Питання для самоперевірки

1. Вкажіть напрями розвитку екологічної біотехнології.

2. Вкажіть напрями використання екологічної технології.

3. Які способи використовують для стічних вод?

4. Вкажіть основні ознаки, за якими розрізняють аеротенки.

5. Вкажіть основні показники якості стічних вод.

6. На чому засновані аеробні та анаеробні способи очищення стічних вод.

12. Сільськогосподарська біотехнологія

Біотехнологія вносить великий внесок у підвищення ефективності сільськогосподарського виробництва. Розроблені й успішно застосовуються біотехнологічні методи захисту рослин від шкідників і збудників хвороб корисної біоти. Це різні підходи включають: 1) виведення сортів рослин, стійких до несприятливих факторів; 2) хімічні засоби боротьби (пестициди) з бур'янами (гербіциди), гризунами (ратицидів), комахами (інсектициди), нематодами (нематоциди), фітопатогенними грибами (фунгіциди), бактеріями, вірусами; 3) біологічні засоби боротьби зі шкідниками, використання їхніх природних ворогів і паразитів, а також токсичних продуктів, утворених живими організмами.

Біотехнологія вирішує завдання підвищення продуктивності сільськогосподарських культур, їх харчовій (кормовій) цінності, завдання створення сортів рослин, що ростуть на засолених ґрунтах, у посушливих і заболочених районах. Важливе місце у виведенні нових сортів рослин займає метод культивування рослинних клітин in vitro. Регенерована з таких клітин «молода поросль» складається з ідентичних за генофондом примірників, зберігає цінні якості обраного клітинного клону. Клонування клітин з подальшим їх скринінгом та регенерацією рослин з відібраних клонів розглядають як важливий метод збереження і поліпшення деревних порід помірних широт, зокрема хвойних дерев. Рослини-регенеранти, вирощені з клітин або тканин меристеми, використовують нині для розведення спаржі, суниці, брюссельської та цвітної капусти, гвоздик, папоротей, персиків, ананасів, бананів. З клонуванням клітин пов'язують надії на усунення вірусних захворювань рослин. Розроблено методи, що дозволяють отримувати регенеранти з тканин верхівкових бруньок рослин. Надалі серед регенерованих рослин проводять відбір особин, вирощених з незаражених клітин, і вибракування хворих рослин. Раннє виявлення вірусного захворювання, необхідне для подібного вибракування, може бути здійснене методами імунодіагностики, з використанням моноклональних антитіл або методом ДНК/РНК-проб. Передумовою для цього є отримання очищених препаратів відповідних вірусів чи їх структурних компонентів. Клонування клітин – перспективний метод отримання не тільки нових сортів, але і промислово важливих продуктів. При правильному підборі умов культивування, зокрема при оптимальному співвідношенні фітогормонів, ізольовані клітини більш продуктивні, ніж цілі рослини. Іммобілізація рослинних клітин або протопластів нерідко веде до підвищення їх синтетичної активності.

Біологічні добрива застосовують для збагачення ґрунту зв'язаним азотом. Великого поширення набули препарати нітрагін і азотобактерин – клітини бульбочкових бактерій і азотобактера, до яких додають стабілізатори (мелясу, тіосечовину) і наповнювач (бентоніт, грунт). Азотобактерин збагачує грунт не тільки азотом, але і вітамінами і фітогормонами, гібереліни і гетероауксином. Препарат фосфобактерін з Bacillus megaterium перетворює складні органічні сполуки фосфору в прості, легко засвоювані рослинами. Фосфобактерін також збагачує грунт вітамінами і покращує азотне живлення рослин.

Велике значення біотехнологія приділяє профілактиці інфекційних захворювань сільськогосподарських тварин із застосуванням рекомбінантних живих вакцин і генно-інженерних вакцин-антигенів, ранній діагностиці цих захворювань за допомогою моноклональних антитіл і ДНК/РНК-проб. Біологічні методи і препарати займають все більш значуще місце не тільки для підвищення родючості ґрунтів, але також і для боротьби з шкідниками сільськогосподарського виробництва та збудниками хвороб культурних рослин і домашніх тварин.

12.1. Депонування пестицидів в матрикс з біополімерів, що руйнуються. Дослідження динаміки руйнування матриксу в ґрунті

 

Мета роботи: конструювання екологічно безпечних форм пестицидів із застосуванням полімерів, здатних до біоруйнування (полігідроксіалканоатов, ПГА); дослідження руйнування полімерного матриксу в ґрунті.

Бурхливий розвиток хімії і перехід сільського господарства на інтенсивні технології призвели до появи і застосування величезного розмаїття хімічних речовин для боротьби з шкідниками, бур'янами та збудниками хвороб культивованих видів. На відміну від інших забруднюючих речовин (радіонукліди, важкі метали та ін.) реальна небезпека пестицидів не повністю усвідомлена. Це пояснюється тим, що пестициди – це сотні діючих речовин і десятки тисяч препаратів. Методи аналізу їх в навколишньому середовищі складні і не завжди надійні. Відсутність інформації про екотоксикологічні властивості пестицидів – головна причина їх небезпеки, при цьому довгострокові екологічні наслідки застосування пестицидів не вивчені. Використовувані в більшості випадків у вигляді порошків, суспензій і емульсій пестициди часто не забезпечують адресну доставку препаратів, що веде до їх розсіюванню і подальшої акумуляції в біосфері. Широке застосування пестицидів, на жаль, не забезпечило повний захист сільськогосподарських культур. Велике число комах і бур'янів залишаються неконтрольованими. Вони продовжують завдавати величезної шкоди сільському господарству. Одним із серйозних недоліків сучасних препаратів є акумуляція в біосфері і придбання небажаними організмами резистентності до них. Пестициди, що володіють мутагенною і канцерогенною дією, потрапляючи в організм людини з продуктами харчування, становлять загрозу для здоров'я. Традиційне застосування пестицидів вступило в протиріччя з глобальною проблемою захисту навколишнього середовища. Це викликає необхідність пошуку більш ефективних засобів і методів захисту корисною біоти, що не надають негативного впливу на людину і навколишнє середовище в цілому. Новітнім напрямком досліджень, орієнтованих на зниження ризику неконтрольованого розповсюдження ксенобіотиків в біосфері, є розробка екологічно безпечних препаратів нового покоління з адресним і контрольованим виходом активного начала за рахунок використання спеціальних покриттів і/або матрикс з матеріалів здатних до біоруйнування. В останні роки стали з'являтися роботи по отриманню препаратів з полімерних матеріалів, навантажених пестицидами.

Ключовою ланкою для створення препаратів такого типу є наявність адекватного матеріалу, що володіє спеціальними властивостями, серед яких обов'язкові: екологічна сумісність з навколишнім середовищем і глобальними біосферними циклами кругообігу, тобто руйнування, безпека для живої і неживої природи, тривала (тижні і місяці) збереженість в природному середовищу і контрольована деструкція з утворенням нетоксичних продуктів; хімічна сумісність з пестицидами, можливість переробки доступними способами, сумісними з технологіями виготовлення цих препаратів.

Матеріали та обладнання: зразок полімеру, зразок модельного пестициду (мінеральна сіль), кульовий млин, ваги, фарфорова ступка, лабораторний прес, мікроскоп з фотоапаратом, зразки ґрунту, пластикові контейнери, термостат.

Хід роботи:

1. Наважку полімеру (5 г) подрібнити в кульовому млині.

2. Подрібнений порошкоподібний полімер розвішати на 10 зразків масою 20 мг.

3. Приготувати 10 наважок модельного препарату (NH₄Cl) по 20 мг.

4. У порцеляновій ступці ретельно перемішати обидва компонента.

5. З отриманої суміші на лабораторному пресі з використанням прес-форми спресувати компакти у вигляді таблетки.

6. Провести зважування зразків.

7. Визначити рН і вологість ґрунту.

8. Приготувати наважки ґрунту по 100 г і розмістити в пластикові контейнери.

9. У ґрунті розмістити отримані форми препаратів у вигляді таблетки.

10. Розмістити приготовані зразки (контейнери з ґрунтом із зразками препаратів) у термостаті при заданій температурі (25°С).

11. Щодня вимірювати і коректувати вологість ґрунту.

12. Періодично (щотижня) в ході занять вилучати по 3 контейнери для аналізу стану зразків препаратів (зовнішній вигляд, залишкова маса), фіксувати фотографуванням.

13. Результати заносити в табл. 10.

14. По завершенні експерименту побудувати графік зміни маси форми (рис. 23), визначити швидкість руйнування полімерного матриксу (рис. 24) і період напіврозпаду полімеру в даних умовах:

V = M_почат./М₁… М₂…М₃ і т. і.,

де V – швидкість руйнування полімеру (мг/доба), М_почат., М₁ і т. і. – маса зразків.

Таблиця 10

Дата	Тривалість етапу, діб	Маса зразка, г	Швидкість руйнування полімеру, г/доба	Період напіврозпаду, діб

% від початкового

діб

Рис. 23. Динаміка зменшення маси полімерних зразків

V, мг/діб

діб

Рис. 24. Динаміка швидкості біодеградації полімерного матриксу як платформи адресної доставки пестицидів