Экология микроорганизмов - Нижегородский государственный

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»
Биологический факультет
УТВЕРЖДАЮ
Декан биологического факультета
проф., д.б.н._______
Веселов А.П.
«10» сентября 2010 г.
Учебная программа
дисциплины ОПД.Ф.07 «Экология организмов»
по специальности 020801_65 – «Экология»
Нижний Новгород
2010 г.
2
1. Область применения
Программа дисциплины «Экология организмов» составлена в соответствии с
требованиями к обязательному минимуму содержания и уровню подготовки
дипломированного
специалиста
по
специальности
«Экология»
(специализация - эколог), государственных образовательных стандартов
высшего профессионального образования.
Актуальность курса обусловлена тем, что при подготовке экологов
традиционно уделяется недостаточно внимания роли микроорганизмов в
функционировании микробных сообществ, возможности использования
микроорганизмов для создания экологически благоприятных технологий и
восстановления биопродуктивности территорий, загрязненных в процессе
хозяйственной деятельности человека.
Дисциплина «Экология организмов» - одно из направлений современной
микробиологии и экологии. Молодая наука и новая учебная дисциплина,
которая всего несколько лет назад была введена в перечень обязательных
дисциплин государственного образовательного стандарта по экологическим
специальностям.
2. Цели и задачи дисциплины
2.1.
Цель
курса
–
ознакомление
с
экологией
организмов:
распределением по средам обитания, классификацией по типам питания,
закономерностями функционирования микробных популяций.
2.2. Задачи курса
Для достижения поставленной цели выделяются следующие задачи курса:
1.
Дать
студентам
основные
представления
об
организации
биосферы, «доменах жизни», микроорганизмах и их сообществах как
компонентах биосферы, особенностях метаболизма микроорганизмов, их
роли в возникновении и преобразованиях органического вещества в природе,
о процессах обмена энергией между органической и неорганической
природой;
3
2.
Дать студентам основные представления о
возможностях
использования микроорганизмов в процессах биоремедиации территорий,
пострадавших от антропогенных факторов, о возможности детоксикации
вредных отходов производства и построения технологий, предотвращающих
образование токсичных отходов.
3. Требования к уровню освоения содержания курса
По окончании изучения указанной дисциплины студент должен:
- иметь представление об уровнях организации биосферы, месте и
роли микроорганизмов в природе, возможностях создания экологически
благоприятных
технологий
на
основе
использования
организмов
и
получаемых с их помощью продуктов; о влиянии антропогенного фактора на
организмы, о распределении организмов по средам обитания.
-
знать
морфологии
основы
экологии
микробных
производства
энергии
биотехнологии;
клеток,
в
ходе
таксономию
микроорганизмов,
микроорганизмов
методы
и
типы
и
питания
метаболических
их
микроорганизмов,
процессов,
эколого-физиологические
исследования
сообществ,
основы
особенности
экологических
функций
микроорганизмов;
– уметь формулировать задачи по разработке природоохранных
мероприятий
и
технологий
с
использованием
микроорганизмов
и
производимых ими продуктов.
- иметь опыт:
-
в оценке участия микроорганизмов в превращениях веществ и
энергии;
- в анализе взаимоотношений микроорганизмов с растениями.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
4
Виды учебной работы
Общая
трудоемкость
дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
Другие виды аудиторных занятий
Самостоятельная работа
Вид итогового контроля (зачет,
экзамен)
Всего часов
Семестры
150
7
72
36
36
72
36
36
78
78
Зачет
5. Содержание дисциплины
В курс включены разделы и темы, основанные на журнальных
публикациях, посвященных современным методам исследования структуры
микробных сообществ, таксономического отнесения микроорганизмов на
основе анализа структуры генетического аппарата, технологиях защиты
окружающей среды, основанных на использовании микроорганизмов и
производимых ими продуктах.
Тема 1. Таксономия и морфология микроорганизмов
Предмет и задачи курса. Место микроорганизмов в иерархии живого.
Систематика и номенклатура микроорганизмов: бактерии, грибы,
простейшие, вирусы.
Тема 2. Физиология микроорганизмов
Бактерии: химический состав, питание, дыхание, рост и размножение.
Взаимодействие вируса с клеткой: продуктивный тип взаимодействия
(репродукция вирусов) и интегративный тип взаимодействия (вирогения).
Культивирование и индикация вирусов. Бактериофаги.
Тема 3. Экологические особенности микроорганизмов
Микрофлора почвы. Микрофлора воды. Микрофлора воздуха. Роль
микроорганизмов в круговороте веществ в природе. Микрофлора тела
человека. Микроорганизмы поверхности растений. Фитопатогенные
микроорганизмы.
Тема 4. Генетика микроорганизмов
Рекомбинация у бактерий: трансформация, трансдукция, конъюгация.
Плазмиды. Мутации. Особенности генетики вирусов.
5
Тема 5. Методы исследования экологических функций микроорганизмов
Методы микроскопического исследования микроорганизмов. Приготовление
прижизненных препаратов микроорганизмов. Приготовление мазка.
Получение накопительных культур сенной и картофельной палочек.
Тема 6-7. Влияние внешних условий на микроорганизмы
Адаптационные возможности микробов к воздействию факторов внешней
среды. Влияние влажности на развитие микроорганизмов. Влияние света на
развитие бактерий. Влияние температуры на развитие бактерий. Антагонизм
микроорганизмов. Влияние климатических условий на микроорганизмы.
Сезонные
и
несезонные
изменения
численности
почвенных
микроорганизмов.
Тема. 8. Важнейшие биохимические процессы, вызываемые
микроорганизмами
(в аэробных и анаэробных условиях), азота
(аммонификация).
Биологическая
фиксация
атмосферного
азота.
Превращение микроорганизмами соединений серы, фосфора, железа.
Тема 9. Практические аспекты микроорганизмов. Применение
микроорганизмов в различных отраслях пищевой промышленности,
медицине. Биотехнология и генная инженерия.
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ АУДИТОРНОЙ РАБОТЫ
3.1 Контрольные вопросы и задания:
По теме 1.
1. Роль отечественных и зарубежных микробиологов в развитие
науки.
2. Классификация микроорганизмов по форме, по реакции клеточной
стенки на красители
3. Охарактеризуйте основные отделы микроорганизмов
По теме 2.
1. Охарактеризуйте особенности метаболизма микроорганизмов
2. Опишите типы метаболизма микроорганизмов
3. Укажите основные отличия аэробного и анаэробного типов
метаболизма
4. Разъясните понятие «микробное сообщество»
5. Укажите основные типы взаимоотношений между участниками
микробных сообществ
6. Основные биохимические характеристики микроорганизмов
По теме 3.
1. Роль микроорганизмов в самоочищении окружающей среды
2. Микроорганизмы как индикаторы загрязнения окружающей среды
3. В чем особенности роста и развития микроорганизмов в водной,
почвенной, воздушной средах обитания.
6
4. Охарактеризуйте болезни человека, животных и растений,
вызываемых бактериями.
По теме 4.
1. Горизонтальный обмен генетической информацией
2. Генетически измененные микроорганизмы – получение и роль в
окружающей среде
3. Охарактеризуйте основные формы рекомбинации у бактерий.
4. В чем особенности наследственности и изменчивости микробов.
По теме 5.
1. Методы идентификации микроорганизмов
2. Молекулярно-биологические методы исследования
микроорганизмов и микробных сообществ
3. Методы выделения микроорганизмов из природных систем
4. Методы исследования структуры микробных сообществ
По теме 6-7.
1. Назовите лимитирующие значения микробов по физическим
показателям.
2. Рост и развитие микроорганизмов под воздействием физических
факторов.
3. Каковы лимитирующие значения для микробов по химическим
факторам
4. Охарактеризуйте группы микроорганизмов по отношению к
концентрации растворенных веществ
5. Охарактеризуйте группы микроорганизмов по отношению к
температуре
6. Назовите основные температурные показатели (минимальные,
оптимальные и максимальные) для физиологических групп
микроорганизмов
7. Охарактеризуйте влияние различных видов энергии на
жизнедеятельность микроорганизмов
8. Назовите окислительно-восстановительные условия среды
По теме 8
1. Микробиологические азотные удобрения
2. Микробиологические фосфорные удобрения
3. Основные типы продуктов микробиологического синтеза
По теме 9
1. Методы конструирования промышленных штаммов
микроорганизмов
2. Биотехнологические подходы в промышленности
3. Понятие о метаболической инженерии
4. Основные группы микроорганизмов, влияющих на качество
пищевых продуктов (мясных, молочных, овощных и др.)
Перечень примерных вопросов и заданий для самостоятельной работы
1. Место микроорганизмов в иерархии живого.
7
2. Систематика и номенклатура микроорганизмов: бактерии, грибы,
простейшие, вирусы.
3. Бактерии: химический состав, питание, дыхание, рост и размножение.
4. Взаимодействие вируса с клеткой.
5. Культивирование и индикация вирусов.
6. Бактериофаги.
7. Микрофлора почвы.
8. Микрофлора воды.
9. Микрофлора воздуха.
10.Роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе.
11.Рекомбинация у бактерий.
12.Особенности генетики вирусов.
13.Методы микроскопического исследования микроорганизмов.
14.Влияние внешних условий на микроорганизмы.
6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
6.1. Рекомендуемая литература (основная)
1. Аникиев В.В., Лукомская К.А. Руководство к практическим работам
по микробиологии: Учеб. пособие для ст-в биол. спец. - изд. М:
Просвещение, 1998.- 127 с.
2. Бонч-Осмоловская Е.А., Горленко В. И., Иванов М. В. И др.
Экология микроорганизмов: Учебник / под ред. Нетрусова А. И. – М.: ИЦ
«Академия», 2003.
3. Громов Б.В., Павленко Г.В. Экология бактерий: Учеб. пособие.- Л.:
Изд. Ленингр. ун-та, 1989. 248 с.
4. Емцев В.Т., Мишустин E.Р. Микробиология. 4-е изд. 2006. - 383 с.
5. Кулагина Г. М. Экология микроорганизмов: Учебное пособие, 2003 –
64 с.
6. Мармузова JI.B. Основы микробиологии, санитарии и
промышленности. Учебник. - М.: проф. обр. издат. 2001.
7. Нетрусов И.А. Экология микроорганизмов. Учеб. для вузов. - М.:
издат. центр. «Академия» 2005.
8. Нетрусов И.А. Практикум по микробиологии. М.: издат. центр.
«Академия» 2005.
9. Заварзин Г.А. Колотилова Н.Н. Введение в природоведческую
микробиологию. М. изд-во МГУ, 2001.
6.2. Рекомендуемая литература (дополнительная).
1. Бабьева И. П., Зенова Г. М. Биология почв: Учебник. – 2-е изд.,
перераб. и доп. М.: Изд. –во МГУ, 1989. – 336 с.
2. Горленко В.М., Дубинина Г.А., Кузнецов С.И. Экология водных
микроорганизмов. М., «Наука», 1977 г., 289 с.
3. Заварзин Г.А. Бактерии и состав атмосферы. М.: Наука,1984г. 199с.
4. Звягинцев Д.Г. Почва и микроорганизмы. М., 1987. 256 с.
8
5. Зенова Г. М. Почвенные актиномицеты: Спецкурс для студ. биол.почв. ф-та МГУ. – М: Изд- во МГУ, 1992.
6. Классификация зоопатогенных вирусов: Уч. метод, пособие 2001. - 8
с.
7. Ковальский В.В., Летунова С.В. Геохимическая экология
микроорганизмов. – М.: Наука, 1978. – 147 с.
8. Кожевин П.А. Экология микроорганизмов: эксперименты в природе
// Природа. 1985. № 7. С. 78-85.
9. Корягин Ю.В. Руководство к лабораторным и самостоятельным
работам по микробиологии. - Пенза: ПГСХА. 2001. - 223 с.
10. Костенко Т. С. Практикум по ветеринарной микробиологии. Уч.
пос. для студ. вузов. - М.: Колос, 2001. - 344 с.
11. Летунова С.В., Ковальский В.В. Геохимическая экология
микроорганизмов. М.,1978. 166 с.
12. Микробные сообщества и их функционирование в почве: Сб. науч.
тр. – Киев: Наук. думка, 1981. – 278 с.
10. Мишустин Е.Н. Развитие учения о ценозах почвенных
микроорганизмов // Успехи микробиол.1982. Т. 17. С. 117.
11. Мирчик Т.Г. Почвенная микология. – М.: Изд-во МГУ,1998. – 210 с.
12. Печуркин Н.С. Популяционная микробиология. Новосибирск: Изд.
«Наука» Сибирское отделение,1978. 275с.
13. Почвенные организмы как компоненты биогеоценоза. М., 1984. 247.
14. Пильщикова Н.В. Физиология растений с основами микробиологии.
М.: Мир, 2004. – 184 с.
15. Потатуркина-Нестерова Н.И., Кулагина Г.М. Методическое пособие
к практическим занятиям по микробиологии. Ульяновск: УлГУ. – 1996 – 62 с.
16. Тепкер Е.З., Шилькова В.К., Переверзева Г.И. Практикум по
микробиологии. М.: Колос, 2001. - 172 с.
17. Экологическая биотехнология: Пер. с англ./Под ред. К. Ф.
Форстера, Д. А. Вейза. – Л.: Химия, 1990 – 384 с.
7. Вопросы для контроля
1. Предмет и задачи курса «Экология микроорганизмов».
2. Микробиология как наука. Связь с другими науками.
3. Место микроорганизмов в иерархии живого.
4. Систематика и номенклатура микроорганизмов: бактерии, грибы,
простейшие, вирусы.
5. Бактерии: химический состав, питание, дыхание, рост и размножение.
6. Классификация микроорганизмов. Бинарная номенклатура.
7. Царство прокариот. Отличительные признаки их от эукариот.
8. Общая характеристика бактериальных клеток.
9. Особенности морфологии микроорганизмов. Разновидности форм
бактериальных клеток.
10.Ультраструктура бактериальной клетки.
11.Особенности строения клеточной стенки бактериальных клеток.
12.Цитоплазматическая мембрана: строение, функции.
9
13.Необязательные структурные компоненты бактериальной клетки.
14.Химический состав микробных клеток.
15.Питание микроорганизмов. Особенности метаболизма бактерий
16.Классификация микроорганизмов по типу питания: авто-, гетеро-,
хемотрофы.
17.Рост и развитие бактерий.
18.Общая характеристика транспозонов, плазмид, IS –
последовательностей.
19.Особенности рекомбинации бактерий: трансформация, трансдукция и
конъюгация.
20.Взаимодействие вируса с клеткой: продуктивный тип взаимодействия
(репродукция вирусов) и интегративный тип взаимодействия
(вирогения).
21.Культивирование и индикация вирусов.
22.Бактериофаги.
23.Микрофлора почвы.
24.Микрофлора воды.
25.Микрофлора воздуха.
26.Роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе.
27.Микрофлора тела человека.
28.Влияние факторов окружающей среды на микроорганизмы.
29.Рекомбинация у бактерий: трансформация, трансдукция, коньюгация.
30.Плазмиды.
31.Мутации.
32.Особенности генетики вирусов.
33.Методы микроскопического исследования микроорганизмов.
34.Приготовление прижизненных препаратов микроорганизмов.
35.Приготовление мазка.
36.Получение накопительных культур сенной и картофельной палочек.
37.Влияние влажности на развитие микроорганизмов.
38.Влияние света на развитие бактерий.
39.Влияние температуры на развитие бактерий.
40.Антагонизм микроорганизмов.
8. Критерии оценок
Зачет
Зачтено
Незачтено
Знание
основного
содержания
разделов
дисциплины, допускаются неточности, неправильные
формулировки, нарушения в последовательности
изложения материала. Правильное применение
теоретических знаний для решения практических
заданий.
Незнание значительной части основного
содержания разделов дисциплины. Имеющихся
10
знаний недостаточно
последующих курсов.
для
освоения
дисциплин
Программа составлена в соответствии с Государственным
образовательным стандартом по специальности «Экология»
Автор программы _________________
Программа
протокол №
рассмотрена
доцент, к.б.н. А.Б. Савинов
на
заседании
кафедры
Заведующий кафедрой _____________________
Программа
протокол №
одобрена
методической
комиссией
Председатель методической комиссии __________________
факультета