Биотехнология почвенных микроорганизмов реферат

Обновлено: 05.07.2024

также обогащает почву витаминами и улучшает азотное питание растений.

Присутствующая в почве микрофлора оказывает непосредственное влияние

на ее плодородие, и как следствие, на повышение урожайности

сельскохозяйственных культур. Почвенные микроорганизмы в процессе роста и

развития улучшают структуру почв, накапливают в них питательные вещества,

минерализуя различные органические и неорганические соединения, например,

азота и фосфора, превращая их в итоге в легкоусвояемые растением продукты

С целью стимулирования деятельности почвенной микрофлоры применяют

различные бактериальные удобрения, которые обогащают ризосферу растений

Растения синтезируют ряд соединений, регулирующих их рост и развитие

(фитогормоны, биорегуляторы). К их числу принадле жат ауксины, гиббереллины,

цитокинины. Созревание плодов стимулирует этилен. Эти биорегуляторы находят

применение в сельском хозяйстве. К числу новых, обнаруженных в послед ние

годы биорегуляторов относят пептиды, имеются перспек тивы их применения в

Фосфобактерин - бактериальное удобрение, содержащее споры

микроорганизма Bacillus m egaterium var. phosphaticum. Представляет собой

Бактерии обладают способностью превращать сложные фосфорорганические

соединения (нуклеиновые кислоты, нуклеопротеиды и т.д.) и трудноусвоя емые

минеральные фосфаты в доступную для растений форму. Кроме этого бактерии

вырабатывают биологически активные вещества (тиамин, пиридоксин, биотин,

пантотеновую и никотиновую кислоты и др.), стимулирующие рост растения.

Фосфобактерин относится к числу препаратов со стимулирующим эффектом.

Bacillus megaterium var. phosphaticum представляют собой мелкие,

грамположительные аэробные спорообразующие палочки размером 2*6 мкм.

Клетки содержат значительное количество соединений фосфора. В ранней стадии

развития это подвижные одиночные палочки, при старении образуют эндоспоры,

локализующиеся в одном из концов клетки. В силу вышеизложенного технология

В целом производство фосфобактерина похоже на производство

азотобактерина и препаратов клубеньковых бактерий. Состав питательной среды

в процентах: кукурузный экстракт -1.8, меласса - 1.5, сульф ат аммония - 0.1, мел -

1, остальное - вода. Культивирование ведется глубинным методом в строго

асептических условиях при постоянном перемешивании и принудительной

аэрации до стадии образования спор. Основные параметры проведения процесса:

Полученную в ходе культивирования биомассу клеток отделяют

центрифугированием и высушивают в распылительной сушилке при температуре

С до остаточной влаж ности 2-3%. Высушенные споры смешивают с

наполнителем. Готовый препарат должен содержать не менее 8 млрд. клеток в 1 г.

Расфасовывают препарат в полиэтиленовые пакеты по 50-500 г. В отличие от

нитрагина и азотобактерина фосфобактерин обладает большей устойчивостью

Фосфобактерин рекомендуют применять на черноземных почвах, которые

содержат наиболее значительное количество фосфороорганических соединений.

Необходим для повышения урожайности зерновых, картофеля, сахарной свеклы и

др. сельскохозяйственных растений. Семена обрабатывают смесью сухого

фосфобактерина с наполнителем (золой, почвой и др.) в соотношении 1:40. На 1

гектарную порцию требуется 5 г препарата и 200 г наполнителя. Клубни

картофеля равномерно увлажняют суспензией спор, приготовленной из расчета

15 г препарата на 15 л воды. Урожай при этом повышается на 10%.

Азотобактерин - бактериальное удобрение, содержащее свободноживущий

почвенный микроорганизм Azotobacter chroococcum , способный фиксировать до

20 мг атмосферного азота на 1 г использованного сахара. Внесенные в качестве

удобрения в почву бактерии также выделяют биологически активные вещества

(никотиновую и пантотеновую кислоты, пиридоксин, биотин, г етероауксин,

гиббереллин и др.). Эти вещества стимулируют рост растений. Кроме того,

продуцируемые Azotobacter фунгицидные вещества из г руппы анисомицина

угнетают развитие некоторых нежелательных м икроскопических грибов в

Все виды Azotobacter строгие аэробы. Чувствительны к содержанию в среде

фосфора и развиваются лишь при высоком его содержании в питательной среде.

Азотфиксирующая способность культуры подавляется ам миаком (вообще

содержание в среде связанного азота угнетает азотфиксацию). Стимулируют

Установлено, что при фиксации азота процесс его восстановления протекает

на одном и том же синтезируемом азотобактером ф ерментном комплексе и лишь

конечный продукт (аммиак) отделяется от фермента. Нитрогеназная

азотфиксирующая система представляет собой м ультиферментный комплекс,

содержащий не связанное с геном железо, молибден и SH-группы.

