Роль биотехнологии в сельском хозяйстве кратко

Обновлено: 05.07.2024

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.

Биотехнологии в сельском хозяйстве внесли большой вклад в развитие и становление отрасли. Несмотря на то, что биологическая сущность биотехнологических процессов была раскрыта совсем недавно, использование их продолжается на протяжении тысячелетий.
С точки зрения современной науки, биотехнология в сельском хозяйстве — это промышленное использование биологических процессов и агентов на основе получения высоко — эффективных форм микроорганизмов, культур клеток и тканей растений и животных с заданными свойствами.

Таким образом, биотехнология является междисциплинарной областью научно-технического прогресса, возникшая на стыке биологических, химических и технических наук.
Применение биотехнологических методов и приемов перспективная, но, к сожалению, не всегда реализуемая задача. Сложность использования биотехнологий обусловлена сложностью используемых процессов и объектов. Любой биологический объект — это самодостаточная система, в которой сложно изменить какой либо элемент, не меняя остальных, нельзя произвольно рекомбинировать их, придавая организму то или иное желаемое свойство.
Биотехнология и растениеводство
Возделываемые культуры растений подвержены негативному влиянию ряда факторов — сорняков, грызунов, насекомых-вредителей, нематод, фитопатогенных грибов, бактерий, вирусов, неблагоприятных погодных и климатических условий. Влияние перечисленных факторов способно значительно снизить урожайность возделываемых культур, а значить уменьшить потенциальную прибыль. Так, например, только один колорадский жук и Фитофтора(Phytophtora) – возбудитель фитофторозной гнили, способны на 40-50 % снизить урожайность картофеля. Отмечен рост количества заболеваемости растений вирусными инфекциями, которые не только губят урожай, но и способствуют вырождению генофонда.

Современная биотехнология предлагает ряд решений, способных значительно облегчить решение ряда проблем:

выведение сортов растений, устойчивых к вредителям и неблагоприятным факторам среды;
разработка биологических средств борьбы с вредителями , использование их естественных врагов и паразитов, а также токсических продуктов, образуемых живыми организмами;
повышение продуктивности сельскохозяйственных культур и их пищевой (кормовой) ценности.

Выведение новых сортов растений. Традиционные методы по выведению новых сортов — это селекция на основе гибридизации, спонтанных и индуцированных мутаций. Современная наука шагнула намного дальше и позволяет конструировать генетический код растения для получения необходимых свойств – урожайность, устойчивость к факторам среды и вредителям, накопление тех или иных компонентов. Уже сегодня выведены сорта, способные к фиксации атмосферного азота, устойчивые к действию гербицидов и ряда вредителей.
Разработанные технологии клонирования позволяют надеяться на получение здоровых (без вирусов) растений, тем самым способствуют поддержанию ценного генофонда.
При этом существует ряд спорных методов, связанных с вмешательством в генетический код – получение так называемых ГМО. До сегодняшнего дня нет достоверных данных о безопасности генетически модифицированных организмах. По мнению специалистов ЭкоВсё , использование ГМО в перспективе будет возможно, при этом процесс исследования вновь получаемых организмов должен быть сильно усложнен, мало того – исследовать необходимо каждую генетическую модификацию, даже в рамках одного сорта. Обязательным условием являются исследования о влиянии ГМО на организм в динамике (на протяжении ряда поколений). Еще одним условием получения ГМО является безопасность используемых методов для окружающей среды, т.к. используемые методики и сами ГМО, являясь чужеродным для природы материалом, могут спровоцировать непредсказуемые последствия. Проблема здесь заключается в том, что попадая в природные условия, ГМО сталкиваются с вирусами, которые в норме являются векторами переноса генетического материала, что может спровоцировать появление новых, непредсказуемых и чрезвычайно опасных генетических мутаций. Таким образом, использование ГМО – это дело далекого будущего.
Использование ГМО в России сегодня нецелесообразно ввиду больших резервов земельных ресурсов, возможности применения биологических методов и препаратов, способных значительно повысить урожайность и устранить ряд существующих проблем.

