Проект «Биотехнологии в сельском хозяйстве»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Родомановская средняя школа»

Проект

«Биотехнологии в сельском хозяйстве»

Работу выполнила ученица 11 класса

Мужеловская Ангелина Игоревна

Руководитель проекта: учитель биологии

Филипович Любовь Владимировна

Родоманово,

2021 год.

Цель: Доказать, что биотехнологии в сельском хозяйстве- это важная отрасль развития  современной промышленной индустрии.

Задачи:

1. Определить, что такое биотехнологии в сельском хозяйстве.
2. Обозначить направления биотехнологий в сельском хозяйстве.
3. Выявить актуальность биотехнологий в сельском хозяйстве.
4. Узнать о тенденциях развития и усовершенствования биотехнологий в сельском хозяйстве.

Биотехнологии в сельском хозяйстве.

Биотехнология – интеграция естественных и инженерных наук, позволяющая наиболее полно реализовать возможности живых организмов или их производные для создания и модификации продуктов или процессов различного назначения.

Биотехнологии в сельском хозяйстве делятся на три более востребованных направления: биотехнологии в растениеводстве (защита растений, повышение урожайности и скороспелости),  биотехнологии в животноводстве (выживаемость молодняка, ускоренный набор массы, увеличение устойчивости к заболеваниям, увеличение удоев), биотехнологии в сфере утилизации отходов (птичий помет, отходы КРС и свиноводства, отходы растениеводства).

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.

Биотехнологические методы также позволяют повышать эффективность усвоения растениями необходимых им микроэлементов.

Сельскохозяйственная биотехнология может внести решающий вклад в решение ряда проблем человечества.

Понятие и составные части промышленной биотехнологии.

Промышленная биотехнология объединяет в себе химию, молекулярную и микробиологию с прикладными науками для использования микроорганизмов, клеток, тканей и генов с целью проведения технологических процессов различной направленности. Эта область исследований является одной из наиболее перспективных сегодня, и позволяет не только изменять и улучшать характеристики веществ, но и создавать новые микроорганизмы с уникальными функциями.

Достижения биотехнологии экономически и экологически выгодны, что ведет к ее широкому распространению практически в каждой отрасли – от нефтепереработки до сельского хозяйства.

Применение в промышленности и сельском хозяйстве.

Кроме очевидных разработок направленных на синтез продовольствия, лекарственных препаратов и селекции садово-огородных культур, биотехнологии также применяются в металлургии, при повышении добычи нефти и утилизации всевозможных отходов. Оптимизация деградации последних направлена на решение энергетической проблемы человечества.

Биоэнергетика активно работает над отказом от привычных источников и переходом на экологически безопасные. Уже сегодня целлюлозные отходы сельского хозяйства под воздействием ферментов трансформируются в глюкозу и далее – в топливо.

Также поступают и с продуктами жизнедеятельности скота, который можно преобразовать в биогаз и качественные удобрения. Кроме того, микробное выщелачивание позволяет обрабатывать даже самые бедные руды выделяя из них ценные металлы.

Бактерии эффективно содействуют с метаном и могут как полностью удалить его, например из шахты, так и образовать для пробуждения нефтяных пластов.

Пищевая промышленная биотехнология начинается с клеточной инженерии и их слияния, что увеличивает урожайность, живучесть и плодоносность гибридных растений в несколько раз.

Благодаря современным разработкам больше не надо ждать десятки лет, непрерывно экспериментируя с селекцией – генная модификация абсолютно безопасна и гораздо более эффективна.

Методы промышленной биотехнологии, такие как микробиологический синтез, позволяют создать пищевой белок не отличимый от натурального и созревающий в 10 раз быстрее при минимальных затратах на производство.

А аминокислоты, также изготовленные биохимическим способом, выступают как ферменты, дрожжи и ароматическо-вкусовые добавки. Именно эти технологии должны прокормить человечество в будущем благодаря невероятной эффективности, экологичности и низкому показателю энергоемкости.

Биотехнология за заботу об окружающей среде.

Промышленная экология и биотехнологии занимаются исследованиями в области снижения загрязнения природы. Сейчас необычайно остро стоит проблема, как токсичных отбросов, так и перегрева, вследствие изменения климата, чрезмерного электромагнитного излучения, шума и прочих факторов. Данное направление науки ориентированно на:

1. Обезвреживания от выбросов. Модернизация и оптимизация работы систем очистки воды, воздуха и земли от токсичных отходов с помощью микроорганизмов, вторичной переработки и изменения производственных процессов.
2. 
   Введение норм соответствия экологической безопасности, добывающих и изготавливающих предприятий, для осуществления контроля за разрушительным воздействием, как на верхний слой почвы, так и на местную атмосферу, флору и фауну.
3. 
   Разработка «чистых» источников энергии. С начала 21 века все большее количество автомобилей переходит на электрические двигатели, а самый ценный ресурс получают с помощью солнечных аккумуляторных батарей, силы воздуха и воды.
4. 
   Создание новых видов транспорта и контроль их численности. Даже с учетом повсеместного перехода на альтернативные источники питания количество автомобилей растет, так же как и население планеты. Экологи работают не только над топливными фильтрами и усовершенствованными конструкциями двигателей, но и над проектами управления транспортом в городской черте.

Промышленная биотехнология уже сейчас предлагает эффективные методы решения множества экологических проблем, в то время когда ученые утверждают, что их исследования находятся только на начальном этапе.

Биотехнология и микромир.

Промышленная биотехнология микроорганизмов занимается разработкой лекарственных препаратов несколькими путями.

Первый – извлечение экстрактов из лекарственных растений искусственно выращенных в максимально подходящих условиях полностью или только в виде нескольких необходимых клеточных тканей. Кроме медицины такой подход применяется в парфюмерии для выделения ценных и ароматических веществ.

Второй – синтез антибиотиков, ферментов, витаминов, катализаторов, ингибиторов и других добавок, облегчающих управление веществами. Такие дополнения обеспечивают:

• гибкость метаболизма;
• 
  высокую адаптивную способность;
• 
  простоту культивирования;
• 
  сверхбыстрый рост и размножение;
• 
  качественные возможности для дальнейшего исследования.

Разумно объединенные промышленное производство и биотехнология гарантируют человечеству здоровое и сытое будущее. Каждая новая разработка данной отрасли все больше направлена на сбережение ценных ресурсов планеты и их сохранения.

Биотехнология и растениеводство.

Возделываемые культуры растений подвержены негативному влиянию ряда факторов — сорняков, грызунов, насекомых-вредителей, нематод, фитопатогенных грибов, бактерий, вирусов, неблагоприятных погодных и климатических условий. Влияние перечисленных факторов способно значительно снизить урожайность возделываемых культур, а значить уменьшить потенциальную прибыль. Так, например, только один колорадский жук и Фитофтора(Phytophtora) – возбудитель фитофторозной гнили, способны на 40-50 % снизить урожайность картофеля. Отмечен рост количества заболеваемости растений вирусными инфекциями, которые не только губят урожай, но и способствуют вырождению генофонда.

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

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

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

Биологические средства — важная составная часть комплексной программы защиты растений. Эта программа предусматривает проведение защитных мероприятий агротехнического, биологического и химического плана наряду с использованием устойчивых сортов растений. Задачей комплексной программы является поддержание численности вредителей растений на экологически сбалансированном уровне, не наносящем ощутимого вреда культурным растениям.

Биотехнология и животноводство.

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

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

Вывод:

Биотехнология – одна из важнейших высоких технологий постиндустриальной эры. В документах, разработанных в рамках концепции устойчивого развития, биотехнология названа ключевым носителем следующего этапа научно-технической революции (как компьютерные технологии – носитель первого этапа). Сейчас ряд крупных фирм переводит деньги из химической индустрии в постиндустриальную биотехнологию. Сельское хозяйство и пищевая промышленность – вторая, после медицины, по значимости область применения новейшей биотехнологии, сейчас бурно развивается.

Биотехнология позволяет решать основные проблемы сельского хозяйства: повышения урожая, улучшения качества продукции, снижения цены и минимизации негативного воздействия на окружающую среду. Ученые пришли к выводу, что если мы хотим преодолеть проблему голода, но при этом жить рядом с лесами, полными птиц, и чистыми реками, изобилующими рыбой, то необходимо вводить альтернативные методы ведения сельского хозяйства, основанные на широком применении биотехнологии.

Источники информации.

http://ihst.ru/wp-content/uploads/from_ftp/GodichkaIIET/2000/technika/te07.htm#_ftn1 

http://rsn-saratov.ru/poleznaya_informaciya/680.html 

https://old.sk.ru/news/b/articles/archive/2015/08/17/agrarnye-biotehnologii-prorastut-v-skolkovo.aspx