baz_ecolog_mikrobiologia - Белорусский государственный

1
Белорусский государственный университет
« 11 » ноября 2013 г.
Регистрационный № УД - 66 /баз.
Экологическая микробиология
Учебная программа учреждения высшего образования
по учебной дисциплине для специальности:
1-31 01 03 Микробиология
специализаций
1-31 01 03 01 Прикладная микробиология
1-31 01 03 02 Молекулярная микробиология
2013 г.
2
СОСТАВИТЕЛЬ:
Алисса Самуиловна Самсонова, заведующая лабораторией деградации
ксенобиотиков и биоремедиации природных и производственных сред
Государственного научного учреждения «Институт микробиологии Национальной академии наук Беларуси», доктор биологических наук
РЕЦЕНЗЕНТЫ:
Раиса Владимировна Михайлова, главный научный сотрудник лаборатории
ферментов Государственного научного учреждения «Институт микробиологии НАН Беларуси», доктор биологических наук, профессор;
Тамара Александровна Макаревич, доцент кафедры общей экологии и методики преподавания биологии, кандидат биологических наук, доцент
РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ:
Кафедрой микробиологии Белорусского государственного университета
(протокол № 22 от 16 мая 2013 г.);
Научно-методическим советом Белорусского государственного университета
(протокол № 1 от 19 сентября 2013 г.)
Ответственный за редакцию: Алисса Самуиловна Самсонова
Ответственный за выпуск: Алисса Самуиловна Самсонова
3
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Экологическая микробиология представляет собой синтетическую дисциплину, предполагающую знакомство с условиями обитания, деятельностью микроорганизмов в природе. Центральным объектом исследования является микробное сообщество как система взаимодействующих между собой
разнообразных видов. Экологическая микробиология отличается от экологии
животных или растений специфичностью и разнообразием химической деятельности микроорганизмов; непосредственным взаимодействием микроорганизмов с геосферой и их первичностью в биосфере Земли.
Понимание феномена жизни подразумевает понимание того, как эволюционировала жизнь; понимание эволюции требует понимания экологических
условий, в которых она происходит. Экологическая микробиология изучает
функциональное разнообразие микроорганизмов с аутэкологией видов, их
взаимодействие в составе микробных сообществ, деятельность микробных
сообществ в составе биосферы. Благодаря своей близости к молекулярным,
биохимическим подходам, геохимии экология микроорганизмов играет центральную роль в современном естествознании. Экологическая микробиология является не только прикладной, но и теоретической дисциплиной, имеющей значение для естествознания в целом.
Целью учебной дисциплины «Экологическая микробиология» является
формирование у студентов базовых теоретических знаний в области экологии микроорганизмов, исходя из современных достижений этой науки.
В задачи учебной дисциплины входит:
- формирование представления о предмете экологической микробиологии; изучение истории ее становления и вклада в этот процесс ученых разных
стран; о современном состоянии и перспективах развития экологической
микробиологии;
- освоение знаний о разнообразии микроорганизмов, их экофизиологических особенностях;
- изучение особенностей структуры и функционирования микробных сообществ;
- рассмотрение участия микроорганизмов в круговороте вещества и
энергии;
- формирование представления о глобальных экологических проблемах
и путях использования микроорганизмов для выхода из кризисных состояний;
- воспитание нравственных ориентаций на цивилизованное, экологически грамотное отношение к природе, микробному разнообразию, предотвращению загрязнения окружающей среды.
В результате изучения учебной дисциплины студент должен:
знать:
- предмет, законы, проблемы и задачи экологической микробиологии;
4
- характеристики экологических факторов и их действие на микроорганизмы;
- основные закономерности взаимодействия микроорганизмов с микрои макроорганизмами;
- участие микроорганизмов в биогеохимических циклах элементов и химически устойчивых соединений;
- пути использования микроорганизмов в управлении качеством
окружающей среды.
уметь:
- моделировать влияние микроорганизмов на состояние экосистемы;
- оценивать и прогнозировать возможное негативное или позитивное
воздействие микроорганизмов на окружающую среду: природные и производственные системы;
- делать практические выводы в исследованиях деятельности микроорганизмов с учетом экологических последствий.
владеть:
- объемом знаний, полученных в рамках изучаемого курса;
- навыками использования стандартных методов экологической микробиологии для наблюдения и изучения микроорганизмов в полевых и лабораторных условиях.
Программа учебного курса рассчитана на 72 часа, в том числе 42 часа
аудиторных: 24 – лекционных и 18 – лабораторных занятий.
ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
№
п/п
Наименование разделов, тем
1
I
II
2
Введение
Аутэкология. Влияние физических факторов среды обитания на жизнедеятельность
микроорганизмов
Аутэкология. Влияние химических факторов среды на жизнедеятельность микроорганизмов
Синэкология. Взаимодействие бактерий с
бактериями, простейшими и беспозвоночными животными
Синэкология. Взаимодействие микроорганизмов с растениями
Синэкология. Взаимодействие микроорганизмов с организмами позвоночных и человека
III
IV
V
VI
Количество часов
Аудиторные
Самостоятельная
Лекции Лаборатор- УСР
работа
ные занятия
3
4
5
6
2
3
2
4
-
3
2
2
-
3
4
2
-
4
2
2
-
3
2
-
-
3
5
1
2
VII Комэкология. Микроорганизмы воздуха и
почв
VIII Комэкология. Микроорганизмы морей и
пресных водоемов
IX Использование микроорганизмов при решении экологических проблем
ИТОГО:
3
4
5
6
4
2
-
4
2
2
-
3
4
4
-
4
24
18
-
30
СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА
I. ВВЕДЕНИЕ
Основные законы экологии микроорганизмов. Биосферное значение
микроорганизмов. Предмет экологии микроорганизмов. Общее и различное в
дисциплинах «Общая экология» и «Экология микроорганизмов». Предмет
экологической микробиологии. Разделы экологической микробиологии
(аутэкология, синэкология, комэкология). Законы Виноградского - Бейеринка, Вольтерры - Гаузе. Энергетическая, концентрационная, деструктивная,
транспортная и средообразующая роль бактерий в биосфере. Значение работ
Г.А. Надсона, В.Л. Омелянского, В.С. Буткевича, Б.Л. Исаченко и др. для
развития экологической микробиологии. Развитие экологической микробиологии в Беларуси.
II. АУТЭКОЛОГИЯ. ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ СРЕДЫ
ОБИТАНИЯ НА ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ МИКРООРГАНИЗМОВ
Влияние магнитных полей на микроорганизмы. Магнетотаксис. Влияние
температур, температурные оптимумы и пределы толерантности бактерий.
Понятие о психрофилах, мезофилах и термофилах. Молекулярные особенности, определяющие границы температурной толерантности бактерий. Влияние излучений. Фототаксис, фотохромность и фотосинтез у микроорганизмов. Механизмы повреждающего действия УФ-лучей и ионизирующего
излучения. Радиорезистентность микроорганизмов и ее молекулярные механизмы.
III. АУТЭКОЛОГИЯ. ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ СРЕДЫ
ОБИТАНИЯ НА ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ МИКРООРГАНИЗМОВ
Понятие о водной активности и водном потенциале. Негалофильные и
галофильные микроорганизмы. Молекулярные механизмы осмотолерантности. Кислород как акцептор электрона. Активные формы кислорода и этапы
их восстановления в микробной клетке. Отношение микроорганизмов к рН.
Ацидофилы, нейтрофилы и алкалофилы. Влияние рН среды на формирование трансмембранного электрохимического потенциала в бактериальной
клетке.
6
IV. СИНЭКОЛОГИЯ. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ БАКТЕРИЙ С
БАКТЕРИЯМИ, ПРОСТЕЙШИМИ И БЕСПОЗВОНОЧНЫМИ
ЖИВОТНЫМИ
Типы взаимодействий между биологическими объектами. Комменсализм, мутуализм, паразитизм, конкуренция и аллелопатия (антибиоз). Факультативные и облигатные симбиозы. Понятие о консорциуме. Взаимодействие бактерий с простейшими. Тройственные симбиозы. Внутриядерный
паразитизм бактерий в простейших. Взаимодействие бактерий с насекомыми
и его контроль со стороны хозяина. Микробные симбионты глубоководных
погонофор. Светящиеся бактерии – симбионты энтомопатогенных нематод.
V. СИНЭКОЛОГИЯ. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ БАКТЕРИЙ
С РАСТЕНИЯМИ
Микробиота филлосферы и ризосферы растений. Симбиоз бобовых с
азотфиксирующими клубеньковыми бактериями. Этапы формирования симбиоза (аттракция, адгезия, интернализация). Понятие о лектинах. Фитопатогены. Особенности паразитизма агробактерий. Понятие о генетической колонизации.
VI. СИНЭКОЛОГИЯ. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ БАКТЕРИЙ С
ОРГАНИЗМАМИ ПОЗВОНОЧНЫХ И ЧЕЛОВЕКА
Понятие об автохтонной и аллохтонной микробиоте тела позвоночных.
Микробиоценозы рубца жвачных животных. Органы свечения глубоководных рыб. Микробная экология тела человека. Нормальная микробиота кожи,
репродуктивного тракта, органов системы пищеварения. Микробиота ротовой полости. Микробиота толстого кишечника. Понятие о дисбактериозе. Болезнетворные микроорганизмы и факторы их патогенности.
VII. КОМЭКОЛОГИЯ. МИКРОБИОЦЕНОЗЫ ВОЗДУХА И ПОЧВ
Основные понятия комэкологии. Ареалы бактерий. Бактерии как космополиты и их связь с определенными экосистемами. Типичная структура микробиоценоза. Понятие о сукцессии. Аэромикрофлора и источники ее формирования. Факторы, оказывающие влияние на количественный и качественный состав аэропланктона. Микробиологический контроль качества воздушной среды. Микробиота почв. Структура почвенных микробных сообществ.
Представления о г- и К-стратегиях микроорганизмов. Роль микроорганизмов
в формировании плодородия почв.
7
VIII. КОМЭКОЛОГИЯ. МИКРОБИОЦЕНОЗЫ МОРЕЙ И
ПРЕСНЫХ ВОДОЕМОВ
Гидромикробиота и ее особенности. Микробиота стратифицированных
пресных водоемов. Движение веществ и энергии в микробиоценозе пресного
водоема. Олиготрофные и эвтрофные водоемы и факторы это определяющие.
Понятие о сапробности. Методы санитарно-микробиологического контроля
качества вод.
IX. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ ПРИ РЕШЕНИИ
ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ
Биоремедиация. Искусственные микробиоценозы очистных сооружений.
Микроорганизмы как биодеструкторы. Использование микроорганизмов при
очистке окружающей среды от техногенных загрязнений. Микробиологическая очистка сточных вод. Микробиоценоз активного ила. Перспективы генной инженерии в решении экологических проблем.
ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
ЛИТЕРАТУРА
Основная:
1. Гусев М.В. Микробиология: Учеб. для студ. биол. специальностей вузов / М.В. Гусев, Л.А. Минеева. – 4-е изд. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 463 с.
2. Заварзин Г.А. Введение в природоведческую микробиологию: Учеб.
пособие / Г.А. Заварзин, Н.Н. Колотилова. – М.: Книжный дом «Университет», 2001. – 256 с.
3. Нетрусов А.И. Экология микроорганизмов / А.И. Нетрусов, Е.А.
Бонг-Осмоловская, В.М. Горленко и др. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 272 с.
4. Современная микробиология / под ред. Й. Ленгелера, Г. Древса, Г.
Шлегеля. – М.: Мир, 2005. Т. 1 – 2.
Дополнительная:
1. Борисов Л.Б. Медицинская микробиология, вирусология / Л.Б. Борисов – М.: Мед. информ. агенство, 2002. – 734 с.
2. Вятчина О.Ф. Малый практикум по микробиологии: Учеб.-метод.
Пособие / О.Ф. Вятчина, Н.Е. Буковская, О.А Жилкина. Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 2009. – 130 с.
3. Громов Б.В. Экология бактерий / Б.В. Громов, Г.В. Павленко – Л.:
ЛГУ, 1989. – 248 с.
8
4. Емцев В.Т. Микробиология: Учеб. для вузов / В.Т. Емцев, Е.Н. Мишустин. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Дрофа, 2005. – 445 с.
5. Жизнь микроорганизмов в экстремальных условиях / под ред. Д.
Кашнера. – М.: Мир, 1981. – 519 с.
6. Нетрусов А.И. Практикум по микробиологии / А.И. Нетрусов, М.А.
Егорова, Л.М. Захарчук и др. М.: Издательский центр «Академия», 2005.
7. Шлегель Г. Общая микробиология / Г. Шлегель. – М.: Мир, 1987. –
567 с.
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ
САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
Для организации самостоятельной работы студентов по учебной дисциплине следует использовать современные информационные технологии: разместить в сетевом доступе комплекс учебных и учебно-методических материалов (программа, курс лекций, мультимедийные презентации, методические указания к лабораторным занятиям, список рекомендуемой литературы
и информационных ресурсов, задания в тестовой форме для самоконтроля и
др.).
Эффективность самостоятельной работы студентов целесообразно проверять в ходе текущего и итогового контроля знаний. Для общей оценки качества усвоения студентами учебного материала рекомендуется использование рейтинговой системы.
ПЕРЕЧЕНЬ РЕКОМЕНДУЕМЫХ СРЕДСТВ ДИАГНОСТИКИ
Учебным планом специальности 1-31 01 03 Микробиология в качестве
формы итогового контроля по учебной дисциплине рекомендован зачет. Для
текущего контроля качества усвоения знаний студентами можно использовать следующий диагностический инструментарий:
- защита индивидуальных заданий при выполнении лабораторных работ;
- защита подготовленного студентом реферата;
- устные опросы;
- письменные контрольные работы по отдельным темам курса;
- компьютерное тестирование.