Биологические средства — важная составная часть комплексной программы защиты растений. Эта программа предусматривает проведение защитных мероприятий агротехнического, биологического и химического плана наряду с использованием устойчивых сортов растений. Задачей комплексной программы является поддержание численности вредителей растений на экологически сбалансированном уровне, не наносящем ощутимого вреда культурным растениям.
Биотехнология и животноводство
Биотехнологии широко используются в животноводстве.
Разработанные биопрепараты с успехом используются для лечения инфекционных заболеваний, в качестве кормовых добавок и заменителей цельного молока( ЗЦМ ), силосных заквасок и прочее. Так, 1 т кормовых дрожжей позволяет получить 0,4- 0,6 т свинины, до 1,5 т мяса птиц, 25—30 тыс. яиц и сэкономить 5—7 т зерна. Это имеет большое народнохозяйственное значение, поскольку 80% площадей сельскохозяйственных угодий в мире отводятся для производства корма скоту и птице.

Микроорганизмы способны накапливать высокий процент легкоусваиваемого белка (до 90%), витамины, ферменты , микроэлементы и пр. Выращивание микроорганизмов – автоматизированный процесс, не требующий наличия больших площадей под выращивание технических культур. Особую роль в кормопроизводстве выполняют витамины и ферменты, которые способны значительно повысить биодоступность используемых кормов.
Используемые силосные закваски способствуют качественному процессу консервации заготавливаемых кормов, препятствуют развитии гнилостной микрофлоры и порче корма.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Описание презентации по отдельным слайдам:

Биотехнология в сельском хозяйстве и экологии

Биотехнология в сельском хозяйстве — это промышленное использование биологических процессов и агентов на основе получения высоко — эффективных форм микроорганизмов, культур клеток и тканей растений и животных с заданными свойствами.

выведение сортов растений, устойчивых к вредителям и неблагоприятным факторам среды; разработка биологических средств борьбы с вредителями, использование их естественных врагов и паразитов, а также токсических продуктов, образуемых живыми организмами; повышение продуктивности сельскохозяйственных культур и их пищевой (кормовой) ценности. Современная биотехнология предлагает ряд решений, способных значительно облегчить решение ряда проблем:

Разработанные биопрепараты с успехом используются для лечения инфекционных заболеваний, в качестве кормовых добавок и заменителей цельного молока(ЗЦМ), силосных заквасок и прочее. Так, 1 т кормовых дрожжей позволяет получить 0,4- 0,6 т свинины, до 1,5 т мяса птиц, 25—30 тыс. яиц и сэкономить 5—7 т зерна. Это имеет большое народнохозяйственное значение, поскольку 80% площадей сельскохозяйственных угодий в мире отводятся для производства корма скоту и птице. Биотехнология и животноводство

Экологическая биотехнология подразумевает использование живых организмов для переработки опасных отходов и борьбы с загрязнением окружающей среды. Например, некоторые грибки применяются для нейтрализации токсичных побочных продуктов бумажной промышленности. Другие микроорганизмы, населяющие свалки ядовитых отходов, расщепляют такие соединения, как полихлорированные бифенилы, на безвредные соединения. Биотехнологи изучают механизмы, с помощью которых населяющие устья рек микроорганизмы могли бы очищать воду от химических загрязнений. Биотехнология в экономике

вносят в зараженную почву специализированные штаммы бактерий либо питательные вещества, стимулирующие активность уже присутствующих там микроорганизмов. Бактерии поглощают токсины и разлагают их до безвредных продуктов жизнедеятельности. После того, как весь запас токсических соединений переработан, численность популяции бактерий-очистителей возвращается к нормальному уровню, либо они умирают. Методы биоремедиации(биовосстановления)

Различные методы биоремедиации с помощью природных микроорганизмов используются для обезвреживания промышленных отходов перед их выбросом в окружающую среду, а также для очистки уже существующих загрязнений. В настоящее время несколько усовершенствованных систем очистки, использующих генетически модифицированные микроорганизмы, проходят тестирование на эффективность обезвреживания плохо поддающихся деградации соединений.

Значение биотехнологии. Этические аспекты

Ключевые слова: значение биотехнологии, этические аспекты, клеточная теория. Раздел ЕГЭ: 3.9. … Роль клеточной теории в становлении и развитии биотехнологии. Значение биотехнологии для развития селекции, сельского хозяйства, микробиологической промышленности, сохранения генофонда планеты. Этические аспекты развития некоторых исследований в биотехнологии (клонирование человека, направленные изменения генома)

Роль клеточной теории в становлении и развитии биотехнологии

Значение биотехнологии для развития селекции, сельского хозяйства, микробиологической промышленности, сохранения генофонда планеты

Прогресс биотехнологии позволил совершить прорыв в таких отраслях человеческой деятельности, как селекция, сельское хозяйство, медицина, фармация и др., поскольку появились возможности не только для изменения свойств организмов, но и для ускорения процесса их создания. Так, введение в растения бактериальных генов устойчивости к поеданию насекомыми и поражению вирусами, а также способных расти на бедных или загрязненных почвах способствует решению продовольственной проблемы, особенно в странах с быстро растущим населением. В настоящее время значительная часть посевных площадей занята трансгенными культурами в США, Канаде и Китае.

