Біотехнологія

Біологія

Міністерство освіти Російської Федерації

Сибірський Державний Технологічний Університет

Кафедра Фізіології

РЕФЕРАТ

На тему: Біотехнологія.

Виконав: Студент гр.32-6

Мулява Володимир Валерійович

Проверила: Сунцова Людмила Миколаївна

Красноярськ 2001р.

Зміст
ВСТУП 3
БІОТЕХНОЛОГІЯ НА СЛУЖБІ НАРОДНОГО ГОСПОДАРСТВА, ОХОРОНИ ЗДОРОВ'Я І НАУКИ 5
1. Біотехнологія та сільське господарство 5

Біотехнологія і рослинництво 5

Біотехнологія і тваринництво. 10
2. Технологічна біоенергетика 11

Отримання етанолу як палива. 11

Отримання метану та інших вуглеводнів. 12

Отримання водню як палива майбутнього. 13

Шляхи підвищення ефективності фотосинтетичних систем. 14

біопаливні елементи. 14
3. Біотехнологія та медицина 15

Антибіотики. 15

Гормони. 17

Інтерферони, інтерлейкіни, фактори крові. 18

Моноклокальние антитіла і ДНК-або РНК-проби. 19

Рекомбінантні вакцини та вакцини-антигени. 20

Ферменти медичного призначення. 21
4. Біотехнологія та харчова промисловість 21
5. Біогеотехнологія 24
ВИСНОВОК 25
Список використаної літератури. 27