Микробиологическая промышленность выпускает несколько видов

азотобактерина: сухой, почвенный и торфяной. Технология получения сухого

азотобактерина имеет много общего с технологией производства сухого

нитрагина. Сухой азотобактерин - активная культура высушенных клеток

азотобактера с напо лнителем. В 1 г препарата содержится не менее 0.5 млрд.

жизнеспособных клеток. Культуру микроорганизма выращивают методом

глубинного культивирования на среде, содержащей те же компоненты, что и при

культивировании клеток Rhizobium. Дополнительно вводят только сульфаты

железа и марганца, а также сложную соль молибденовой кислоты, рН 5.7-6.5.

Процесс ферментации проводят до стационарной фазы развития культуры,

так как в этой фазе биологически активные вещества выделяются из клетки и

остаются в культуральной жидкости. Биологически активные вещества могут

также полностью или частично теряться при высушивании, однако

жизнеспособные клетки быстро восстанавливают способность их продуцировать.

Высушенную культуру стандартизируют, фасуют в полиэтиленовые пакеты по

Почвенный и торфяной азотобактерин представляют собой активную

культуру азотобактера, размноженную на твердой питательной среде, и содержат

в 1 г не менее 50 млн. жизнеспособных клеток. Для их приготовления берут

плодородную почву или разлагающийся торф с нейтральной реакцией среды. К

просеянному субстрату добавляют 2% извести и 0.1% суперфосфата. По 500 г

полученной смеси переносят в бутыли ем костью по 0.5 л, увлажняют на 40-60%

по объему водой, закрывают ватными пробками и стерилизуют. Посевной

материал готовят на агаровых средах, содержащих 2% сахарозы и минеральные

соли. Когда агар по лностью покрывается слизистой массой коричневого цвета,

полученный материал стерильно смывается дистиллированной водой и

переносится на пригот овленный субстрат. Содержимое бутылок тщательно

тех пор, пока бактерии не размножатся до необходимого количества. Полученный

препарат сохраняет свою активность в течение 2-3 месяцев.

Использовать азотобактерин рекомендуется только на почвах, содержащих

фосфор и микроэлементы. Азотобактерин применяют для бактеризации семян,

рассады, компостов. При этом урожайность увеличивается на 10-15%. Семена

зерновых опудривают сухим азотобактерином из расчета 100 млрд. клеток на 1

гектарную порцию семян. Картофель и корневую систему рассады равномерно

смачивают водной суспензией бактерий. Для получения суспензии 1 гектарную

норму (300 млрд. клеток) разводят в 15 литрах воды. При обработке почвенным

или торфяным азотобактерином семена перемешивают с увлажненным

препаратом и для равномерного высева подсушивают. Корневую систему рассады

Микрофлора почвы оказывает непосредственное влияние на её плодородие и,

как следствие, на урожайность растений. Почвенные м икроорганизмы в процессе

роста и развития улучшают структуру почвы, накапливают в ней питательные

вещества, минерализуют различные органические соединения, превращая их в

легко усвояемые растением ком поненты питания. Для стимуляции этих

процессов применяют различные бактериальные удобрения, обогащающие

ризосферу растений полезными микроорганизмами. Микроорганизмы,

используемые для производства бактериальных препаратов, способствуют

снабжению растений не только элементами минерального питания, но и

физиологически активными веществами (фитогормонами, витаминами и др.).

В настоящее время выпускают такие бактериальные удобрения, как

нитрагин, ризоторфин, азотобактерин, фосфобактерин, экстрасол. Отечественная

промышленность выпускает два вида препаратов клубеньковых бактерий:

нитрагин и ризоторфин. О ба препарат а произ водятся на основе активных

жизнеспособных клубеньковых бактерий из рода Rhizobium. Эти бактерии в

симбиозе с бобовыми культурами способны фиксировать свободный азот

атмосферы, превращая его в соединения, легкоусвояемые растением.

Бактерии рода Rhizobium - строгие аэробы. Среди них различают активные,

малоактивные и неактивные культуры. Критерием активности клубеньковых

бактерий служит их способность в симбиозе с бобовым растением фиксировать

атмосферный азот и использовать его в виде соединений для корневого питания

Фиксация атмосферного азота возможна только в клубеньках, образующихся

на корнях растений. Возникают они при инфицировании корневой системы

бактериями из рода Rhizobium. Заражение корневой системы происходит через

молодые корневые волоски. После внедрения бактерии прорастают внутри них до

самого основания в виде инфекционной нити. Выросшие нити проникают сквозь

стенки эпидермиса в кору корня, разветвляются и распределяются по клетками

коры. При этом индуцируется деление клеток хозяина и разрастание тканей. В

месте локализации бактерий на корне растения-хозяина образуются клубеньки, в

которых бактерии быстро размножаются и располагаются по отдельности или

группами в цитоплазме растительных клеток. Сами бактериальные клет ки

увеличиваются в несколько раз и меняют окраску. Если клубеньки имеют

красноватую или розовую окраску, обусловленную наличием пигмента

легоглобина (леггемоглобина) - аналог гемоглобина крови животных, то они

способны фиксировать молекулярный азот. Неокрашенные ("пустые") или

имеющие зеленоватую окраску клубеньки не фиксируют азот.

