РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Институт математики, естественных наук и информационных технологий «УТВЕРЖДАЮ»: И.о. проректора-начальник управления по научной работе _______________________ Г.Ф. Ромашкина __________ _____________ 2011 г. ФИТОБИОТЕХНОЛОГИЯ Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для аспирантов специальности 03.01.06 - «Биотехнология» очной и заочной форм обучения «ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»: Автор работы _____________________________/Сальникова Л.И./ «______»___________2011 г. Рассмотрено на заседании кафедры ботаники, биотехнологии и ландшафтной архитектуры, протокол №___ от «____»__________ 2011г. Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению. «РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»: Объем ___14___стр. Зав. кафедрой ______________________________/Боме Н.А./ «______»___________ 2011 г. Рассмотрено на заседании УМК Института математики, естественных наук и информационных технологий, отделение биологии Протокол №____ от «___»_____________2011 г. Соответствует ФГТ к структуре основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура) «СОГЛАСОВАНО»: Председатель УМК ________________________/Ф.И.О./ «______»____________ 2011 г. «СОГЛАСОВАНО»: Нач. отдела аспирантуры и докторантуры_____________М.Р. Сорокина «______»_____________2011 г. 2 3 РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Институт математики, естественных наук и информационных технологий Кафедра ботаники, биотехнологии и ландшафтной архитектуры Сальникова Л. И. Фитобиотехнология Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для аспирантов специальности 03.01.06 - «Биотехнология» очной и заочной форм обучения Тюменский государственный университет 2011 4 Сальникова Л.И. Фитобиотехнология. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для аспирантов специальности 03.01.06 «Биотехнология» очной и заочной форм обучения. Тюмень, 2011, _15_стр. Рабочая программа составлена в соответствии с ФГТ к структуре основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура). Рабочая программа дисциплины (модуля) опубликована на сайте ТюмГУ: Фитобиотехнология [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.umk3.utmn.ru., свободный. Рекомендовано к изданию кафедрой ботаники, биотехнологии и ландшафтной архитектуры. Утверждено и.о. проректора-начальника управления по научной работе Тюменского государственного университета. ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: заведующий кафедрой биотехнологии и ландшафтной архитектуры Боме Н.А. © Тюменский государственный университет, 2011. © Сальникова Л.И., 2011. ботаники, 5 Учебно-методический комплекс. Рабочая программа включает следующие разделы: 1. Пояснительная записка, которая содержит: 1.1. Цели и задачи дисциплины. Цель дисциплины «Фитобиотехнология»: сформировать представление об использовании растительных объектов в технике и промышленном производстве. Задачи дисциплины: - изучить фитохимический состав и применение целебных растений в медицине; - изучить культуру клеток и тканей лекарственных растений in vitro (на искусственной питательной среде); - дать представление о трансгенных лекарственных растениях; - изучить методы биотехнологии, которые используются для создания медицинских препаратов на основе лекарственных растений. 1.2. Место дисциплины в структуре ООП. Дисциплина «Фитобиотехнология» относится к циклу «Специальные дисциплины отрасли науки и научной специальности» специальности «Биотехнология». Для изучения дисциплины «Фитобиотехнология» аспиранты должны знать лекарственные растения основных отделов царства Грибы и царства Растения; должны знать краткий исторический очерк развития биотехнологии и ее разделы; должны уметь определять лекарственные растения. У аспирантов уже должны быть сформированы следующие компетенции: аспиранты должны иметь современные представления об основах биотехнологии и генной инженерии, нанобиотехнологии и молекулярного моделирования. Дисциплина «Фитобиотехнология» является предшествующей для дисциплин «Генная инженерия», «Клеточная инженерия» и «Трансгенные организмы». Требования к результатам освоения дисциплины: Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций: - использовать методы культивирования биологических объектов на искусственной питательной среде; демонстрировать базовые представления об основных закономерностях и современных достижениях промышленной биотехнологии. В результате освоения дисциплины обучающийся должен: 6 Знать: лекарственные растения основных отделов царств Грибы и Растения; фитохимический состав целебных растений. Уметь: культивировать клетки лекарственных растений на искусственной питательной среде. Владеть: методами биотехнологии, которые используются для создания медицинских препаратов на основе лекарственных растений. 