ВСТУП

З давніх часів відомі окремі біотехнологічні процеси,використовуються в різних сферах практичної діяльності людини. До нихвідносяться хлібопечення, виноробство, готування кисло-молочних продуктів тат. д. Однак біологічна сутність цих процесів була з'ясована лише в XIXв., завдяки роботам Л. Пастера. У першій половині XX ст. сфера застосуваннябіотехнології поповнилася мікробіологічними виробництвом ацетону ібутанолу, антибіотиків, органічних кислот, вітамінів, кормового білка.
Важливий внесок у біотехнологічні розробки внесли радянськідослідники: в СРСР у 30-і роки були побудовані перші заводи по отриманнюкормових дріжджів на гідролізату деревини, сільськогосподарських відходах ісульфітно лугом, під керівництвом В. Н. Шапошникова успішно впровадженатехнологія мікробіологічного виробництва ацетону і бутанолу. Великуроль у створення основ вітчизняної біотехнології внесло вчення Шапошниковапро двофазний характер бродіння. У 1926 р. в СРСР були дослідженібіоенергетичні закономірності окислення вуглеводнів мікроорганізмами.
У наступні роки біотехнологічні розробки широко використовувалися внашій країні для розширення «асортименту» антибіотиків для медицини ітваринництва, ферментів, вітамінів, ростових речовин, пестицидів.
З моменту створення у 1963 р. Всесоюзного науково-дослідногоінституту біосинтезу білкових речовин в нашій країні налагоджуєтьсявеликотоннажне виробництво багатою білками біомаси мікроорганізмів яккорму. У 1966 р. мікробіологічна промисловість була виділена вокрему галузь (Головне управління мікробіологічної промисловості при
Раді Міністрів СРСР - Главмікробіопром). Є цінні розробки поодержання нових джерел енергії біотехнологічним шляхом
(технологічна біоенергетика), відзначимо велике значення біогазу --замінника палива, одержуваного з надр землі.
Значні успіхи, досягнуті в другій половині XX ст. у фундаментальнихдослідження в галузі біохімії, біоорганічної хімії та молекулярноїбіології, створили передумови для керування елементарними механізмамижиттєдіяльності клітини, що стало потужним імпульсом для розвиткубіотехнології. З'ясування ролі нуклеїнових кислот у передачі спадковоїінформації, розшифровка генетичного коду, розкриття механізму індукції ірепресії генів, вдосконалення технології культивуваннямікроорганізмів, клітин і тканин рослин і тварин дозволили розробитиметодигенетичної і клітинної інженерії, за допомогою яких можна штучностворювати нові форми високопродуктивних організмів. Генетична іклітинна інженерія розглядається як принципово новий напрямбіологічної науки, яке сьогодні ставлять в один ряд з розщепленняматома, подоланням земного тяжіння і створенням засобів електроніки (Ю.
А. Овчинников, 1985).
У розробку геноінженерний методів радянські дослідники включилися в
1972 Слід вказати на успішне здійснення проекту «Ревертаза» --одержання в промислових масштабах зворотного транскриптази в СРСР.
З 1970 р. в нашій країні ведуться інтенсивні дослідження з селекціїкультур для безперервного культивування в промислових цілях.
Розвиток методів для вивчення структури білків, з'ясування механізмівфункціонування та регуляції активності ферментів відкрили шлях доспрямованої модифікації білків і привели до народження інженерноїензимології. Іммобілізовані ферменти, що володіють високою стабільністю,стають потужним інструментом для здійснення каталітичних реакцій врізних галузях промисловості.
Всі ці досягнення поставили біотехнологію на новий рівень, якіснощо відрізняється від колишнього можливістю свідомо керувати клітиннимипроцесами. У сучасному звучанні біотехнологія - це промисловевикористання біологічних процесів і агентів на основі отриманнявисокоефективних форм мікроорганізмів, культур клітин і тканин рослин ітварин із заданими властивостями.
