Современное состояние и перспективы биотехнологии

1. Что такое биотехнология?
2. Какие биотехнологические процессы и производства вам известны?
3. Где могут быть использованы методы клеточной и генной инженерии?

Биотехнология в практической деятельности человека.

С древних времен известны отдельные биотехнологические процессы, используемые в сферах практической деятельности человека. К ним относятся хлебопечение, виноделие, пивоварение, приготовление кисломолочных продуктов и т. д. Наши предки не имели представления о сути процессов, лежащих в основе таких технологий , но в течение тысячелетий, используя метод проб и ошибок, совершенствовали их. Биологическая сущность этих процессов была выявлена лишь в XIX в. благодаря научным открытиям Л. Пастера. Его работы послужили основой для развития производств с использованием разнообразных видов микроорганизмов. В первой половине XX в. стали применять микробиологические процессы для промышленного получения ацетона и бутанола, антибиотиков, органических кислот, витаминов , кормового белка.

Успехи, достигнутые во второй половине XX в. в области цитологии, биохимии, молекулярной биологии и генетики, создали предпосылки для управления элементарными механизмами жизнедеятельности клетки, что способствовало бурному развитию биотехнологии. Благодаря селекции высокопродуктивных штаммов микроорганизмов, эффективность биотехнологических процессов увеличилась в десятки и сотни раз.
Особенностью биотехнологии является то, что она сочетает в себе самые передовые достижения научно-технического прогресса с накопленным опытом прошлого, выражающимся в использовании природных источников для создания полезных для человека продуктов. Любой биотехнологический процесс включает ряд этапов:

подготовку объекта, его культивирование, выделение, очистку, модификацию и использование полученных продуктов. Многоэтапность и сложность процесса обусловливает необходимость привлечения к его осуществлению самых разных специалистов: генетиков и молекулярных биологов, цитологов, биохимиков, вирусологов, микробиологов и физиологов, инженеров-технологов, конструкторов биотехнологического оборудования и др.

Дальнейшее развитие биотехнологии как отрасли сельскохозяйственного производства позволит решить многие важные проблемы человечества.

Острейшей проблемой в целом ряде слаборазвитых стран, стоящей перед человечеством, является нехватка продовольствия. В связи с этим усилия биотехнологов направлены на повышение эффективности растениеводства и животноводства.

Содержание урока конспект уроку и опорный каркас презентация урока акселеративные методы и интерактивные технологии закрытые упражнения (только для использования учителями) оценивание Практика задачи и упражнения,самопроверка практикумы, лабораторные, кейсы уровень сложности задач: обычный, высокий, олимпиадный домашнее задание Иллюстрации иллюстрации: видеоклипы, аудио, фотографии, графики, таблицы, комикси, мультимедиа рефераты фишки для любознательных шпаргалки юмор, притчи, приколы, присказки, кроссворды, цитаты Дополнения внешнее независимое тестирование (ВНТ) учебники основные и дополнительные тематические праздники, слоганы статьи национальные особенности словарь терминов прочие Только для учителей

Татьяна Синицына, обозреватель РИА Новости.

Сегодня уже никто не оспаривает выдвинутый наукой тезис: углеродные ресурсы истощаются, и если поиск альтернативных источников энергии не увенчается успехом, то перспективы нашей цивилизации, мягко говоря, невелики. Солнце может взять на себя роль бесконечного источника энергии. Если будет найден оптимальный способ ее преобразования.

«Солнечная энергетика стоит того, чтобы получить государственную поддержку, материальную и законодательную» - этой главной мысли было посвящено совещание Межфракционного депутатского объединения «Наука и высокие технологии», прошедшее в стенах Государственной Думы и посвященное теме «Законодательное обеспечение развития фотоэнергетики России». Совещание провел академик Жорес Алферов, вице-президент Российской академии наук, лауреат Нобелевской премии.

«Наша страна нуждается в серьезной законодательной поддержке для создания, прежде всего, потребительского внутреннего рынка, - считает академик Алферов. - Это будет стимулировать развитие потребительского рынка, а значит - и развитие научных исследований и производства». Ученый подчеркнул, что «кадры, традиции в этой области у нас очень серьезные. Несмотря на тяжелые времена, удалось сохранить целый ряд активно работающих исследовательских центров и производственных мощностей».

Чем объясняется бурное развитие солнечной энергетики в современном мире? «Человечество имеет надежный естественный термоядерный реактор - Солнце, - объясняет академик Алферов, - оно является звездой класса «Ж-2», очень средней, каких в Галактике до 150 миллиардов. Но это - наша звезда, и она посылает на Землю огромные мощности, преобразование которых позволяет удовлетворять практически любые энергетические запросы человечества на многие сотни лет», - уверен ученый. Он указал и на то, что солнечная энергетика по-настоящему «чистая», и это снимает все экологические вопросы, а также решает проблемы теплового загрязнения планеты, порождаемые бурным энергетическим ростом.

Фотоэлектрический метод преобразования солнечной энергии, который ученые называют наиболее перспективным в долговременном развитии мировой энергетики, на самом деле - довольно стар, просто сегодня он получил новый импульс. Первая научная работа по селеновому фотоэлементу была опубликована в 1876 году, в Британии. В 1938 году в России, в лаборатории академика А. Иоффе, впервые был создан элемент для преобразования солнечной энергии.

Это подвигло Иоффе предложить использовать крыши зданий для покрытия их фотоэлементами в целях получения энергии. Родившись в России, идея широко не прижилась по целому ряду причин, и главная из них - отсутствие дефицита в природных ресурсах. Однако во многих зарубежных странах «программа солнечных крыш» сегодня реализуются с размахом. В Германии она охватывает порядка 100 тысяч крыш, в Японии - 200 тысяч, в США - до 1 миллиона крыш.

Но пригодны ли, в принципе, крыши российских домов, да и вся территория самой северной страны мира, для реализации солнечных программ? «Я проанализировал среднегодовое поступление солнечной энергии в разных частях России, сравнив его с тем, что получает Южная Европа, - сказал с трибуны совещания профессор санкт-петербургского Физико-технического института им. А.Ф.Иоффе Вячеслав Андреев. - Результат выглядит парадоксально: на многих территориях России среднегодовое поступление солнечной энергии выше, чем в самых инсолированных частях Европы. Например, Забайкалье получает солнечной энергии больше, чем Испания».

И все же есть скептики (и во властных структурах), считающие, что незачем обращаться к Солнцу, если у России все есть и на Земле. «Да, мы страна богатых природных ресурсов. Но для меня было большой неожиданностью, когда министр промышленности и энергетики Христенко заявил, что солнечной энергетикой должны заниматься страны, зависящие от энергоресурсов, а мы, дескать, не зависим, - сказал Жорес Алферов. - Однако по-настоящему страна может быть независимой только при условии развития экономики, основанной на высоких технологиях».

Солнечное электричество призвано компенсировать истощающиеся запасы нефти и газа. К концу века оно будет доминирующим и, по разным оценкам, составит до двух третей всей выработки электроэнергии. Сегодня же его «взнос» в мировые энергосети более чем скромен - всего 2 ГВт (гигаватт) в год. Прогноз Еврокомиссии до 2030 года предрекает, что эта цифра достигнет 150 ГВт. Главные игроки на рынке солнечных энергосистем - Япония, Европа и США, где программы развития этого направления энергетики стали «национальными».

В таком статусе нуждается и российская программа развития солнечной энергетики. «Пока солнечные энергосистемы дорогостоящи, поэтому и нужна государственная поддержка, - считает Жорес Алферов. - Недостаток солнечной энергии состоит в том, что мала плотность потоков поступающей энергии». По мнению Алферова, один из путей решения проблемы - использование концентрированного солнечного излучения, что достигается с помощью фокусирующих систем. Это позволяет резко снизить стоимость дорогих полупроводниковых материалов, повысить КПД полупроводниковых преобразователей.

Тема урока: Современное состояние и перспективы биотехнологии.

Цель урока:

Сформировать знания учащихся о биотехнологии как многоотраслевой науке;

Развивать умения учащихся анализировать и делать выводы;

Воспитывать ответственное отношение к окружающему миру, умение применять знания на практике.

Оборудование: учебное электронное издание по курсу «Биотехнология», СD электронные уроки и тесты.

Ход урока:

1. Организационный момент

Приветствие. Проверка домашнего задания.

Для получения, каких видов продукции человек использует микроорганизмы?

Чем селекция микроорганизмов отличается от селекции растений и животных?

Какие методы используются в селекции микроорганизмов?

В чем особенности методов генной инженерии?

Какие перспективы открывают методы генной инженерии в селекции микроорганизмов?

2. Сообщение темы и цели урока.

Тема урока: Современное состояние и перспективы биотехнологии.

3.Актуализация знаний и постановка проблемы

Каковы современные методы использования живых организмов, какие методы и приемы? Формулирование целей занятия совместно с учащимися.

4. Изучение нового материала.

Рассказ учителя с элементами беседы. /СD электронные уроки и тесты/

Биотехнология

Вот как объясняет ставшее за последнее время очень популярным словом “технология” “Словарь иностранных слов”: “Технология (от греческого techne - искусство, ремесло, наука - logos - понятие, учение) - совокупность знаний о способах и средствах проведения производственных процессов...”

Биотехнология - многоотраслевая наука (методы: генная инженерия, клеточная инженерия, культуры тканей)./

Почему биотехнология является многоотраслевой наукой?

Работа с ЦОР (в ходе работы с ЦОР учащиеся в тетради делают краткий анализ методов биотехнологии и делают выводы)

Основы клеточной инженерии /СD «Биотехнология» Ур.2/

Дифференцировка клеток /6/

Метод изолированных протопластов /10/

Генная инженерия /СD «Биотехнология» Ур.5/

Клонирование

Каковы перспективы клонирования как метода, каковы этические аспекты?

Практическое применение биотехнологии

*Биотехнология в энергетике /СD «Биотехнология» Ур.9(7)/

Экологическая биотехнология /СD «Биотехнология» Ур.10(1)/

Очистка сточных вод (2)

Биодиградация нефтяных загрязнителей (7)

Биосорбция металлов из растворов /СD «Биотехнология» Ур.11 (9,10)/

4. Закрепление знаний уч-ся по вопросам:

Чем объясняется бурное развитие биотехнологии?

Почему считают, что в медицине биотехнологии добились успехов?

В каких еще отраслях биотехнология добилась успеха?

Каковы перспективы биотехнологии?

5. Закрепление.

Почему биотехнология сейчас так актуальна?

Промышленное производство продуктов питания, в первую очередь, белков и незаменимых аминокислот.

Повышение плодородия почв, производство биологически активных веществ для нужд сельского хозяйства.

Производство лекарственных препаратов и биологически активных веществ, повышающих качество жизни людей.

Использование биологических систем для производства и обработки промышленного сырья.

Производство дешевых и эффективных энергоносителей (биотоплива).

Использование биологических систем для утилизации отходов различного характера, биологической очистки сточных вод.

Создание организмов с заданными свойствами.

Тестовое задание. Работа в парах – взаимоконтроль.

1. Создание большого числа генетических копий одного индивидуума с помощью бесполого размножения – это

А) клонирование
Б) получение трансгенных организмов
В) создание чистых линий
Г) проявление гетерозиса

2. Искусственным переносом генов из одного организма в другой с целью получения более продуктивных трансгенных организмов занимается

А) генная инженерия
Б) клеточная инженерия
В) бионика
Г) микробиологическое производство

3. Отрасль хозяйства, которая производит различные вещества на основе использования микроорганизмов, клеток и тканей других организмов,-

А) бионика
Б) биотехнология
В) цитология
Г) микробиология

4. Какова роль клеточной инженерии в селекции растений

А) изменяет сроки размножения организмов
Б) изменяет природу ценных сортов
В) ускоряет сроки выведения сортов
Г) усиливает скорость роста организмов

5. Методы конструирования клеток нового типа на основе их культивирования, гибридизации, реконструкции используются в

А) генной инженерии
Б) клеточной инженерии
В) генетике
Г) бионике

Проверка тестовых заданий. Обмениваются тетрадями в парах. Проверяют тесты. Правильные ответы: А, А, Б, В, Б.

6. Итоги урока. Рефлексия

1. Мне сегодня урок _______________________________________________________

2. Я узнал ________________________________________________________________

3. Мне хотелось бы узнать больше о _________________________________________

4. Предложения___________________________________________________________

7. Домашнее задание

П. 68 Повторить записи в тетради, подготовить творческое задание на тему «ГМО за и против»

Безжалостная логика войны в большинстве случаев направлена на причинение противнику максимально непоправимого ущерба. Именно этим объясняется бурное развитие военных технологий и создание все новых средств массового уничтожения. Особой жестокостью среди них выделяются экспансивные пули, в настоящее время запрещенные для использования в военных действиях.

На фоне столь изощренных орудий массового убийства, как ядерное оружие или системы залпового огня, история пули экспансивного действия малоизвестна и уже почти забыта, хотя с ее «помощью» в свое время погибли мучительной смертью или были искалечены десятки, а может и сотни тысяч человек.

Как работают экспансивные пули

Что значит экспансивная пуля? Одно из значений латинского слова expansus – расширяемость. Применительно к пуле это означает, что в момент попадания в цель она резко увеличивается в диаметре, многократно усиливая поражающий эффект. Поражая человека, они раскрываются, подобно цветку. Отсюда пошло их зловещее название – «цветы смерти».

Выстрел экспансивной пули, как правило, приводил к летальному исходу, поскольку, раскрываясь она увеличивала очаг поражения тканей, оставаясь при этом внутри тела, в то время, как обычная пуля проходила навылет.

История появления

«Родина» патронов с экспансивной головкой — Англия XIX века, погрязшая в многочисленных колониальных войнах. Стоящие в то время на вооружении малокалиберные оболочные пули не причиняли противнику серьезного ущерба. Как уже говорилось, с близкого расстояния они пробивали тело навылет.

Разработка нового патрона была поручена британскому офицеру Невиллу Берти-Клею, служившему в арсенале Дум-Дум близ Калькутты. Позже название арсенала перешло к печально известной пуле. Берти-Клей видимо хорошо знал баллистику и физику и не стал изобретать велосипед. Он всего лишь спилил кончик у обычной пули.

Однако это нехитрое ноу-хау превратило ее в страшное средство поражения. К тому же теперь практически любой солдат мог изготовить экспансивный боеприпас с помощью простого напильника, сделав на них крестообразный надрез.

Впервые экспансивные пули были массово применены в сражении при Омдурмане (Судан). По воспоминаниям очевидцев, попадание приводило к обширным полостным ранам и тяжелейшим поражениям костей. Оставшиеся в живых обычно становились инвалидами, в связи с чем решением Гаагской мирной конференции 1899 года использование экспансивных пуль было запрещено. Спустя 8 лет уже на Второй Гаагской конференции данный запрет был продублирован.

Было создано 2 основных типа экспансивных пуль: с экспансивной полостью и полуоболоченные. Полуоболоченная экспансивного действия – это экспансивная свинцовая пуля в медной или латунной оболочке. Ее появление связано с созданием бездымного пороха – кордита. В момент выстрела после обычной свинцовой пули в канале ствола оставались мелкие осколки, отчего ствол со временем приходил в негодность.

Чтобы этого не происходило, свинцовые пули стали помещать в медную или латунную оболочку. При этом экспансивное действие сохранялось, но было значительно меньшим по сравнению с боеприпасами с экспансивной полостью.

С появлением высокоточных боеприпасов и бронежилетов применение экспансивных пуль в конфликтах практически сошло на нет. Сегодня основная сфера их применения – охота на крупного зверя. Здесь экспансивные боеприпасы востребованы.

Современные разработки

Однако разработки продолжаются. Так 3 года назад компания G2 Research представила современную версию экспансивной пули – 9 мм патрон G2R RIP с восемью маленькими зубцами – троакарами. По мнению некоторых экспертов, сегодня это «самая экспансивная пуля».

В результате выстрела экспансивной пули G2R RIP троакары, подобно кольцевой пиле, вгрызаются во встречные препятствия, расчищая дорогу к цели основному поражающему элементу – донной части. Плюс ко всему, зубцы-троакары создают турбулентный поток, стабилизирующий полет пули и обеспечивающий более точное поражение цели.

Что можно противопоставить

Стоит вспомнить о «близких родственниках» экспансивных снарядов — пулях со смещенным центром тяжести, одной из разновидностей остроконечных пуль, которые сменили в начале ХХ века устаревшие тупоконечные. Новые боеприпасы имели улучшенную аэродинамику, меньший вес и более высокую начальную скорость.

Смещенный центр тяжести приводил к тому, что в момент попадания в тело пуля не расплющивалась, а начинала хаотично «кувыркаться». При этом выходное отверстие могло образоваться в самом неожиданном месте. Нетрудно себе представить, что ранение от такой пули было не менее тяжелым, чем от экспансивной пули.

Армия США широко применяла пулю со смещенным центром тяжести М-193 к винтовке М-16 во время войны во Вьетнаме. Нашим ответом стал патрон 5.45 х 39 (7Н6) к автомату Ак-74, который прошел обкатку в Афганистане.

Сегодня уже никто не оспаривает выдвинутый наукой тезис: углеродные ресурсы истощаются, и если поиск альтернативных источников энергии не увенчается успехом, то перспективы нашей цивилизации, мягко говоря, невелики. Солнце может взять на себя роль бесконечного источника энергии. Если будет найден оптимальный способ ее преобразования.

«Солнечная энергетика стоит того, чтобы получить государственную поддержку, материальную и законодательную» - этой главной мысли было посвящено совещание Межфракционного депутатского объединения «Наука и высокие технологии», прошедшее в стенах Государственной Думы и посвященное теме «Законодательное обеспечение развития фотоэнергетики России». Совещание провел академик Жорес Алферов, вице-президент Российской академии наук, лауреат Нобелевской премии.

«Наша страна нуждается в серьезной законодательной поддержке для создания, прежде всего, потребительского внутреннего рынка, - считает академик Алферов. - Это будет стимулировать развитие потребительского рынка, а значит - и развитие научных исследований и производства». Ученый подчеркнул, что «кадры, традиции в этой области у нас очень серьезные. Несмотря на тяжелые времена, удалось сохранить целый ряд активно работающих исследовательских центров и производственных мощностей».

Чем объясняется бурное развитие солнечной энергетики в современном мире? «Человечество имеет надежный естественный термоядерный реактор - Солнце, - объясняет академик Алферов, - оно является звездой класса «Ж-2», очень средней, каких в Галактике до 150 миллиардов. Но это - наша звезда, и она посылает на Землю огромные мощности, преобразование которых позволяет удовлетворять практически любые энергетические запросы человечества на многие сотни лет», - уверен ученый. Он указал и на то, что солнечная энергетика по-настоящему «чистая», и это снимает все экологические вопросы, а также решает проблемы теплового загрязнения планеты, порождаемые бурным энергетическим ростом.

Фотоэлектрический метод преобразования солнечной энергии, который ученые называют наиболее перспективным в долговременном развитии мировой энергетики, на самом деле - довольно стар, просто сегодня он получил новый импульс. Первая научная работа по селеновому фотоэлементу была опубликована в 1876 году, в Британии. В 1938 году в России, в лаборатории академика А. Иоффе, впервые был создан элемент для преобразования солнечной энергии.

Это подвигло Иоффе предложить использовать крыши зданий для покрытия их фотоэлементами в целях получения энергии. Родившись в России, идея широко не прижилась по целому ряду причин, и главная из них - отсутствие дефицита в природных ресурсах. Однако во многих зарубежных странах «программа солнечных крыш» сегодня реализуются с размахом. В Германии она охватывает порядка 100 тысяч крыш, в Японии - 200 тысяч, в США - до 1 миллиона крыш.

Но пригодны ли, в принципе, крыши российских домов, да и вся территория самой северной страны мира, для реализации солнечных программ? «Я проанализировал среднегодовое поступление солнечной энергии в разных частях России, сравнив его с тем, что получает Южная Европа, - сказал с трибуны совещания профессор санкт-петербургского Физико-технического института им. А.Ф.Иоффе Вячеслав Андреев. - Результат выглядит парадоксально: на многих территориях России среднегодовое поступление солнечной энергии выше, чем в самых инсолированных частях Европы. Например, Забайкалье получает солнечной энергии больше, чем Испания».

И все же есть скептики (и во властных структурах), считающие, что незачем обращаться к Солнцу, если у России все есть и на Земле. «Да, мы страна богатых природных ресурсов. Но для меня было большой неожиданностью, когда министр промышленности и энергетики Христенко заявил, что солнечной энергетикой должны заниматься страны, зависящие от энергоресурсов, а мы, дескать, не зависим, - сказал Жорес Алферов. - Однако по-настоящему страна может быть независимой только при условии развития экономики, основанной на высоких технологиях».

Солнечное электричество призвано компенсировать истощающиеся запасы нефти и газа. К концу века оно будет доминирующим и, по разным оценкам, составит до двух третей всей выработки электроэнергии. Сегодня же его «взнос» в мировые энергосети более чем скромен - всего 2 ГВт (гигаватт) в год. Прогноз Еврокомиссии до 2030 года предрекает, что эта цифра достигнет 150 ГВт. Главные игроки на рынке солнечных энергосистем - Япония, Европа и США, где программы развития этого направления энергетики стали «национальными».

В таком статусе нуждается и российская программа развития солнечной энергетики. «Пока солнечные энергосистемы дорогостоящи, поэтому и нужна государственная поддержка, - считает Жорес Алферов. - Недостаток солнечной энергии состоит в том, что мала плотность потоков поступающей энергии». По мнению Алферова, один из путей решения проблемы - использование концентрированного солнечного излучения, что достигается с помощью фокусирующих систем. Это позволяет резко снизить стоимость дорогих полупроводниковых материалов, повысить КПД полупроводниковых преобразователей. -0-

Татьяна Синицына, обозреватель «РИА Новости».