2. Трудоемкость дисциплины. Семестр _2_. Форма промежуточной аттестации - зачет. Общая трудоемкость дисциплины составляет _2_ зачетных единицы - 72 часа. 3. Тематический план. 4 2 5 2 8 - 2 Фитобиотехнология как составная часть биотехнологии. Краткий исторический очерк развития. 14 2 2 - 10 3 Культивирование клеток и тканей лекарственных растений на искусственной питательной среде 14 2 2 - 10 4 Трансгенные лекарственные растения 16 2 4 - 10 6 8 форме лабораторн ые занятия* 3 12 лекции 1 2 1 Фитохимический состав лекарственных растений Всего часов практическ ие занятия Тема Формы конт роля интерактивной № самостоятел ьная работа* них 4. из Тематический план виды учебной работы и самостоятельная работа, в час. в Таблица 1. 7 8 0,5 Вып олне ние эссе 1 Вып олне ние рефе рато в 1 Подг отов ка элек трон ных през ента ций 2 Вып олне 7 5 Создание лекарственных препаратов с помощью методов биотехнологии 16 2 2 - 12 Итого: из них часов интерактивной форме 72 - 10 2 12 4 - 50 - в ние эссе 1,5 Пров еден ие круг лого стол а 6 Таблица 2. Планирование самостоятельной работы аспирантов № Темы Виды СРС Объем часов обязательн дополнител ые ьные 1 Фитохимический Изучение Чтение 12 обязательной состав лекарственных темы (собеседован и растений ие). дополнитель Выполнение ной эссе литературы 2 Фитобиотехнология Выполнение Составление 14 библиографи как составная часть рефератов ческого биотехнологии. списка Краткий исторический очерк развития 3 Культивирование Выполнение Подготовка к 14 в клеток и тканей на электронных работе презентаций малых искусственной группах питательной среде 4 Трансгенные Выполнение Подготовка к 14 эссе круглому лекарственные столу растения 5 Создание Проведение Работа в 14 круглого малых лекарственных группах препаратов с стола помощью методов 8 биотехнологии ИТОГО: 68 4. Разделы дисциплины и междисциплинарные обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами № п/п 1. 2. 3. Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин Генная инженерия Клеточная инженерия Трансгенные организмы связи с Темы дисциплины необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин 1 2 3 4 5 6 7 8 + + + + + + + + + - - - + + + + - - - 5. Содержание дисциплины. Тема 1. Фитохимический состав лекарственных растений. Локализация биологически активных веществ в различных органах растений (цветки, листья, стебли, корни). Вещества, содержащиеся в растениях: алкалоиды, гликозиды, сапонины, флавоноиды, эфирные масла, дубильные вещества, полисахариды, дубильные вещества, органические кислоты, витамины, растительные гормоны и др. Тема 2. Фитобиотехнология как составная часть биотехнологии. Краткий исторический очерк развития. Современная биотехнология – наука о генно-инженерных и клеточных методах и технологиях создания и использования генетически трансформированных биологических объектов для интенсификации производства или получения новых видов продуктов и лекарств различного назначения. Разделы биотехнологии. Промышленная биотехнология. Общие принципы осуществления биотехнологических процессов. Клеточная инженерия. Культивирование растительных клеток. Генная инженерия. Генетическая трансформация - перенос чужеродных генов в клетки растений, получение трансгенных организмов с новыми или усиленными свойствами и признаками. Генетическая трансформация – инструмент повышения биосинтетической способности клеточных структур. Фитобиотехнология – составная часть биотехнологии, объектами которой являются клетки и ткани растений – фототрофных эукариот, а также биоактивные молекулы растительного происхождения (ферменты, 9 нуклеиновые кислоты, стероиды). Основа фитобиотехнологии - клеточная