Бно-методический комплекс по дисциплине сд. 03 «Основы микробиологии и биотехнологии»

Энгельсский технологический институт (филиал)

государственного образовательного учреждения высшего профессионального

образования «Саратовский государственный технический университет»

кафедра «Экология и охрана окружающей среды»

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

по дисциплине СД.03

«Основы микробиологии и биотехнологии»

Специальность 280201.65
«Охрана окружающей среды и

рациональное использование природных ресурсов»

УМКД обсужден на заседании кафедры ЭКОС «3» сентября 2010 г., протокол № 1

Заведующая кафедрой, проф.________Л.Н. Ольшанская

Утвержден за заседании УМКС каф. МПП

« 3 » сентября 2010 г., протокол № 1

Председатель УМКС, проф._______ Л.Н.Ольшанская

ЭНГЕЛЬС 2010 г. САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЭНГЕЛЬССКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Кафедра: Экология и охрана окружающей среды

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Заочное обучение

по дисциплине СД.03 «Основы микробиологии и биотехнологии»

для специальности 280201
«Охрана окружающей среды и

рациональное использование природных ресурсов»

для направления 280200 «Защита окружающей среды»

Курс 5 Лекции - 14

Семестр 9 Лаборат. занятия - 4

Часов в неделю 4 Практич. занятия - 6

Курсовая работа - Самост. работа - 51

Контрольная работа 9 Всего -75 час.

Курсовой проект -

Экзамен 9

Зачет -

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры

« 3 » сентября 2010 г., протокол № 1

Заведующая кафедрой Л.Н. Ольшанская

Рабочая программа утверждена за заседании УМКС/УМК

« 3 » сентября 2010г., протокол № 1

Председатель УМКС Л.Н.Ольшанская

1. Цель преподавания дисциплины и место в учебном процессе.

1.1 Целью курса «Основы микробиологии и биотехнологии» является изучение основных закономерностей жизнедеятельности микроорганизмов как базового компонента биосферы, который наряду с зелеными растениями определяет качество и многообразие условий среды, окружающего человека.

1.2. Задачи изучения дисциплины. Задачей курса «Основы микробиологии и биотехнологии» является овладение принципами и методами выделения, изучения идентификации основных групп микроорганизмов, изучение особенностей их физиологии, делающих микробы перспективными объектами биотехнологических исследований.

1.3. Дисциплина тесно взаимосвязана с общей экологией, неорганической и органической химией, химией окружающей среды и многими другими науками.

2. Требования к заданиям и умениям студентов по дисциплине.

Студент должен знать: методы выделения, культивирования, изучения представителей основных групп микроорганизмов в лабораторных условиях, в техногенных потоках и в окружающей человека природной среде.

Студент должен уметь: грамотно работать в микробиологической лаборатории, соблюдая условия стерильности, выделять элективные культуры микробов из различных сред, изучать внешний вид и физиологические особенности выделенной культуры.

Знание основных методов работы с микроорганизмами позволит студентам, специализирующимся в области защиты окружающей среды, овладеть более сложными методиками микробиологических и биотехнологических исследований.

3.Распределение трудоемкости (час) по темам и видам занятий для з/о

№ модуля	№ темы	Наименование темы	Всего часов	Из них часов
				Лекц. Лаб. Практ. Срс.
1	2	3	4	5 6 7 8
1	1	Микроорганизмы как базовый компонент биосферы.	46	10 2 4 30
2	2	Биотехнология-важнейшая производительная сила современного мира.	29	4 2 2 21
		Всего:	75	14 4 6 51