Бактерии, находящиеся в клубеньках, синтезируют ферментную систему с

нитрогеназной активностью, восстанавливающую молекулярный азот до

аммиака. Ассимиляция аммиака происходит, в основном, путем вовлечения его в

ряд ф ерментативных превращений, приводящих к образованию глутамина и

глутаминовой кислоты, идущих в дальнейшем на биосинтез белка.

Помимо критерия активности в характеристике клубеньковых бактерий

используют критерий вирулентности. Он характеризует способность

микроорганизма вступать в симбиоз с бобовым растением, то есть проникать

через корневые волоски внутрь корня и вызывать образование клубеньков.

Большое значение имеет скорость такого проникновения. В симбиотическом

комплексе растение - Rhizobium бактерии обеспечиваются питательными

веществами, а сами снабжают растение азотистым питанием. С вирулентностью

связана и видовая избирательность, которая характеризует способность данного

вида бактерий к симбиозу с определенным видом бобового растения.

Классификация различных видов Rhizobium учитывает растение-хозяина,

например: Rhizobium phaseoli - для фасоли, Rhizobium lupini - для люпина,

сараделлы и т.д. Вирулентность и видоспецифичность взаимосвязаны и не

Задачей производства бактериальных удобрения является максимальное

накопление жизнеспособных клеток, сохранение их ж изнеспособности на всех

стадиях технологическог о процесса, приготовление на их основе готовых форм

препарата с сохранением активности в течение гарантийного срока хранения.

Отечественная промышленность выпускает два вида нитрагина: почвенный и

сухой. Впервые культура клубеньковых бактерий на почвенном субстрате была

приготовлена в 1911 году на бактериально-агрономической станции в Москве. В

настоящее время его производство имеет огранич енное значение, так как

технология довольно сложна и трудоёмка при выполнении отдельных операций.

Более перспективна технология производства сухого нитрагина.

Сухой нитрагин - порошок светло-серого цвета, содержащий в 1 г не менее 9

млрд. жизнеспособных бактерий в смеси с наполнителем. Влажность не

превышает 5-7%. Промышленное производство имеет тип ичную схему.

Необходимо отметить, что важно подбират ь штаммы, устойчивые к

высушиванию. Для производства посевного материала исходную культуру

клубеньковых бактерий выращивают на агаризованной среде, содержащей отвар

Так, она позволяет осуществлять индустриальное массовое производство нужных белков, значительно облегчает технологические процессы для получения продуктов ферментации - энзимов и аминокислот, в будущем может применяться для улучшения растений и животных, а также для лечения наследственных болезней человека. Генная инженерия и биотехнология, будучи одними из магистральных направлений научно-технического прогресса, активно способствуют ускорению решения многих задач, таких, как продовольственная, сельскохозяйственная, энергетическая, экологическая. Но особенно большие возможности биотехнология открывает перед медициной и фармацевтикой, поскольку ее применение может привести к коренным преобразованиям медицины.

Содержание

1.Введение……………………………………………………………………….3
2.Биотехнология
2.1. Понятие и сущность биотехнологии, история ее возникновения…. 4
2.2. Основные направления и методы биотехнологии………………………..7
2.3. Практические достижения и перспективы биотехнологии…………….12
3.Микроорганизмы, место и роль в биотехнологии. 17
4.Заключение. 30
5.Список использованной литературы………………………………………. 32

Прикрепленные файлы: 1 файл

экология реферат.docx

Филиал федерального государственного

бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

"Самарский государственный технический университет" в г.Сызрани.

"Биотехнологии, место и роль в них микроорганизмов."