и молекулярная биология растений. Направления фитобиотехнологии – создание новых форм полезных растений для сельского и лесного хозяйства; разработка промышленного производства химических веществ из растений. Тема 3. Культивироваие клеток и тканей лекарственных растений на искусственной питательной среде. Микроразмножение in vitro из тканей меристемного типа растения (зародыш, верхушка побега). Использование регуляторов роста растений (ауксинов и цитокининов) для усиления или поддерживания роста каллусов и корнеобразования. Культивирование клеток женьшеня, лимонника китайского, родиолы розовой и других лекарственных растений на искусственной питательной среде. Получение культуры каллуса и образование биомассы. Работы дальневосточных биотехнологов (В.П. Булгакова и др., 2004) по культурам клеток и тканей. Получение биологически активных веществ растительного происхождения (стероидов, терпеноидов и др.), имеющих медицинское значение. Микроклональное размножение редких и исчезающих растений из числа лекарственных. Получение микрорастений незабудочника шелковистого, родиолы розовой, маакии амурской, василистника, кодонопсиса и др. растений на искусственной питательной среде. Создание банка редких и исчезающих растений, ре-интродукция их в типичные местообитания. Тема 4. Трансгенные лекарственные растения. Трансгенные - генетически модифицированные растения. Трансгенная культура женьшеня. Встраивание гена ризогенных бактерий в состав ДНК клеточного штамма женьшеня под его влиянием. Изменение морфологических и гормональных характеристик клеток женьшеня. Способность клеток женьшеня после трансформации к образованию корней, листьев и цветков. Повышение количества гинзенозидов в трансгенных корнях женьшеня. Трансгенная культура кирказона маньчжурского как продуцент активного кардиосредства, предупреждающего развитие инфаркта миокарда и эффективного в постинфарктной реабилитации. Использование клеточных структур трансгенных лекарственных растений для создания лекарственных препаратов. Трансгенный картофель и трансгенная соя. Создание трансгенного рапса. Тема 5. Создание лекарственных препаратов с помощью методов биотехнологии. 10 Культуры клеток воробейника краснокорневого и незабудочника шелковистого – продуценты полифенолов (рабдозин и розмариновая кислота), тормозящих развитие вируса иммунодифицита человека. Фармакологические исследования комплекса полифенолов для создания препаратов медицинского назначения. Культура клеток маакии амурской. Получение комплекса полифенолов (изофлавоны и птерокарпаны) гепатотопротекторного действия. Работы по созданию лекарственного препарата «Максар» для лечения заболеваний печени. Промышленное внедрение клеточных культур. Производство природного антибиотика биошиконина («Масло шикониновое») на основе воробейника краснокорневого (Приморский край). Использование в научной медицине этого препарата, обладающего противогрибковым действием, способным регенерировать эпителий кожи человека. Промышленное производство биологически активных веществ с помощью методов биотехнологии. 6. Планы практических занятий. Тема 1. Фитохимический состав лекарственных растений. Материал и оборудование для практической работы: соцветия душицы обыкновенной (сухие), прибор для определения эфирного масла (колба, паропроводная трубка, холодильник, градуированная трубка приемника); растворитель эфирного масла. Задание для практической работы: 1. Освоить методику выделения эфирного масла путем перегонки с водяным паром. 2. Выделить эфирное масло из сухих соцветий душицы обыкновенной (семейство Яснотковые). Тема 2. Биотехнология как составная часть фитобиотехнологии. Краткий исторический очерк развития. Материал для практической работы: литературные и электронные источники по трангенным растениям. Задание для практической работы: 1. Записать систематическое положение кирказона маньчжурского (семейство Кирказоновые) и составить его морфолого-биологическую характеристику. 2. Используя литературные и электронные источники, описать создание трансгенной культуры кирказона маньчжурского как продуцента активного кардиосредства. 