Биотехнология

служить высокоспецифичными замените-

лями пестицидов. Фитоалексин перца успешно применяли при фитофторозе. Могут

быть использованы также вещества, стимулирующие синтез фитоалексинов в

растительных тканях.

3. Использование микробов-антагонистов, вытесняющих патогенный вид и

подавляющих его развитие.

4. Иммунизация и вакцинация растений. Вакцинные препараты стремятся вводить

непосредственно в прорастающие семена.

5. Введение в ткани растений специфичного агента (d-фактора), снижающего

жизнеспособность возбудителя.

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.

Биологические удобрения. Биологические (бактериальные) удобрения применяют

для обогащения почвы связанным азотом. Большое распространение получили

препараты нитрагин и азотобактерин — клетки клубеньковых бактерий и

азотобактера, к которым добавляют стабилизаторы (мелассу, тиомочевину) и

наполнитель (бентонит, почву). Азотобактерин обогащает почву не только

азотом, но и витаминами и фитогормонами, гиббереллинами и гетероауксинами.

Препарат фосфо-бактерин из Bacillus megaterium превращает сложные

органические соединения фосфора в простые, легко усвояемые растениями.

Фосфобактерин также обогащает почву витаминами и улучшает азотное питание

растений.

Растения синтезируют ряд соединений, регулирующих их рост и развитие

(фитогормоны, биорегуляторы). К их числу принадлежат ауксины, гиббереллины,

цитокинины. Созревание плодов стимулирует этилен. Эти биорегуляторы находят

применение в сельском хозяйстве. К числу новых, обнаруженных в последние

годы биорегуляторов относят пептиды, имеются перспективы их применения в

сельском хозяйстве.

Биотехнология и животноводство.

Большое значение в связи с интенсификацией животноводства отводится

профилактике инфекционных заболеваний сельскохозяйственных животных с

применением рекомбинантных живых вакцин и генноинженерных вакцин-антигенов,

ранней диагностике этих заболеваний с помощью моноклональных антител и

ДНК/РНК-проб.

Для повышения продуктивности животных нужен полноценный корм.

Микробиологическая промышленность выпускает кормовой белок на базе

различных микроорганизмов — бактерий,

грибов, дрожжей, водорослей. Богатая белками биомасса одноклеточных

организмов с высокой эффективностью усваивается сельскохозяйственными

животными. 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 (Р. С. Рычков,

1982). Это имеет большое народнохозяйственное значение, поскольку 80%

площадей сельскохозяйственных угодий в мире отводятся для производства

корма скоту и птице.

Одноклеточные организмы характеризуются высоким содержанием белка — от 40

до 80% и более. Белок одноклеточных богат лизином, незаменимой

аминокислотой, определяющей его кормовую ценность. Добавка биомассы

одноклеточных к недостаточным по лизину растительным кормам позволяет

приблизить их аминокислотный состав к оптимальному. Недостатком биомассы

одноклеточных является нехватка серусодержащих аминокислот, в первую

очередь метионина. У одноклеточных его приблизительно вдвое меньше, чем в

рыбной муке. Этот недостаток присущ и таким традиционным белковым кормам,

как соевая мука. Питательная ценность биомассы одноклеточных может быть

значительно повышена добавкой синтетического метионина.

Производство кормового белка на основе одноклеточных — процесс, не

требующий посевных площадей, не зависящий от климатических и погодных

условий. Он может быть осуществлен в непрерывном и автоматизированном

режиме.

В нашей стране производится биомасса одноклеточных, в особенности на базе

углеводородного сырья. Достигнутые успехи не должны заслонять проблемы,

возникающей при использовании углеводородов как субстратов для

крупномасштабного производства белка, — ограниченность их ресурсов.

Важнейшими альтернативными субстратами служит метанол, этанол, углеводы

растительного происхождения, в перспективе водород.

Очищенный этанол на мировом рынке стоит почти вдвое дороже метанола, но

этанол отличается очень высокой эффективностью биоконверсии. Из 1 кг

этанола можно получить до 880 г дрожжевой массы, а из 1 кг метанола-до 440

г. Биомасса из этанола особенно богата лизином — до 7%.

Большое значение для животноводства имеет обогащение растительных кормов

микробным белком. Для этого широко применяют твердофазные процессы.

Перспективными источниками белка представляются фото-трофные

микроорганизмы, в особенности цианобактерии рода Spirulina и зеленые

одноклеточные водоросли из родов Chlorella и Scenedesmus. Наряду с обычными

аппаратами для их выращивания используют искусственные водоемы. Добавление

к растительным кормам биомассы Scenedesmus позволяет резко повысить

эффективность усвоения белков животными.

Таким образом, существуют разнообразные источники сырья для получения

биомассы одноклеточных. Некоторые субстраты (этанол) дают столь

высококачественный белок, что он может быть рекомендован в пищу.

Цианобактерии рода Spirulina издавна используют в пищу ацтеки в Центральной

Америке и племена, обитающие на озере Чад в Африке.

2. Технологическая биоэнергетика

Технологическая биоэнергетика — одно из направлений биотехнологии,

связанное с эффективным использованием энергии, запасаемой при фотосинтезе.

Это может быть достигнуто путем: 1) превращения биомассы, накопленной в

результате фотосинтеза в дешевое и высококалорийное топливо — метан и

другие углеводороды, этанол и т. д.; 2) модификации самого процесса

фотосинтеза, в результате которой энергия света с максимальной

эффективностью используется на образование водорода или другого топлива,

минуя стадию фотоассимиляции СО2 и синтеза компонентов клетки. На уровне

теоретических разработок находится идея непосредственного преобразования

энергии Солнца в электрическую (биофотоэлектрические преобразователи

энергии).

Рассмотрим вначале путь, пролегающий через использование биомассы, в первую

очередь, растительной, ресурсы которой в мире огромны и оцениваются в 100

млрд. т по сухому веществу в год. Лишь незначительная часть ее расходуется

человечеством, но и эта часть дает до 14% потребляемой в мире энергии.

Биомасса — не только возобновляемый и почти даровой источник энергии, но и

альтернатива тающим запасам полезных ископаемых.

Получение этанола как топлива.

Этанол — экологически чистое топливо, дающее при сгорании СО2 и Н2О. Он

используется в двигателях внутреннего сгорания в чистом виде или как 10—20%-

ная добавка к бензину (газохол). В Бразилии уже к 1983 г. 75% автомобилей

работали на 95%-ном этаноле, а остальные — на газохоле. В США предполагают

заменить на этанол 10% потребляемого бензина. Широкое внедрение этанола

планируется в странах Западной Европы.

На значительных посевных площадях намечают выращивать сельскохозяйственные

культуры, предназначенные для биотехнологической переработки в этанол. В

условиях дефицита посевных площадей возникает проблема, которая уже в наши

дни актуальна для Бразилии и выражается дилеммой: продовольствие или

энергия. Производство этанола из растительного сырья не является

безотходным: на каждый литр спирта при-

ходится 12—14 л сточных вод с высокой концентрацией отходов, опасных для

природных экосистем. Проблема рациональной переработки этих отходов не

решена.

Классическим биообъектом, используемым при получении спирта, являются

дрожжи Saccharomyces cerevisiae. Дрожжи имеют ряд недостатков.

1. Конкуренция брожения и дыхания. Субстрат (например, глюкоза) лишь

частично сбраживается до этанола. Оставшаяся часть безвозвратно теряется,

превращаясь в результате дыхания в СО2 и Н2О. Процесс необходимо вести в

анаэробных условиях или применять мутанты дрожжей, утратившие митохондрии и

не способные к дыханию.

2. Чувствительность к этанолу, которая снижает выход целевого продукта на

единицу объема биореактора. Получены устойчивые к этанолу мутанты,

характеризующиеся измененным строением клеточных мембран.

3. Отсутствие ферментов, катализирующих расщепление крахмала, целлюлозы,

ксилана. Необходим предварительный гидролиз субстрата или засев биореактора

смешанной культурой, содержащей, помимо S. cerevisiae, микроорганизмы с

соответствующей гидролитической активностью.

Бактерия Zymomonas molilis, применявшаяся центральноамериканскими индейцами

для сбраживания сока агавы, более эффективно сбраживает сахара и более

устойчива к этанолу. Дальнейшее повышение устойчивости Z. mobilis к этанолу

достигается добавлением в среду инкубации Mg2+ и ряда нуклео-тидных

компонентов.

Термофильные бактерии, продуценты этанола характеризуются высокой скоростью

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10