студент гр. ЭАВБ – 313

1.Введение…………………………………………………… ………………….3
2.Биотехнология
2.1. Понятие и сущность биотехнологии, история ее возникновения…. 4
2.2. Основные направления и методы биотехнологии………………………..7
2.3. Практические достижения и перспективы биотехнологии………… ….12
3.Микроорганизмы, место и роль в биотехнологии. . 17

4.Заключение. . . . 30
5.Список использованной литературы………………………………………. 32

Возможности, открываемые биотехнологией перед человечеством, как в области фундаментальной науки, так и во многих других областях, весьма велики и нередко даже революционны.
Так, она позволяет осуществлять индустриальное массовое производство нужных белков, значительно облегчает технологические процессы для получения продуктов ферментации - энзимов и аминокислот, в будущем может применяться для улучшения растений и животных, а также для лечения наследственных болезней человека.
Генная инженерия и биотехнология, будучи одними из магистральных направлений научно-технического прогресса, активно способствуют ускорению решения многих задач, таких, как продовольственная, сельскохозяйственная, энергетическая, экологическая.
Но особенно большие возможности биотехнология открывает перед медициной и фармацевтикой, поскольку ее применение может привести к коренным преобразованиям медицины.
Многие болезни, для которых в настоящее время не существует адекватных методов диагностики и лечения (раковые, сердечнососудистые, вирусные и паразитные инфекции, нервные и умственные расстройства), с помощью генной инженерии и биотехнологии станут доступны и диагностике, и лечению.
Под влиянием биотехнологии медицина может превратиться в дисциплину с ясным пониманием происходящих в организме молекулярных и генетических процессов.

2.3. Практические достижения и перспективы биотехнологии

3.Микроорганизмы, место и роль в биотехнологии

Достижения генетики и генной инженерии являются основой для развития биотехнологии – науки, возникшей на стыке биологии и технологии.

Современная биотехнология опирается на достижения естествознания, техники, технологии, биохимии, микробиологии, молекулярной биологии, генетики.

Современная биотехнология использует биологические методы в борьбе с загрязнением окружающей среды и вредителями растительных и животных организмов. К достижениям биотехнологии можно также отнести применение иммобилизованных ферментов, получение синтетических вакцин, использование клеточной технологии в племенном деле.

Широкое распространение получили гибридомы и продуцируемые ими моноклональные антитела, используемые в качестве диагностических и лечебных препаратов.

Бактерии, грибы, водоросли, лишайники, вирусы, простейшие в жизни людей играют значительную роль. С давних времен люди использовали их в процессах хлебопечения, приготовления вина и пива, в различных производствах. В настоящее время в связи с проблемами получения ценных белковых веществ, увеличения плодородия почв, очищения окружающей среды от загрязнителей, получения биопрепаратов и другими целями и задачами диапазон изучения и использования микроорганизмов значительно расширился.

В настоящее время микроорганизмы помогают людям в производстве эффективных питательных белковых веществ и биологического газа. Их используют при применении биотехнических методов очистки воздуха и сточных вод, при использовании биологических методов уничтожения сельскохозяйственных вредителей, при получении лечебных препаратов, при уничтожении утильсырья.

Некоторые виды бактерий используются для регенерации ценных метаболитов и лекарств, их используют с целью решения проблем биологического саморегулирования и биосинтеза, очищения водоемов.

Микроорганизмы, и прежде всего бактерии, - классический объект для решения общих вопросов генетики, биохимии, биофизики, космической биологии. Бактерии широко используются при решении многих проблем биотехнологии.

Микробиологические реакции благодаря своей высокой специфичности широко используются в процессах химических превращений соединений биологически активных природных соединений. Известно около 20 типов химических реакций, которые осуществляются микроорганизмами. Многие из них (гидролиз, восстановление, окисление, синтез и пр.) с успехом используются в фармацевтической химии. При произведении этих реакций применяются разные виды бактерий, актиномицетов, дрожжеподобных грибов и других микроорганизмов.

Биотехнология — это наука о методах и технологиях производства различных ценных веществ и продуктов с использованием природных биологических объектов (микроорганизмов, растительных и животных клеток), частей клеток (клеточных мембран, рибосом, митохондрий, хлоропластов) и процессов(Биотехнология…, 2008).

Введение
1. Методы биотехнологии, и ее перспективы
2. Биотехнология сельскохозяйственных растений
3. Естественная защита растений
4. Устойчивость к гербицидам
5. Устойчивость к неблагоприятным факторам среды
Заключение
Список использованных источников

Введение

Корни биотехнологии уходят в далёкое прошлое и связаны с хлебопечением, виноделием и другими способами приготовления пищи, известными человеку еще в древности. Например, такой биотехнологический процесс, как брожение с участием микроорганизмов, был известен и широко применялся еще в древнем Вавилоне, о чем свидетельствует описание приготовления пива, дошедшее до нас виде записи на дощечке, обнаруженной в 1981 г. при раскопках Вавилона.

Наукой биотехнология стала благодаря исследованиям и работам французского ученого, основоположника современной микробиологии и иммунологии Луи Пастера (1822-1895).

