд. долларов США. Ежегодный рост составляет около 7-9%. 2005 год для рынка биотехнологий в мире можно охарактеризовать как один из самых успешных за всю историю развития этой отрасли. По-прежнему мировым лидером остается США.

Учитывая особенности определения биотехнологий, можно проводить систематизацию этих технологий по двум направлениям: научно-обобщающему и отраслевому. Если при первом подходе задача состоит в выявлении общего научного фундамента всех биотехнологий, то отраслевая систематизация описывает всё множество конкретных приложений биотехнологических знаний в отдельных областях деятельности человека.

2. Современные биотехнологии охраны окружающей среды

Благодаря достижениям современных учёных (микробиологов, экологов, биохимиков) биотехнология успешно применяется и справляется с важными экологическими проблемами. Биотехнология нашла широкое применение в охране окружающей среды, в частности, при решении следующих прикладных вопросов:

утилизации твердой фазы сточных вод и твердых бытовых отходов с помощью анаэробного сбраживания;
биологической очистки природных и сточных вод от органических и неорганических соединений;
микробном восстановлении загрязненных почв, получении микроорганизмов, способных нейтрализовать тяжелые металлы в осадках сточных вод;
компостировании (биологическом окислении) отходов растительности (опад листьев, соломы и др.);
создании биологически активного сорбирующего материала для очистки загрязненного воздуха.

2.1 Утилизация и переработка органических промышленных, бытовых и сельскохозяйственных отходов

биотехнология микробиология окружающий охрана

Одной из острейших проблем современной науки и практики является утилизация и переработка органических промышленных, бытовых и сельскохозяйственных отходов, которые не вписываются в естественный биологический круговорот, вследствие чего приводит к загрязнению воздуха, воды, почвы и отрицательно сказывается на здоровье человека. Вермикультура (от латинского vermi – червь) – использование дождевых червей для переработки органических отходов – является одним из перспективных направлений биотехнологии. В настоящее время преобладающей тенденцией является культивирование красного калифорнийского червя – выведенной селекционным путем линии навозного червя, которая отличается значительной плодовитостью, утратой инстинкта покидания своего местообитания при неблагоприятных условиях среды, высокой степенью адаптации к переработке специфических видов отходов. Таковыми могут служить различные субстанции органического происхождения, например навоз и помет сельскохозяйственных животных, отходы мясокомбинатов, рыбоперерабатывающей, целлюлозной промышленности, овощей и фруктов, бумага, картон, опилки, осадки городских и производственных очистных станций. В соответствии с технико-экономическим обоснованием и типовым проектом на одной из животноводческих ферм Одесской области создан биотехнологический комплекс по переработке органических отходов, анализ работы которого показал его высокую технологичность и экологическую значимость. Совместно с Инженерной Академией Украины академиком А.А. Клименко разработан контейнерный биомодуль по производству органических удобрений (биогумуса) и белковых кормовых добавок (биодобавок) для агропромышленного комплекса. Биомодуль представляет собой стандартный 40-футовый теплоизолированный контейнер, который при необходимости может транспортироваться от одного предприятия к другому и устанавливаться на съемной жесткой раме, что не требует подготовки фундамента. Технологический процесс осуществляется работой 5-и самостоятельных блоков: вермикультуры, операторский, обеспечения микроклимата, подготовки готовой продукции (биогумуса и белковых кормовых добавок), электро- и водоснабжения. Технико-экономическое обоснование проекта свидетельствует, что эксплуатация одного биомодуля в течение месяца позволяет обеспечить утилизацию 30 тонн органических отходов, в том числе, илов станций биологической очистки городских стоков, и получить 18 тонн биогумуса и 3 тонны белковых кормовых добавок. Преимущества предлагаемой разработки состоят в экологической чистоте (безотходность производства), высокой эффективности. Анализ мирового опыта вермикомпостирования органических отходов различного происхождения свидетельствует о реальной, технологически обоснованной возможности устранения критической антропогенной нагрузки на окружающую среду наряду с производством экологически чистых органических удобрений и кормового белка.

2.2 Биологическая рекультивация

Биологическая рекультивация заключается в искусственном создании растительных покровов различного вида и включает механическую подготовку поверхностного слоя почвы, внесение в нее удобрений, посев многолетних трав. Механическая обработка нарушенных земель заключается в рыхлении поверхностного слоя участка на глубину не менее 0,2 м. Для повышения плодородия обработанного слоя вносят минеральные и органические удобрения. Засеивать участки следует многолетними травами семейства злаковых. В качестве стимуляторов роста рекомендуется применять сложные удобрения, в состав которых входят азот, фосфор и калий. При биорекультивации используются микроорганизмы, разрушающие нефть и нефтепродукты, а также биокомпосты и нефтесорбенты. В качестве доступного сорбента могут быть использованы отходы рисозаводов. Рисовая шелуха – легко доступный и перспективный сорбент. В связи с этим представляют интерес разнообразные растительные отходы сельского хозяйства, пищевой и деревообрабатывающей промышленности (лом древесноволокнистых плит, опилки, шелуха овса, гречки, куриные перья и др.), поскольку они являются весьма дешевыми, доступными и распространенными сорбентами.

2.3 Биотехническая очистка почв от нефти и нефтепродуктов

Добыча природных ископаемых, нефти сопряжена с разрушением почвенного покрова и загрязнением природных ландшафтов, что связано с использованием большегрузной техники и неизбежным попаданием на землю нефти, нефтепродуктов и сопутствующих вредных веществ. Интенсивное использование нефтепродуктов в промышленности также вызывает экологические проблемы, связанные с загрязнением почвы и воды. Загрязнение почвы и водоемов любыми типами нефтепродуктов является настоящей экологической катастрофой экосистемы: меняются соотношения между отдельными группами микроорганизмов, изменяется направление метаболизма, подавляются жизненно важные процессы дыхания и самоочищения. Отравленные нефтью почва и вода практически не способны самостоятельно очиститься от нефтяного загрязнения – естественное разложение нефти и нефтепродуктов в обычных условиях происходит крайне медленно т.к. повышенные концентрации углеводородов подавляют всякую самоочищающую активность почвы и воды, в экосистеме накапливаются трудноокисляемые продукты, серьезно препятствующие самоочищению и самовосстановлению. Что же делать, если разлив нефти все-таки случился? Каким образом очистить и оживить природу, подвергшуюся нефтяному удушью? Восстановление жизненных процессов зависит от способностей почвы и воды перерабатывать органику (к каковой относятся углеводороды нефти) в безвредные для окружающей среды легкоусвояемые продукты метаболизма. Как уже упоминалось, нефть и ее продукты, являясь тяжелыми, трудно-окисляемыми, и токсичными веществами, серьезно подавляют самоочистительные способности почвы и воды – места нефтяных разливов на многие годы остаются участками безжизненной суши или мертвыми водоемами. И все же, процессы разрушения и разложения нефтяных загрязнителей в природе идут – в основном за счет содержащихся в почве и воде микроорганизмов обладающих способностью извлекать из углеводородов энергию необходимую для строительства новых колоний и их жизнедеятельности. Природа создала мудрую экологичную систему, настроенную на самоочищение, которая, однако, не в состоянии противостоять темпам и масштабам интенсивного техногенного загрязнения – естественные концентрации полезных микроорганизмов в природе не могут быстро переработать масштабные и глубокие загрязнения. Современные же темпы развития нефтедобычи и нефтепереработки требуют эффективных методов, позволяющих в короткие сроки нейтрализовать последствия воздействия на почву и водоемы нефти, мазута, солярки, дизтоплива, бензина.

Задача многократной активизации и ускорения процессов биологического разрушения углеводородов нефти в воде и почве, блестяще решена разработчиками средства биологической очистки почвы и воды Микрозим (tm) Петро Трит. Внесение в загрязненный нефтью участок почвы или воды специально выделенных из почвы и селекционированных микроорганизмов размноженных в форме готового к использованию биопрепарата, обеспечивает интенсификацию микробиологической активности почвы и воды по разрушению углеводородов нефти в десятки раз, что позволяет в предельно сжатые сроки нейтрализовать нефть как опасный загрязнитель, превратив ее в безвредные для окружающей среды продукты жизнедеятельности бактерий – СО2, Н2О, летучие вещества. С уменьшением в почве и воде концентрации нефтяных углеводородов интенсифицируется самоочищение – увеличение численности физиологических групп полезных микроорганизмов, что связано со снижением токсического действия нефти и нефтепродуктов. Как показывают многочисленные исследования по изучению влияния биопрепарата на почвенные процессы, применение микроорганизмов многократно интенсифицирует метаболизм нефтезагрязненных почв, сокращая время полного разложения нефти на безопасные для окружающей среды вещества до нескольких месяцев.