Біотехнологія - міждисциплінарна область науково-технічного прогресу,що виникла на стику біологічних, хімічних та технічних наук.
Біотехнологічний процес включає ряд етапів: підготовку об'єкта, йогокультивування, виділення, очищення, модифікацію і використання продуктів.
Багатоетапність процесу обумовлює необхідність залучення до йогоздійснення самих різних фахівців: генетиків і молекулярнихбіологів, біохіміків і біоорганіков, вірусологів, мікробіологів і клітиннихфізіологів, інженерів-технологів, конструкторів біотехнологічногообладнання та ін
У Комплексній програмі науково-технічного прогресу країн - членів РЕВ вяк першочергових завдань біотехнології визначено створення і широкенародногосподарське освоєння:
- Нових біологічно активних речовин і лікарських препаратів длямедицини (інтерферонів, інсуліну, гормонів росту людини, моноклональнихантитіл і т.д.), що дозволяють здійснити в охороні здоров'я раннюдіагностику і лікування важких захворювань - серцево-судинних,злоякісних, спадкових, інфекційних, в тому числі вірусних;
- Мікробіологічних засобів захисту рослин від хвороб і шкідників,бактеріальних добрив і регуляторів росту рослин; новихвисокопродуктивних і стійких до несприятливих факторів зовнішнього середовищасортів і гібридів сільськогосподарських рослин, отриманих методамигенетичної і клітинної інженерії;
- Цінних кормових добавок і біологічно активних речовин (кормового білка,амінокислот, ферментів, вітамінів, ветеринарних препаратів та ін) дляпідвищення продуктивності тваринництва; нових методів біоінженерії дляефективної профілактики, діагностики і терапії основних хворобсільськогосподарських тварин;
- Нових технологій одержання господарсько цінних продуктів длявикористання в харчової, хімічної, мікробіологічної та інших галузяхпромисловості;
- Технологій глибокої і ефективної переробки сільськогосподарських,промислових і побутових відходів, використання стічних вод і газоповітрянихвикидів для отримання біогазу та високоякісних добрив.
За оцінками фахівців, світовий ринок біотехнологічної продукції вже досередині 90-х років досягне рівня 130-150 млрд. руб. (Ю. А. Овчинников,
1985).
На шляху вирішення поставлених завдань біотехнологію підстерігають чималітруднощі, пов'язані з винятковою складністю організації живого. Будь-якийбіооб'єктами - це цілісна система, в якій не можна змінити ні один зелементів, не змінюючи інших, не можна довільно перекомбініровать їх,надаючи організму те чи інше бажане властивість, наприклад бактерії --здатність до сверхсінтезу необхідної амінокислоти, сільськогосподарськомурослині - стійкість до фітопатогени-ним грибків. Будь-яке вплив наоб'єкт викликає не тільки бажані, але і побічні ефекти; перебудовагеному позначається відразу на багатьох ознаках організму. У людиниіснують гени, що відповідають за злоякісне переродження клітин.
Висловлювалася чимало ідей про необхідність превентивних генетичнихоперацій, поки не було встановлено, що ці гени необхідні і длянормального росту. Крім цього, екосистема також являє собоюцілісну систему і зміни кожного з її компонентів позначаються наінших компонентах. Не виключено, що плазміда, за допомогою якоїтрансплантіровани бажаний ген культурному рослині, буде даліпередаватися бур'янам. Чи не буде в результаті генних маніпуляційперетворюватися в бур'ян сама культурна рослина?
Успіхи, досягнуті в галузі генетичної і клітинної інженерії нанайпростіших біологічних системах, прокаріотних організмах, вселяютьвпевненість у переборною розглянутих труднощів. Що стосується більшскладних систем, а саме еукаріотних організмів, то тут робляться лишеперші кроки, йде накопичення фундаментальних знань.