11 Тема 3. Культивирование клеток и тканей лекарственных растений на искусственной питательной среде. Материал для практической работы: литературные и электронные источники; эксплант (сердцевина луковицы лилии тигровой), чашки Петри, автоклав. Задание для практической работы: 1. Подготовить эксплант к культивированию на искусственной питательной среде. 2. Простерилизовать искусственную питательную среду, помещенную в чашку Петри, в автоклаве. 3. Провести закладку опыта по культивированию экспланта из сердцевины луковицы лилии тигровой на искусственной питательной среде. Тема 4. Трансгенные лекарственные растения. Материал для практической работы: литературные и электронные источники. Задание для практической работы: 1. Используя статью В.П. Булгакова и др., (2004), изучить методику создания трансгенных корней женьшеня путем встраивания гена ризогенной бактерии в состав ДНК клеточного штамма женьшеня. 2. Сравнить химический состав трансгенных и природных корней женьшеня. Тема 5. Создание лекарственных препаратов с помощью методов биотехнологии. Материал для практической работы: литературные и электронные источники. Задание для практической работы: 1. Используя литературные и электронные источники, выявить основные методы биотехнологии, которые используются для создания препаратов на основе лекарственных растений. 7. Учебно - методическое обеспечение самостоятельной работы аспирантов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины. Самостоятельная работа аспирантов специальности «Биотехнология» по дисциплине «Фитобиотехнология» включает следующие виды учебной деятельности: чтение обязательной и дополнительной литературы, подготовка к практическим занятиям, выполнение контрольной работы, подготовка рефератов и электронных презентаций, выполнение эссе, подготовка к круглому столу. 12 Эссе (свободное описание) - небольшая письменная работа с обязательным высказыванием собственного мнения по изучаемому вопросу. Тема 1. Фитохимический состав лекарственных растений. Темы эссе: 1. Ядовитое и лекарственное растение белладонна (семейство Пасленовые), химический состав, использование в микродозах для лечения желудочнокишечных заболеваний. 2. Адонис весенний (семейство Лютиковые) - лекарственное растение из числа редких во флоре Тюменской области. 3. Пион уклоняющийся (семейство Пионовые) - лекарственное и декоративное растение из числа редких во флоре Тюменской области. Тема 2. Фитобиотехнология как составная часть биотехнологии. Темы рефератов: 1. Исторический очерк развития фитобиотехнологии в России. 2. Использование методов генетической инженерии для создания ценных сортов сельскохозяйственных растений, устойчивых к вирусным заболеваниям. 3. Использование методов генетической инженерии для создания ценных пород деревьев и кустарников. Тема 3. Культивирование клеток и тканей лекарственных растений на искусственной питательной среде. Темы электронных презентаций: 1. Микроклональное размножение редкого растения из числа лекарственных - родиолы розовой (семейство Толстянковые) с помощью культуры тканей. 2.Микроклональное размножение древесных пород (ели, сосны) для создания здорового посадочного материала. 3. Микроклональное размножение лекарственного растения воробейника краскнокорневого (семейство Бурачниковые) с помощью культуры тканей. Тема 4. Трансгенные лекарственные растения. Эссе на тему: 1.Создание генно – модифицированных продуктов из рапса. 2.Безопасность использования трансгенного картофеля. 3.Новые свойства трансгенных растений: устойчивость к вирусам и неблагоприятным условиям среды. 13 Тема 5. Создание лекарственных препаратов с помощью методов биотехнологии. Круглый стол на тему: «Промышленное производство биологически активных препаратов с помощью методов биотехнологии». Вопросы для круглого стола: 1. Использование дрожжей в современной биотехнологии. 2. Использование плесневого гриба пеницилла для создания медицинских препаратов. 3. Проблема безопасности использования трансгенной сои. Контрольные вопросы к зачету: 1. Фитотерапия – наука о лечении лекарственными растениями. Сбор и сушка целебных трав. 2. Фитохимический состав целебных растений. 3. Лекарственные растения адаптогены и иммуностимуляторы. 4. Лекарственные растения, применяемые для профилактики и лечения заболеваний дыхательной системы. 5. Лекарственные растения, применяемые для профилактики и лечения заболеваний печени и желудочно-кишечного тракта. 6. Лекарственные растения, применяемые для профилактики и лечения сердечно-сосудистых заболеваний. 7. Лекарственные растения, применяемые для профилактики и лечения заболеваний нервной системы. 8. Лекарственные растения, применяемые для профилактики и лечения заболеваний кожи. 9. Лекарственные растения из числа редких, введение их в культуру. 10. Фитобиотехнология как составная часть биотехнологии, ее разделы, краткий исторический очерк развития. 11. Культивирование клеток и тканей лекарственных растений на искусственной питательной среде. 12. Трансгенные лекарственные растения. 13.Микроклональное размножение редких и исчезающих растений из числа лекарственных. 14.Использование методов биотехнологии для создания лекарственных препаратов. 8. Образовательные технологии. Во время изучения дисциплины «Фитобиотехнология» специальности «Биотехнология» используются различные образовательные технологии: лекции и практические занятия, отражающие основные разделы изучаемого курса. 14 Отдельное внимание уделяется интерактивным формам занятий (работа в малых группах). Для текущего контроля знаний аспирантов выполняются небольшие письменные работы, где аспиранты имеют возможность высказать свое мнение (эссе), предложены вопросы к зачету, приведены темы рефератов и электронных презентаций, а также предусмотрено проведение круглого стола. 9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины 9.1. Основная литература: 1. Булгаков В.П. и др. Биотехнология – здоровью человека: научные достижения и первые шаги инноваций на Дальнем Востоке. Вестник ДВО РАН, 2004, №3, с. 93-99. 2. Егорова Т. А. и др. Основы биотехнологии. М.: Академия, 2005. 326с. 3. Лутова Л.А. Генетическая инженерия растений: свершения и надежды// Соросовский образовательный журнал, 2000, № 10, с.10-17. 4. Сурина Л.Н. и др. Земли Тюменской травы целебные, Екатеринбург: Слово, 2003. 584с. 5. Турищев С.Н. Фитотерапия. Учебное пособие для студ. высш. мед. учеб заведений. М.: Академия, 2003. 304с. 6. Щелкунов С.Н. Генетическая инженерия. Новосибирск: Сибирск. универс. изд-во, 2004. 496с. 9.2. Дополнительная литература: 1. Баулина О.И. и др. Ультраструктура клеток женьшеня и цианобактерии Chlorogloepsis fritschii в ассоциации при культивировании в темноте. Вес. тник Московского университета. Сер. Биология, 1995, №2, с. 3-16. 2. Борлоуг Н.Э. Зеленая революция: вчера, сегодня, завтра // Экология и жизнь, 2001, Т. 21, № 4, с. 16-23. 3. Валиханова Г.Ж., Рахимбаев И.Р. Культура клеток и биотехнология растений. Учебное пособие: изд-во КазГУ, 1989. 80с. 3. Гаммерман А.Д. Лекарственные растения. М.: Высшая школа, 1990. 400с. 4.Глеба Ю.Ю. Биотехнология растений // Соросовский образовательный журнал, 1998, №6, с. 3-8. 5.Замятина Н.Г. Лекарственные растения. Энциклопедия природы России. М.: ABF, 1998. 496с. 6. Катаева Н.В., Бутенко Р.Г. Клональное микроразмножение растений. М.: Наука, 1983. 96с. 7. Кефели В.И., Дмитриева Г.А. Биотехнология: курс лекций. Пущино, 1989. 96с. 8.Красная книга Тюменской области. Екатеринбург: изд-во Урал. Ун-та, 2004. 496с. 15 9. Лекарственные растения. Справочное пособие. Под. ред. Н. И. Гринкевич. М.: Высшая школа, 1991. 397с. 10.Лукашкин А. С., Дерябин А. Н. «Цитология и генная инженерия» Саранск: изд. Мордовского ун-та, 1999. 199с. 11.Милов Д., Изворска Н. Состояние и дальнейшее развитие работы с культурами in vitro. Международный промышленный журнал, №2, 1990, с. 72-78. 12.Сальникова Л.И. Большая Тюменская Энциклопедия. Т. 4 (коллективная монография). Раздел «Лекарственные растения Тюменской области». Тюмень, 2009. 480с. 13.Свиридонов Г.М. Растения и здоровье. М.: Профиздат, 1992. 201с. 14.Турова А.Д. и др. Лекарственные растения СССР и Вьетнама. М.: Медицина, 1987. 9.3. Программное обеспечение и Интернет – ресурсы: 1. www.dic.akademic.ru 2. www.belama. com/peidg. 3. www.biotechnolog.ru 4. www.wikipedia.org 5. www.narmed.ru 6. www. herba.msu.ru 10. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины Лекции по дисциплине «Фитобиотехнология» читаются в аудитории, имеющей мультимедийное оборудование, все они сопровождаются электронными презентациями. Практические занятия проводятся в аудиториях, оснащенных современным оборудованием.