Средство биологической очистки почвы и водоемов Микрозим (tm) ПЕТРО ТРИТ сочетает в себе биологические и биохимические методы интенсификации самоочистки нефтезагрязненных почв и водоемов и представляет собой комплексный биодеструктор углеводородов нефти. В препарате присутствуют 12 уникальных штаммов углеводородокисляющих микроорганизмов, эффективно использующих углеводороды нефти в качестве источника энергии жизнедеятельности и выполняющих основную функцию переработки нефти в безвредные для окружающей среды вещества, а также комплекс минеральных солей и уникальный набор микробных ферментов, необходимых для многократного ускорения микробиологической активности. В процессе жизнедеятельности комплекс микроорганизмов, стимулируемый питательными элементами и ферментами, синтезирует собственные ферменты и био-ПАВ, которые с высокой эффективностью расщепляют нефть, что облегчает ее дальнейшее усвоение микроорганизмами. В результате тяжелый и токсичный загрязнитель, которым является нефть, превращается в воду, углекислоту и нетоксичные биоразложимые вещества, не препятствующие дальнейшим процессам самоочистки и почвообразования. Насколько же эффективно данное средство? Многократные испытания показывают, что по критерию максимального микробиологического усвоения углеводородов эффективность очистки в течение первых 14 суток после первой обработки почвы биопрепаратом составляет 50%, до 85% в течение первого месяца обработки, и до 98% в течение одного месяца после повторной обработки. При этом значительно активизируются процессы самоочищения почвы и полностью восстанавливается норматив кислородного режима почвы уже в течение первых 10–14 суток. При расходе биопрепарата 7 килограммов на 1 тонну нефти, микроорганизмы биопрепарата сохраняют высокую усваивающую активность до потребления 90–95% углеводородов нефти. Первая обработка почвы биопрепаратом снижает концентрации нефти или нефтепродуктов на 80–85% в течение 1–1,5 месяца, повторная обработка снижает содержание углеводородов нефти в почве на 97% – 99%. При этом не требуется внесения минеральных удобрений биопрепарат уже содержит специальный комплекс минеральных солей.

Средство может применяться при температурах окружающего воздуха от плюс 15 градусов до плюс 50 градусов, что позволяет применять препарат в течение теплого сезона практически на всей территории России. Если температура окружающего воздуха опускается ниже плюс 5 градусов, рост бактерий замедляется вплоть до полной остановки биологической активности, формирования спор и перехода в состояние cна. При последующем повышении температуры микробы вновь начинают размножаться. Препарат устойчив к повышенным концентрациям солей и элементов меди, цинка, и т.д., повышенные концентрации этих металлов не оказывают на активность препарата существенного ингибирующего действия. Биопрепарат Микро-зим (tm) Петро Трит предназначен для очистки и восстановления почв и водоемов, подвергшихся одноразовому загрязнению или постоянно загрязняемых нефтепродуктами, восстановления самоочищения и плодородия почв при ликвидации нефтяных разливов в качестве средства в короткие сроки преобразующего нефть в почве и воде в безвредные для окружающей среды вещества. Сам биопрепарат безвреден для человека и окружающей среды, животных, рыб, растений, зоопланктона. В био-препарате используются нетоксичные, не патогенные микроорганизмы и натуральные микробные ферменты. Средству присвоен 5 класс опасности (безвреден для окружающей среды). Препарат Микрозим (tm) Петро Трит может применяться также для очистки сточных вод промышленных предприятий, стоков автомоек замкнутого цикла, депарафинизации скважин, обезвреживания нефтесодержащих шламов и осадков. Очищенная препаратом почва пригодна для посадки растений, очищенная вода пригодна для слива в канализацию, рыбохозяйственные водоемы, орошения. Препарат выпускается в сухом порошковом и в жидком состоянии для работы со всеми типами машин. Технология очистки почвы препаратом достаточно проста и не трудоемка. В случаях, когда глубина проникновения нефти в почву не превышает 60 см. очистка почвы препаратом производится непосредственно на месте загрязнения, благодаря возможности взрыхлить почву на глубину загрязнения чтобы обеспечить доступ кислорода. Непосредственно перед обработкой почва готовится – с поверхности почвы убирают сухие листья и траву, проводится вспашка почвы на глубину загрязнения, почва увлажняется до 60%. Затем в почву вносится биопрепарат. Обработку почвы биопрепаратом проводят дважды за теплый сезон. Первая обработка снижает содержание нефтепродуктов на загрязненном участке на 80–85% относительно исходного уровня загрязнения в течение одного месяца. Повторная обработка производится через один – полтора месяца после первой обработки и снижает концентрации нефтепродуктов в почве на 97–99% относительно исходного уровня. Для внесения препарата в почву на больших площадях применяют механические средства: на ровных площадях и твердых грунтах применяются разбрасыватели минеральных удобрений, в труднопроходимых районах используются cпециальные механические агрегаты на гусеничном ходу, на болотистых почвах – болотоходные машины для внесения жидкого препарата. На протяжении всего процесса очистки, почва должна периодически переворачиваться и рыхлиться – рыхлением обеспечивается доступ в почву кислорода, необходимого для высокой активности аэробных процессов, а также и вывод из почвы летучих продуктов разложения нефти. Влажность почвы поддерживается на уровне не ниже 50% (до 70%) периодическим дождеванием. Работы по очистке завершаются осенью, обычно в октябре, с понижением температур ниже плюс10градусов. Очищенная почва засеивается травой. Первый посев в очищенную почву семян травы дает до 70% всхожести. В случаях, когда нефть проникает в почву на глубину свыше 60 сантиметров, применяется выемка загрязненного грунта для его последующей очистки на специальных площадках, где создаются оптимальные условия для очистки замазученных грунтов или песков – поддерживается оптимальная температура, влажность, доступ кислорода. Для активной деятельности углеводородо-окисляющих микроорганизмов готовятся благоприятные условия: загрязненный грунт укладывается в компостные гряды высотой 30–40 см. (размеры гряд могут быть и больше – все зависит от технической возможности регулярно переворачивать грунт), почва увлажняется, вносится биопрепарат, почва регулярно переворачивается и перемешивается. В результате в сроки от 2 до 4 месяцев получается очищенный грунт. Рекультивационная площадка обязательно имеет гидроизолированное основание для предотвращения утечки растворенных углеводородов в грунтовые воды. Микробиологическая очистка является оптимальным способом очистки и восстановления жизнеспособности почвы и водоемов т.к. сочетает в себе невысокую затратность при высокой эффективности (глубине) очистки и полной экологической безопасности. Полученные в результате биоразложения нефти вещества не представляют опасности для окружающей среды и представляют собой основу гумуса. Средство для биологической очистки почвы и воды Микрозим (tm) Петро Трит прошло испытания в ГУ НИИ МТ РАМН и на основании заключений экспертов было рекомендовано Заключением ГСЭН РФ для очистки и восстановления нефтезагрязненных почв и водоемов. Препарат применяется в России для очистки почв и водоемов от нефтяного загрязнения, очистки сточных вод авто-моек, обезвреживания нефтеотходов начиная с 2003 года и успел зарекомендовать себя как высокоэффективное средство очистки и восстановления жизнеспособности природных экосистем. Препарат Петро Трит может применяться и в городском хозяйстве, в частности на городских водоемах, в которые, ежедневно поступают тонны нефтепродуктов вместе с ливневыми водами, смывом с дорог, парковок, АЗС.