БІОТЕХНОЛОГІЯ НА СЛУЖБІ НАРОДНОГО ГОСПОДАРСТВА, ОХОРОНИ ЗДОРОВ'Я І НАУКИ

Біотехнологічні розробки можуть внести важливий вклад у вирішеннякомплексних проблем народного господарства, охорони здоров'я та науки.
Для задоволення харчових потреб необхідно збільшити ефективністьрослинництва і тваринництва. Саме на це, в першу чергу, націленізусилля біотехнологів. Крім того, біотехнологія пропонує як джерелокормового (можливо, і харчового) білка клітинну масу бактерій, грибів іводоростей.
По-друге, підвищення цін на традиційні джерела енергії (нафта,природний газ, вугілля) і загроза вичерпання їх запасів спонукали людствозвернутися до альтернативних шляхів отримання енергії. Біотехнологія можедати цінні поновлювані енергетичні джерела: спирти, біогеннівуглеводні, водень. Ці екологічно чисті види палива можна отримуватишляхом біоконверсії відходів промислового і сільськогосподарськоговиробництва.
По-третє, вже в наші дні біотехнологія надає реальну допомогуохороні здоров'я. Немає сумнівів у терапевтичної цінності інсуліну, гормонуросту, інтерферонів, факторів згортання крові та імунної системи,тромболітичні ферментів, виготовлених біотехнологічним шляхом. Крімотриман ня лікарських засобів, біотехнологія дозволяє проводити раннюдіагностику інфекційних захворювань та злоякісних новоутворень наоснові застосування препаратів антигенів, моноклональних антитіл, ДНК/РНК-проб. За допомогою нових вакцинних препаратів можливо попередженняінфекційних хвороб.
По-четверте, біотехнологія може різко обмежити масштаби забрудненнянашої планети промисловими, сільськогосподарськими та побутовими відходами,токсичними компонентами автомобільних вихлопів і т.д. Сучаснірозробки націленіна створення безвідходних технологій, на отримання легко руйнуютьсяполімерів (зокрема, біогенного походження: полі-?-оксибутират,поліамілози) і пошук нових активних мікроорганізмів-руйнівників полімерів
(поліетилену, поліпропілену, поліхлорвінілу). Зусилля біотехнологівспрямовані також на боротьбу з пестицидні забрудненнями - наслідкомнепомірного і нераціонального застосування отрутохімікатів.
Біотехнологічні розробки відіграють важливу роль у видобутку і переробцікорисних копалин, отриманні різних препаратів і створення новоїапаратури для аналітичних цілей.

1. Біотехнологія та сільське господарство

Біотехнологія і рослинництво

Культурні рослини страждають від бур'янів, гризунів, комах-шкідників,нематод, фітопатогенних грибів, бактерій, вірусів, несприятливих погоднихі кліматичних умов. Перераховані чинники разом з грунтовою ерозією іградом значно знижують урожайність сільськогосподарських рослин.
Відомо, які руйнівні наслідки в картоплярстві викликаєколорадський жук, а також гриб Phytophtora - збудник ранньої гнилі
(фітофторозу) картоплі. Кукурудза схильна спустошливим «набігів»південної листової гнилі, збиток від якої в США в 1970 р. був оцінений в 1 млрд.доларів.
В останні роки велику увагу приділяють вірусним захворюванням рослин.
Поряд з хворобами, що залишають видимі сліди на культурних рослинах
(мозаїчна хвороба тютюну й бавовнику, зимова хвороба томатів), вірусивикликають сховані інфекційні процеси, значно знижують врожайністьсільськогосподарських культур і ведуть до їх виродження.
Біотехнологічні шляхи захисту рослин від розглянутих шкідливихагентів включають: 1) виведення сортів рослин, стійких донесприятливих факторів; 2) хімічні засоби боротьби (пестициди) збур'янами (гербіциди), гризунами (ратіціди), комахами (інсектициди),нематодами (нематоциди), фітопатогенних грибами (фунгіциди), бактеріями,вірусами; 3) біологічні засоби боротьби з шкідниками, використання їхприродних ворогів і паразитів, а також токсичних продуктів, утворенихживими організмами.
Поряд із захистом рослин ставиться завдання підвищення продуктивностісільськогосподарських культур, їх харчовий (кормовий) цінності, завданнястворення сортів рослин, що ростуть на засолених грунтах, у посушливих ізаболочених районах. Розробки націлені на підвищення енергетичноїефективності різних процесів у рослинних тканинах, починаючи відпоглинання кванта світла й закінчуючи асиміляцією СО 2 і водно-сольовий обмін.

