МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ БИОЛОГО-ПОЧВЕННЫЙ ФАКУЛЬТЕТ УТВЕРЖДАЮ декан______________ Паршин В. Г. "_____"__________________2012 г. Рабочая программа курса по выбору «Микроорганизмы и окружающая среда» Направление подготовки 020400-БИОЛОГИЯ Наименование магистерской программы Микробиология Направление подготовки 020400 - биология Квалификация (степень) выпускника Магистр Форма обучения очная Ростов-на-Дону 2012 1 1. Цели освоения дисциплины Целями освоения дисциплины (модуля) «Микроорганизмы и окружающая среда» являются изучение закономерностей распространения микроорганизмов в биосфере, рассмотрение действия факторов окружающей среды на микроорганизмов, геохимической роли микроорганизмов рост и развитие и микробиологических аспектов охраны окружающей среды. 2. Место дисциплины в структуре ООП магистратуры Дисциплина (модуль) «Микроорганизмы и окружающая среда» относится к разделу Б.3 ООП вариативной части профессионального цикла Б.3.2. магистратуры. Изучение материалов основано на знаниях, полученных студентами в общих курсах микробиологии и биохимии при обучении в бакалавриате, на спецкурсах «Медицинская микробиология», «Метаболизм бактерий» при обучении в магистратуре. Требования к входным знаниям: 1. Влияние факторов окружающей среды на рост микроорганизмов. 2. Систематика бактерий. 3. Разложение природных соединений микроорганизмами. 4. Типы брожений. 5. Распространение микроорганизмов в окружающей среде. 3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины (модуля) «Микроорганизмы и окружающая среда». Дисциплина «Микроорганизмы и окружающая среда», наряду с другими предметами, указанными в «Матрице соответствия компетенций, составных частей ООП и оценочных средств», участвует в формировании у студента следующих компетенций (см. таблица формируемых компетенций): Таблица формируемых компетенций Общекультурные компетенции (общенаучные, инструментальные, социальноличностные) Профессиональные компетенции (общепрофессиональные, пофессиональноспециализированные) ОК-1 ПК-1 ОК-2 ПК-2 ОК-3 ПК-3 2 ОК-4 ПК-5 ОК-6 ПК-6 ПК-9 ПК-12 ПК-13 ПК-14 ПК-16 В результате освоения дисциплины студент должен: Знать: 1. Основные места обитания микроорганизмов. 2. Влияние основных факторов окружающей среды на рост бактерий. 3. Роль микроорганизмов в круговороте веществ. 4. Направления применения микроорганизмов для защиты окружающей среды. Уметь: 1. Характеризовать взаимоотношения между бактериями и другими организмами. 2. Относить заданный микроорганизм к определенной функциональной группе. 3. Определять степень дисбиоза. 4. Структура и содержание дисциплины (модуля) «Микроорганизмы и окружающая среда» Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы 108 часов. Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы, 108 часов, лекционных 11 часов, лабораторных 22 часа, СРС 75 часов, форма отчётности – устный зачет. № п/п Содержание модуля емые образова дисциплины тельные технологии Семестр Применя Неделя семестра Структура дисциплины Виды учебной работы, Формы текущего включая самостоятельную контроля работу студентов и успеваемости (по трудоемкость (в часах) неделям семестра) Всего Аудиторная СРС Форма 3 часов Лек Лаб. промежуточной (трудо ции / Пр. аттестации (по емко семестрам) сть) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Распространение микроорганизмов в биосфере. Ассоциации микроорганизмов с животными и растениями Аутэкология бактерий. Лекциявизуализация С 1 10 1 2 7 УО-1 собеседование Лекциявизуализация С 2 10 1 2 7 УО-1 собеседование Проблемная С 3 10 1 2 7 УО-2 коллоквиум Кинетика роста микроорганизмов. Функциональное разнообразие микроорганизмов. Биотические факторы. Нормальная микрофлора человека. Геохимическая деятельность микроорганизмов. Основные функциональные группировки циклов. Микробиологически е аспекты охраны окружающей среды. Биогеотехнология Лекциявизуализация Лекциявизуализация С 4 10 1 2 7 УО-1 собеседование С 5 10 1 2 7 УО-1 собеседование Лекциявизуализация Проблемная С 6 10 1 2 7 УО-2 коллоквиум С 7 10 1 2 7 ПР-1 лекция лекция письменный тест Лекция- С 8 10 1 2 7 УО-1 собеседование С 9 10 1 2 7 УО-1 собеседование С 10 10 1 2 7 УО-2 коллоквиум С 11 1 2 5 ПР-1 визуализация Лекциявизуализация Проблемная лекция Проблемная 8 лекция письменный тест Рубежный контроль ПР-4 реферат 108 11 22 75 Содержание дисциплины Распространение микроорганизмов в биосфере. Ареалы бактерий. Бактериальные ценозы. Особенности микроценозов. Вода как идеальная среда обитания микроорганизмов. Донные осадки как «органы переваривания» и «исторические документы». Почва – сухая и гетерогенная среда обитания. Микроценозы специализированных бактерий в экстремальных средах. Ассоциации