В ХХ веке происходило бурное развитие молекулярной биологии и генетики с применением достижений химии и физики. Важнейшим направлением исследований явилась разработка методов культивирования клеток растений и животных. И если еще совсем недавно для промышленных целей выращивали только бактерии и грибы, то сейчас появилась возможность не только выращивать любые клетки для производства биомассы, но и управлять их развитием, особенно у растений. Таким образом, новые научно-технологические подходы воплотились в разработку биотехнологических методов, позволяющих манипулировать непосредственно генами, создавать новые продукты, организмы и изменять свойства уже существующих. Главная цель применения этих методов — более полное использование потенциала живых организмов в интересах хозяйственной деятельности человека (Биотехнология…, 2008).

1. Методы биотехнологии

Генная и клеточная инженерия — являются важнейшими методами (инструментами), лежащими в основе современной биотехнологии. Методы клеточной инженерии направлены на конструирование клеток нового типа.

Они могут быть использованы для воссоздания жизнеспособной клетки из отдельных фрагментов разных клеток, для объединения целых клеток, принадлежавших различным видам с образованием клетки, несущей генетический материал обеих исходных клеток, и других операций.

Генно-инженерные методы направлены на конструирование новых, не существующих в природе сочетаний генов.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Наибольшее применение генная инженерия нашла в сельском хозяйстве и в медицине.

Люди всегда задумывались над тем, как можно научиться управлять природой, и искали способы получения, например, растений с улучшенными качествами: с высокой урожайностью, более крупными и вкусными плодами или с повышенной холодостойкостью. С давних времен основным методом, который использовался в этих целях, была селекция. Она широко применяется до настоящего времени и направлена на создание новых и улучшение уже существующих сортов культурных растений, пород домашних животных и штаммов микроорганизмов с ценными для человека признаками и свойствами.

Селекция строится на отборе растений (животных) с выраженными благоприятными признаками и дальнейшем скрещивании таких организмов, в то время как генная инженерия позволяет непосредственно вмешиваться в генетический аппарат клетки. Важно отметить, что в ходе традиционной селекции получить гибриды с искомой комбинацией полезных признаков весьма сложно, поскольку к потомству передаются очень большие фрагменты геномов каждого из родителей, в то время как генно-инженерные методы позволяют работать чаще всего с одним или несколькими генами, причем их модификации не затрагивают работу других генов.

В результате, не теряя других полезных свойств растения, удается добавить еще один или несколько полезных признаков, что весьма ценно для создания новых сортов и новых форм растений. Стало возможным изменять у растений, например, устойчивость к климату и стрессам, или их чувствительность к насекомым или болезням, распространённым в определённых регионах, к засухе и т. д. Учёные надеются даже получить такие породы деревьев, которые были бы устойчивы к пожарам. Ведутся широкие исследования по улучшению пищевой ценности различных сельскохозяйственных культур, таких как кукуруза, соя, картофель, томаты, горох и др (Биотехнология в с/х…,2009).

Вторая волна — начало 2000-х годов — создание растений с новыми потребительскими свойствами: масличные культуры с повышенным содержанием и измененным составом масел, фрукты и овощи с большим содержанием витаминов, более питательные зерновые и т. д.

Генно-инженерные работы в животноводстве имеют другую задачу. Вполне достижимой целью при современном уровне технологии является создание трансгенных животных с определённым целевым геном. Например, ген какого-нибудь ценного гормона животного (например, гормона роста) искусственно внедряется в бактерию, которая начинает продуцировать его в больших количествах.

Еще один пример: трансгенные козы, в результате введения соответствующего гена, могут вырабатывать специфический белок, фактор VIII, который препятствует кровотечению у больных, страдающих гемофилией, или фермент, тромбокиназу, способствующий рассасыванию тромба в кровеносных сосудах, что актуально для профилактики и терапии тромбофлебита у людей. Трансгенные животные вырабатывают эти белки намного быстрее, а сам способ значительно дешевле традиционного (Биотехнология в с/х…,2009).

2. Биотехнология сельскохозяйственных растений

Начиная с каменного века люди отбирали растения с удовлетворяющими их характеристиками и сохраняли их семена на следующий год. Отбирая лучшие семена, первые агрономы осуществили первичное генетическое модифицирование растений и таким образом одомашнили их задолго до того, как были открыты основные генетические закономерности. Сотни лет фермеры и селекционеры растений пользовались перекрестным скрещиванием, гибридизацией и другими подходами к модификации генома, приводящими к увеличению урожайности, улучшению качества продукции и повышению устойчивости растений к насекомым-вредителям, болезнетворным микроорганизмам и неблагоприятным условиям среды.

По мере углубления знаний о генетике растений человек начал осуществлять целенаправленное перекрестное скрещивание (кроссбридинг) обладающих желаемыми характеристиками или не имеющих нежелательных признаков сортов растений и межвидовую гибридизацию с целью получения новых сортов, сохранивших лучшие качества обеих родительских линий. В настоящее время практически любая сельскохозяйственная культура является результатом кроссбридинга, гибридизации или применения обоих подходов. К сожалению, эти методы нередко дороги, требуют больших затрат времени, неэффективны и имеют существенные практические ограничения. Например, для создания с помощью традиционного кроссбридинга сорта кукурузы, устойчивого к определенным насекомым, потребовался бы не один десяток лет, причем без гарантированного результата (Биотехнологические проблемы…,1982).

Нужна помощь в написании реферата?

Биотехнологические подходы — позволяют современным селекционерам выделять отдельные гены, отвечающие за желаемые признаки, и перемещать их из генома одного растения в геном другого.

Этот процесс гораздо более точен и избирателен, чем традиционное скрещивание, в ходе которого тысячи генов, обладающих неизвестными функциями, перемещаются из одного сорта или вида растений в другой.

Биотехнология позволяет и то, что не под силу природе — перемещение генов между растениями, животными и микроорганизмами. Это открывает огромные возможности для улучшения качества урожая. Например, мы можем взять бактериальный ген, токсичный для болезнетворного грибка, и встроить его в геном растения. Растение при этом начинает синтезировать фунгицидный белок и в борьбе с грибком не нуждается в помощи извне.

Современные селекционеры-биотехнологи ставят перед собой те же задачи, что и при традиционном кроссбридинге и других методах модификации генома: повышение урожайности; устойчивость к болезнетворным бактериям, грибкам и вирусам; способность выживать в неблагоприятных условиях среды (при заморозках и засухах); устойчивость к вредителям, таким как насекомые, сорняки и круглые черви (нематоды) (С/х биотехнология…,2003).

3. Естественная защита растений

Растения, как и животные, обладают врожденными механизмами защиты от различных насекомых и заболеваний. В настоящее время ученые ведут активный поиск соединений, которые активизировали бы эти естественные механизмы, не нанося при этом вреда окружающей среде.

Биотехнология также открывает большие перспективы в работе над созданием новых биопестицидов, таких как белки микроорганизмов и жирные кислоты, токсичные для определенных сельскохозяйственных вредителей, но безвредные для человека, животных, рыб, птиц и полезных насекомых. Уникальность механизмов действия биопестицидов обеспечивает защиту от вредителей, устойчивых к традиционным средствам.

Уже в 30-х годах прошлого века фермеры начали использовать в качестве биопестицида микроорганизм Bacillusthuringiensis (Bt), естественной средой обитания которого является почва. Некоторые белки, синтезируемые B. thuringiensis, смертельны для определенных насекомых, в том числе для кукурузного мотылька (Ostrinianubilalis), ежегодно наносящего сельскому хозяйству США урон в 1,2 миллиарда долларов. Использование аэрозолей, содержащих бактерии Bt, позволяет уничтожить насекомых-вредителей, не прибегая к химическим средствам (С/х биотехнология…,2003).

Возможности биотехнологии позволяют нам переносить гены белков, ядовитых для определенных вредителей (но не для людей, животных и полезных насекомых), в геном растений, которыми эти вредители питаются. Растение, которое раньше было источником пищи, становится смертельным для вредителя, что отменяет необходимость опрыскивания плантаций химическими пестицидами.

4. Устойчивость к гербицидам

Продуктивность сельскохозяйственной культуры зависит от присутствия в среде обитания сорняков, вступающих с основной культурой в конкуренцию за питательные вещества и влагу. Для уничтожения нежелательных растений сельскохозяйственные плантации, как правило, опрыскиваются гербицидами, которые в большей или меньшей степени токсичны не только для сорняков.

С помощью биотехнологических приемов можно повысить устойчивость культурных растений к гербицидам и таким образом в несколько раз уменьшить поступление токсичных веществ в окружающую среду.

Нужна помощь в написании реферата?

5. Устойчивость к неблагоприятным факторам среды

Кроме описанных выше биологических факторов, препятствующих росту и развитию растений, существует еще целый ряд абиотических стрессорных воздействий, регулярно оказываемых природой на сельскохозяйственные культуры — это засухи, холод, жара, повышенная кислотность или засоленность почв. Селекционерам с помощью кроссбридинга удалось создать достаточное количество сортов растений, устойчивых к биологическим факторам окружающей среды, однако в отношении устойчивости к абиотическим стрессам все не так просто. Основным лимитирующим моментом в данном случае является отсутствие у многих видов культурных растений диких родственников, обладающих устойчивостью к тому или иному фактору среды.