Виведення нових сортів рослин. Традиційні підходи до виведення новихсортів рослин - це селекція на основі гібридизації, спонтанних ііндукованих мутацій. Методи селекції не настільки віддаленого майбутньоговключають генетичну і клітинну інженерію.
Генетичну інженерію пропонують використовувати для виведенняазотфіксуючих рослин. У природних умовах азотфіксуючі клубеньковібактерії, представники роду Rhizobium, вступають у симбіоз з бобовими.
Комплекс генів азотфіксації (nif) з цих або інших бактерій пропонуютьвключити в геном злакових культур. Труднощі пов'язані з пошуком відповідноговектора, оскільки широко використовуються для подібних цілей Agrobacterium зплазмідами Ti і Ri не заселяє злаки. Планують модифікацію генома
Agrobacterium, щоб бактерія могла вступати в симбіоз із заліком іпередавати їм генетичну інформацію. Іншим рішенням проблеми могло ббути трансформація рослинних протопластів за допомогою ДНК. До компетенціїклітинної інженерії відносять створення нових азотфіксуючих симбіотичнихасоціацій «рослина - мікроорганізм».
В даний час виділені і клоновані гени sym, що відповідають завстановлення симбіотичних відносин між бульбочкових фіксують азот ірослиною-господарем. Шляхом переносу цих генів у вільноживучіазотфіксуючі бактерії (Klebsiella, Azotobacter) представляється можливимзмусити їх вступити в симбіоз з цінними сільськогосподарськими культурами.
Методами генетичної інженерії передбачають також підвищити рівеньзбагачення грунту азотом, ампліфіці-Руя гени азотфіксації у Klebsiella і
Azotobacter.
Розробляються підходи до міжвидової переносу генів asm, що обумовлюютьстійкість рослин до нестачі вологи, спеки, холоду, засоленості грунту.
Перспективи підвищення ефективності біоконверсії енергії світла пов'язані змодифікацією генів, відповідальних за світлові й темнова стадії цьогопроцесу, в першу чергу генів cfx, що регулюють фіксацію СО2 рослиною.
У зв'язку з цим становлять великий інтересрозробки по міжвидової переносу генів, що кодують хлорофіл а/b-зв'язує білок і малу субодиницю Рибулоза-біс-фосфаткарбоксілази --ключового ферменту в фотосинтетичної фіксації СО2.
Гени стійкості до деяких гербіцидів, виділені з бактерій і дріжджів,були успішно перенесені в рослини тютюну. Розведення стійких догербіцидів рослин відкриває можливість їх застосування для знищеннябур'янів безпосередньо на угіддях, зайнятих сільськогосподарськимикультурами. Проблема полягає, однак, у тому, що масивні дози гербіцидівможуть виявитися шкідливими для природних екосистем.
Деякі культурні рослини сильно страждають від нематод. Обговорюєтьсяпроект введення в рослини нових генів, що обумовлюють біосинтез івиділення нематоциди кореневими клітинами. Важливо, щоб ці нематоциди НЕвиявляли токсичності п?? відношенню до корисної прикореневій мікрофлори.
Можливо також створення грунтових асоціацій «рослина - бактерія» або
«Рослина - гриб (мікориза)» так, щоб бактеріальний (грибний) компонентасоціації відповідав за виділення нематоциди.
Важливе місце у виведенні нових сортів рослин займає методкультивування рослинних клітин in vitro. Регенеріруемая з такихклітин «молода поросль» складається з ідентичних по генофонду примірників,зберігають цінні якості обраного клітинного клону. В Австралії зкультивованих in vitro клітинних клонів вирощують червоні камеднихдерева (австралійські евкаліпти), що відрізняються здатністю рости назасолених грунтах. Передбачається, що коріння цих рослин викачуватимутьводу з таких грунтів і тим самим знижувати рівень грунтових вод. Це приведедо зниження засоленості поверхневих шарів грунту в результаті переносумінеральних солей в більш глибокі шари з потоками дощової води. У
Малайзії з клітинного клону отримана олійна пальма з підвищеноюстійкістю до фітопатогенів і збільшеною здатністю до утвореннямасла (приріст на 20-30%). Клонування клітин з подальшим їх скринінгомі регенерацією рослин з відібраних клонів розглядають як важливий методзбереження та поліпшення деревних порід помірних широт, зокрема хвойнихдерев. Рослини-регенеранти, вирощені з клітин або тканин меристеми,використовують нині для розведення спаржі, суниці, брюссельської і кольоровийкапусти, гвоздик, папоротей, персиків, ананасів, бананів.
З клонуванням клітин пов'язують надії на усунення вірусних захворюваньрослин. Розроблено методи, що дозволяють отримувати регенеранти з тканинверхівкових бруньок рослин. Надалі серед регенерованих рослинпроводять відбір особин, вирощених з незаражених клітин, і вибракуванняхворих рослин. Раннє виявлення вірусного захворювання, необхідне дляподібної вибракування, може бути здійснене методами іммунодіагностікі, звикористанням моноклональних антитіл або методом ДНК/РНК-проб.
Передумовою для цього є отримання очищених препаратіввідповідних вірусів чи їх структурних компонентів.
Клонування клітин - перспективний метод отримання не тільки нових сортів,але і промислово важливих продуктів. При правильному підборі умовкультивування, зокрема при оптимальному співвідношенні фітогормонів,ізольовані клітини більш продуктивні, ніж цілі рослини. Іммобілізаціярослинних клітин або протопластів нерідко веде до підвищення їхсинтетичної активності. Табл. 6 включає біотехнологічні процеси звикористанням культур рослинних клітин, найбільш перспективні дляпромислового впровадження.
Комерційне значення в основному має промислове виробництво шиконіну.
Застосування рослинних клітин, які є високоефективнимипродуцентами алкалоїдів, терпенів, різних пігментів і олій, харчовихароматичних добавок (суничний, виноградної, ванільною, томатної,селеровий, спаржевої) наштовхується на певні труднощі, пов'язаніз дорожнечею використовуваних технологій, низьким виходом цільових продуктів,тривалістю виробничого процесу.
Таким чином, біотехнологія відкриває широкі перспективи в областівиведення нових сортів рослин, стійких до несприятливих зовнішніхвпливів, шкідників, патогенів, які не потребують азотних добрив,що відрізняються високою продуктивністю.

Таблиця 1. Приклади клітинних культур - високоефективних продуцентівцінних сполук (за О. Sahai, M. Knuth, 1985. К. Hahlbrock. 1986)

біодеградація пестицидів. Пестициди володіють потужним, але недостатньовиборчою дією. Так, гербіциди, змиваючись дощовими потоками абогрунтовими водами на посівні площі, завдають шкоди сільськогосподарськимкультурам. Крім цього, деякі пестициди тривало зберігаються в грунті,що також призводить до втрат урожаю. Можливі різні підходи до вирішенняпроблеми: 1) удосконалення технології застосування пестицидів, що невходить в компетенцію біотехнології; 2) виведення рослин, стійких допестицидів; біодеградація пестицидів у грунті.
До руйнування багатьох пестицидів здатна мікрофлора грунту. Методамигенетичної інженерії сконструйовані штами мікроорганізмів з підвищеноюефективністю біодеградації отрутохімікатів, зокрема штам Pseudomonasceparia, що руйнує 2, 4, 5-тріхлорфеноксіацетат. Стійкість того чиіншого пестициду в грунті змінюється при додаванні його в поєднанні з іншимпестицидом. Так, стійкість гербіциду хлорпро-Фама збільшується при йоговнесення спільно з інсектицидами з групи метілкарбаматов. Виявилося,що метілкарбамати інгібують мікробні ферменти, що каталізують гідролізхлорпрофама.
Мікробна трансформація пестицидів має і зворотний бік. По-перше,швидка деградація пестицидів зводить нанівець їх корисний ефект. По-друге,в результаті мікробного перетворення можуть утворитися продукти, сильноотруйні для рослин. При використанні гербіциду тіобенкарба в Японіїспостерігали пригнічення росту та розвитку рису. Встановлено, що придушувавсам гербіцид, а його дехлорірованное похідне S-бензил-N, N -діетілтіокарбамат. Щоб запобігти утворенню такого похідного,тіобенкарб застосовують у комбінації з метоксіфеном, інгібіторомдехлорірующего ферменту мікроорганізмів.
Біологічна захист рослин від шкідників і патогенів. З широкогоспектру біологічних засобів захисту рослин обмежимося розглядомзасобів боротьби з комахами-шкідниками та патогенними мікроорганізмами.
Саме в цих областях є найбільші перспективи.
До традиційних біологічним засобам, спрямованим проти комах,належать хижі комахи. В останні роки арсенал «зброї»інсектицидну дії поповнено грибами, бактеріями, вірусами, патогеннимидля комах (ентомо-патогенними). Багато видів комах-шкідників (попелиці,колорадський жук, яблунева плодожерка, озима совка та ін) сприйнятливі дозахворювання, що викликається грибом Beauveria bussiana. Препарат боверин зліофільно висушених конідій гриба зберігає ентомопатогенность протягомроку після обробки грунту або рослин. Препарат пецілолін з гриба
Poecilomyces fumoso-roseus застосовують для боротьби з шкідниками чагарників,наприклад смородини.
Важливим джерелом ентомопатогенних бактеріальних препаратів служить Bacillusthuringiensis. Ці препарати мають високу стійкість і патогенні длякількох сотень видів комах-шкідників, у тому числі для листогризучихкомах - шкідників яблунь, винограду, капусти, лісових дерев. Гени,що відповідають за синтез одного з токсинів В. thuringiensis, були ізольованіІ їх перенесли в рослини тютюну. Необхідно, щоб такі «ентомопатогенние»рослини не містили речовин, токсичних для людини і тварин.
Вірусні препарати відрізняються високою специфічністю дії, тривалим
(до 10-15 років) збереженням активності, стійкістю до коливаньтемператури і вологості. З багатьох сотень відомих ентомопатогенних вірусівнайбільше застосування знаходять віруси ядерного поліедроза, що володіютьвисокою ефективністю дії на комах-шкідників. Комахвирощують в штучних умовах, заражають вірусом, з гомогенатзагиблих комах готують препарати. Застосовують вітчизняні препаратиВірін-ЕКС (проти капустяної совки), Вірін-ЕНШ (проти непарногошовкопряда). В останні роки для культивування вірусів широко застосовую;культури клітин комах.
Комбінація з декількох біологічних засобів нерідко дієна шкідників більш ефективно, аніж кожен від дельності. Смертністьсоснового шовкопряда різко зростає, якщо вірус цитоплазматичногополіедроза застосовують у поєднанні з препаратами з Вас. thuringiensis.
Ефективна комбінація біологічних і хімічних засобів захистурослин від комах.
Серед нових засобів захисту рослин - речовини біогенного походження,інгібуючі відкладання яєць комахами або стимулюють активністьприродних ворогів комах шкідників: хижаків, паразитів.
Різноманітні засоби захисту рослин від фітопатогенних мікроорганізмів.
1. Антибіотики. Прикладами можуть служити триходермін і трихотецин,продукують грибами Trichoderma sp. і Trichotecium roseum. Ціантибіотики використовуються для боротьби з кореневими гнилями овочевих, зернових ітехнічних культур.
2. Фітоалексинів, природні рослинні агенти, інактивуючоїмікробних збудників захворювань. Ці сполуки, що синтезуються в тканинах рослин у відповідь на впровадження фітопатогенів, можуть служити високоспецифічний замініть -лями пестицидів. Фітоалексинів перцю успішно застосовували при фітофторозу. Можутьбути використані також речовини, що стимулюють синтез фітоалексинів врослинних тканинах.
3. Використання мікробів-антагоністів, які витісняють патогенний вигляд іпригнічують його розвиток.
4. Імунізація і вакцинація рослин. Вакцинні препарати прагнуть вводитибезпосередньо в проростаючі насіння.
5. Введення в тканини рослин специфічного агента (d-фактора), що знижуєжиттєздатність збудника.
Біологічні засоби - важлива складова частина комплексної програмизахисту рослин. Ця програма передбачає проведення захиснихзаходів агротехнічного, біологічного та хімічного плану поряд звикористанням стійких сортів рослин. Завданням комплексної програмиє підтримання чисельності шкідників рослин на екологічнозбалансованому рівні, що не завдають відчутної шкоди культурним рослинам.
Біологічні добрива. Біологічні (бактеріальні) добрива застосовуютьдля збагачення грунту зв'язаним азотом. Великого поширення набулипрепарати нітрагін і азотобактерін - клітини бульбочкових бактерій іазотобактера, до яких додають стабілізатори (мелясу, тіомочевіну) інаповнювач (бентоніт, грунт). Азотобактерін збагачує грунт не тількиазотом, але і вітамінами і фітогормонами, гібереліни і гетероауксином.
Препарат фосфо-бактерин з Bacillus megaterium перетворює складніорганічні сполуки фосфору в прості, легко засвоюються рослинами.
Фосфобактерін також збагачує грунт вітамінами і покращує азотне харчуваннярослин.
Рослини синтезують ряд сполук, що регулюють їх ріст і розвиток
(фітогормони, біорегулятори). До їх числа належать ауксини, гібереліни,цитокініни. Дозрівання плодів стимулює етилен. Ці біорегулятори знаходятьзастосування в сільському господарстві. До числа нових, виявлених в останніроки біорегуляторів відносять пептиди, є перспективи їх застосування всільському господарстві.