Кроме того, культивирование клеток растений на фоне высоких концентраций солей и других соединений позволяет сократить сроки выведения новых сортов пшеницы, сои и других важнейших сельскохозяйственных культур до одного-двух лет.

Клонирование животных, особенно с генетически измененными признаками и свойствами, позволяет вывести более продуктивные породы и добиться их быстрого размножения, однако этот процесс пока еще слишком трудоемок и дорог, чтобы применяться в промышленном масштабе.

Трансформация бактерий позволила уже в начале 80-х годов ХХ века получать биологически активные вещества — инсулин, соматотропный гормон, интерферон, которые применяются в медицине, а также создать новые штаммы микроорганизмов, предназначенных для очистки сточных вод, ликвидации нефтяных разливов и т. д. Путем селекции выведены также и формы бактерий, с помощью которых получают антибиотики, извлекают цветные металлы, получают биогаз.

Этические аспекты развития некоторых исследований в биотехнологии (клонирование человека, направленные изменения генома)

Расширение сферы влияния биотехнологии, с одной стороны , преследует благородные цели, поскольку с ее помощью стало возможным преодоление бесплодия, лечение многих наследственных и приобретенных заболеваний, а также решение продовольственных и экологических проблем современности. С другой стороны , активное вторжение современных технологий в медицину не может не настораживать, поскольку это сопряжено с операциями с клетками и тканями человека. Например, не совсем ясно, почему по американским законам при искусственном оплодотворении берется две донорские яйцеклетки, но пересаживается только одна из них, тогда как вторая замораживается, помещается в специальный банк и не выдается родителям даже по специальному запросу.

Большинство стран законодательно ограничило эксперименты по клонированию человека в основном по этическим соображениям, поскольку они направлены не просто на воспроизведение человека, но и на последующее использование клеток, тканей и органов зародыша для экспериментов, а также в качестве их донора. В связи с этим во всем мире активно обсуждается вопрос о допустимости подобных действий.

Применение генных технологий в создании новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов также вызывает некоторые опасения, поскольку их попадание в окружающую среду может вызвать неконтролируемое распространение , например, раковых генов , и привести к необратимым последствиям для жизни и здоровья человека. Так, опыление пыльцой трансгенных растений генетически немодифицированных сортов и видов может стимулировать появление сверхустойчивых к химическим и биологическим средствам борьбы сорняков.

Особую опасность представляет внесение новых генов в сбалансированный геном, откуда они могут быть исключены в любой момент, что может привести к появлению каких-либо вирусоподобных организмов .

Потребление продуктов, полученных с использованием генетически модифицированных организмов, по некоторым данным, приводит к существенным нарушениям в репродуктивной сфере человека , а в перспективе может угрожать и самой жизни, поскольку мутировавший лишь по одному нуклеотиду ген устойчивости картофеля к поеданию колорадским жуком кодирует белок, смертельно опасный уже и для человека. И хотя это является маловероятным, поскольку ДНК потребляемых нами продуктов должна расщепляться в кишечнике, все же такая вероятность существует, и сбрасывать ее со счетов не приходится.

Сравнительно слабая изученность проблем клонирования и применения генных технологий заставляет многие правительства принимать решения по ограничению сферы их применения и специальной маркировке продуктов питания, полученных таким способом, с целью информирования.

Официально в России разрешено использовать 17 видов генетически модифицированных серий с измененной структурой ДНК (то есть ГМО) пяти сортов сельскохозяйственных культур: это картофель, кукуруза, соя, сахарная свекла и рис. На первый взгляд немного, но если учесть что они могут добавляться в большое количество продуктов в виде отдельных компонентов, то получится, что порядка 30-40% продуктов содержат ГМО-компоненты. Такие компоненты можно найти в хлебобулочных, кондитерских изделиях, мясных и молочных продуктах.

Согласно письму Роспотребнадзора от 24.01.2006 № 0100/446-06-32, содержание в пищевых продуктах 0,9% и менее компонентов, полученных с применением ГМО, является случайной или технически неустранимой примесью. Такие пищевые продукты НЕ подлежат этикетированию.

Читайте также: