Биосферы

Биотехнология должна помочь сельскому хозяйству получить продукты питания с минимальным применением средств химизации. На основе генетической и клеточной инженерии необходимо создать высокоурожайные, болезнестойкие сорта культурных рас­тений, что позволит исключить ядохимикаты. Важное место здесь отводится клеточной инженерии и меристемной технологии. На основе достижений современной генетики и биотехнологии пред­ставляется возможным изменить потребительские свойства сель­скохозяйственных продуктов с тем, чтобы отпала необходимость применять для корма животных и птицы различные добавки хи­мического или микробного синтеза (кормовые дрожжи, лизин, витамины и др.), производство которых связано с определенной экологической опасностью. В качестве примера можно привести создание высоколизинового сорта ячменя в Дании (Мунск, 1995). Этот ячмень содержит 6 г/кг лизина (против 3,8 г/кг в обычном ячмене).

Следует расширить производство бактериальных удобрений (особенно нитрагина), биологических средств борьбы с болезнями растений и их вредителями, биологических консервантов кормов.

Для повышения плодородия почвы необходимо применять органические удобрения, компосты и обезвреженные путем метано­вого брожения жидкие отходы животноводческих ферм.

Биотехнология должна создать рациональные и безвредные для человека и среды процессы конверсии продуктов сельского хозяйства в более ценные товарные формы. То же касается химического сырья, которое можно превращать в биологически безвредные формы.

Биотехнология призвана сыграть значительную роль при создании безотходных технологий и, конечно, при разработке раз­личных схем очистки производственных стоков и твердых отходов.

Однако нельзя забывать, что биотехнологические производства сами по себе могут быть опасными как для обслуживающего персонала, так и для потребителей продукции. Таких примеров можно привести много.

Достижения современной биологии дают новые эффективные средства индикации биологического загрязнения окружающей среды. Необходимо отметить методы, основанные на использова­нии моноклинальных антител, или иммуноферментные, а также электроды с иммобилизованными ферментами. Посредниками для индикации определенных соединений в воде или почве могут быть различные биологические объекты, которые аккумулируют эти вещества. Например, в печени рыбы накапливаются пестициды, тяжелые металлы, сбрасываемые в водоем, где обитает такой посредник.

Предприятия микробиологической промышленности по действующим в России правилам должны обеспечить такую обработку стоков, чтобы они отвечали следующим требованиям.

Содержание, мг/л взвешенных частиц азота хлоридов, мг/л

До 0,25    2,0

300,0

6

Назовем основные биотехнологические методы, которые могут быть применены для оздоровления и защиты окружающей среды, в том числе для обеспечения экологически чистого производства на самих биотехнологических предприятиях (табл. 5).

Таблица 5. Биотехнологические методы зашиты окружающей среды

Создание безотходных технологических процес­сов

Создание препаратов для борьбы с возбудителями болезней человека и жи­вотных

Создание растений, ус­тойчивых к болезням и вредителям

Биологические  методы Сельское и лесное хо-борьбы с болезнями и зяйство вредителями растений

Бактериальные удобре­ния и стимуляторы роста растений

Создание культурных ра­стений, способных фикси­ровать атмосферный азот без участия микроорга­низмов

Получение из отходов полез­ных продуктов или обезвре­живание их

Средства для диагностики, иммуностимуляторы, вакци­ны, антибиотики и др.

Получение методами генети­ческой и клеточной инжене­рии культурных растений, при возделывании которых отпадает необходимость ис­пользования ядохимикатов как средств борьбы против вредителей и болезней Специальные микробиологи­ческие или другие биологи­ческие препараты селектив­но уничтожают вредных на­секомых, грызунов или воз­будителей болезней Усиление биологической фиксации атмосферного азо­та, мобилизации фосфора; ускорение роста органов ра­стений; снижение потребно­сти в минеральных удобре­ниях

Перенос методами генетиче­ской инженерии в геном ра­стений генов от микроорга­низмов, определяющих фик­сацию

В аэротенках спонтанная микрофлора в присутствии кислорода утилизирует орга­нические вещества стоков и накапливается биомасса — активный ил. Содержание СВ снижается на 50 % В метантенках анаэробная микрофлора утилизирует ор­ганические вещества, в том числе активного ила, полу­ченного после аэробной об­работки с образованием био­газа (95% от переработан­ного органического вещест­ва)

Специально адаптированные культуры микроорганизмов обычно в иммобилизованном виде утилизируют опреде­ленные вредные вещества (фенол, кислоты и др.) При аэрации твердых отхо­дов ускоренно происходит микробная деструкция части компонентов субстрата с об­разованием компоста Промыванием почвы и мик­робиологической обработкой промывных вод достигается утилизация вредных соеди­нений, накапливающихся в почве при химизации сель­скохозяйственного производ­ства

В специальных биофильтрах микроорганизмы селективно сорбируют из сточных вод определенные металлы, в том числе радиоактивные При помощи моноклональ-ных антител или иммунофер-ментного анализа опреде­ляют присутствие вирусов и бактерий. При помощи фер­ментов контролируют при­сутствие в среде определен­ных веществ

Экологическая биотехнология бурно развивается, появляются

системы для утилизации органических и неорганических веществ, загрязняющих среду и попадающих в нее с жидкими и газовыми

выбросами. В аэробных и анаэробных условиях обычно с помощью иммобилизованных культур микроорганизмов в жидких стоках разрушают большое количество органических соедине­ний. Примером может быть окисление сульфидов до сульфатов в жидких стоках аутотрофными бактериями Thiobacillus denitrificans, иммобилизованными в геле альгината. Процесс происходит в анаэробном биофильтре. В гель включают также СаСОэ для поддержания буферности и ионы Са²⁺ в качестве структури­рующего фактора в гранулах альгината. Такая система обеспечи­вает утилизацию сульфидов из раствора в течение 12 сут при их концентрации 26 промиль (К. L. Sublette, 1988).

Учёными-биотехнологами разработана также биотехнологическая система для окисления металлов в грязеобразной среде с содержанием сухого вещества 10—30 %. Так, бактерии рода Leptespirillum окисляют ртуть, серебро, молибден, селен и др. (Е. A. Griffin et. al., 1989). Достаточно широко практикуют денитрификацию стоков, биологическую утилизацию фосфора и удаление из стоков углеводо­родов нефти.