микроорганизмов с животными. Микробы и растения. Антропогенные ценозы бактерий. Аутэкология бактерий. Земное тяготение. свет, ультрафиолетовые лучи и Магнитные поля. Излучения: видимый ионизирующее излучение. Солнечная активность. Гидростатическое давление. Температура, кардинальные температуры. Психрофильные 4 и психротрофные бактерии. Термофильные бактерии. Природа термоустойчивости бактерии. Концентрация бактерий. Механизмы ионов водорода. Кислотность рН-гомеостаэа. Регуляция сред рН обитания среды. Водная активность. Осмотические свойства растворов. Матричный водный стресс. Молекулярный кислород. Питательные вещества. Соединения и ионы токсичные для бактерии. Адаптивные реакции бактерий Хемотаксис. Адгезия. Кинетика роста концентрации микроорганизмов. субстрата. Сродство Зависимость к субстрату. скорости Транспорт. роста Адаптация от к использованию субстрата. Адаптация к внешним условиям. Кардинальные точки роста: минимум, оптимум, максимум. Толерантность. Репарация. Сигнальные системы, кворум-фактор. Дифференциация и переживающие формы у микроорганизмов: споры, цисты, некультивируемые состояния. Анабиоз. Способы расселения. Функциональное разнообразие микроорганизмов. Трофическое разнооб разие: фото- и хемотрофы, лито- и органотрофы, авто- и гетеротрофы, аэробы и анаэробы. Специализация по используемому субстрату, монотрофы и политрофы. Адаптивные ферменты катаболизма. Сахаролитические, пептолитические, липолитические организмы. Биотические факторы. Формы взаимоотношений бактерий. Симбиоз, комменсализм, синтрофия, мутуализм, нейтрализм, антагонизм, паразитизм, хищничество. Взаимоотношения бактерий с беспозвоночными животными. Симбионты простейших, членистоногих, моллюсков, червей и губок. Выедание бактерий беспозвоночными. Взаимоотношения бактерий с позвоночными жи вотными. Нормальная микрофлора организма позвоночных. Симбиозы бактерий. Взаимодействие бактерий и растений. Бактерии, светящихся населяющие растения. Клубеньковые бактерии-симбионты. Бактерии-паразиты. Особенности взаимодействия Нормальная с растениями микрофлора бактерий человека. рода Agrobacterium Функции микрофлоры человека. Колонизационная резистентность микрофлоры человека. Дисбиоз, дисбактериоз. Понятия о пробиотиках, пребиотиках и симбиотиках. Болезни человека, животных, растений, вызываемые микроорганизмами. Факторы патогенности микроорганизмов, токсины. Взаимоотношения микроорганизмов с неспецифическими факторами защиты и факторами приобретенного иммунитета. Геохимическая деятельность микроорганизмов. Роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе. Роль свободноживущих микроорганизмов в формировании и развитии 5 биосферы Земли. Участие микробов в биогеохимических циклах химических элементов, синтезе и трансформации веществ, поддержании планетарного радиационного баланса. Сопряжение биогеохимических циклов. Сопряженный цикл органического углерода, кислорода и углекислоты. Основные функциональные группировки организмов цикла органического углерода. Основные группы цикла азота: азотфиксаторы, аммонификаторы, уробактерии, нитрификаторы, аммиачные нитратредукторы, денитрификаторы. Основные группы цикла серы: сульфатредукторы, сероредукторы, серобактерии, тионовые бактерии, аноксигенные серные фотосинтезирующие бактерии. Микробиологические аспекты охраны окружающей среды. Микробиологическая очистка сточных вод. Аэротенки. Метантенки. Компостирование. Очистка питьевой воды. Применение аэробных бактерий в очистке газообразных отходов. Биологическое восстановление почв. Деградация ксенобиотиков. Борьба с эпифитотиями и эпизоотиями. Борьба с загрязнением нефтью. Биогеотехнология. Извлечение металлов из руд с помощью литотрофных бактерий. Добыча нефти и нефтяная микробиология. 5. Образовательные технологии В ходе освоения студентами дисциплины «Микроорганизмы и окружающая среда» используются традиционные и инновационные виды образовательных технологий: 1. Лекция-визуализация. В ходе лекции студент преобразовывает устную и письменную информацию в визуальную форму, выделяя при этом наиболее значимые и существенные элементы. На лекции используются схемы, рисунки, чертежи, слайды-презентации, к подготовке которых привлекаются обучающиеся. Проведение лекции проводится в виде связного развернутого комментирования подготовленных наглядных пособий. 2. Проблемная лекция. В ходе проблемной лекции знания вводятся как «неизвестное», которое необходимо «открыть». Проблемная лекция начинается с вопросов, с постановки проблемы, которую в ходе изложения материала необходимо решить. При этом выдвигаемая проблема не имеет однотипного решения, готовой схемы нет. Данный тип лекции строится таким образом, что деятельность студента по ее усвоению приближается к поисковой, исследовательской. В ходе лекции происходит диалог преподавателя и студентов. 3. Индивидуальные проблемные задания, связанные с поиском и анализом полученной информации и формулированием выводов и готового решения, которое формулируется в виде готового эссе или рефератов. 6 Удельный вес занятий, проводимых в активных и интерактивных формах, составляет 67% от общего числа аудиторных занятий. 5. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов В ходе освоения учащимся дисциплины «Микроорганизмы и окружающая среда» используются следующие оценочные средства (таблица применяемых оценочных средств): Таблица применяемых оценочных средств № Оценочные средства 1 УО-1 2 УО-2 3 ПР-1 4 ПР-4 1. Проверка выполнения домашнего задания в виде устного собеседования (УО-1). 2. Проведение коллоквиума по освоенной теме (УО-2) 3. Письменный тест в начале лабораторного или практического занятия по предыдущей теме (ПР-1) 4. Написание реферата по предложенной теме (ПР-4) Вопросы для контроля самостоятельной работы по отдельным разделам дисциплины: - каковы основные эффекты воздействия УФ на бактерии - особенности галофильных бактерий - в чем состоит специфика олиготрофных бактерий - механизмы конкуренции у бактерий - природа термоустойчивости бактерий - адаптация к использованию субстрата - характеристика клубеньковых бактерий-симбионтов - понятия о пробиотиках, пребиотиках и симбиотиках - сопряжение биогеохимических циклов 7 Темы рефератов: - Распространение микроорганизмов в биосфере. Ареалы бактерий. - Особенности микроценозов. - Вода как идеальная среда обитания микроорганизмов. - Почва – сухая и гетерогенная среда обитания. - Дифференциация и переживающие формы у микроорганизмов: споры, цисты, некультивируемые состояния. - Взаимоотношения бактерий с беспозвоночными животными. - Нормальная микрофлора организма позвоночных. - Роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе. - Сопряженный цикл органического углерода, кислорода и углекислоты. 7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля) «Микроорганизмы и окружающая среда» Для проведения дисциплины «Микроорганизмы и окружающая среда» студент обеспечен всей необходимой учебно-методической литературой и доступом к програмному обеспечению и интернет-ресурсам. Вся необходимая учебно-методическая литература имеется в библиотеке студенческого абонемента, зональной научной библиотеке, библиотеке кафедры и преподавателя дисциплины. Доступ к интернетресурсам осуществляется через интернет-класс факультета, зональной научной библиотеки и локальной компьютерной сети университета. а) основная литература: 1. Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв.- М.: МГУ. 1989.- 248 с. 2. Горленко В.М., Дубинина Г.А., Кузнецов С.И. Экология водных микроорганизмов. - М.: Наука. 1977. - 289 с. 3. Громов Б.В., Павленко Л.Г . Экология бактерий. - Л.: ЛГУ. 1989. - 232 с. 4. Звягинцев Д.Г. Почва и микроорганизмы. - М.: МГУ. 1987. - 255 с. 5. Определитель бактерий Берджи. 9-изд. в 2-х томах. - М.: Мир. 1997. б) дополнительная литература: 1. Аристовская Т.Д. Микробиология процессов почвообразования. - Л: Наука 1980. 186 с. 8 2. Громов Б.В. Микроорганизмы - паразиты водорослей. - Л.: ЛГУ. 1976. - 197 с. 3. Гусев N4.В., Никитина К.А. Цианобактерии. -М: Наука. 1989. - 228 с. 4. Заварзин Г.А., Карпов Г.А., Горленко В.М., Головачева Р.С., Герасименко Л.М., Бонч-Осмоловская Е.А., Орлеанский В.К. Кальдерные микроорганизмы. - М.: Наука. 1989.- 120 с. 5. Кузнецов С И . Микрофлора озер и её геохимическая деятельность. - Л-д.: Наука. 1970.- 440 с. 6. Паников Н.С. Кинетика роста микроорганизмов. - М.: Наука. 1991. - 311 с. 7. Печуркин И.О. Популяционная микробиология. - Новосибирск: Наука. 1978. -208 с. 8. Сергеев В.Н. Окремненные микрофоссилии докембрия и кембрия Урала и Средней Азии. - М.: Наука, 1992. - 139 с. 9. Яковлев С.В., Карюхина Т.А. Биохимические процессы в очистке сточных вод. М.: Стройизедат. 1980. - 200 с. в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы http://www.ssmu.ru/ofice/f4/micro/guide/Content/ecology/Eco11.html 8. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля) «Микроорганизмы и окружающая среда» При проведении дисциплины «Микроорганизмы и окружающая среда» учащиеся обеспечены всей необходимой материально-технической базой: 1. Лекционной аудиторией с мультимедийным презентационным оборудованием для демонстрации презентаций и иллюстративного материала. Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки «Биология». Автор (ы): старший преподаватель, к.б.н. Илюшкина Л.Н. Рецензент (ы): доцент, к.б.н. Тащиев С.С. Программа утверждена на заседании Учёного совета биолого-почвенного факультета от 21 января 2011 года, протокол № 1. 9