Біотехнологія і тваринництво.

Велике значення у зв'язку з інтенсифікацією тваринництва відводитьсяпрофілактики інфекційних захворювань сільськогосподарських тварин ззастосуванням рекомбінантних живих вакцин і геноінженерний вакцин-антигенів,ранній діагностиці цих захворювань за допомогою моноклональних антитіл і
ДНК/РНК-проб.
Для підвищення продуктивності тварин потрібний повноцінний корм.
Мікробіологічна промисловість випускає кормовий білок на базірізних мікроорганізмів - бактерій,грибів, дріжджів, водоростей. Багата білками біомаса одноклітиннихорганізмів з високою ефективністю засвоюється сільськогосподарськимитваринами. Так, 1 т кормових дріжджів дозволяє отримати 0,4 - 0,6 т свинини,до 1,5 т м'яса птахів, 25-30 тис. яєць і заощадити 5-7 т зерна (Р. С. Ричков,
1982). Це має велике народногосподарське значення, оскільки 80%площ сільськогосподарських угідь у світі відводяться для виробництвакорми худобі і птиці.
Одноклітинні організми характеризуються високим вмістом білка - від 40до 80% і більше. Білок одноклітинних багатий лізином, незамінноюамінокислотою, що визначає його кормову цінність. Добавка біомасиодноклітинних до недостатніх по лізину рослинним кормів дозволяєнаблизити їх амінокислотний складу до оптимального. Недоліком біомасиодноклітинних є брак серусодержащіх амінокислот, в першучергу метіоніну. У одноклітинних його приблизно вдвічі менше, ніж урибного борошна. Цей недолік властивий і таким традиційним білкових кормів,як соєве борошно. Харчова цінність біомаси одноклітинних може бутизначно підвищена добавкою синтетичного метіоніну.
Виробництво кормового білка на основі одноклітинних - процес, нещо вимагає посівних площ, що не залежить від кліматичних і погоднихумов. Він може бути здійснений в безперервному і автоматизованомурежимі.
У нашій країні виробляється біомаса одноклітинних, особливо на базівуглеводневої сировини. Досягнуті успіхи не повинні затуляти проблеми,що виникає при використанні вуглеводнів як субстратів длявеликомасштабного виробництва білка, - обмеженість їхніх ресурсів.
Найважливішими альтернативними субстратами служить метанол, етанол, вуглеводирослинного походження, у перспективі водень.
Очищений етанол на світовому ринку коштує майже вдвічі дорожче метанолу, алеетанол відрізняється дуже високою ефективністю біоконверсії. З 1 кгетанолу можна одержати до 880 г дріжджовий маси, а з 1 кг метанолу-до 440м. Біомаса з етанолу особливо багата лізином - до 7%.
Велике значення для тваринництва має збагачення рослинних кормівмікробним білком. Для цього широко застосовують твердофазним процеси.
Перспективними джерелами білка представляються фото-трофниемікроорганізми, особливо ціанобактерії роду Spirulina і зеленіодноклітинні водорості з родів Chlorella і Scenedesmus. Поряд зі звичайнимиапаратами для їх вирощування використовують штучні водойми. Додаваннядо рослинних кормів біомаси Scenedesmus дозволяє різко підвищитиефективність засвоєння білків тваринами.
Таким чином, існують різноманітні джерела сировини для одержаннябіомаси одноклітинних. Деякі субстрати (етанол) дають настількивисокоякісний білок, що він може бути рекомендований в їжу.
Ціанобактерії роду Spirulina здавна використовують у їжу ацтеки в Центральній
Америці і племена, що живуть на озері Чад у Африці.