Защита окружающей среды – это комплексная проблема, которая может быть решена только совместными усилиями специалистов различных отраслей науки и техники. Наиболее эффективной формой защиты окружающей среды от вредного воздействия промышленных предприятий является переход к малоотходным и безотходным технологиям, а в условиях сельскохозяйственного производства к биологическим методам.

Биотехнологии, как направления науки и практики, являются пограничной областью между биологией и техникой отраслей человеческой деятельности. Они представляют собой совокупность методов и приемов получения полезных для человека продуктов, явлений и эффектов с помощью микроорганизмов. Применительно к охране окружающей человека природной среды биотехнологию можно рассматривать как разработку и создание технологических процессов, основанных на продуктах жизнедеятельности биологических объектов, микробных культур, сообществ, их метаболитов и препаратов, путем включения их в естественные круговороты веществ, элементов, энергии и информации. Методами и приемами биотехнологии являются фундаментальные и прикладные наработки микробиологии, биохимии, биофизики, клеточной и генной инженерии, их сочетание.

Одной из острейших проблем современной науки и практики является утилизация и переработка органических промышленных, бытовых и сельскохозяйственных отходов. Вермикультура (от латинского vermi - червь) - использование дождевых червей для переработки органических отходов - является одним из перспективных направлений биотехнологии. В настоящее время преобладающей тенденцией является культивирование красного калифорнийского червя - выведенной селекционным путем линии навозного червя, которая отличается значительной плодовитостью, утратой инстинкта покидания своего местообитания при неблагоприятных условиях среды, высокой степенью адаптации к переработке специфических видов отходов.

Биотехнология очистки воздуха. Установка (БФС) предназначена для биологической очистки и дезодорирования промышленных газовоздушных выбросов, содержащих органические компоненты различной природы. Технология очистки газовоздушных выбросов основана на разложении микроорганизмами вредных органических веществ, содержащихся в газовоздушной смеси и являющихся источником энергии для биомассы. Органические соединения разлагаются на углекислый газ и воду. Подбор консорциумов микроорганизмов осуществляется в зависимости от состава очищаемых смесей.

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Биотехнология, и пути решения глобальных экологических проблем.

Загрязнение биосферы бытовыми отходами, химическими пестицидами и другими опасными веществами приобрело глобальный характер. Ученые всего мира считают, что для того чтобы уменьшить поступление опасных веществ в биосферу, нужно изменить образ жизни и мышление человека, а всё производство сделать по возможности безотходным. Но для выполнения этих условий необходимы время и средства. На данном этапе биотехнология предлагает ряд путей, к осуществлению которых в широких масштабах, можно приступить в настоящее время. Сюда относится:

1. Переработка отходов метановым брожением, в результате которого образуется легко транспортируемое топливо метан.

2. Замена химических пестицидов на пестициды микробного происхождения, используя вирусы, грибы, простейшие, спорообразующие бактерии. Например, изготовленные таким путём инсектициды действуют только на определенные вредные насекомые, оставляя невредимыми полезные.

3. Для индикации загрязнений различного происхождения вместо химических реагентов, возможно использование биосенсоры – ферментные электроды или иммобилизованные клетки микроорганизмов. В настоящее время лидерами в производстве биодатчиков и биочипов являются японские компании.

4. К отходам сельского хозяйства встречающих наиболее часто и повсеместно, относится солома. В связи с низкой скоростью разложения солому практически не используют. Биотехнология предлагает инокулирование солому с ассоциацией целлюлолитических грибов, азотофиксирующих и полисахаридообразующих бактерий. Такую солому можно запахивать в землю в качестве органического удобрения, а также спустя некоторое время использовать как высокобелковый витаминизированный корм.

5. Невообразимое количество пластмасс, которые используются в быту и на производстве, заполонило все свалки. В биотехнологии ведутся работы по созданию биополимеров. Биополимеры – экологически чистый продукт, они не токсичны, подвержены биодеградации, не загрязняют окружающую среду.

6. Уже сегодня многие страны испытывают нехватку чистой пресной воды. Биотехнология, реально предлагает 2 метода очистки воды. Первый с помощью бактерий рода Pseudomonas , которые могут утилизировать нафталин, толуол, алканы, камфору, инсектициды, гербициды и другие ксенобиотики. В основе второго метода лежит применение в очистке воды активного ила. Активный ил на 70% состоит из живых организмов и на 30% - из твёрдых частиц неорганической природы.

7. Загрязнение почвы – одна из серьёзных экологических проблем, с которой столкнулся современный человек. Биотехнология предлагает методы очистки с помощью бактерий и грибов. Экономически стоимость бактериальной и грибной очистки одинаковы, однако применение грибов обычно сокращает сроки деградации и поэтому существенно удешевляет её.

К одной из самых сложных проблем, с которой сталкивается современное человечество это обеспечение пищей население Земли. В настоящее время голодают десятки, недоедают сотни миллионов человек. А с ростом населения проблема будет только обостряться. Известно, что проблема питания людей, в конечном счёте, заключается в нехватке белка. Поэтому биотехнология даёт следующие конкретные пути решения этой проблемы:

1. Получение необходимого количества пищевого белка за счёт микробиологического синтеза. Применение этого метода позволит получать искусственное мясо, молоко, сыры и другие продукты.

2. Получение белковых препаратов даедалина и пантегрина. По содержанию белка 1 кг этих препаратов эквивалентен 2 кг мяса. В настоящее время они рекомендованы в качестве пищевых добавок.

3. Получение белка из водорослей.

Из литературных источников известно, что рост энергопотребления опасен. Активное использование энергии увеличивает нагрев земной поверхности и приземных слоёв атмосферы, порождает электромагнитные поля, накапливает парниковые газы, способствует загрязнению воздуха оксидами азота и серы, а значит, стимулирует появление кислотных дождей, загрязняет нефтью океаны и земную поверхность в результате аварий. В настоящее время предложены ряд альтернативных методов получения энергии. Сюда относятся: ветрогенераторы, сила прилива, сила волн, энергия солнца, геотермальная энергетика, энергия отходов. Биотехнология предлагает свои перспективные направления получения экологически чистой энергии:

1. Получение биогаза и этанола. Отходы представленных процессов служат высококачественными удобрениями. В довершение к сказанному сам процесс способствует поддержанию чистоты окружающей среды.

2. 2.Получение фотоводорода. Моделирование процессов фотосинтеза позволяет запасать энергию солнца в водороде.

3. Превращениеэнергиисиспользованием галофитных бактерий Halobacterium halobium в аденозинтрифосфорную кислоту.

Применение биотехнологии основано на использовании научных принципов, которые используют живой организм или организмы для производства продуктов и услуг на благо человека.

Биотехнология в области медицины

Применение биотехнологии играет важную роль в области медицины, например в производстве антител, вакцин, антибиотиков и гормонов.

Производство антибиотиков входит в сферу применения биотехнологии. Антибиотики — это соединения, вырабатываемые микроорганизмами для подавления роста других микроорганизмов.
Микроорганизмы используемые в качестве продуктов антибиотиков: грибы Цефалоспориаз (Chepalosporium) в производстве антибиотика цефалоспорин для уничтожения бактерий;

бактерия Стриптомецеты (Streptomyces griseus) производит антибиотик стрептомицин для уничтожения бактерий, устойчивых к антибиотику пенициллину и цефалоспоринам;
грибы Пеницилл (Penicillium) производят антибиотик пенициллин для борьбы с инфекцией, вызванной стафилококком.
интерферон

Интерферон — это белок, который естественным образом образуется иммунными клетками, например белками крови и фибробластами. Коммерчески интерферон производится по технологии рекомбинантной ДНК. Интерфероны модулируют реакцию иммунной системы на атаку вируса, бактерий, рака и других чужеродных элементов. Интерфероны непосредственно не убивают клетку-вирус, но интерфероны повышают реакцию иммунной системы на рост раковых клеток. Другими словами, интерферон — это белковое соединение, способное стимулировать защиту человеческого организма для борьбы с болезнетворными микробами.

Вакцины, используемые для предотвращения нападения болезни на организм, получают из микроорганизмов. Вакцина может быть получена из вирусов и бактерий, которые были ослаблены или токсинов, которые были взяты из этих микроорганизмов.

Производство антител с использованием принципа слияния протоплазмы. Слияние протоплазмы происходит путем объединения двух клеток из одной и той же ткани или из клеток организма, которые различаются в электрическом поле. Слияние производит клетки, которые могут производить антитела.
Антитело может быть использовано для обнаружения гормона гонадотропина в моче беременных женщин. Таким образом, антитела могут быть использованы для определения беременности. Это свойство также можно использовать для раннего обнаружения и уничтожения раковых клеток.

Путем разработки ДНК используют микроорганизмы для производства гормона. Гормон-это биологически активное вещество поступающее в кровь и выполняющее сигнальные функции: гормон роста, кортизон, тестостерон.

Биотехнология в сельском хозяйстве

Применение биотехнологии широко задействовано в области сельского хозяйства с использованием метода рекомбинации ДНК. Этот процесс осуществляется для удаления высших генов из одного организма в другой через посредство микроорганизмов. Это применение можно увидеть из процесса получения рекомбинантной ДНК.

выращивание растений с улучшенным содержанием элемента азота

Азот (N2) — это важнейшие элементы белка, ДНК и РНК. У бобовых растений обнаруживаются клубеньки на его корнях. В этих клубеньках живут бактерии Ризобии, которые могут связывать свободный азот из воздуха, поэтому растения бобовых культур могут покрывать потребности в самом азоте.
С помощью применения биотехнологии исследователи пытаются разработать так, чтобы бактерии Ризобии жили в корнях многих культур. Это улучшит способность бактерий связывать азот с помощью метода рекомбинации генов. Эти меры направлены на сокращение или ликвидацию использования азотных удобрений, которые в настоящее время широко применяются на сельскохозяйственных землях и вызывают неблагоприятные побочные эффекты.

помогают растениям в устойчивости к вредителям

Растения, устойчивые к вредителям, могут быть созданы с помощью генной инженерии с рекомбинацией генов и культивированием клеток. Например, чтобы получить урожай картофеля без иммунных заболеваний необходимы гены, определяющие природу иммунного заболевания. Из этих генов вырастают картофельные растения, устойчивые к болезням. Эти растения картофеля затем можно размножать и распространять. Питание растений при этом происходит в обычном порядке.

Рекомбинантная технология ДНК может быть использована для получения трансгенных растений риса. Они способны вырабатывать полезный белок и устойчивость к холодам. Получить рисовые растения, устойчивые к холоду, можно путем введения в хромосомы рисового растения генов, устойчивых к холоду больше, чем у животных, живущих в холодных местах.

Введение в посев хлопчатника методом рекомбинантной ДНК особого белка. Этот белок вступит в реакцию с ферментами, вырабатываемыми желудком насекомого. Эти реакции превращают фермент в яд. Таким образом, насекомые, питающиеся такими растениями, будут отравляться и погибать.

цветы не увядают, а плоды устойчивы к гниению

Гормон, вызывающий увядание цветов, — это этилен. Увядание на цветках происходит из-за наличия гена, чувствительного к короне цветков. Если ген был заменен на гены, которые менее чувствительны,то завядание цветков может задержаться. С помощью этого метода были разработаны трансгенные гвоздики, способные выживать свежими в течение 3 месяцев. В то время как гвоздики обычно цветут только 3 дня.

Гормон этилен также стимулирует созревание плодов. Если активность гена, продуцирующего этилен, будет подавлена с помощью генной инженерии, то плод будет оставаться свежим в течение длительного времени. Например, помидор Флавр Савр, который выдерживает гниль.

В области животноводства

С помощью биотехнологии можно разрабатывать продукты животноводства. Эти продукты, например бычий соматотропин (англ. Bovine somatotropin, BST) или бычий гормон роста.
Эта технология осуществляется путем введения гена соматрофина корове. Добавленный бычий соматрофин или гормон роста позволяет увеличить производство мяса и молока крупного рогатого скота на 20%.

Рекомбинантная ДНК-технология способна вводить в организм человека гены лактоферрина, которые продуцируют гормоны человеческого лактоферрина (Human Lactoferin) у молочного скота. С введением этого гормона молочные коровы будут способны производить молоко, содержащее лактоферрин. Лактоферрин — белок имеющий иммуные и противомикробные свойства.

Топливо будущего

Перед учеными стоит сложная задача найти заменитель топлива, произведенного с помощью биотехнологии. В настоящее время обнаружено два вида топлива, получаемого в результате брожения отходов, а именно биогаз (метан) и газохол (спирт).
Альтернативным топливом будущего для замены нефти, среди прочих, являются биогаз и газохол. Биогаз создается при ферментации отходов жизнедеятельности живых существ. В странах Китай и Индия есть несколько деревень жители которых которая применяет технологию ферментера для получения метана. Сырьевая технология — это фекалии животных, листья, бумага и другие продукты, которые будут вырабатываться бактериями.
Технология газохола была разработана государством Бразилия когда цена на нефть выросла с 1970 года. Газохол получают из ферментации грибов, которые на сахарном тростнике встречаются в изобилии. Газохол дешевле, может быть обновлен и не вызывает загрязнения окружающей среды.

Обработка отходов

Применение биотехнологии имеется также и при обращении с отходами.

Это может осуществляться различными способами, например с накопленными, сожженными или переработанными отходами. Одним из примеров процесса переработки мусора, который был опробован на некоторых мусорных заводах, является пиролиз. Процесс пиролиза, а именно процесс разложения материала-отходов производства при высокой температуре в условиях без кислорода.

В настоящее время человечество стоит перед проблемой экологического кризиса, т.е. такого состояния среды обитания, при котором вследствие произошедших в ней изменений среда обитания оказывается непригодной для жизни людей. Экологический кризис – это напряженное состояние взаимоотношений между человеком и природой, характеризующееся несоответствием развития производительных сил и производственных отношений в человеческом обществе ресурсно-экологическим возможностям биосферы. Загрязнением окружающей среды называется поступление или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее физических, химических, биологических или информационных агентов, приводящее к отрицательным последствиям. Загрязнение природной среды может возникнуть как в результате воздействия природных, естественных факторов, так и в результате хозяйственной деятельности человека. Примерами антропогенных загрязнений являются аварии и катастрофы на промышленных объектах, с выбросом радиоактивных, химических и биологических веществ. Не менее значительными и опасными являются загрязнения, связанные с обычной хозяйственной деятельностью, с работой предприятий, транспорта и т.д. Загрязнения делят на следующие группы: физические, химические, физико-химические, биологические. В России за последние несколько десятилетий в условиях ускоренной индустриализации и химизации производства подчас внедрялись экологически грязные технологии. При этом недостаточно внимания уделялось условиям, в которых будет жить человек, т.е. каким воздухом он будет дышать, какую воду он будет пить, чем он будет питаться, на какой земле жить.

Большие перспективы в области охраны окружающей среды и рационального природопользования имеют достижения биотехнологии.

Биотехнологии как направления науки и практики являются пограничной областью между биологией и техникой отраслей человеческой деятельности. Они представляют собой совокупность методов и приемов получения полезных для человека продуктов, явлений и эффектов с помощью микроорганизмов. Применительно к охране окружающей человека природной среды биотехнологию можно рассматривать как разработку и создание технологических процессов, основанных на продуктах жизнедеятельности биологических объектов, микробных культур, сообществ, их метаболитов и препаратов, путем включения их в естественные круговороты веществ, элементов, энергии и информации. Методами и приемами биотехнологии являются фундаментальные и прикладные наработки микробиологии, биохимии, биофизики, клеточной и генной инженерии, их сочетание.

История биотехнологии насчитывает тысячелетия (производство хлебопечения, виноделие, сыроделие и т.д.). Однако ежегодно появляются новые прикладные направления биотехнологии, общим для которых является искусственное создание условий для эволюционных, биогеохимических процессов на Земле в виде характерных биореакторов, реализующихся с большими скоростями, оставаясь совместимыми по своим продуктам с окружающей природной средой.

На протяжении столетий человечество добывало металлы из богатых и относительно простых по химическому составу руд. По мере истощения запасов таких руд стали использовать полиметаллические и более бедные руды. Традиционные способы добычи металлов загрязняли окружающую «природную среду отходами, шлаками (полезно используется не более 2% сырья). При этом извлекался только один элемент, а сопутствующие накапливались в отвалах.

Более совершенен и менее антропогенен гидрометаллургический метод, основанный на использовании водных растворов, одним из разновидностей которого является бактериально-химическое выщелачивание металлов.

Основу этого процесса составляет окисление содержащихся в рудах сульфидных минералов тионовыми бактериями. К таким минералам относятся сульфиды железа, меди, никеля, цинка, кобальта, свинца, молибдена, серебра, мышьяка. Металлы переходят из нерастворимой сульфидной формы в растворимую сульфатную. Полученные концентрированные (до 50 г./л) железосодержащие растворы отправляются на экстракцию и электрохимическую обработку (аналогична обработка и других металлов).

Биотехнология выщелачивания металлов может использоваться как для непосредственной обработки в пласте, так и в заброшенных карьерах и отвалах, что в целом улучшает охрану окружающей природной среды (более 5% металлов в мире добывается в настоящее время таким способом и в перспективе его применение несомненно возрастет).

Тионовые бактерии находят также применение для предварительного понижения содержания серы в рудном сырье. Содержание серы в углях может достигать 10–12%, при их сжигании образуется сернистый ангидрид, который в дальнейшем выпадает в кислотных дождях. Принципиально биотехнология снижения серы в углях аналогична выщелачиванию металлов. Попутно выделяются содержащиеся в углях германий, вольфрам, никель, бериллий, ванадий, золото, медь, кадмий, свинец, цинк.

При добыче каменного угля зачастую выделяется метан, являющийся причиной взрывов и смертельных случаев на шахтах. Наряду с имеющимися способами борьбы с метаном в шахтах применяется и биотехнологический, в основе которого лежит процесс поглощения метана метаноокисляющими бактериями в угольных пластах и выработанных пространствах.

Для метаноокисляющих бактерий метан служит одновременно источником углерода и энергии (1/3 расходуется на увеличение биомассы, а 2/3 – на образование внеклеточных органических соединений и углекислого газа). Метаноокисляющие бактерии выращивают в ферментерах, концентрируют и непосредственно в шахте приготавляют рабочую суспензию с добавками азота и фосфора, которая закачивается в пласт из расчета 30–40 л на 1 т угля. Необходимый для развития бактерий кислород подают в пласт компрессорами. Содержание метана в этом случае снижается более чем в 2 раза и в 1,5 раза повышается отдача угольного пласта.

Заметное место среди средств повышения вторичной добычи нефти принадлежит также биотехнологии. При нефтедобыче извлекается не более 50% ее запасов в пласте, что обусловлено прочной связью нефти с породой. Повышение нефтедобычи пласта на 10–16% равносильно открытию нового месторождения. После закачивания воды для активизации биохимической активности микробов проводят аэрацию в зоне нагнетательной скважины. Это вызывает микробное разрушение нефти с образованием углекислого газа, водорода, низкомолекулярных органических кислот, которые поступают в анеробную зону пласта и разрушаются анаэробными метангенерирующими бактериями с образованием метана. Разрушение нефти и образование газов приводит к разжижению ее, увеличению текучести и повышению газового давления в пласте, что сопровождается увеличением нефтедобычи (в отдельных случаях до 30%) и снижению антропогенного воздействия на окружающую природную среду.

Благодаря достижениям современных учёных (микробиологов, экологов, биохимиков) биотехнология успешно применяется и справляется с важными экологическими проблемами. В своей курсовой работе я хочу привести ряд примеров применения современных биотехнологий используемых для охраны окружающей среды.

В последние годы в экологической науке все интерес проявляется к биотехнологическим, основанным на создании необходимых для человека продуктов, явлений и эффектов с помощью микроорганизмов.

Применительно к охране окружающей человека природной среды биотехнологию можно рассматривать как разработку и создание биологических объектов, микробных культур, сообществ, их метаболитов и препаратов путем включения их в естественные круговороты веществ, элементов, энергии и информации.

История биотехнологии насчитывает тысячелетия (хлебопечение, виноделие, сыроделие и т.д.) Однако ежегодно появляются новые прикладные направления биотехнологии, общим подходом для которых являет искусственное создание условий для эволюционных, биогеохимических процессов на Земле в виде характера биореакторов, реализующихся с большой скоростью, оставаясь совместимыми по своим продуктам с окружающей природной средой.

В машиностроении разрабатываются системы водоочистки для гальванических производств, переходящие к замкнутым системам рециркуляции воды и извлечения металлов из сточных вод, в области обработки металлов шире используется получение деталей из пресс-порошков.

Список литературы:

Аренс В.Ж., Гридин О.М., Яншин А.Л. Нефтяные загрязнения: как решить проблему // Экология и промышленность России. – 1999.

Королев В.А., Некрасова М.А., Митоян Р.А. Электрохимическая очистка грунтов от загрязнений // Экология и промышленность России. – 1998.

Протасов В.Ф. Экология, здоровье и природопользование в России. – М.: Финансы и статистика, 1995.

Стабникова Е.В., Рева О.Н., Иванов В.Н. Выбор активного микроорганизма–деструктора углеводородов для очистки нефтезагрязненных почв // Прикладная биохимия и микробиология. – 1995.

Читайте также: