kv-ekobiotehnologiya-bib - Саратовский государственный

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Биологический факультет
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебно-методической работе
_________________ Е.Г. Елина
"____" ______________ 2012 г.
Рабочая программа дисциплины
Курс по выбору: Экологическая биотехнология
Специальность
020501 - Биоинженерия и биоинформатика
Квалификация выпускника
Специалист
Форма обучения
очная
Саратов
2012
1. Цели освоения дисциплины
Цель курса – дать современные представления о приоритетных загрязнителях,
поступающих в окружающую среду, механизмах их взаимодействия с биологическими
объектами экосистем, ознакомить с основными механизмами биологической
трансформации ксенобиотиков и факторами, влияющими на биотрансформацию. Курс
предусматривает получение знаний о биотехнологиях очистки различных объектов
окружающей среды, о преимуществах биологической очистки перед другими методами,
обучение студентов навыкам составления, анализа и модернизации биотехнологических
систем для получения биологических препаратов и их использования в природных средах,
переработки отходов, обезвреживания стоков и выбросов.
2. Место дисциплины в структуре ООП специалитета
Цикл С.3, вариативная часть, дисциплина изучается в 9 семестре.
Для успешного освоения курса необходимы знания по неорганической,
органической, аналитической, биологической химии, микробиологии, экологии,
биоинженерии. Требуется умение работать на персональном компьютере и пользоваться
расчетными программами. В процессе изучения дисциплины затрагиваются вопросы,
смежные с курсами иммунохимии, клеточной биологии, молекулярной генетики,
молекулярной биологии, общей и инженерной энзимологии.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины.
В процессе освоения дисциплины формируются компетенции: ПК-1, ПК-2, ПК-12,
ПК-16-18, ПК-20, ПК-21:
- способен грамотно и самостоятельно проводить теоретическую и
экспериментальную научно-исследовательскую работу в области биоинженерии,
биоинформатики и смежных дисциплин, а также оформлять ее в письменной форме,
излагать в устной форме, участвовать в различных формах дискуссий (ПК-1);
- способен проводить производственно-технологическую деятельность в области
биоинженерии, биоинформатики и смежных дисциплин (ПК-2);
- способен к проведению лабораторных работ и знает требования техники
безопасности и приемов оказания первой помощи при несчастных случаях (ПК-12);
- способен к проведению экспериментальных работ с клетками и культурами
клеток, и владеет методами исследования и анализа живых систем, а также
математическими методами обработки результатов биологических исследований (ПК-16);
- способен применять методы биоинженерии и биоинформатики для получения
новых знаний и для получения биологических объектов с целенаправленными
измененными свойствами, применять современные методы исследования; проводить
анализ результатов и методического опыта исследования применительно к общей
фундаментальной проблеме в избранной области (ПК-17);
- способен ориентироваться в основных проблемах и задачах биологии, физикохимической биологии, биоинженерии и биоинформатики и использовать эти знания в
экспериментальной и теоретической деятельности (ПК-18);
- способен проводить наблюдения, описания, идентификации, классификации,
культивирования биологических объектов, выделять и исследовать субмикроскопические
структуры, использовать методические приемы для целенаправленного изменения
природных генов и геномов (ПК-20);
- способен владеть приемами экспериментальной работы с клетками и культурами
клеток, физико-химическими методами исследования макромолекул, методами
исследования и анализа живых систем, математическими методами обработки результатов
биологических исследований, опытом лабораторных работ, основам биоинженерии,
необходимыми для создания биоинженерных объектов (ПК-21).








В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать:
основные типы загрязнений водной, наземной и воздушной среды, общие механизмы
действия ядовитых веществ на живые организмы и виды их специфического действия,
свойства токсикантов, определяющие их токсичность;
особенности разложения и детоксикации различных загрязняющих веществ клетками
микроорганизмов, современные методы селекции штаммов-деструкторов, возможности
их конструирования с помощью методов генетической инженерии;
современные биотехнологические способы очистки окружающей среды, основные
достижения и проблемы в этой области.
Уметь:
применять основные методы анализа и оценки состояния живых систем при
воздействиях токсикантов;
использовать знания об общих особенностях использования биологических объектов
для охраны окружающей среды и решения вопросов экологической биотехнологии;
разрабатывать технологии и рекомендации по рекультивации почвы, биологической
очистке воды и воздуха и биосинтезу препаратов, компенсирующих вредное влияние
изменения окружающей среды на людей и животных.
Владеть:
навыками использования биотехнологий очистки окружающей среды от техногенных
загрязнений и переработки отходов;
самостоятельно осуществлять поиска и анализ информации в области биотехнологии,
использованию ее в процессе научно-практической деятельности.
1.
2.
2.1.
2.2.
2.3.
3
3.1
3.2.
4
6
7
8
Самостоятельная
работа
3
Практические
2
Семинары
1
Виды учебной работы, включая
самостоятельную работу студентов
и трудоемкость (в часах)
Лекции
Раздел дисциплины
Неделя семестра
№
п/п
Семестр
4. Структура и содержание дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единиц 108 часов.
4.1. Структура дисциплины
Формы текущего
контроля
успеваемости (по
неделям семестра)
Формы
промежуточной
аттестации (по
семестрам)
9
Научные основы рацио9
1
2
2
нального природопользования и экологической
биотехнологии
Раздел 2. Антропогенные факторы загрязнения
Источники поступления
9
1
2
2
ксенобиотиков в
2
2
окружающую среду
Классификации
9
2
2
4
токсических соединений,
3
2
механизмы их действия
Приоритетные
9
3
2
2
загрязнители и особо
4
2
2
опасные экотоксиканты
Раздел 3.Токсикодинамика
Свойства токсикантов,
9
5
2
2
определяющие токсичность
Избирательная токсичность 9
6
2
2
10
опрос
опрос
контрольное
тестирование
коллоквиум
опрос
опрос
1
4
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
5
6
7
8
9
10
2
3
4
6
7
8
9
10
Раздел 4. Абиотическая и биологическая трансформация загрязняющих веществ
Общие закономерности
9
5-6
4
4
контрольное
распределения химических
7
2
тестирование
загрязняющих веществ в
биосфере, пути их
миграции и превращения
Механизмы обезвреживания 9
7
2
2
коллоквиум
экзогенных соединений в
8
2
2
организме человека
Микробная деградация
9
9
2
2
опрос
органических загрязнителей
Научно-технологические
9
2
2
опрос
основы получения био10
2
2
массы микроорганизмов
для создания биопрепаратов для ремедиации
природных сред и для
сельского хозяйства
Биотехнологии очистки
9
11
2
2
2
опрос
почв
12
2
Биологическая
9
12
2
4
контрольное
(биохимическая) очистка
13-14
4
тестирование
сточных вод
Биотехнология очистки
9
13
2
2
коллоквиум
воздушной среды
15-16
4
Биогеотехнология
9
14
2
2 опрос
металлов
Производство
9
15
2
2 опрос
биопрепаратов для
сельского хозяйства
Биотехнологические методы 9
16
2
4
заключительн
переработки твердых
ая
отходов. Технологическая
контрольная
биоэнергетика
работа
Промежуточная аттестация 9
4
Зачет
ИТОГО:
32
16
16
44
108 ч.
4.2. Содержание дисциплины:
Раздел 1. Научные основы рационального природопользования и
экологической биотехнологии
Природные ресурсы и их классификация. Рациональное природопользование. Пути
создания экологически безопасных производств. Экологическая биотехнология как новая
комплексная отрасль экологически безопасных производств. Основные этапы развития
экологической биотехнологии.
Раздел 2. Антропогенные факторы загрязнения
2.1. Источники поступления ксенобиотиков в окружающую среду. Ксенобиотики.
Ксенобиотический профиль окружающей среды. Типы загрязнений окружающей среды.
Локальные, региональные и глобальные загрязнения и их характеристика. Особенности
загрязнения экосистем ксенобиотиками, токсикантами и другими химическими
веществами. Промышленные источники химического загрязнения биосферы.
Горнодобывающая
промышленность.
Теплоэнергетика.
Металлургическая
и
металлообрабатывающая промышленность. Химическая промышленность. Добыча,
транспортировка и переработка нефти. Атомная промышленность. Транспортное
загрязнение. Сельскохозяйственное загрязнение. Минеральные и органические удобрения.
Пестициды. Коммунальное хозяйство городов. Загрязнение воздушного бассейна городов.
Загрязнение природных вод коммунальными стоками. Твердые бытовые отходы.
2.2. Классификации токсических соединений, механизмы их действия. Классификация
по происхождению, способу использования человеком, по механизму действия токсикантов, по способу изолирования из биологического материала, по происхождению и другие.
Вещества – ингибиторы холинэстеразы, сульфгидрильные яды, вещества, блокирующие
кислородпередающую функцию крови: угарный газ, метгемоглобинообразователи,
гемолитические яды, синильная кислота и ее соли, блокирующие тканевое дыхание.
2.3. Приоритетные загрязнители и особо опасные экотоксиканты. Токсичные
соединения азота, фосфора, серы, источники их поступления в окружающую среду,
механизмы токсического действия. Тяжелые металлы: источники поступления, характер
накопления в живых организмах. Органические токсиканты, полициклические
углеводороды, полихлорированные бифенилы. Ядовитые галогенпроизводные, альдегиды,
кетоны, спирты. Основные классы пестицидов и гербицидов. Диоксины. Нефть и отходы
ее переработки как один из основных факторов загрязнения окружающей среды. Состав
нефти и токсичность для клеток ее отдельных компонентов. Активные формы кислорода,
озон, свободные радикалы. Механизмы защиты от токсического действия кислорода.
Раздел 3. Токсикодинамика
3.1. Свойства токсикантов, определяющие токсичность. Корреляция «структуратоксикологический эффект». Факторы, влияющие на токсичность. Явления, наблюдаемые
при длительном воздействии токсикантов. Коергизм ксенобиотиков. Специальные формы
токсического
процесса.
Иммунотоксичность.
Мутагенное,
тератогенное
и
эмбриотоксическое действие ксенобиотиков. Химический канцерогенез. Разнообразие
канцерогенных веществ по химической структуре и происхождению веществ.
Ароматические амины, нитрозамины, афлатоксины, их метаболизм. Метаболизм
бензантрацена в организме. Развитие раковой клетки.
3.2. Избирательная токсичность. Виды избирательной токсичности. Раздражающее
действие. Дерматоксичность, пульмонотоксичность, гематоксичность, нейротоксичность,
гепатоксичность, нефротоксичность. Токсические вещества с психотропным и
наркозависимым действием. Токсичность лекарственных средств. Особенности
проведения химико-токсикологического анализа лекарственных средств.
Раздел 4. Абиотическая и биологическая трансформация загрязняющих веществ
4.1. Общие закономерности распределения химических загрязняющих веществ в биосфере,
пути их миграции и превращения. Персистентость загрязнителей. Атмосферный перенос,
водная миграция, миграция в почвенных средах, биогенный перенос, миграция
органических загрязнений, миграция тяжелых металлов и радионуклидов. Окислительные
процессы абиотической трансформации и каталитическое разложение. Фотохимические и
фотокаталитические процессы трансформации. Полимеризация и образование связанных
остатков. Биоаккумуляция и биомагнификация ксенобиотиков.
4.2. Механизмы обезвреживания экзогенных соединений в организме человека.
Транспорт токсичных веществ через клеточные мембраны. Пути поступления
ксенобиотиков в организм. Резорбция ксенобиотиков. Распределение ксенобиотиков в
организме. Энзимы первой фазы метаболизма и активируемые ими реакции.
Микросомальное окисление и реакции конъюгации. Монооксигеназное окисление.
Цитохром Р-450 зависимая монооксигеназная система. Реакции 2-ой фазы
биотрансформации. Коньюгация с сульфатом, конъюгация с глюкуроновой кислотой,
конъюгация с глутатионом и аминоксилотами. Реакции метилирования и ацетилирования.
Факторы, влияющие на биотрансформацию ксенобиотиков. Экскреция токсикантов.
4.3. Микробная деградация органических загрязнителей. Биотрансформация и
биодоступность. Физиолого-биохимические особенности микроорганизмов-деструкторов.
Кометаболизм как уникальный процесс разложения токсических веществ, свойственный
микроорганизмам,
его
биологический
смысл.
Проблемы,
связанные
с
микробиологической деградацией токсических веществ (стабильность микробоценозов,
исследование путей деградации, управление естественной микрофлорой и др.). Пути
микробной деструкции нефтяных углеводородов. Биодеградация парафиновых,
нафтеновых, ароматических углеводородов. Механизмы биодеградации полициклических
ароматических углеводородов (ПАУ). Особенности процессов разложения пестицидов
микроорганизмами. Использование микробных консорциумов для деградации
загрязнителей. Методы конструирования искусственных консорциумов.
4.4. Научно-технологические основы получения биомассы микроорганизмов для
создания биопрепаратов для ремедиации природных сред и для сельского хозяйства.
Основные направления селекции штаммов-деструкторов загрязняющих веществ. Создание
промышленных штаммов микроорганизмов. Хемостатная селекция. Характеристика плазмид
биодеградации и их биологические особенности. Перечень бактериальных штаммов, несущих
плазмиды биодеградации. Использование Д-плазмид, конструирование штаммов-деструкторов
in vitro и создание новых катаболитных путей, белковая инженерия ферментов биодеградации. Подбор подходящих биореагентов, создание новых биореагентов. Модификация
ферментов, направленный мутагенез. Биореакторы. Классификация технологических
процессов. Перечень и характеристика основных стадий технологического процесса
современного производства биопрепаратов. Требования к производству.
Раздел 5. Биотехнологии очистки почв
Способы очистки почв от техногенного загрязнения: механические, физические,
химические и биологические, сравнительная характеристика. Технология биоремедиации
и возможности ее использования. Биостимуляция и биоаугментация – основные
направления использования биологических объектов для разложения органических
веществ. Микробная очистка почв от углеводородного загрязнения. Факторы, влияющие
на эффективность биоремедиации: диапазон температур, влажность почвы, величина рН
почвы, уровень кислорода и содержание источников азота и фосфора, концентрация,
состав и биодоступность загрязнителя. Интродукция нефтеокисляющих микроорганизмов
в загрязненную почву: проблемы и перспективы. Коммерческие биопрепараты,
предназначенные для очистки почвы от нефти и нефтепродуктов. Фиторемедиация.
Биотрансформация ксенобиотиков растениями.
Раздел 6. Биологическая (биохимическая) очистка сточных вод
Особенности загрязнения водных экосистем ксенобиотиками. Биохимическое
потребление кислорода (БПК) и химическое потребление кислорода (ХПК).
Сравнительная оценка биологических методов очистки сточных вод с механическими,
физико-химическими и химическими. Классификация сточных вод и последовательные
стадии очистки. Характеристика процессов аэробной очистки сточных вод как важнейшей
отрасли биотехнологии. Типы очистных сооружений в естественных (поля орошения,
поля фильтрации и биологические пруды) и искусственных (биофильтры, аэротенки)
условиях. Характеристика и состав микрофлоры активного ила и биопленки. Основные
группы организмов и их роль в процессах очистки. Способы утилизации активного ила.
Процессы анаэробной очистки (разложения органического вещества) и образование
биогаза. Основные стадии процесса (гидролиз, кислотогенез, ацетогенез и метаногенез)
разложения органического вещества в анаэробных условиях и группы микроорганизмов,
их осуществляющие. Характеристика анаэробных реакторов первого и второго поколения,
их запуск. Факторы, влияющие на эффективность их функционирования.
Биотехнологическая очистка сточных вод водорослями и водными растениями.
Биологические пруды с микроводорослями. Биологические пруды с высшей водной
растительностью.
Раздел 7. Биотехнология очистки воздушной среды
Особенности загрязнения воздушной среды ксенобиотиками. Мониторинг
загрязнений воздушной среды. Пыле- и газоочистка промышленных объектов.
Термические и каталитические способы очистки. Циклоны - распространенные аппараты
пылеулавливания. Пылегазоочистное оборудование мокрого типа: скрубберы Вентури,
применение рукавных и электрических фильтров. Адсорбция оксидов азота
естественными цеолитами. Защита воздушного бассейна от антропогенных воздействий.
Основные типы биореакторов, их характеристика и перспективные направления
усовершенствования. Использование биофильтров, биогазоочистителей. Техническая
реконструкция, перепрофилирование, ликвидация вредных производств.
Раздел 8. Биогеотехнология металлов
Биогидрометаллургия. Роль микроорганизмов в изменении подвижности и
концентрировании металлов в природных средах. Токсическое действие металлов на
микроорганизмы. Выщелачивание куч и отвалов. Бактериальное выщелачивание
(подземное). Выщелачивание минеральных концентратов в аппаратах (чановое
выщелачивание). Биосорбция металлов из растворов. Транслокационная миграция
металлов в растения и их накопление гидробионтами.
Раздел 9. Производство биопрепаратов для сельского хозяйства
Биологические средства защиты растений для замены химических пестицидов.
Технологии получения и применения биологических средств защиты растений на основе
живых клеток бактерий, грибов и вирусов. Биологические удобрения. Производство и
применение.
Раздел 10. Биотехнологические методы переработки твердых отходов.
Технологическая биоэнергетика
Биодеструкция ксенобиотиков лигнолитическими микроорганизмами. Переработка
растительного сырья и углеводсодержащих отходов в белок одноклеточных организмов.
Силосование. Компостирование полевое. Компостирование в биореакторах. Вермикомпостирование. Технологии получение биогаза. Биоконверсия с получением спирта.
Углеводороды из биомассы. Особенности развития нетрадиционной энергетики в России.
Темы лабораторных работ
1. Исследование растений на присутствие токсикантов. Влияние солей тяжелых металлов
на плазмолиз протоплазмы растительной клетки, на коагуляцию растительных и
животных белков, на изменение цвета флавоноидных пигментов цветковых растений.
2. Количественное определение нитритов и нитратов в природных водах. Определение
токсичности природных вод с помощью дафний. Определение концентрации
неионогенных поверхностно-активных веществ (НПАВ) в модельных сточных водах.
3. Определение фитотоксичности загрязненных почв методом проростков и по
азотобактеру (метод Красильникова). Использование дождевых червей для оценки
токсичности загрязненной почвы.
4. Изучение влияния экотоксикантов на почвенные микроорганизмы и на биохимическую
активность почв.
5. Образовательные технологии
В процессе реализации учебной дисциплины предусмотрено использование
мультимедийных и проблемных лекций, деловых и ролевых игр, разбор конкретных
ситуаций, творческие задания, рецензирование научных статей, тестовый анкетный и
автоматизированный контроль в сочетании с внеаудиторной работой с целью
формирования и развития профессиональных навыков обучающихся.
Предусмотрены встречи с представителями государственных и общественных
организаций, мастер-классы экспертов и специалистов.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
6.1. Темы докладов к семинарским занятиям
Энзимы первой и второй фазы биотрансформации и активируемые ими реакции.
Методы очистки воздуха. Установки для биотехнологической очистки воздуха.
Методы и основные показатели биологической очистки сточных вод.
Организация процессов аэробной и анаэробной биологической очистки сточных вод.
Новые подходы к очистке сточных вод. Биотехнологическая очистка сточных вод
водорослями и водными растениями.
Микробные землеудобрительные препараты и их использование в сельском хозяйстве.
Использование микробных препаратов для борьбы с насекомыми-вредителями.
Получение биогаза из отходов.
Поиск и отбор термофильных микроорганизмов – продуцентов гидролаз.
Липазы микроорганизмов и их применение.
Перспективы биотехнологии в области охраны окружающей среды.
Производство этилового спирта в качестве топлива.
Получение пищевого белка.
Литература для подготовки к семинарам:
Веницианов Е.В. и др. Экологический мониторинг: шаг за шагом. – М.: РХТУ им. Д.
И. Менделеева, 2003. – 237 с.
Ганиев М.М., Недорезков В.Д. Химические средства защиты растений. – М.: КолосС,
2006. – 248 с.
Остроумов С.А. Введение в проблемы биохимической экологии. – М.: Наука, 1990. –
288 с.
Мелехова О.П. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и
биотестирование. – М.: Академия, 2008. – 288 с.
Емцев В.Т. Мишустин Е.Н. Микробиология. – М.: Дрофа, 2006. – 445 с.
Волова Т.Г. Экологическая биотехнология. – Новосибирск: Сибирский хронограф,
1997. – 144 с.
Гиль Т.А. Биотехнология. Основы технической микробиологии. Микробиологические
препараты в растениеводстве и защите растений: Учебное пособие / Т.А. Гиль и др. –
Иркутск: Изд-во ИрГСХА, 2006. – 90 с.
Огарков Б.Н., Огаркова Г.Р., Самусенок Л.В. Биотехнологии на основе грибов. –
Иркутск: Изд-во ИГУ, 2005. – 233 с.
Байрамов В.М. Основы химической кинетики и катализа / Под ред. В.В. Лунина. − М.:
Академия, 2003. – 256 с.
Биохимия / Под ред. Е.С. Северина. – М.: ГЭОТАР - МЕД, 2003. – 779 с.
Исидоров В.А. Экологическая химия: Учебное пособие для вузов. – СПб.: Химиздат,
2001. – 304 с.
Кузнецов А.Е., Градова Н.Б. Научные основы экобиотехнологии. – М.: Мир, 2006.
Карасевич Ю.Н. Основы селекции микроорганизмов, утилизирующих синтетические
органические соединения. – М.: Наука, 1982. – 144 с.
6.2. Задания для проведения текущего контроля
1. В чем сходство и различие понятий: «загрязнение окружающей среды», поллютант
(загрязнитель), ксенобиотик, токсикант, токсин?
2. Перечислите глобальные экологические проблемы.
3. Назовите современные проблемы загрязнения среды и его виды.
4. Укажите источники, виды и масштабы выбросов загрязняющих веществ.
5. Каковы размеры выбросов промышленных предприятий и транспорта?
6. Назовите отходы химической промышленности, добычи и транспортировки нефти.
7. Что называется сельскохозяйственным загрязнением?
8. Каковы особенности отходов коммунального хозяйства?
9. Чем опасны ароматические соединения, нефтепродукты и детергенты для биосферы?
10. Охарактеризуйте пестициды и законы их трансформации в биосфере.
11. Опишите воздействие токсических веществ на организм.
12. В чем заключается прямое и косвенное воздействие токсикантов?
13. Каковы способы оценки токсичности химических веществ?
14. Каковы закономерности химических превращений и взаимодействия с биологическими объектами тяжелых металлов, диоксинов и их производных и других токсикантов?
15. Опишите влияние химического загрязнения на здоровье человека.
16. Назовите закономерности воздействия токсических веществ на геном.
17. Как влияют химические загрязняющие вещества на почвенную биоту?
18. Что такое фитотоксичность химических элементов и соединений?
19. Дайте определение предельно-допустимых концентраций.
20. Каковы уровни ПДК в водных системах?
21. Назовите методы рекультивации нарушенных промышленностью территорий.
22. Опишите способы восстановления и рекультивации загрязненных почв.
23. Перечислите проблемы и перспективы интродукции специализированных
микроорганизмов-деструкторов для ремедиации загрязненных почв.
24. Получение экологически чистой энергии. Биогаз.
25. Какие препараты называют бактериальными удобрениями?
26. Какие
микроорганизмы
используются
для
получения
бактериальных
энтомопатогенных препаратов?
6.3. Вопросы для промежуточной аттестации
Природные ресурсы и их классификация. Рациональное природопользование.
Пути создания экологически безопасных производств. Экологическая биотехнология
как новая комплексная отрасль экологически безопасных производств.
3. Основные этапы развития экологической биотехнологии.
4. Локальные, региональные и глобальные загрязнения и их характеристика.
5. Промышленные источники химического загрязнения биосферы.
6. Транспортное загрязнение.
7. Сельскохозяйственное загрязнение. Минеральные и органические удобрения. Пестициды.
8. Загрязнение воздушного бассейна городов.
9. Загрязнение природных вод коммунальными стоками.
10. Твердые бытовые отходы.
11. Классификации токсических соединений, поступающих в окружающую среду.
12. Фосфорорганические соединения – ингибиторы холинэстеразы.
13. Вещества, блокирующие кислородпередающую функцию крови.
14. Токсичные неорганические соединения в окружающей среде.
15. Тяжелые металлы: источники поступления, характер их накопления в экосистемах,
токсическое действие.
16. Органические токсиканты, полициклические углеводороды, полихлорированные
бифенилы. Нефть и нефтепродукты как приоритетные загрязнители окружающей среды.
17. Синтетические
токсические
соединения.
Пестициды,
классификация,
токсикологическая характеристика.
18. Диоксины как суперэкотоксиканты.
19. Токсичность кислорода. Активные формы кислорода. Механизмы защиты от
токсического действия кислорода.
20. Свойства токсиканта, определяющие его токсичность. Корреляция «структуратоксикологический эффект».
1.