2. Технологічна біоенергетика

Технологічна біоенергетика - один з напрямків біотехнології,пов'язане з ефективним використанням енергії, що запасається при фотосинтезі.
Це може бути досягнуто шляхом: 1) перетворення біомаси, накопиченої урезультаті фотосинтезу в дешеве і висококалорійне паливо - метан іінші вуглеводні, етанол і т. д.; 2) модифікації самого процесуфотосинтезу, в результаті якої енергія світла з максимальноюефективністю використовується на утворення водню або іншого палива,минаючи стадію фотоассіміляціі СО2 та синтезу компонентів клітини. На рівнітеоретичних розробок знаходиться ідея безпосереднього перетворенняенергії Сонця в електричну (біофотоелектріческіе перетворювачіенергії).
Розглянемо спочатку шлях, який пролягає через використання біомаси, в першучергу, рослинної, ресурси якої у світі величезні і оцінюються в 100млрд. т по сухому речовині в рік. Лише незначна частина її витрачаєтьсялюдством, але і ця частина дає до 14% споживаної в світі енергії.
Біомаса - не тільки поновлюваний і майже дармовий джерело енергії, а йальтернатива тане запасах корисних копалин.

Отримання етанолу як палива.

Етанол - екологічно чисте паливо, що дає при згорянні СО2 і Н2О. Вінвикористовується в двигунах внутрішнього згоряння в чистому вигляді або як 10-20% --ва добавка до бензину (газохол). У Бразилії вже до 1983 р. 75% автомобілівпрацювали на 95%-ном етанолі, а інші - на газохоле.У США припускаютьзамінити на етанол 10% споживаного бензину. Широке впровадження етанолупланується в країнах Західної Європи.
На значних посівних площах намічають вирощувати сільськогосподарськікультури, призначені для біотехнологічної переробки на етанол. Уумовах дефіциту посівних площ виникає проблема, яка вже в нашідні актуальна для Бразилії і виражається дилемою: або продовольствоенергія. Виробництво етанолу з рослинної сировини не єбезвідходним: на кожен літр спирту при -ходітся 12-14 л стічних вод з високою концентрацією відходів, небезпечних дляприродних екосистем. Проблема раціональної переробки цих відходів невирішена.
Класичним біооб'єктами, використовуваним при одержанні спирту, єдріжджі Saccharomyces cerevisiae. Дріжджі мають ряд недоліків.
1. Конкуренція бродіння та дихання. Субстрат (наприклад, глюкоза) лишечастково зброджується до етанолу. Частина безповоротно втрачається,перетворюючись в результаті дихання в СО2 і Н2О. Процес необхідно вести ванаеробних умовах або застосовувати мутанти дріжджів, що втратили мітохондрії іне здатні до дихання.
2. Чутливість до етанолу, що знижує вихід цільового продукту наодиницю обсягу біореактора. Одержано стійкі до етанолу мутанти,характеризуються зміненим будовою клітинних мембран.
3. Відсутність ферментів, що каталізують розщеплення крохмалю, целюлози,ксілана. Необхідний попередній гідроліз субстрату або засів біореакторазмішаною культурою, що містить, крім S. cerevisiae, мікроорганізми звідповідної гідролітичною активністю.
Бактерія Zymomonas molilis, що застосовувалася центральноамериканських індіанцямидля зброджування соку агави, більш ефективно зброджують цукру і більшестійка до етанолу. Подальше підвищення стійкості Z. mobilis до етанолудосягається додаванням в середовище інкубації Mg2 + і ряду нуклео-тіднихкомпонентів.
Термофільні бактерії, продуценти етанолу характеризуються високою швидкістюросту і метаболізму, надзвичайно стабільними ферментами, незвичайної дляінших бактерій стійкістю до етанолу (до 15% і більше). Термофілиздатні до біоконверсії полісахаридних субстратів в етанол. Так,
Thermoanaerobium brockii зброджують крохмаль, Clostridium thermocellum --целюлозу, Cl. thermohydrosulfuricum утилізує продукти деградаціїцелюлози з дуже високим виходом спирту. Перспективно застосуванняекстремально термофільного продуцента спирту Thermoanaerobacterethanolicus. Планують використання також ацидофільних (оптимум рН 1,5) ігалофільних продуцентів спирту.
Підвищення виходу спирту і стабілізація активності його продуцентів можутьбути досягнуто шляхом іммобілізації клітин. Так, ефективний синтез етанолуздійснено з застосуванням клітин Z. mobilis, іммобілізованих набавовняних волокнах (S. Prentis, 1984).

Отримання метану та інших вуглеводнів.

Отримання метану - важливий шлях утилізації сільськогосподарських відходів. Вінвиходить у вигляді біогазу - суміші метану та СО2. Присутність СО2обмежує теплотворну здатність біогазу як палива, до