Репродуктивная несовместимость, ограничивающая возможности традиционного кроссбридинга, совершенно не влияет на возможности биотехнологии растений, т. к. гены практически любого организма могут использоваться для улучшения существующих сортов сельскохозяйственных культур. В настоящее время ученые делают большие достижения в разработке сортов, способных расти и давать урожай в различных природных условиях. В качестве примера можно привести генетически модифицированные сорта помидоров и канолы (разновидность рапса), которые могут переносить в 100 раз более высокий уровень солености почвы, чем традиционные сорта.

Исследователи также идентифицировали большое количество генов, ответственных за естественную устойчивость некоторых растений и бактерий к холоду, жаре и засухе. Мексиканские ученые создали сорта кукурузы и папайи, устойчивые к повышенному содержанию в почве алюминия, оказывающему негативное влияние на продуктивность сельского хозяйства многих развивающихся стран.

Кроме увеличения продуктивности сортов за счет придания им устойчивости к заболеваниям, вредителям, сорнякам и воздействиям окружающей среды, сельскохозяйственные биотехнологи работают над непосредственным повышением урожайности культур. Японские ученые встроили гены, обеспечивающие фотосинтез растений кукурузы, в геном риса.

Это повысило эффективность усвоения энергии солнечного света и накопления в зерне крахмала, и урожайность нового сорта риса оказалась на 30 % выше по сравнению с исходным уровнем. Другим подходом, но с той же конечной целью, является блокирование определенных генов растения, что приводит к перераспределению питательных веществ между различными частями растения. Урожайность значительно возрастает при преимущественном накоплении крахмала или жирных кислот не в листьях растения, а, например, в клубнях картофеля или семенах рапса (Биотехнология в с/х…,2009).

Биотехнологические методы также позволяют повышать эффективность усвоения растениями необходимых им микроэлементов. Например, мексиканские ученые создали генетически модифицированные растения, корни которых секретируют в окружающую среду лимонную кислоту. В результате происходит небольшое подкисление почвы и переход содержащихся в ней минералов, в том числе кальция, фосфора и калия, в растворимую форму, что делает их доступными для растений.

Азот — является важнейшим элементом, лимитирующим рост растений.

Ученые, работающие в разных областях, шаг за шагом приближаются к разгадке секретов симбиотических отношений, позволяющих азотфиксирующим бактериям поглощать атмосферный азот и отдавать его растениям, предоставляющим им убежище в корневых клубеньках:

1. Генетики-ботаники из Венгрии и Англии идентифицировали растительный ген и соответствующий белок, позволяющий растениям вступать во взаимодействие с почвенными азотфиксирующими бактериями.

2. Генетики-микробиологи из университета Квинсленда (Австралия) идентифицировали бактериальный ген, стимулирующий формирование корневых клубеньков.

Нужна помощь в написании реферата?

3. В результате совместной работы молекулярных биологов Европейского Союза, США и Канады был полностью расшифрован геном одного из видов азотфиксирующих бактерий.

4. Ученые, занимающиеся химией белков, расшифровали точную структуру фермента, превращающего атмосферный азот в приемлемую для растений форму (Биотехнологические проблемы…,1982).

Заключение

Центральная проблема биотехнологии — интенсификация биопроцессов как за счет повышения потенциала биологических агентов и их систем, так и за счет усовершенствования оборудования, применения биокатализаторов (иммобилизованных ферментов и клеток) в промышленности, аналитической химии, медицине.

В основе промышленного использования достижений биологии лежит техника создания рекомбинантных молекул ДНК. Конструирование нужных генов позволяет управлять наследственностью и жизнедеятельностью животных, растений и микроорганизмов и создавать организмы с новыми свойствами.

В частности, возможно управление процессом фиксации атмосферного азота и перенос соответствующих генов из клеток микроорганизмов в геном растительной клетки.

Биотехнология открывает новые горизонты перед человеческим разумом. Проблемы биотехнологии чрезвычайно много образны, начиная от чисто технических (например, снижение каталитической активности ферментов при их иммобилизации) и кончая тонкими интеллектуальными проблемами, связанными с обеднением фундаментальной науки в связи с доминированием чисто проблемно-прикладных разработок (Биотехнологические проблемы…,1982).

Список использованных источников

Почва, природное образование, состоящее из генетически связанных почвенных горизонтов, формирующихся в результате преобразования поверхностных слоев литосферы под воздействием воды, воздуха и живых организмов. Почва является компонентом геобиоценозов и обладает плодородием, что позволяет ей участвовать в производстве биомассы, в том числе урожая сельскохозяйственных культур. Содержание органических веществ и живых организмов в почве уменьшается от верхних горизонтов к нижним, интенсивность же преобразования материнской породы возрастает от нижних горизонтов к верхним. Слой почвы находящийся всего 5-10 см от поверхности максимально населен живыми организмами. Особенно много почвенных микроорганизмов в прикорневой зоне растений – ризосфере. Ученые подсчитали, что суммарное количество биомассы почвенных микроорганизмов на Земле превышает фитомассу. Живые организмы состоят из различных почвенных бактерий, актиномицетов, микоплазм, водорослей, лишайников, грибов, беспозвоночных простейших, червей, моллюсков, насекомых и их личинок.

