HYPERLINK «http://www.ukrreferat.com/» www.ukrreferat.com – лідер
серед рефератних сайтів України!

РЕФЕРАТ

на тему:

“Біотехніка у сільському господарстві” ПЛАН

Вступ

1. Основи біотехнології

2. Клітинна інженерія

3. Генна інженерія та сфери її застосування

4. Продукти біотехнології

5. Вегетативна гібридизація

6. Енергетичні біоресурси

7. Високобілкові біотехнологічні харчові продукти

Список використаної літератури

Вступ

Зміна виробничих відносин в Україні обумовлює потребу розширення,
застосування прогресивних та базових для кожної галузі технологій.
Впровадження принципово нових технологій повинно базуватися на
фундаментальних дослідженнях.

Біотехнологія (від лат. bios – життя, technos – архітектура, мистецтво
logos – наука) — нова галузь науки і виробництва, що ґрунтується на
використанні біологічних процесів і об’єктів для виробництва економічно
важливих речовин і створення високопродуктивних сортів рослин, порід
тварин і штамів мікроорганізмів У буквальному розумінні слова
біотехнологія — це “біологія + технологія”, тобто використання
фундаментальних біологічних знань у практичній діяльності, спрямованій
на виробництво лікарських препаратів, ферментів, білків, барвників,
вітамінів та інших біологічно активних сполук, генетичному конструюванні
організмів тощо.

Сучасна біотехнологія ґрунтується на основних досягненнях біохімії,
мікробіології, генетики, молекулярної біології, клітинної біології,
екології та інших біологічних і технічних наук. Основними напрямками
біотехнології є: промислова мікробіологія, біотехнологія виробництва
ферментів та фармацевтичних препаратів, біотехнологія переробки відходів
та вторинних продуктів, біотехнологія збагачення руд, біотехнологія
виробництва етанолу (метанолу) та біогазу, технологія рекомбінантних
ДНК, одержання гібридів та клональна біотехнологія.

Основи біотехнології

Біотехнологія – (від грецького bio – життя, techne – мистецтво,
майстерність) використання живих організмів та біологічних процесів у
виробництві. Термін біотехнологія одержав широке розповсюдження у
середині 70-х років ХХ століття, хоча такі галузі біотехнології як
хлібопечення, виноробство, пивоваріння, сироваріння, зосереджені на
застосуванні мікроорганізмів, відомі з далеких віків.

Сучасна біотехнологія характеризується використанням біологічних методів
для боротьби із забрудненням оточуючого середовища (біологічна очистка
стічних вод), для захисту рослин від шкідників та хвороб, виробництво
цінних біологічно активних речовин (антибіотиків, ферментів,
гормональних препаратів та ін.), таблиця 1.

Таблиця 1

Деякі нові напрямки, що розвиваються на основі біотехнології і продукти,
які одержують за її допомогою

Галузь Продукти

Сільське господарство Одержання нових штамів, нових методів селекції
рослин і тварин (включаючи клонування).

Виробництво хімічних речовин Одержання органічних кислот (лимонна,
ітаконова), використання ферментів у складі миючих речовин.

Енергетика Збільшення використання біогазу, великомасштабне виробництво
етанолу та рідкого палива.

Контроль за станом оточуючого середовища Покращення методів тестування і
моніторингу, прогнозування перетворення ксенобіотиків завдяки більш
глибокому розумінню біохімії мікроорганізмів, удосконалення методів
переробки відходів, особливо промислових.

Харчова промисловість Створення нових методів переробки і зберігання
харчових продуктів, одержання харчових добавок, використання білку, який
синтезується одноклітинними організмами і ферментів при переробці
харчової сировини.

Матеріалознавство Вилугування руд, подальше вивчення і контроль
біорозкладу.

Медицина Застосування ферментів для удосконалення діагностики, створення
датчиків на основі ферментів, використання мікроорганізмів та ферментів
при виробництві складних ліків (наприклад, стероідів), синтез нових
антибіотиків, застосування ферментів у терапії.

На основі мікробіологічного синтезу розроблені промислові методи
одержання білків, амінокислот, які використовуються як добавки до
кормів. Розвиток клітинної та генетичної інженерії дозволяє
цілеспрямовано одержувати раніше недоступні препарати для лікування
людей (інсулін, інтерферон, гормони росту людей), створювати нові
корисні види мікроорганізмів, сорти рослин, породи тварин. До новітньої
біотехнології можна віднести також застосування іммобілізованих
ферментів, одержання синтетичних вакцин, використання клітинної
технології в племінній справі тварин.

В кінці ХІХ століття завдяки працям Пастера були створені умови для
подальшого розвитку прикладної (технічної) мікробіології та
біотехнології. Пастер встановив, що мікроби відіграють ключову роль в
процесах бродіння і показав, що у створенні окремих продуктів приймають
участь різні їх види. Його дослідження послужили основою розвитку в
кінці ХІХ початку ХХ століття бродильного виробництва органічних
розчинників (ацетону, етанолу, бутанолу, ізопропанолу) та інших хімічних
речовин, де використовувались різні види мікроорганізмів. У всіх цих
процесах мікроби у безкисневому середовищі здійснюють перетворення
вуглеводів рослин у цінні продукти.

2. Клітинна інженерія

Завдяки бурхливому розвитку та значній кількості досліджень, які
проводяться з використанням методу клітинної інженерії, він
трансформувався в окрему галузь біотехнології і біологічної науки в
цілому.

Клітинна інженерія — це самостійна галузь біологічних та медичних наук,
в завдання входить створення нових, не існуючих раніше в природі клітин
із заданими властивостями. До недавнього часу клітинну інженерію вважали
галуззю генетичної інженерії, однак, за останнє десятиліття, враховуючи
наявність власних методів, конкретних цілей та завдань, вона виділилассь
як самостійна область біологічних та медичних наук.

Історично клітинна інженерія пройшла наступні етапи:

1) розробка методів штучного злиття клітин, що ростуть в культурі; 2)
отримання реконструйованих клітин шляхом злиття — об’єднання ядра та
цитоплазми від різних клітин у раніше невідомих комбінаціях; 3)
ефективна трансфекція соматичних та статевих клітин.

В завдання клітинної інженерії входить створення визначеними методами
гібридних клітин. Розрізняють наступні гібридні клітини:

1) Типові гібридні

клітини.

Гетерокаріон — це гібридна клітина, яка містить у своїй цитоплазмі два
або декілька різних чи однакових ядер. Гетерокаріони не діляться.

Синкаріон — це гібридна клітина, в якій пройшло об’єднання хромосом
різних клітин в одне ядро. Синкаріон часто дає початок проліферуючому
клітинному клону.

2) Особливі типи гібридних клітин.

а) Гібридна клітина, що включає в себе каріопласт (ядро, оточене тонким
шаром цитоплазми) + цитопласт (безядерна цитоплазма);

б) Гібридна клітина, що включає в себе цілу клітину + цитопласт;

в) Каріобрид — гібридна клітина, що включає в себе цілу клітину +
каріопласт.

б) Досягнення клітинної інженерії:

— отримання довгоживучих гібридних клітин, в тому числі, клонів, що
розмножуються;

— встановлення правила комплементації генів у гібридних соматичних
клітинах;

— формулювання поняття про гени «розкоші» та гени «необхідності» та
встановлення правила пригнічення функцій генів «розкоші» в гібридах;

— встановлення факту вибіркової втрати хромосом (сегрегації) у
міжвидових гібридах та розробка підходів координування даного процесу;

— реконструкція клітин, створення реконструюваних клітин (гібридів та
каріогібридів);

— отримання фактів про позитивний та негативний контроль проліферації
гібридних клітин;

— отримання гібридних клітин між віддаленими організмами різних видів,
класів та царств (наприклад, гібридів клітин рослин та тварин; гібридів
тварин та дріжджів).

Першим практичним застосування досягнень клітинної інженерії стало
розробка гібридомної технології та отримання за її допомогою
моноклональних антитіл.

Другим практичним застосуванням досягнень клітинної інженерії — доказ
можливості направленої генетичної трансформації соматичних та статевих
клітин тварин і рослин і отримання таким шляхом клітин-продуцентів
заданих білкових продуктів.

3. Генна інженерія та сфери її застосування

Генетична рекомбінація полягає в обміні генами між двома хромосомами. За
визначення, яке дав Понтекорво в 1958р.,рекомбінація –це любий процес,
що здатний привести до виникнення клітин або організмів з двома або
більше спадковими детермінантами, за якими їхні батьки розрізнялись між
собою і з’єднані між собою новим способом. Така рекомбінація обовязково
відбувається у савців при утворенні статевих клітин. В процесі мейозу
гомологічні хромосоми обмінюються генами (так званий кросенговер);саме
ці обміни дозволяють пояснити перетасовку спадкових ознак у ряді
поколінь. У вірусів і бактерій генетична рекомбінація відбувається
рідше, ніж у тварин .Обмін генетичним матеріалом, за яким йде
рекомбінація, відбувається між організмами одного і того ж чи близького
видів. Всі живі організми володіють рестрикційними ендонуклеазами, які
впізнають чужерідну ДНК, що проникла в організм, і розщеплюють її, таким
чином зводячи до нуля генетичну рекомбінацію між еволюційно віддаленими
геномами .

X

f

h

,

X

Z

f

h

,

,OvOthth,

ooiaOeooE1/4??

$

$

$

&

$

„7`„7

$If

$

Oe0°

°

Oe0°

°

Oe0°

°

Oe0°

°

Oe0°

°

Oe0°

°

Oe0°

°

????¤?¤?$??????и, розділеними ділянками ДНК, що носять назву інтронів.
Інформаційна РНК, яка транскребується з ДНК, підлягає розщепленню, в
результаті якого всі інтрони видаляються з її послідовності, а решта
залишається фрагментами, або екзонами, з`єднуються разом з утворенням
молекули мРНК, яка має послідовність, що кодуює послідовність
амінокислот білка, а також містить ругуляторні сигнали, необхідні для
початку і закінчення процесу трансляції. Для експресії в бактеріальній
клітині гена з клітини тварини необхідно, щоб в клітину була введена
молекула ДНК з послідовністю нуклеотидів, що кодують білок, з якого
інтрони вже видалені; іншими словами, потрібна молекула ДНК, синтизована
на відповідній мРНК зворотньою транскриптазою. Більше того, регуляторні
сигнали повинні бути схожі на відповідні бактеріальної клітини.
Накінець, для отримання потрібного білка в достатній кількості бувають
необхідні додаткові зміни бактеріальної клітини .

4. Продукти біотехнології

В наш час за допомогою мікроорганізмів здійснюється переробка побутових
і технологічних стоків. Мікробіологічний процес протікає в анаеробних
умовах в результаті якого утворюється біогаз, який складається з метану
і СО2. Така переробка енергетично високоефективна, так як дозволяє
зберігати і концентрувати енергію, яка вміщується у різних компонентах
стоків (з часом регенерується більш 80% вільної енергії).

Мікробіологічна переробка стоків і побутових відходів для одержання
біогазу широко використовується у Китаї та Індії. Біогаз можна
одержувати із гною, який після переробки використовується як органічне
добриво.

Продуктом біотехнології є також білкововітамінний концентрат (БВК). Цей
продукт складається в основному із клітин мікроорганізмів. Виробництво
його пов’язане із великомасштабним вирощуванням відповідних
мікроорганізмів, які збирають і переробляють у харчові продукти. В
основі одержання БВК лежить технологія ферментації – гілка бродильної
промисловості і виробництва антибіотиків. Для того, щоб більш повніше
переробляти субстрат у біомасу мікробів потрібен багатосторонній підхід.

Вирощування мікробів у харчових цілях викликає інтерес з двох причин.
По-перше, вони ростуть дещо швидше ніж рослини чи тварини, час подвоєння
їх чисельності вимірюється годинами. Це скорочує строки виробництва
необхідної кількості їжі. По-друге, залежно від вирощуємих
мікроорганізмів субстратом можуть використовуватись різні види сировини.
Можна переробляти низькоякісні відходи або продукти, які вміщують
легкодоступні вуглеводи і одержувати за рахунок їх мікробну біомасу, яка
вміщує високоякісний білок.

Ще одним продуктом біотехнології є грибний білок (мікопротеїн) – це
харчовий продукт, який складається в основному із міцелія гриба. При йог
виробництві використовується штам Fusarium graminearum, виділений із
ґрунту. Якщо зіставити виробництво мікропротеїну із процесом синтезу
білків тварин, то можна виявити ряд його переваг.

Крім більшої швидкості росту, перетворення субстрату у білок проходить
ефективніше ніж при засвоєнні їжі тваринами. Не зайвим також нагадати,
що корми для тварин повинні вміщувати деяку кількість білку (до 15-20%),
залежно від виду тварин і способу їх утримання. Середній склад
мікропротеїну та порівняння його із складом яловичини наведені у таблиці
2.

За допомогою біотехнології і, в першу чергу, за рахунок використання
різних мікроорганізмів, ми одержуємо їстівні добавки та інгредієнти, в
тому числі:

1. Лимонну кислоту. Раніше її отримували з лимонів, тепер – за допомогою
грибу Aspergilius niger шляхом збродження патоки та гідролізати, які
вміщують глюкозу.

2. Амінокислоти. Сьогодні їх виробляється більше 200 тис. тон за рік. Їх
використовують головним чином як добавки до кормів і харчових продуктів.

Таблиця 2

Середній склад мікопротеїну та порівняння його із складом яловичини

Компоненти Склад, % на суху вагу

мікопротеїни простий сирий біфштекс

Білки

Жири

Їстівні волокна

Вуглеводи

Зола

Рибонуклеїнова кислота 47

14

25

10

3

1 68

30

сліди

0

2

сліди

Основну частину амінокислот одержують методом ферментації. Головним
продуктом ферментації є глутамінова кислота (продуцент Corynebacterium
glutamicum) та лізин (Bacillus flavum).

3. Вітаміни – B-каротин, рибофлавін.

4. Підсилюючі смаку. Головним є натрієва сіль глутамінової кислоти. ЇЇ
одержують за допомогою Micrococcus glutamicus.

5. Жири й масла.

6. Рослинні клеї.

7. Консервація фруктів та овочів.

При цьому слід зауважити, що затрати на організацію багатотоннажних
біотехнологічних виробництв дуже великі і під силу тільки багатим
фірмам. Головна перевага нових технологій полягає у тому, що вихід
продукції із ферментеру чи біореактору набагато вищий ніж від рослин чи
тварин тому виробництво предметів вжитку таким чином завжди є більш
вигідним.

Деякі з нових направлень, таких як генетична інженерія, яка здатна
перетворити людину на творця світу й захопила уявлення багатьох вчених і
викликала велику їх зацікавленість. Передача генетичного матеріалу
різними організмами, такими як бактерії, рослини, тварини і людина
породила великі надії, причому деякі з них стали реальністю. Наприклад,
одержання людського інсуліну за допомогою бактерій.

Першим великим досягненням біотехнології в галузі сільського
господарства є зелена революція – це дослідження селекції
високоврожайних сортів зернових. Завдяки чому Індія, Бангладеш та деякі
інші країни, що розвиваються змогли забезпечити себе продовольством. За
останні 30 років урожай кукурудзи збільшився з 12 до 62 ц/га, а урожай
пшениці, в середньому, зростав за рік на 1ц.

Метою селекції, крім підвищення врожаю, є виведення сортів стійких до
паразитів, бактеріальних і вірусних хвороб. Метод селекційного відбору
дозволяє схрещувати окремі види рослин у тих випадках, коли природне
відтворення неможливе.

5. Вегетативна гібридизація

Великих успіхів було досягнуто за допомогою вегетативної гібридизації
проростків зернових культур. Цей метод полягає у схрещуванні рослин
шляхом усунення самоопилення. Він простий, особливо у перехресно
запилюваних рослин, таких як кукурудза, в яких чоловічі органи
відокремлені від жіночих і їх можна легко видалити до початку запилення.
Складніше із самозапилюючими рослинами, такими як пшениця, томати, соя,
люпин. У них чоловічі та жіночі органи розміщені у безпосередній
близькості в середині квітки. Сьогодні ця перешкода усувається завдяки
відкриттю хімічних сполук, які стерилізують пилок. Гібридні рослини
сьогодні, особливо кукурудза, вирощуються на великих площах.

Інші методи теж перспективні – це вегетативне розмноження in vitro за
допомогою культури меристеми.

Меристема – це поверхнева тканина стебла, яка вміщує ембріональні
клітини. Культивується в асептичних умовах у твердому поживному
середовищі. Ці клітини розмножуються і утворюють калюс, який може бути
розділений і багаторазово репродуційований. Калюс – це товста шкіра,
тканина, яка утворюється на місці пошкодження і допомагає заживленню.
При обробці гормонами рослин (ауксини, гібереліни) недиференційовані
калюси диференціюються на окремі рослини які мають властивості вихідної
рослини.

Апікальна меристема – це скупчення клітин, розташованих на верхньому
кінці стебла. Вона відіграє важливу роль у розмноженні рослин, оскільки
залишається у здоровому стані навіть у тому випадку, коли інша частина
рослини вражена вірусом. Культивування in vitro меристеми хворого
екземпляру дає можливість одержати нову здорову рослину і прискорити
виробництво вільного від вірусу посадкового матеріалу.

6. Енергетичні біоресурси

Важливим внеском біотехнології є створення нових енергетичних ресурсів.
Це, перш за все, виробництво рідкого палива –етанолу. Для його одержання
методом ферментації можна використовувати різну сільськогосподарську
сировину, в т.ч. цукрозу цукрової рослини, цукрового буряка, патоку,
крахмал зернових культур, маніока, інулін топінамбура. Пивні дріжджі та
деякі анаеробні бактерії (Zimonomas mobilus) переробляють цукор в етанол
із середнім виходом по вазі 47%.

В Бразилії етанол використовують як пальне в широкому масштабі. В даний
час його виробництво складає 8,4 млн. т, що відповідає 5,6 млн. т
бензину або 4,7 тис. га цукрової тростини. Вартість етанолу вища на 380$
за тону від бензину. Однак, економічним стимулом Бразилії є прагнення
покращити платіжний баланс шляхом скорочення імпорту бензину і
забезпечення збуту продукції цукрової промисловості, яка дуже
постраждала від падіння світових цін на цукор.

Аналогічні причини проявлення інтересу до етанолу у США. У Західній
Європі планується виробляти до 4 млн. т біоетанолу в рік. Мета цього
проекту використовувати залишки європейської пшениці і цукрового буряку.

7. Високобілкові біотехнологічні харчові продукти

У країнах, що розвиваються велика увага приділяється виробництву
одноклітинного харчового білку. Для його одержання можна використовувати
велике різноманіття сільськогосподарських продуктів і відходів. Сюди
входять лігноцелюлозні речовини, солома, жом цукрового буряку і цукрової
тростини. На сьогодні Куба із патоки цукрової тростини щорічно виробляє
80 тис. т дріжджів, які йдуть на корм тваринам.

Збагачення харчових продуктів білком за допомогою процесу ферментації
широко використовується у країнах Африки і Далекого сходу. Кінцевим
продуктом цього процесу є придатна до вживання суміш багатої на білок
мікробної біомаси і відходів переробки сільськогосподарської сировини,
поживна цінність яких таким чином підвищується. У всіх тропічних країнах
сільськогосподарською сировиною, придатною для збагачення білком є
маніок. Світове виробництво його у Африці, Азії, Латинській Америці
досягає 120 млн. т. Він багатий крохмалем, але практично не вміщує
білку. При ферментації сухого маніоку, що вміщує 90% крохмалю і менше 1%
протеїну із застосуванням розщіплюючого крохмалю грибка Aspergillius
hennebergi утворюється продукт, що вміщує 20% добре збалансованих білків
і 20-25% залишкових цукрів. Таким чином маніок може давати майже 2 т
білку з одного га, що в 3 рази більше, ніж може бути одержано при
вирощуванні сої та інших бобових культур.

Список використаної літератури

Бондаренко А.Д. Современная технология: теория и практика –Киев-Донецк:
Вища школа. 1985.-172 с.

Васильева И.Н. Экономические основы технологического развития. –М.
“Банки и биржи” 1995г.

Виноградова В.М., Волкова Е.И., Архипов Н.М. Технология и эффективность
химизации земледелия. М. “Колос”, 1977.- 248 с.

Кучук Н. В. Генетична інженерія — входження в біологічну еру // Вісник
НАНУ. — 1998. — №3-4. — С.28-34.

Сидоров В.А. Биотехнология растений. Клеточная селекция. — К.: Наук.
думк., 2001. — 279 с.

Смирнов В.В., Иванов В.Н. Биотехнология. Настоящее и будущее. – К.,
2005.

Смирнов С.Н. Диалектика отражения и взаимодействие в эволюции материи.
Часть IV: Диалектика исторического науки и технологических форм
практики. – М. “Наука”., 1974.- 328 с.

Хиччинс И., Бест Д., Джонс Дж. Биотехнология: Принципы и применение. –
М., 1988. – 479 с. Перевод с английского А.С.Антонова.

PAGE

PAGE 4

Похожие записи