6. Современные биотехнологии охраны окружающей среды

Защита окружающей среды – это комплексная проблема, которая может быть решена только совместными усилиями специалистов различных отраслей науки и техники. Наиболее эффективной формой защиты окружающей среды от вредного воздействия промышленных предприятий является переход к малоотходным и безотходным технологиям, а в условиях сельскохозяйственного производства к биологическим методам.

Биотехнология защиты атмосферы

Молекулы, служащие источником дурно пахнущего загрязнения воздуха, образуются в результате множества различных процессов. Эти молекулы часто являются органическими и могут быть подвергнуты микробной деградации. Пороговые концентрации дурного запаха весьма незначительные. Например: валериановая кислота – 0,6%; тиофенол – 0,06%; диамилсульфид – 0,14%; масляная кислота – 1,0%; метилмеркантан – 1,104%; скатол – 1,2%; этил-меркантан – 0,19%. Дурно пахнущие газы могут удаляться биотехнологически в «сухих» или «мокрых» биореакторах.

Биотехнология охраны земель

Загрязненность почв неорганическими ионами и нехватка полезных органических, избыток пестицидов и других вредных минеральных добавок приводят к снижению урожайности и качества ельскохозяйственных культур, а также эрозии и дефляции почвы. При этом традиционные удобрения и методы внесения их в почву являются весьма затратными. Вместе с тем имеются безграничные, возобновляемые ресурсы удобрений, содержащие необходимые питательные элементы для сельхозкультур и близкие, а иногда превышающие по качеству органические удобрения (например, осадки сточных вод станций аэрации). Широкому применению их в сельском хозяйстве препятствует бактериальная зараженность и содержание тяжелых металлов. Если первое препятствие (технически и организационно) в целом разрешимо, то второе – требует новых подходов, основанных на биотехнологических приемах.

Биотехнология очистки воды

Биотехнологическая очистка природных и сточных вод в настоящее время является достаточно изученным и широко применяемым методом, значение и роль которого со временем будет только возрастать в связи с требованиями экологичности и экономичности современных видов производства.

Биотехнология переработки отходов растительности

Отходы растительности – это не подлежащие утилизации по экономическим, экологическим и санитарно-гигиеническим соображениям клетчаткосодержащие остатки: опавшие листья, ботва свеклы, моркови, картофеля; листья капусты, очистки картофеля, образующиеся в больших количествах стебли зерновых культур.

2. Использование возобновляемых источников энергии – важное направление в области защиты окружающей среды

Энергетика является сердцем промышленного и сельскохозяйственного производства и обеспечивает комфортное существование человечества. Основным энергоносителем в XIX в. являлся уголь, сжигание которого приводило к росту выбросов дыма, сажи, копоти, золы, вредных газовых компонентов. Развитие научно-технического прогресса привело к существенному изменению энергетической базы промышленности, сельского хозяйства, городов и других населенных пунктов. Существенно возросла доля таких энергоносителей, как нефть и газ, экологически более чистых, чем уголь. Однако ресурсы их не беспредельны, что накладывает на человечество обязанность поиска новых, альтернативных возобновляемых источников энергии. К ним относятся солнечная и атомная энергия, геотермальные и геотермальные виды энергии, энергия отливов и приливов, энергия рек и ветров. Эти виды энергии являются неисчерпаемыми и их производство практически не оказывает вредного воздействия на окружающую среду.

3. Основные направления развития малоотходных и ресурсосберегающих технологий

Основным направлением рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды является разработка и использование мало- и безотходных технологий. Понятие «полностью безотходная технология» условное, так как ни одно производство без отходов не представляется возможным.

7. Для проведения исследований по биотехнологии растенийвыдвигаются следующее требования к лаборатории:

• моечная комната;

• место для приготовления сред;

• место для стерилизации;

• стерильная комната или ламинарный бокс для проведения работ в стерильных условиях;

• комната с постоянной температурой и/или термостат для индукции эмбриогенеза и каллусогенеза;

• культуральная комната для регенерации и выращивания растений-регенерантов in vitro;

• вегетационная камера для адаптации и выращивания растений-регенерантов in vivo.

Очень важно соблюдать чистоту при хранении стеклянных сосудов для культур, а также следить за тем, чтобы в среды не попадали следовые количества химических реактивов, например, с чаш весов или с электродов рН-метра. Как показала практика, небрежность, допущенная при проведении эксперимента, даже при хорошей оснащенности рабочего места, сводит к нулю все затраченные усилия. Поэтому основнымтребованием к лаборатории гораздо важнее чистота, чем изысканное специальное оборудование.

В моечной комнате необходимо иметь мойки с горячей и холодной водой, дистилляторы, сушильные шкафы.

В комнате для приготовления питательных сред необходимо иметь технические и аналитические весы, рН-метр, холодильники, электроплитки, шкафы с чистой посудой.

Комната для стерилизации питательных сред, инструментов и материалов должна иметь автоклавы и сушильные шкафы для стерилизации сухим нагретым воздухом.

Ламинарные боксы в настоящее время вполне доступны и широко используются для стерильных пересадок при работе культурой тканей. При отсутствии ламинарного бокса для стерильных работ можно использовать небольшую изолированную комнату. В этом случае для работы необходимо иметь поверхность, которую можно легко стерилизовать спиртом. Также комната должна быть оборудована источниками ультрафиолетового облучения, которые в нерабочее время осуществляют стерилизацию помещения. Такая стерильная комната, конечно, уступает ламинарному боксу, но тем не менее и такое оснащение позволяет успешно работать.

Культуральная комната должна быть оборудована устройствами для кондиционирования воздуха. Основное физическое требование для выращивания и поддержания культур клеток, тканей и органов растений - контролируемая температура и влажность воздуха. Для культивирования на свету наиболее гибкой и удобной является система полок с трубчатыми люминесцентными лампами, которая пригодна для выращивания культур в любом световом режиме. Для культивирования каллусных культур подходят стандартные микробиологические термостаты, работающие в режиме 25±2°С.

Для адаптации и выращивания растений-регенерантов in vivo можно использовать вегетационные камеры, тепличные боксы или соответствующим образом переоборудованные подвальные помещения.

В настоящее время, при наличии соответствующего финансирования, нет проблем в приобретении соответствующей посуды, инструментов, материалов, приборов и реактивов для проведения исследований по биотехнологии растении. Для этого достаточно взять каталог отечественной и/или зарубежной фирмы, имеющей свое представительство в России, и подобрать все необходимое в соответствии с задачам

Незалежна випробувальна лабораторія повинна мати юридичний статус, організаційну структуру, адміністративну підпорядкованість, фінансовий стан та систему оплати співробітників, що забезпечують необхідну певність у тому, що вона визнається об'єктивною та незалежною від розробників, виробників та споживачів з усіх питань оцінювання показників, що підтверджується при сертифікації конкретної продукції.

8. Всі досліди необхідно проводити у стерильних примі¬щеннях - боксу і ламінар-боксах.Стерилізують бокс, інструменти, посуд, рослинний матеріал, поживні середовища, ватні корки та всі інші матеріали, необхідні для роботи (додаток 1).

^ Стерилізація посуду. Весь посуд, що використовується для приготування, зберігання поживних середовищ і вирощування рослинного матеріалу, піддається старанному миттю.

Найбільш поширеним і надійним методом очистки і обеззараження скляного посуду є обробка його концентрованою сірчаною кислотою з біхроматом калію на протязі 4-6 годин з наступним промиванням теплою проточною водою впродовж 5 хвилин та двохразовим обполіскуванням дистильованою водою і один раз - бідистилятом.

Можна застосовувати і таку схему миття: попереднє замочування у розчині 0,3% перекису водню, потім миття розчином прального порошку з наступним обполіскуванням проточною водою, дистилятом і бідистилятом, як вказувалось вище. Після висихання посуд прожарюють в сухожаровій шафі за темпе¬ратури+ 160°С протягом 2 год. (з моменту встановлення потрібної температури). При такому нагріванні гинуть не тільки бактерії, але й їх спори.

Температура вище 175 °С недопустима, оскільки при цьому ватні корки буріють, а паперова обгортка стає ламкою.

Ще більш строгої стерилізації можна добитися під тиском в автоклаві, оскільки вологий жар більш пагубний для мікроорганізмів і спор. Посуд (стакани з кришками, чашки Петрі, піпетки) загортають у фольгу або обгортковий папір, зверху в целофан. При автоклавуванні градуйованих піпеток верхню частину їх загортають ватою і кожну загортають у папір окремо. Автоклавують під тиском 2 атм. протягом 25-30 хв.

^ Стерилізація ламінар-боксу. Ламінар-бокси призначені для культури ізольованих клітин, тканин і деяких інших робіт, які вимагають стерильності. Стерильність забезпечується з допомогою бактеріальних фільтрів, встановлених у ламіиар-боксі, через які нагнітається повітря. За 2 год. до початку роботи ламінар-бокс опромінюють (насвічують) бактерицидними ультрафіолетовими лампами. Попередньо до цього в ламінарі розміщують спиртівку, сірники, фарфоровий стакан з 96%-м спиртом і стакан із стерильною водою. Розміщують також стерильний посуд та інструменти, необхідні для роботи. При вичлененні апікальної меристеми (картоплі, великоплідної суниці) у ламінарі розміщують бінокулярну лупу. Перед початком роботи необхідно ретельно вимити руки з милом і протерти їх спиртом, одягти стерильний халат, зав'язати волосся стерильною марлевою косинкою або одягти стерильну шапочку. Розпочинати роботу слід з ретельного протирання внутрішньої поверхні ламінару, спиртівки, пробірок з поживним середовищем 70% спиртом.

Основою умовою успішного культивуваня ізольованих культур є стерильність поживного середовища, посуду, матеріалів, інструментів, посадкового матеріалу, приміщення для ізоляції і пересадки. Як показала практика, неохайність при проведенні експериментів в культурі іп vitro, навіть при хорошому забезпеченні робочого місця, зводить до нуля всі зусилля. Саме тому чистота значно важливіша, ніж унікальне спеціальне обладнання.

В зв'язку з цим роботи з мікроклонування проводять в асептичних умовах - в операційних кімнатах чи ламінар-боксах.

На першому етапі операційну кімнату очищають від бруду і пилу миттям водою з будь-яким миючим засобом. На другому етапі проводять її стерилізацію ультрафіолетовим опромінюванням на протязі 1,5-2 годин.