Почва является средой обитания для огромного числа микроорганизмов. Численность и видовой состав микроорганизмов в почве зависит от содержания в ней органических веществ и влаги, структуры почвы, способа ее сельскохозяйственной обработки, климатических условий, характера растительного покрова и многих других факторов. В верхних слоях почвы преобладают аэробы, в более глубоких – анаэробы. Под влиянием одних микроорганизмов происходит синтез новых органических веществ, другие разлагают растительные и животные остатки в почве и превращают их в гумус, а также образуют минеральные вещества. Наиболее распространены в почве бактерии — гнилостные, спороносные виды, разлагающие клетчатку, азотфиксирующие, нитрифицирующие, денитрифицирующие, серобактерии, железобактерии и другие. Среди почвенных бактерий встречаются как автотрофы, так и гетеротрофы, принимающие активное участие в почвообразовательных процессах. Под действием микробов – антагонистов происходит процесс самоочищения почвы.

Биотехнологические методы традиционно используются в сельском хозяйстве для повышения плодородия почв. Агротехническая обработка почвы, внесение органических удобрений, создание водного режима почвы способствуют увеличению почвенных микроорганизмов и повышению их активности. Живые организмы в процессе роста и развития улучшают структуру почвы, обогащают ее питательными веществами и способствуют более полному использованию их растениями.

Современная технология управления биологическими ресурсами предусматривает несколько возможностей проведения мероприятий повышения качества почв. Одним из традиционных методов повышения плодородия является внесение органических удобрений в почву. Органические удобрения могут иметь растительное, животное и смешанное происхождение. К ним относят навоз различных животных и перегной, компост, торф, солому, ил, птичий помет. Почвенные микроорганизмы перерабатывают их в питательные вещества доступной формы, которые усваиваются растениями. Особенно быстро этот процесс протекает в теплую погоду, когда микроорганизмы наиболее активны. Важным для этого процесса фактором является, также оптимальная влажность. В природных условиях разложение органических удобрений почвенными организмами проходит медленно, в связи с этим ученые для быстрого восстановления плодородия почв применяют метод биологической ферментации. В процессе аэробной биоферментации органических компонентов участвуют мезофильные, метанотрофные, кислотообразующие, термофильные и другие бактерии. В биохимическом процессе биоферментации под воздействием микробиологического сообщества происходит переход трудноусваиваемых форм питательных веществ навоза или помета в легкоусваиваемые растениями формы.

На сегодняшний день получила распространение научная технология управления микробиологическими процессами почв, которая основывается на искусственном культивировании полезной микрофлоры для внесения в почву. На первом этапе работ проводится комплексная оценка состояния почвенного покрова, в процессе исследования определяется наличие микроорганизмов в почве и их жизнеспособность. Отдельным пунктом этого исследования стоит вопрос выявления опасных для человека микроорганизмов. Следующим этапом является процесс поиска наиболее эффективных почвенных микроорганизмов. Здесь исследования проводятся по двум направлениям – поиск нового вида бактерий или других организмов и выявление конкурирующих групп, способных вступать в борьбу за жизненное пространство. Параллельно, исследуются физико-химические факторы почвы.

Во время практических работ проводится промышленная культивация бактерий и получение необходимого количества биологического препарата. Эти бактериальные препараты содержат полезные почвенные микроорганизмы. При внесении их в почву, усиливаются биохимические процессы и улучшается корневое питание растений.

В последние годы в Туркменистане уделяется большое внимание производству биогумуса. Биогумус – это натуральное природное удобрение биологического происхождения, являющееся результатом жизнедеятельности дождевых червей (чаще всего специальных красных калифорнийских), после переработки навоза и других отходов. Биогумус придает отличную структуру почве, обогащает ее высокомолекулярными соединениями, различными питательными веществами, а также огромным количеством микроэлементов. Кроме этого биогумус содержит полезную микрофлору, которая способствует повышению плодородия почвы. Все питательные компоненты биогумуса находятся в легко усваиваемой форме для растений.

Важным и актуальным на сегодняшний день является охрана и экология микрофлоры почв, а также изучение форм и видов почвенных организмов, которые способствуют процессам рекультивации земель. Увеличение плодородия почв за счет микробиологической переработки органических отходов и применения бактериальных препаратов, способствует существенному повышению урожайности сельскохозяйственных культур.

Читайте также: