Почвенная микробиология

ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА
Наименование дисциплины - ПОЧВЕННАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ
Рекомендуется для направления подготовки
110100 «Агрохимия и агропочвоведение»
Квалификация (степень) выпускника - бакалавр
1.Цели дисциплины: формирование знаний, умений и навыков по общей,
почвенной и сельскохозяйственной микробиологии, понимание роли почвенных микроорганизмов в агроэкологических процессах.
Задачи дисциплины: изучение основ общей микробиологии; в области
почвенной микробиологии - изучение почвенных микробных комплексов как
факторов почвенного плодородия, овладение методами определения почвенных микроорганизмов, в области сельскохозяйственной микробиологии изучение эпифитных микроорганизмов поверхности растений, микробиологических продуктов и биопрепаратов сельскохозяйственного назначения.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Курс входит в базовую часть профессионального цикла дисциплин, включенных в учебный план согласно ФГОС ВПО и учебному плану направления
110100 «Агрохимия и агропочвоведение».
Для изучения дисциплины необходимы знания в области: общей биологии,
органической химии, почвоведения, физиологии растений, биохимии.
Дисциплина «Почвенная микробиология» является предшествующей для
следующих профессиональных дисциплин: агрохимия, земледелие и дисциплин профиля - агроэкология, растениеводство, защита растений.
3. Требования к результатам освоения дисциплины
В результате изучения дисциплины «Почвенная микробиология» выпускник по направлению подготовки 110100 «Агрохимия и агропочвоведение» с
квалификацией (степенью) «бакалавр» должен обладать следующими компетенциями:
 способности к использованию основных законов естественнонаучных
дисциплин в профессиональной деятельности, применению методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального
исследования;
 готовности проводить физический, физико-химический, химический и
микробиологический анализ почв, химический анализ растений, удобрений и
мелиорантов в соответствии с современными методиками;
 готовности участвовать в проведении почвенных, агрохимических и
агроэкологических обследований земель сельскохозяйственного назначения;
 способности к проведению растительной и почвенной диагностики,
принятию мер по агроэкологической оптимизации минерального питания
растений и микробиологической активности почв;
 способности к проведению экологической экспертизы, проектов сельскохозяйственного землепользования;
 готовности изучать современную информацию, отечественный и зарубежный опыт по тематике исследований;
 способности к проведению почвенных, агрохимических и агроэкологических научных исследований согласно утвержденным методикам;
 способности к лабораторному анализу почв, удобрений и растений;
2
 способности к обобщению и статистической обработке результатов
опытов, формулированию выводов.
В результате изучения дисциплины студент должен
знать: морфологию, систематику, физиологию и экологию микроорганизмов, роль микроорганизмов в превращениях различных соединений и химических элементов в почве;
уметь: определять биологическую активность почвы и предлагать способы
ее регулирования, использовать биоиндикацию, биотесты.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы:
Вид учебной работы
Аудиторные занятия (всего)
В том числе:
Лекции
Лабораторные работы
Самостоятельная работа (всего)
В том числе:
Курсовая работа
Самостоятельное изучение разделов дисциплины, самоподготовка к коллоквиумам, контрольным работам, лабораторным занятиям с
помощью лекционного материала, учебников,
практикума
Вид промежуточной аттестации
Общая трудоемкость: часы
зачетные единицы
Всего
часов
72
Семестр
4
72
28
44
72
28
44
72
35
37
35
37
экзамен
144
4
экзамен
144
4
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№
п/п
1.1.
1.2.
Наименование раздеСодержание раздела
ла дисциплины
1. Общая микробиология
Объекты, история, за- Объекты и история микробиологии. Значение
дачи, направления и микроорганизмов в природе и жизнедеятельноперспективы
раз- сти человека. Задачи и основные направления в
вития микробиологии. микробиологии.
Морфология и систе- Основные группы микроорганизмов. Строение
матика
микроорга- бактериальной клетки. Рост и размножение бакнизмов
терий. Особенности строения клеток эукариот.
3
1.3.
Отношение микроорганизмов к факторам
внешней среды
1.4.
Способы и типы питания микроорганизмов
1.5.
Распространение микроорганизмов в различных субстратах:
почве, навозе, зерне и
др.
Метаболизм микроорганизмов. Превращение микроорганизмами соединений углерода.
1.6.
1.7.
Морфология и структура акариот, способы их
репродукции. Методы микроскопии и приготовления препаратов.
Общие сведения по систематике и номенклатуре прокариот. Принципы фенотипической и филогенетической систематики. Основные таксономические группы бактерий.
Зависимость микроорганизмов от водного режима и кислотности среды, температуры, давления, химических веществ, радиации. Отношение микроорганизмов к кислороду. Различие реакции на внешние воздействия вегетативных
клеток и эндоспор бактерий. Предотвращение
развития микроорганизмов с помощью физических, химических и биологических факторов в
быту, промышленности, сельском хозяйстве.
Способы питания, поступление питательных
веществ в клетку. Ферменты в жизнедеятельности микробной клетки. Пищевые потребности
микроорганизмов и типы питания. Приготовление питательных сред для микроорганизмов и
методы стерилизации.
Методы количественного учета микроорганизмов. Определение качественного состава микрофлоры. Выделение чистых культур микроорганизмов.
Метаболические процессы: энергетический и
конструктивный обмен (катаболизм и анаболизм). Получение и запасание энергии в клетке.
Сходство и различие брожения, дыхания, анаэробного дыхания. Химизм и энергетика брожения, дыхания. Анаэробное дыхание с использованием кислорода нитратов и сульфатов.
Виды брожений, осу- Спиртовое брожение, химизм, возбудители.
ществляемых микро- Эффект Пастера. Значение спиртового брожеорганизмами.
ния в промышленности и сельском хозяйстве.
Окисление органиче- Микробиологические основы виноделия. Типы
ских соединений мик- молочнокислого брожения, возбудители. Роль
роорганизмами
молочнокислых и пропионовокислых бактерий
в жизнедеятельности человека, здравоохранении, приготовлении кисломолочных продуктов,
кормопроизводстве. Свойства возбудителей
4
2.1
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
этих процессов, распространение и значение их
в природе и сельском хозяйстве.
Окисление клетчатки, жира и других органических соединений. Возбудители и ход процессов
окисления, их значение в природе и сельском
хозяйстве.
2. Почвенная микробиология
Микробиологические Маслянокислое, ацетонобутиловое брожения,
почвенные процессы брожение пектиновых веществ, брожение клетпревращения веществ чатки, разложение гемицеллюлозы, лигнина,
и энергии
пектиновых веществ, окисление углеводородов
в почве.
Участие микрооргаПроцессы минерализации, иммобилизации,
низмов в круговороте нитрификации и денитрификации. Регуляция
азота в природе
денитрификации и иммобилизации агротехническими приемами. Меры борьбы с диссимиляторной денитрификацией в почве.
Биологическая фикМасштабы и значение биологической азотфиксация молекулярного сации в природе. Энергоэффективность и «экоазота атмосферы
логическая чистота» биологического азота.
Свободноживущие, ассоциативные и симбиотические азотфиксаторы. Симбиотическая азотфиксация у бобовых и небобовых растений. Листовые клубеньки. Сочетание биологического и
минерального азота в сельском хозяйстве.
Превращения микро- Круговорот серы в природе. Ассимиляторная
организмами соедисульфатредукция. Серобактерии и тионовые
нений серы, фосфора, бактерии. Роль микроорганизмов в высвобожжелеза и др.
дении кислоты из органических фосфорсодержащих соединений и в переводе нерастворимых
фосфатов в растворимое состояние. Биологическое связывание фосфора. Роль микроорганизмов в фосфорном питании растений. Прямое и
косвенное участие почвенных микроорганизмов
в превращениях железа, марганца, алюминия,
калия.
Микробные комплек- Понятие о микробных комплексах почвы. Ососы почвы. Принципы бенности почвы как среды обитания микрооргаи концепции почвен- низмов. Эколого-географические закономерноной микробиологии
сти распространения микроорганизмов в почвах. Стратегии жизнедеятельности микроорганизмов в почве. Разнообразие трофических взаимодействий микроорганизмов. Принципы и
концепции, принятые в почвенной микробиоло5
2.6.
2.7.
3.1.
гии.
Агроэкологическая
Значение почвенных микроорганизмов в плодороль почвенных мик- родии почвы. Ассоциации микроорганизмов с
роорганизмов
корневой системой растений: ризосфера и ризоплана. Роль почвенных микроорганизмов в образовании и разрушении гумуса. Экологическая,
биохимическая и микробиологическая концепции гумусообразования. Значение почвенной
микрофлоры при рекультивации земель. Действие органических и минеральных удобрений,
различных приемов обработки почвы и мелиорации на почвенные микроорганизмы. Деградация почвенными микроорганизмами пестицидов
и других синтетических химических веществ.
Биологическая актив- Биогенность почв разных типов. Почвенные
ность разных типов микроорганизмы как индикаторы типа и плопочв, методы опреде- дородия почв. Прямые и косвенные методы
ления состава поч- определения численности, состава и активности
венных
микроорга- почвенных микроорганизмов. Учет численности
низмов (курс. работа). отдельных физиологических групп.
3. Сельскохозяйственная микробиология
Микробиология про- Силосование кормов как метод анаэробной
изводства
кормов, биоконверсии. Значение пробиотиков в сельмикробных биопрепа- ском хозяйстве. Микробные землеудобрительратов, значение эпи- ные биопрепараты. Микоризация растений.
фитных микроорга- Роль эпифитной микрофлоры при хранении
низмов в хранении зерна, семян, плодов и овощей. Применение
урожая и другие ас- микроорганизмов и микробных биопрепаратов
пекты использования для борьбы с болезнями и вредителями сельскомикроорганизмов
в хозяйственных растений. Микроорганизмысельскохозяйственном продуценты биологически активных веществ,
производстве.
антибиотиков для защиты растений.
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинам
№ Наименование обеспе№№ разделов дисциплины, необходимых для
п/п чиваемых (последуюизучения обеспечиваемых (последующих)
щих) дисциплин
дисциплин
1
2
3
1. Агрохимия
+
+
+
2. Земледелие
+
+
+
3. Агроэкология
+
+
+
4. Растениеводство
+
+
+
5. Защита растений
+
+
+
6
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий, час
№
Наименование раздела дисциЛекции
п/п
плины
1. Общая микробиология
12
2. Почвенная микробиология
14
3. Сельскохозяйственная микро2
биология
ЛР
СРС
Всего
24
18
2
30
36
6
66
68
10
6. Лабораторный практикум
№ № разНаименование лабораторных работ
Трудоемп/п
дела
кость,
дисцичас.
плины
1.
1
Ознакомление с иммерсионной системой микро2
скопа. Техника приготовления препаратов.
2.
1
Ознакомление с шаровидными и палочковидными
2
формами бактерий.
3.
1
Ознакомление со спиралевидными, нитчатыми
2
формами бактерий.
4.
1
Ознакомление с микромицетами, микроводоросля2
ми. Контрольная тестовая работа «Устройство микроскопа и техника микроскопирования бактериальных препаратов»
5.
1
Выявление включений. Окраска спор. Окраска по
2
Граму.
6.
1
Постановка опыта по изучению значения питатель2
ных элементов для развития микроорганизмов.
7.
1
Учет результатов опыта по значению питательных
2
элементов для развития микроорганизмов. Контрольная тестовая работа «Морфология и ультраструктура микроорганизмов».
8.
1
Коллоквиум «Морфология и систематика микроор2
ганизмов».
9.
1
Определение численности микроорганизмов в раз2
личных субстратах. Контрольная работа «Питательные среды и методы стерилизации».
10.
1,2
Количественный учет микроорганизмов в различ2
ных субстратах. Выделение чистой культуры.
11.
1,2
Анализ чистой культуры и постановка опыта по
2
определению ее чувствительности к антибиотикам.
Постановка опытов по выявлению антагонистических взаимоотношений почвенных микроорганизмов.
12.
1,2
Оценка чувствительности чистой культуры к анти2
7
13.
1,2
14.
1,2,3
15.
1,2
16.
1,2
17.
2
18.
2
19.
2
20.
2,3
21.
2
22.
2
биотикам и антагонизма между почвенными микроорганизмами. Контрольная тестовая работа по
питанию микроорганизмов.
Коллоквиум «Питание микроорганизмов. Влияние
факторов внешней среды на микроорганизмы».
Моделирование спиртового, маслянокислого, брожений и брожения клетчатки.
Результаты опытов по спиртовому, маслянокислому, молочнокислому брожениям. Постановка опытов по молочнокислому брожению.
Учет результатов опытов по молочнокислому брожению. Контрольная тестовая работа «Микробиологическая трасформация соединений углерода».
Коллоквиум «Метаболизм микроорганизмов». Постановка опытов по выявлению микробных комплексов почвы (по Холодному).
Результаты опыта по брожению клетчатки. Постановка опытов по моделированию процессов цикла
азота в природе.
Результаты опытов по циклу азота. Просмотр клубеньковых бактерий в клубеньках бобовых растений.
Контрольная тестовая работа «Роль микроорганизмов в круговороте азота в природе». Коллоквиум
«Процессы круговорота азота в природе».
Коллоквиум по почвенной и сельскохозяйственной
микробиологии.
Исследование биологической активности почв разных типов, освоение методов определения состава
почвенных микроорганизмов. Постановка опытов
для курсовой работы.
Учет результатов посева на плотных и жидких средах. Обсуждение результатов.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
7. Примерная тематика курсовых работ.
1. Микробные ценозы почвы и методы их изучения.
2. Влияние антропогенных факторов на микробиологические процессы в
почве.
3. Использование микроорганизмов в сельском хозяйстве как альтернатива
химизации.
4. Экология микроорганизмов.
5. Микробные процессы в биотехнологии окружающей среды.
8
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература:
1. Емцев В.Т., Мишустин Е.Н. Микробиология. М.: Дрофа, 2005.
2. Шильникова В.К., Ванькова А.А, Годова Г.В. Микробиология М.:
Дрофа, 2006.
3. Звягинцев Д.Г., Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. М.: МГУ,
2005.
б) дополнительная литература:
1. Гусев М.В., Минеева Л.А. Микробиология. М.: МГУ, 2004.
2. Заварзин Г.А., Колотилова Н.Н. Введение в природоведческую микробиологию. М.: Книжный дом «Университет», 2004.
3. Шлегель Г. Общая микробиология, М.: Мир, 1987.
4. Громов Б.В. Павленко Г.В. Экология бактерий. Л.: ЛГУ, 1989.
5. Шильникова В.К., Серова Е.Я. Микроорганизмы-азотонакопители на
службе растений. М.: Наука, 1983.
6. Стейниер Р., Эдельберг Э., Ингрем Дж. Мир микробов. М.: Мир, 1987,
Т.1…3.
7. Современная микробиология. Прокариоты. /под ред. Ленгелера И.,
Древса Г., Шлегеля Г. М. Мир, 2005, т. 1,2.
8. Шлегель Э.Г. История микробиологии. М. УРСС, 2005.
9. Почвенная микробиология. Методические рекомендации к написанию
курсовых работ для студентов факультета агрохимии и почвоведения.
М.: РГАУ-МСХА, 2010.
в) базы данных, информационно-справочные и информационные системы:
Гарант, Консультант плюс, КОНСОР, полнотекстовая база данных иностранных журналов Doal, реферативная база данных Агрикола и ВИНИТИ,
научная электронная библиотека e-library, Агропоиск; информационным
справочным и поисковым системам: Rambler, Yandex, Google.
9.Материально-техническое обеспечение дисциплины
Для лекционного курса необходима компьютерная техника с мультимедийным обеспечением.
Для обеспечения лабораторных занятий необходимы: лаборатория, оснащенная газо- и водопроводом, УФ-лампы для стерилизации помещений, стерилизационная техника (автоклавы, стерилизационные шкафы), термостаты,
анаэростаты, световые микроскопы с набором красителей и иммерсионных
масел, электронный микроскоп, фотоэлектроколориметры, рН-метры, шейкеры, водяные бани, тест-системы для идентификации микроорганизмов, лабораторная посуда, компьютерная техника с мультимедийным обеспечением.
9
10. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины
При преподавании курса необходимо ориентироваться на современные образовательные технологии путем использования модульности, индивидуализации с целью формирования и развития профессиональных навыков учащихся. Использовать активные методы, дифференцированное обучение,
обеспечить профориентацию в процессе обучения.
Самостоятельная работа должна быть направлена на углубленное изучение
актуальных проблем почвенной микробиологии, последних достижений
науки и возможностей их использования для повышения почвенного плодородия, интенсификации сельскохозяйственного производства и охраны
окружающей среды.
Желательный количественный состав студентов на лабораторном занятии
не должен превышать 12 человек.
Разработчик:
РГАУ – МСХА
имени К.А.Тимирязева
Эксперт:
МГУ
имени М.В.Ломоносова
доцент кафедры
микробиологии
профессор
Г.В.Годова
Д.Г.Звягинцев
10