Урок 24
ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА. НЕОБХОДИМОЕ СНАРЯЖЕНИЕ И ИМУЩЕСТВО
Предмет: ОБЖ.
Дата: «____» _____________ 20___ г.
Цели и задачи: познакомить обучающихся с видами и способами жизнеобеспечения человека, снаряжением и имуществом туриста; воспитывать собранность.
Учебно-наглядный комплекс: учебник, рюкзак с набором вещей для укладки.
Ход урока
I. Организационный момент.
II. Проверка домашнего задания.
Беседа по вопросу:
− Как, на ваш взгляд, можно определить расстояние до недоступного объекта, его высоту и ширину?
Ученики приводят примеры, учитель оценивает их ответы.
III. Изучение новой темы.
1. Введение в тему урока.
Для нормального жизнеобеспечения человеку в обычных условиях требуется очень много вещей. Попробуйте подсчитать их количество, и очень скоро ваш счёт перейдёт за сотню. А отправляясь в поход, мы также должны позаботиться о своё жизнеобеспечении в полевых условиях. Конечно, многими привычными предметами домашнего обихода придётся пожертвовать. Делается это для облегчения веса поклажи, которую вам придётся нести самим. Таким образом, мы будем выбирать для похода вещи, имеющие многофункциональную нагрузку.
2. Иллюстрированный рассказ учителя.
Всё снаряжение делится на личное, групповое и специальное.
Личное снаряжение, которое пригодится путешественникам, туристам, рыболовам, охотникам – всем, кто часто бывает на природе.
1) КЛМН (кружка, ложка, миска, нож) – эти принадлежности должны быть лёгкими, например, из пластика, нож – складной. Все они должны быть упакованы в отдельный мешочек.
2) Подстилка – сидеть у костра, лежать на ней в палатке, укрываться от дождя.
3) Спички – завёрнуты в полиэтиленовый пакет.
4) Туалетная бумага, можно использовать для разжигания костра.
5) Туалетные принадлежности – мыло, зубная паста, щётка, полотенце.
Поход – не повод для зарастания грязью, да и с гигиеной важно дружить всегда и везде. Эти принадлежности тоже сложены в мешочек и покоятся в кармашке рюкзака, чтобы их быстро можно было найти.
6) Спальник.
7) Свеча или фонарик для вечернего укладывания, дежурства у костра, встречи с «Чёрным альпинистом ».
8) Купальные принадлежности в тёплое время года.
9) Запас продуктов: картошка варёная и сырая, яйца варёные, хлеб (порезанный), огурцы, помидоры, сыр, колбаса, банка консервов, соль, сахар – по необходимости, морковка, лапша, зелень и т. д. с учётом вкладывания всего этого в общее пользование.
10) Ремонтный набор (иглы, нитки, клей, проволока, молоток, гвозди, пассатижи, куски резины, тряпок, скотч и др.).
11) Медицинская аптечка с набором необходимых медикаментов и перевязочного материала.
Специальное снаряжение.
В случае если предусматривается преодоление водной, горной или иной преграды, к перечисленному добавляется специальное личное и групповое снаряжение: спасательные жилеты, верёвки, репшнуры, накомарники, ледорубы и т. п.
3. Практикум по укладке рюкзака.
На соревнованиях «Школы безопасности» у участников проверяется наличие личного снаряжения и умение укладки рюкзака.
Что нужно предусмотреть для правильной укладки рюкзака:
− Рюкзак уложить нужно так, чтобы он плотно прилегал к спине туриста, не болтался, не отвешивался назад, не давил на плечи, имел низкий центр тяжести, не мешал при ходьбе.
− В правильно уложенном рюкзаке тяжёлые вещи помещаются внизу, со смещением от центра к спине, хрупкие вещи, обложенные чем-либо мягким, наверху, а предметы первой необходимости так, чтобы их можно было быстро и легко достать (в карманах, сверху рюкзака, в закрепляющих ремнях).
− Также надо предусмотреть, чтобы после падения туриста вещи в рюкзаке не повредились, не испортились.
− Рюкзак надо упаковывать с максимальной компактностью и удобством, чтобы уложенные вещи не гремели, не смещались.
− Желательно все вещи в рюкзаке держать в чехлах или пакетах. Спички необходимо поместить в середину рюкзака.
− Острые, колющие предметы необходимо поместить в чехлы или обложить их частями одежды.
Учитель предлагает нескольким ученикам продемонстрировать укладку рюкзака из заранее приготовленного снаряжения. Кроме того, в комплекте предметов должны быть и те, которые учащиеся не должны брать в рюкзак.
IV. Материал учебника.
Известно, что жизнеобеспечение человека в первую очередь зависит от имеющегося у него снаряжения, имущества, запасов продуктов, а также навыков по оборудованию бивака или подготовки укрытия.
Необходимое снаряжение и имущество
Всё снаряжение можно для удобства разделить на личное, групповое и специальное. Полный и обязательный перечень его указывается в Положении о соревнованиях.
К личному снаряжению относятся носильные вещи, спальные и умывальные принадлежности, а также некоторые предметы индивидуального пользования (кружка, миска, ложка, рюкзак) – всё то, без чего не обойтись лично каждому человеку.
Прежде всего необходимо обратить внимание на одежду и обувь. Одежда должна быть лёгкой, удобной, не стеснять движений, в то же время плотной (чтобы не прокусил комар). Наиболее удобны рубаха-ковбойка, штормовой костюм из брезента , который промокает, но быстро сохнет. На случай дождя обязательна плащ-накидка с капюшоном, закрывающая человека вместе с рюкзаком. Для прохладного времени надо иметь тёплую шерстяную одежду: свитер и рейтузы, вязаную шапочку. Обязательно наличие лёгкого головного убора , защищающего от солнца, с большим козырьком. На ноги следует надеть две пары носков – шерстяные и хлопчатобумажные, в любой последовательности. Лучшей обувью являются хорошо разношенные ботинки на низком каблуке, желательно с рифлёной подошвой. Обычно их берут на 1-2 размера больше, чтобы можно было вложить толстую войлочную стельку и надеть толстый носок. Желательно иметь и лёгкую сменную обувь, в которой ходят в биваке, давая отдыхать ногам.
Очень важно подобрать рюкзак. Рюкзак должен плотно прилегать к спине всей задней стенкой, а не стоять на пояснице, не свисать ниже её. Достигается это путём выбора рюкзака по росту и правильной подгонкой лямок. Важно правильно уложить рюкзак: тяжёлое – вниз, мягкое – к спине, объёмное наверх, предметы первой необходимости – в карманы.
К спальным принадлежностям прежде всего относится спальный мешок. Он должен быть чуть длиннее его владельца . Любой спальник нужно всегда носить в непромокаемом чехле. Чтобы изолировать тело от холодной земли, под спальник кладут коврик, размером 40 х 100 см (от плеч до ног), как правило, из синтетических материалов.
Групповое снаряжение составляют палатки, топоры, посуда для варки пищи, карты, компасы и ряд других предметов коллективного пользования – всё, без чего нельзя обойтись группе.
Из палаток наиболее распространены двускатные палатки в форме домика (рис. 35) с набором стоек и колышков, которые, как и палатка, убираются в чехол из плотной ткани. Несмотря на то что палатки сделаны из непромокаемой ткани, их следует покрывать специальными тентами. В каждую палатку необходим фонарик.
К костровым принадлежностям относят тросик для подвески вёдер между деревьями, складные таганки, треноги, разборные очаги, крючки и цепочки для подвески посуды и регулирования её высоты над огнём (рис. 36). Необходимы также рукавицы, без которых невозможно работать у костра, мешалка с длинной ручкой, тент-кухня. Наиболее удобны для варки и переноски пищи так называемые каны – комплекты из 2-3 вёдер.
Следует помнить, что при приготовлении пищи на костре недопустимо пользоваться оцинкованной посудой.
К кухонным принадлежностям относятся клеёнки, разделочные доски, ножи, половник, консервные ножи, спички в водонепроницаемой упаковке.
В состав группового снаряжения (на группу 4-6 человек) обязательно входит 1 топор, 1 пила, 1 лопатка, которые должны иметь чехлы с плотной прокладкой у острия. К групповому снаряжению относится и медицинская аптечка и специальный ремонтный набор, который должен включать: эластичную резиновую ленту, несколько английских булавок, обычные и толстые иглы, шило, запасные пуговицы, нитки, шнуры, плоскогубцы, кусочки кожи, клей БФ, изоляционную ленту, проволоку и т. д. – всё, что может понадобиться для ремонта в пути.
В зависимости от специфики предстоящей деятельности укомплектовывается специальное снаряжение, в состав которого включаются предметы как личного, так и коллективного пользования: спасательные жилеты, верёвки, репшнуры, ледорубы, накомарники, специальное альпинистское снаряжение. Подробнее комплект специального снаряжения рассмотрен в §21.1.
При проведении соревнований «Школа безопасности» у участников обычно проверяется наличие снаряжения и укладка рюкзака. За неправильное расположение вещей в рюкзаке, наличие ненужного или отсутствие необходимого снаряжения команда штрафуется.
Вопросы
1) Какие приспособления и элементы снаряжения должны присутствовать в перечне снаряжения группы (человека)?
2) Какова последовательность укладки снаряжения в рюкзак?
V. Итог урока.
− Изучив тему сегодняшнего урока, какие советы и рекомендации по комплектованию походного снаряжения вы могли бы дать?
Домашнее задание: составить памятку: какова последовательность укладки вещей в рюкзак?
История разработки искусственных органов жизнеобеспечения насчитывает несколько десятилетий.
1925
- год, от которого можно отсчитывать историю систем искусственного жизнеобеспечения: С. Брюхоненко и С. Чечулин (СССР) конструируют первый стационарный аппарат, способный заменить сердце . В следующем году публике было продемонстрировано, что голова собаки, отделённая от туловища, но подключенная к донорским лёгким и новому аппарату, способна сохранять жизнеспособность в течение нескольких часов, оставаясь в сознании и даже употребляя пищу (рис. справа).
1936
. С. Брюхоненко (СССР) разрабатывает первый в мире оксигенатор , способный заменить функцию лёгких. С этого момента существует теоретическая возможность поддерживать полный цикл жизнеобеспечения отделённых голов животных до нескольких суток (пока не потребуется гемодиализ), однако на практике этого достичь не удаётся. Выявляется множество недостатков оборудования : разрушение эритроцитов, наполнение крови пузырьками, тромбы, высокий риск заражения. По этой причине, первое применение аналогичных аппаратов на человеке затягивается ещё на 17 лет.
1937
. В. Демихов (СССР) кустарно изготавливает первый экспериментальный образец небольшого имплантируемого сердца и испытывает его на собаке. Но низкие технические характеристики нового прибора позволяют непрерывно использовать его в течение лишь полутора часов, после чего собака погибает
1943
. В. Кольфф (Нидерланды) разрабатывает первый аппарат гемодиализа - искусственную почку. Через год он уже применяет аппарат во врачебной практике, в течение 11 часов поддерживая жизнь пациентки с крайней степенью почечной недостаточности.
1953
. Дж. Гиббон (США) при операции на человеческом сердце впервые успешно применяет искусственные стационарные сердце и лёгкие (в англоязычной литературе называемые "cardiopulmonary bypass "). Начиная с этого времени, стационарные аппараты искусственного кровообращения становятся неотъемлемой частью кардиохирургии.
1963
. Р. Вайт (США) в течение примерно 3 суток поддерживает жизнеспособность отдельного мозга обезьяны . Будучи выдающимся достижением, данный эксперимент одновременно выявляет и ряд проблем. Во-первых, в нём на практике проявляется проблема сенсорной депривации: не будучи подключённым к искусственным органам чувств и моторным устройствам, мозг является, по сути, вещью в себе. Проблематичным оказывается детектирование даже его жизнеспособности, не говоря о сознании. Во-вторых, этот и некоторые другие эксперименты вызывают волну протестов защитников прав животных, вместо ожидаемой поддержки принося исследователю негативный имидж. В-третьих, трёхдневный рекорд отчётливо показывает довольно низкую скорость развития приборов. В целом, аппараты искусственного кровообращения в 1960-х годах концептуально сохраняют примерно те же недостатки , что и первые приборы 1920-1930 годов.
1969 . Д. Лиотта и Д. Кули (США) впервые испытывают в теле человека имплантируемое искусственное сердце . Сердце поддерживает жизнь пациента в течение 64 часов в ожидании человеческого трансплантанта. Но вскоре после трансплантации пациент погибает (от факторов, по-видимому, не связанных с предшествующей работой устройства)
1970-1990 -е годы. Происходит постепенное повышение технических характеристик перечисленных приборов. В частности, время жизни пациентов на почечном диализе становится практически неограниченным (хотя и остаётся сопряжённым с большим неудобством и риском). Впечатляет и рост времён жизни людей и экспериментальных животных с искусственным сердцем (см. график, составленный по материалам вышеупомянутых источников, а также статьи 1961 года). Одним из ведущих разработчиков имплантируемого сердца является уже упомянутый нами В. Кольфф (в центре на рис. справа). Появляются мембранные оксигенаторы , устраняющие ряд проблем прибора С. Брюхоненко. Вместе с тем, эксперименты по обеспечению жизни изолированных мозгов и голов животных в этот период практически свёрнуты.
200 7 . Поставлен рекорд продолжительности жизни пациента с полностью искусственными (но стационарными) лёгкими: .
2008 . Врачи впервые в истории поддерживают жизнедеятельность пациента с одновременным искусственным восполнением функции сердца и лёгких в течение 16 дней (в ожидании донорского сердца). В том же году учёные Калифорнийского университета заявляют о выпуске первого в мире образца портативной искусственной почки . Помимо этих результатов, в 2008 году происходят знаковые события в области разработки и других искусственных органов и частей тела. Так, компанией Touch Bionics был создан революционный высокореалистичный протез руки . В том же году происходит невиданный ранее инцидент: спортсмен Оскар Писториус, использующий ножные протезы от компании Ossur , отстранён от участия в Олимпийских играх из-за их "нечестных" беговых возможностей
2010 . В Калифорнийском университете разработана первая имплантируемая бионическая почка , пока что не доведённая до серийного производства (нижний рисунок в посте)
Конспект урока по основам безопасности жизнедеятельности. 9 класс.
Составила учитель ОБЖ МАОУ «СОШ п. Витим» Михайлова Е.О.
Тема: Жизнеобеспечение человека. Необходимое снаряжение и имущество. Цели урока: Актуализировать знания о важности жизнеобеспечения человека в природных условиях. Научить выбирать необходимое снаряжение при подготовке к походу. Задачи урока: Образовательные. Познакомить учащихся с видами снаряжения и имуществом туриста. Развивающие . Развивать умение правильно комплектовать и укладывать необходимое снаряжение Воспитательные. Воспитывать собранность, ответственность. Тип урока: комбинированный Оборудование: 1. Учебник «Основы безопасности жизнедеятельности», авторы М.П. Фролов, Е.Н. Литвинов, А.Т.Смирнов 2.Проектор, презентация по теме урока 3. Рабочая тетрадь 4. Рюкзак с набором вещей для укладки (2 комплекта) 5. Секундомер 6. Карточки с изображением туристического снаряжения 7. Памятки «Личное снаряжение туриста» План урока:На доске: Число, месяц. Тема урока «Жизнеобеспечение человека. Необходимое снаряжение и имущество». Ход урока: I .Организационный момент Нас с утра зовет звонок, Начинается урок. И мы отправимся вперед, Вещи собирать в ……………. (поход). С ребятами старших классов мы неоднократно ходили в походы. И сейчас я покажу вам несколько фотографии из этих походов. (слайды, 2-11) . И чтобы многодневный поход состоялся, а турист чувствовал себя комфортно, защищено, туристу необходимо правильно собрать снаряжение. Из этого я определяю цель нашего урока: познакомиться с видами и способами жизнеобеспечения человека в походных условиях
II . Объяснение нового материала.
- Введение в тему урока.
- Иллюстрированный рассказ учителя.
5) Спальные принадлежности (слайд 17). К спальным принадлежностям, прежде всего, относится спальный мешок. Он должен быть чуть длиннее его владельца. Любой спальник носится в непромокаемом чехле. Чтобы изолировать тело от холодной земли, под спальник кладут коврик-подстилку, как правило, из синтетических материалов. На нем можно сидеть у костра, укрываться от дождя. 6) Носильные вещи (слайд 18) . Очень важно обратить внимание на одежду и обувь. Одежда должна быть легкой, удобной, не стеснять движений, в то же время плотной, чтобы не прокусил комар. Одежда из брезента промокает, но хорошо сохнет. На случай дождя обязательна плащ-накидка с капюшоном. Для прохладного времени надо иметь теплую шерстяную одежду: свитер, рейтузы, вязаную шапочку. В теплое время года – купальные принадлежности. Обязательно наличие легкого головного убора, защищающего от солнца, с козырьком. На ноги одевают две пары носков – шерстяные и хлопчатобумажные, в любой последовательности. Лучшей обувью (слайд 19) являются хорошо разношенные ботинки на низком каблуке, желательно с рифленой подошвой. Обычно их берут на 1-2 размера больше. Чтобы можно было вложить войлочную стельку и надеть толстый носок. Желательно иметь и легкую сменную обувь, в которой ходят в биваке, давая отдыхать ногам. 7) Медикаменты (слайд 20) , лично необходимые.
Групповое снаряжение готовится всеми и распределяется замом по хозяйству поровну между всеми участниками похода.
- Палатки
(слайд 21)
из расчета 1-2 на человека + одна складская. Несмотря на то, что палатки сделаны из непромокаемой ткани, их следует покрывать специальными тентами или полиэтиленовой пленкой от дождя.
Топоры, пилы, лопатки
(слайд 22)
(по 1 на группу 4-6 человек), которые должны иметь чехлы с плотной прокладкой у острия
Костровые принадлежности
(слайд 23)
– складные таганки, треноги, разборные очаги, крючки и цепочки для подвески посуды и регулирования ее высоты над огнем. Необходимы также рукавицы, без которых невозможно работать у костра, мешалка с длинной ручкой.
К кухонному хозяйству
(слайд 24)
относятся котелки, не менее трех, ножи, половники, разделочные доски, спички в водонепроницаемой упаковке, столовая клеенка.
В специальный ремонтный набор
(слайд 25)
включают (иглы, нитки, клей, проволока, английские булавки… То есть все, что может понадобиться для ремонта в пути. А что бы вы добавили к этому списку?
К групповому снаряжению относится и медицинская аптечка
(слайд 26)
,
с набором необходимых медикаментов и перевязочного материала. Аптечка находится у руководителя группы.
(слайд 27)
Группе нельзя обойтись без компаса, карты и других важных предметов
- Практикум по укладке рюкзака.
- В правильно уложенном рюкзаке тяжелые вещи помещаются внизу, со смещением от центра к спине, хрупкие вещи, обложенные чем-либо мягким, наверху.
Предметы первой необходимости (ремонтный набор) в карманах рюкзака, чтобы их можно легко и быстро достать
(показ учителя)
Надо предусмотреть, чтобы после падения туриста вещи в рюкзаке не повредились и не испортились.
Уложенные вещи не должны греметь, смещаться по рюкзаку.
(показ учителя)
Не желательно подвешивать на рюкзак сзади различные предметы (ухудшает центр тяжести, цепляется за ветки).
Острые, колющие предметы поместить в чехлы или обложить частями одежды.
Рюкзак уложить нужно так, чтобы он плотно прилегал к спине, не болтался, не отвешивался назад, не давил на плечи, имел низкий центр тяжести, не мешал при ходьбе.
(слайд 30)
- Проверочный этап.
В 1983г. от голода умерло около 20 млн человек – почти 0,5% населения планеты, еще примерно 500 млн сильно пострадали от недоедания. По некоторым оценкам, к концу столетия число людей, находящихся на грани голодной смерти, достигнет 650 млн, а это означает, что пропитание населения – важнейшая проблема современного человечества. Она касается не только тех, кто голоден и недоедает и менее всего способен ее решить, но и в значительной степени тех, кто может предложить рациональные способы решения данной проблемы, основанные на достижениях естествознания, и в первую очередь биохимии, микробиологии и других наук. Эти науки, во-первых, могут способствовать увеличению производства продуктов питания и, во-вторых, предоставить безопасные средства для индивидуального ограничения рождаемости.
Не вызывает сомнения, что производство продовольственных продуктов нельзя существенно увеличить только за счет освоения новых земель. В большинстве стран вся пригодная для сельского хозяйства земля уже обрабатывается. В густо заселенных развивающихся странах расширение пахотных площадей требует больших капиталовложений и сопряженно с нарушением равновесия экологической системы. Поэтому реальное увеличение мировых продовольственных ресурсов может быть достигнуто, в первую очередь, за счет совершенствования технологии производства и повышения качества хранения продуктов питания, сохранения питательных веществ в почве, обеспечения водой поливных земель, повышении эффективности использования солнечной энергии в естественном фотосинтезе и т. п. Современные достижения естествознания, и прежде всего агрохимии, и биохимии, позволяют на молекулярном уровне управлять сложными биохимическими процессами, происходящими при участии минеральных и органических удобрений, гормонов роста, феромонов, питательных, защитных и других веществ, внедрение которых в сельское хозяйство способствует повышению урожайности. При этом любые средства – химические или биологические – не должны приводить к нарушению природного баланса и загрязнению окружающей среды.
Повышение плодородия почвы
Со времен одного из создателей агрохимии, немецкого химика Юстуса Либиха (1803–1873) известно, что для роста и развития растений нужны неорганические вещества: азот, фосфор, калий и кальций. Эти вещества – минеральные удобрения – не взаимозаменяемы, их нельзя заменить и другими веществами. С конца прошлого столетия относительно быстро развивалось и совершенствовалось производство калийных и фосфорных удобрений. В 1975г., например, произведено около 24 млн т калийных удобрений (К 2 О). К концу тысячелетия ожидается увеличение объема их производства вдвое. На каждый гектар полевых угодий вносится в среднем около 100 кг калийных удобрений.
Фосфор в достаточном количестве содержится в почве: в слое пахотной земли толщиной 40 см на площади 1 га рассеяно около 20 т фосфорного вещества Р 2 О 5 . Однако он чрезвычайно медленно попадает к растениям, поэтому во многие виды почв необходимо вносить фосфорные удобрения. В 1975 г. во всем мире их произведено примерно 30 млн т.
С конца прошлого столетия в областях с интенсивным земледелием стала ощущаться нехватка азота в почве. Производство азотных удобрений включает синтез аммиака NH 3 и основано на связывании азота воздуха. В 1917 г. была произведена первая цистерна аммиака. В 1975 г. объем мирового производства азотных удобрений составил свыше 45 млн т. Предполагается, что к 2000 г. он возрастет до 100 млн т. С каждым килограммом азотных удобрений, внесенных на га почвы, урожай зерновых культур увеличивается на 8–11 кг, картофеля на 90 кг, кормовых трав – на 100 кг. Отношение производственных затрат к полученной прибыли при введении химических минеральных удобрений составляет в зависимости от культуры от 1:3 до 1:10.
Примерно с середины нашего столетия в поле зрения агрохимиков попали микроэлементы – бор, медь, марганец, молибден, цинк. Потребность в них составляет всего несколько сотен граммов на 1 га, но их отсутствие приводит к существенному снижению урожая. С 1970 г. налажено производство комплексных удобрений, содержащих все необходимые растениям микроэлементы. Обычно их изготавливают на основе сульфата аммония.
До недавнего времени при внесении удобрений, руководствовались преимущественно эмпирическим подходом, который не всегда оказывался эффективным и рациональным. В последнее время постепенно внедряется естественно-научный подход: дозы вносимых в почву удобрений и сроки их внесения рассчитываются исходя из биохимического анализа почвы и с учетом специфики выращиваемой культуры, погодных и климатических условий и т. п. Получены неплохие результаты при выращивании растений в тепличных условиях на гидропонике с автоматической подачей жидких питательных смесей, их дозировкой и регулированием температуры. В таких искусственных условиях собирают, например, не менее шести урожаев томатов в год, причем их урожайность составляет около 400 кг овощей с 1м 2 .
В последнее время все чаще говорят об ограничении применения химических удобрений, что связывают с опасным для здоровья ухудшением качества выращенной продукции. Однако до сих пор отрицательное действие на здоровье человека продуктов питания, выращенных с применением удобрений, никем не доказано. Напротив, оптимальное количество удобрений служит основой выращивания высококачественной сельскохозяйственной продукции. В то же время существует опасность, вызванная нежелательным накоплением неорганических веществ в водах вследствие вымывания избыточного количества удобрений из почвы. Такое загрязнение водных ресурсов можно свести к минимуму при внесении оптимального количества удобрений в сроки максимального их потребления растениями и с учетом погодных условий.
Сегодня более 1/3 населения Земли питается за счет выращиваемого урожая с применением минеральных удобрений. Однако производство удобрений в различных странах из-за разной степени их индустриализации колеблется в широких пределах. Почти 80–90% всех минеральных удобрений потребляется в Европе, Японии и Северной Америке.
Фиксация азота
Основным продуктом для азотсодержащих удобрений служит аммиак NH 3 , который синтезируется из азота воздуха и водорода при температуре 500° С и давлении 300 атм при наличии катализатора железа в сочетании со щелочным металлом. Такой процесс требует больших затрат энергии, сложной техники контроля и управления. Ежегодно синтезируется более 60 млн т аммиака, что, естественно, сопряжено с гигантскими капиталовложениями. Поэтому ведется интенсивный поиск более эффективных способов обогащения почвы азотом.
В процессе роста многие растения поглощают азот преимущественно из почвы. Многовековая практика севооборота в какой-то степени способствует пополнению почвы азотом. Казалось бы, что может быть доступнее азота: основной компонент воздуха – азот. Однако, как уже отмечалось, азот воздуха с большим трудом превращается в полезный и нужный продукт.
Все же некоторые растения способны превращать элементный азот воздуха в необходимые им соединения. Каков же механизм такого превращения? Многолетние наблюдения показали, что в этом процессе участвуют бактерии и водоросли, способные восстанавливать атмосферный азот до аммиака. Происходит важнейший естественный процесс – фиксация азота. Фиксированный азот затем превращается растениями в аминокислоты, белки и другие органические азотсодержащие соединения. Растения семейства бобовых, например соя, клевер и люцерна, фиксируют азот с помощью клубеньковых бактерий, живущих на их корнях. Около 170 разновидностей небобовых растений способны фиксировать азот. Природными фиксаторами азота могут быть некоторые свободно живущие бактерии и сине-зеленые водоросли.
В результате биохимических исследований установлено, что в фиксации азота участвует фермент, называемый нитрогеназой и состоящий из двух белков. Молекулярная масса одного из них (динитрогеназы) равна примерно 220000. Он содержит два атома молибдена и по 32 атома железа и реакционноспособной серы. Второй белок (динитрогеназа-редуктаза) построен из двух идентичных группировок с молекулярной массой 29000, каждая из которых содержит по 4 атома железа и серы.
Специально разработанные способы очистки и спектроскопические исследования позволили отчасти выяснить последовательность элементарных актов фиксации азота под действием фермента – нитрогеназы (рис. 7.15). Возможно, в ближайшем будущем проблема фиксации азота по принципу действия клубеньковых бактерий будет успешно решена в искусственных условиях.
Интенсивно разрабатывается и другое направление – генетическое исследование фиксации азота растениями. Применение рекомбинантной ДНК и разработка новых методов контроля за развитием и старением растений будут способствовать более полному раскрытию механизма фиксации азота и созданию штаммов, эффективно фиксирующих азот. Весьма важная и увлекательная задача – распространить природную способность некоторых растений фиксировать азот на продовольственные культуры, т. е. сделать их самоудобряющимися. В будущем такую практически значимую задачу предстоит решить.
Белок - основа питания
Основу питания людей и животных составляют белки, жиры и углеводы. Если содержание в пище углеводов и жиров – носителей энергии – может быть ограничено, то для белков это недопустимо: они нужны для постоянной регенерации органов и роста организма. Нехватка белков приводит к истощению организма. Необходимая для нормальной жизнедеятельности организма ежедневная норма потребления белков составляет для взрослых до 1 г, а для детей 2–3 г на килограмм массы тела. Ежедневное потребление белков для взрослых должно быть 60–100 г. Однако данные нормы, рекомендованные специалистами, не всегда выполняются. Например, в промышленно развитых странах на душу населения в сутки приходится 85–95 г белков, а в слаборазвитых странах – 50 г.
Более 60% потребляемых человечеством белков имеют растительное происхождение. Наиболее ценны сельскохозяйственные культуры с повышенным содержанием белков: пшеница, рис, кукуруза и др. Среднее содержание белков в них колеблется от 9 до 14%. В последние десятилетия выращены сорта пшеницы с содержанием белков более 20%. Потребность населения в белках постоянно растет (рис. 7.16).
Из двадцати аминокислот, необходимых для жизнедеятельности организма, образования скелета и тканей, только 12 могут быть синтезированы самим организмом. Остальные, в том числе лизин, метионин и трифтофан, должны вводиться с пищей. Доля таких определяющих жизнедеятельность организма аминокислот в большинстве растительных продуктов очень мала. Состав легко усвояемых животных белков значительно ближе к белкам нашего тела, поэтому потребность в аминокислотах может быть удовлетворена потреблением мясной пищи.
На первый взгляд может показаться, что проблему производства белка можно легко решить увеличением продуктов животноводства. Однако такая проблема гораздо сложнее. Во-первых, превращение растительных продуктов в животные характеризуется отношением 6:1. Во-вторых, для роста животных, в свою очередь, требуется огромное количество ценных белков.
Большие резервы белков сосредоточены в листьях растений. Они достигают на 1 га в год около 2 т, а в тропиках – до 5 т. Однако извлечение белков из листьев требует больших затрат энергии.
Для повышения биологической активности в растительные белки вводят недостающие аминокислоты. Например, при добавлении 0,4% лизина к пшеничной муке ее биологическая активность повышается не менее чем на 50%. В птицеводстве и свиноводстве применяется обогащенная метионином соевая мука, содержащая сравнительно большой процент белков. В результате генетической операции можно увеличить содержание лизина в белке. Таким способом удалось повысить содержание лизина в белке кукурузы и пшеницы с 2 до 4%.
В последние десятилетия большое внимание уделяется разработке и производству пищевой биомассы с большим процентным содержанием белков. Современные средства биотехнологии позволяют получать в огромных количествах искусственные белковые вещества из древесных отходов, нефти и нефтепродуктов, а также из природного газа. Искусственные белковые питательные вещества широко используются в животноводстве и тем самым дают возможность производить высококачественную мясную продукцию. Разработанные сравнительно недавно методы генной технологии ставят на более высокий уровень биотехнологический процесс производства ценнейших белковых продуктов.
Одно из важных направлений деятельности микробиологов связано с повышением питательных и вкусовых качеств пищи. Пища – не только средство для нормальной жизнедеятельности человека, но и источник удовольствия. Однако стремление испытать удовольствие часто приводит к перееданию. Например, по мнению специалистов, во многих развитых странах около 20% мужского и 40% женского населения едят гораздо больше, чем необходимо организму. Установлено, что нормальное потребление человеком сахара в год не должно превышать 18 кг, в то время как в некоторых странах данная цифра достигает 60 кг. Чрезмерное потребление сахара или других продуктов питания, конечно же, губительно влияет на здоровье человека и чаще всего приводит к ожирению. Есть надежда, что микробиологи предложат эффективные средства, позволяющие ограничивать излишнее потребление вкусной и калорийной пищи.