2.
21. Факторы, влияющие на токсичность. Явления, наблюдаемые при длительном
воздействии токсикантов. Коергизм ксенобиотиков.
22. Специальные формы токсического процесса. Иммунотоксичность.
23. Мутагенное, тератогенное и эмбриотоксическое действие ксенобиотиков.
24. Химический канцерогенез.
25. Избирательная
токсичность.
Раздражающее
действие.
Дерматоксичность,
пульмонотоксичность,
гематоксичность,
нейротоксичность,
гепатоксичность,
нефротоксичность.
26. Общие закономерности распределения химических загрязняющих веществ в
биосфере, пути их миграции и превращения.
27. Пути поступления и абсорбция токсикантов. Транспорт токсичных веществ через
клеточные мембраны.
28. Биотрансформация
токсикантов.
Ферментативные
реакции
1-ой
фазы
биотрансформации: гидролиз, восстановление и окисление.
29. Ферментативные реакции 2-ой фазы биотрансформации. Глюкуронирование,
сульфатирование, метилирования и ацетилирования. Конъюгация с глутатионом и
конъюгация с аминокислотами.
30. Физиолого-биохимические
особенности
микроорганизмов-деструкторов
ксенобиотиков.
31. Пути микробной деструкции нефтяных углеводородов.
32. Особенности процессов разложения пестицидов микроорганизмами.
33. Использование микробных консорциумов для деградации загрязнителей. Методы
конструирования искусственных консорциумов.
34. Создание промышленных штаммов микроорганизмов.
35. Характеристика плазмид биодеградации и их биологические особенности.
Использование Д-плазмид, конструирование штаммов-деструкторов in vitro и
создание новых катаболитных путей.
36. Перечень и характеристика основных стадий технологического процесса
современного производства биопрепаратов.
37. Способы очистки почв от техногенного загрязнения: механические, физические,
химические и биологические, сравнительная характеристика.
38. Технологии биоремедиации почв: биостимуляция и биоаугментация.
39. Микробная очистка почв от углеводородного загрязнения. Факторы, влияющие на
эффективность биоремедиации. Коммерческие биопрепараты.
40. Способы фиторемедиации загрязненных почв.
41. Показатели, характеризующие степень загрязненности водных объектов.
Биохимическое потребление кислорода (БПК) и химическое потребление кислорода
(ХПК).
42. Биологическая очистка сточных вод. Классификация методов биологической очистки.
Сравнительная оценка биологических методов очистки сточных вод с механическими,
физико-химическими и химическими.
43. Общие принципы очистки сточных вод и организации очистных сооружений.
Характеристика биоценозов очистных сооружений.
44. Организация процесса аэробной биологической очистки. Условия работы аэробной
биологической очистки. Аэротенки. Окситенки. Биофильтры.
45. Организация процесса анаэробной биологической очистки. Условия работы
анаэробной биологической очистки.
46. Переработка и утилизация активного ила очистных сооружений.
47. Ферментные методы очистки сточных вод.
48. Биотехнологическая очистка сточных вод водорослями и водными растениями.
Биологические пруды с микроводорослями. Биологические пруды с высшей водной
растительностью.
49. Особенности загрязнения воздушной среды ксенобиотиками. Мониторинг
загрязнений воздушной среды.
50. Защита воздушного бассейна от антропогенных воздействий. Основные типы
биореакторов, их характеристика и перспективные направления усовершенствования.
51. Использование биофильтров, биогазоочистителей. Техническая реконструкция,
перепрофилирование, ликвидация вредных производств.
52. Биогеотехнология металлов.
53. Биологические средства защиты растений для замены химических пестицидов.
54. Биологические удобрения. Производство и применение.
55. Технологии получение биогаза.
56. Биоконверсия отходов с получением спирта.
57. Переработка растительного сырья и углеводсодержащих отходов в белок
одноклеточных организмов.
58. Компостирование полевое, в биореакторах. Вермикомпостирование.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
а) основная литература:
1. Ревич Б.А. Экологическая эпидемиология: Учебник для высш. учеб. заведений / Б.А.
Ревич, С.А. Авалиани, Г.И. Тихонова; Под ред. Б.А. Ревича. – М.: Издательский центр
«Академия», 2004. – 384 с.
2. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия: Учебник. 3-е изд. перераб. и доп. –
М.: Медицина, 2007. – 704 с.
б) дополнительная литература:
1. Глик Б. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. – М.: Мир, 2002
2. Хабриев Р.У. Токсикологическая химия. Аналитическая токсикология. Учебник (+
CD-ROM). – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010. – 752 с.
3. Куценко С.А. Основы токсикологии: Разделы: токсикометрия, токсикокинетика,
токсикодинамика, экотоксикология и др.: Учеб. пособие для мед вузов СанктПетербурга, 2004. – 720 с.
4. Токсикологическая химия: учебник для вузов / Под ред. Т.В. Плетеневой. – 3-е изд.,
исп. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. – 512 с.Общая токсикология / Под ред. Б.А.
Курляндского, В.А. Филова. – М.: Медицина, 2002. – 608 с.
5. Онищенко Г.Г., Покровский В.И. Профилактическая медицина и эпидемиология. –
М.: Наука, 2010. – С. 394-396.
6. Беспамятнов Г.П., Кротов А.Ю. Предельно допустимые концентрации химических
веществ в окружающей среде. – Л.: Химия, 1985. – 528 с.
7. Биотехнология: В 8 кн. / Под ред. Н.С. Егорова и В.Д. Самуилова. – М.: Высшая
школа, 1986.
8. Экология и охрана окружающей среды при химическом загрязнении: учеб. пособие /
Л.К. Садовникова, Д.С. Орлов, И.Н. Лозановская. 3-е издание, перераб. – М.: Высш.
шк., 2006. – 334 с.
9. Пурыгин П.П., Белоусова З.П. Основы химической токсикологии. Учебное пособие. –
Самара: Издательство «Самарский университет», 2003. – 51 с.
10. Федорова А.И., Никольская А.Н. Практикум по экологии и охране окружающей
среды: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Гуманит. изд. центр
ВЛАДОС, 2003. – 288 с.
11. Илялетдинов А.М., Алиева Р.М. Микробиология и биотехнология очистки
промышленных сточных вод. – Алма-Ата: Гылым, 1990. – 223 с.
12. Рыбальский Н.Г., Лях С.П. Экобиотехнологический потенциал консорциумов
микроорганизмов. В 3-х т. – М.: ВНИИПИ, 1990.
13. Ермишин А.П. Биотехнология. Биобезопасность. Биоэтика. – Мн.: Тэхналогия, 2005.
14. Экология микроорганизмов. Учеб. для студ. Вузов / А.И. Нетрусов, Е.А. БончОсмоловская, В.М. Горленко и др. Под ред А.И. Нетрусова. – М.: Изд. центр
«Академия», 2004. – 602 с.
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы
1. http://www.xumuk.ru/toxicchem/ Крамаренко В.Ф. Токсикологическая химия. Учеб.
пособие.
2. http://abc.vvsu.ru/Books/ecolog_tocsicolog/ Иваненко Н.В. Экологическая токсикология.
Учеб. пособие.
3. http://www.medline.ru/public/monografy/toxicology/ Куценко С.А. Основы токсикологии.
Учеб. пособие.
4. www.asmusa.org Американское общество по микробиологии.
5. www.microbes.org Научная информация о микроорганизмах, микробиологических
исследованиях, технике микробиологических работ.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Таблицы, слайды, мультимедийное оборудование, лабораторная посуда и
реактивы, спектрофотометры, фотоэлектроколориметры, центрифуги на 7000 об/мин и 15
тыс. об/мин, аналитические и торсионные весы, рН-метр, термостаты, сушильные шкафы,
аквадистиллятор, вытяжные шкафы, микробиологический бокс, роторный испаритель,
паровой стерилизатор, камеры для электрофореза.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО № 66 от
17.03.2011 г. с учетом рекомендаций и Примерной ООП ВПО по специальности 020501
Биоинженерия и биоинформатика.
Автор:
профессор кафедры биохимии
и биофизики, д.б.н.
____________________ Е.В. Плешакова
Программа одобрена на заседании кафедры биохимии и биофизики от «____»
_____________ 2012 года, протокол №____.
Подписи:
Зав. кафедрой биохимии и
биофизики, д.б.н., профессор
_______________________ С.А. Коннова
Декан биологического факультета
д.б.н., профессор
_______________________ Г.В. Шляхтин