4.Содержание лекционного курса

№ темы	Всего часов	№ лекции	Тема лекций. Вопросы, отрабатываемые на лекции.
1	2	1	Прокариотическая клетка Клеточная стенка прокариотической клетки, ее строение и функции. Окраска бактерий по методу Грамма – важный диагностический признак. Наружная мембрана. Капсулы и слизистый слой. Жгутики и подвижность. Пили и фимбии.
1	2	2	Рост и питание микробов Типы питания. Основные источники органических веществ, макро- и микроэлементов. Поступление питательных веществ в клетку: пассивный перенос, активный транспорт, фагоцитоз, пиноцитоз. Рост в периодической культуре. Рост в непериодической культуре. Влияние факторов окружающей среды на жизнедеятельности микроорганизмов: влажность, концентрация растворенных солей, реакция среды (рН), температура. Отношение микроорганизмов к кислороду, солнечной радиации и антропогенным излучениям. Микробостатические и микробоцидные вещества.
1	2	3	Краткая характеристика отдельных групп Бактерии. Основные систематические группы и их краткая характеристика. Роль каждой группы в природных биоценозах. Актиномицеты, микоплазмы, риккетсии, цианобактерии. Особенности их строения и роль в природе.
1	2	4	Метаболизм микроорганизмов Обмен веществ как совокупность реакций катаболизма и анаболизма. Способы получения микроорганизмами энергии. Аэробное дыхание. Анаэробное дыхание. Брожение. Аэробное окисление органических веществ. Практическое использование этих процессов, их значение в очистке техногенных потоков и объектов окружающей среды. анаэробное окисление органических веществ. Анаэробное и карбонатное дыхание. Неполное окисление органических субстратов. Окисление неорганических соединений. Фототрофные микроорганизмы. Особенности бактериального фотосинтеза. Синтез основных компонентов клетки. Образование микроорганизмами биологически активных веществ.
1	2	5	Генетика и изменчивость микроорганизмов Понятие о генотипе и фенотипе. Виды изменчивости. Понятие о мутагенезе. Плазмиды катаболизма. Основные понятия о селекции микроорганизмов и генной инженерии.
2	2	6	Биотехнология-важнейшая производственная сила современного мира Принципы действия и конструкции биореакторов: лабораторные, пилотные, промышленные биореакторы. Микроорганизмы в биотехнологическом производстве Производство витаминов и антибиотиков. Производство биологически активных белков и гормонов (инсулин, гормон роста, кортизон, интерферон, интерлейкины). Биотехнологии, основанные на получении и использовании ферментов (пивоварение, хлебопечение. сыроварение и др.) Биодеградация и Биоконверсия. Биогеотехнология. Биоэнергатехнология. Биосенсоры.
2	2	7	Растительные и животные клетки-объекты биотехнологии Генетическая трансформация растений. Устойчивость к гербицидам. Устойчивость к насекомым. Вирус СПИДА и его происхождение. Жизненный цикл ВИЧ. Пути профилактики и лечения. Геномика История прочтения генома человека. Результаты исследования. Клонирование человека. Генетический груз. Опасения и перспективы.

Всего: 14 часов

5.
Перечень практических занятий

№ темы	Всего часов	№ работы	Наименование практического занятия. Вопросы, отрабатываемые на практическом занятии
1	2	3	4
1	2	2	Основы микробиологических методик. 1. Понятие стерильности. 2. Виды питательных сред. 3. Методы стерилизации.
1	2	3	Количественный учет микроорганизмов Методы количественного учета микроорганизмов на твердых питательных средах.
2	2	7	Знакомство с методами исследования объектов окружающей среды и техногенных потоков 1. Исследование почвы. 2. Исследование воды. 3. Исследование воздуха.

Всего: 6 часов

6.
Перечень лабораторных работ

№ темы	Всего часов	№ работы	Наименование лабораторных работ. Вопросы, отрабатываемые на лабораторном занятии
1	tyle="text-align:center;">2	3	4
1	2	1	Знакомство с методом микроскопирования и строением бактериальной, растительной и животной клеток. 1. . Правила поведения в микробиологической лаборатории. 2. Принципы микроскопирования. 3. Правила работы с микроскопом. 4. Изучение готового препарата бактериальных клеток.
1	2	4	Методы и техника культивирования микроорганизмов на питательных средах

Всего: 4 часа

7. Задания для самостоятельной работы студентов

№ темы	Всего часов	Вопросы для самостоятельного изучения	Литература
1	2	3	4
1	4	Вирусы и бактерии как возбудители заболеваний человека, животных, растений.	1,2,3,6,12
2	4	Виды и состав питательных сред. Создание элективных условий роста.	1,2,3,7
1	3	Таксисы и их значение в жизнедеятельности микроорганизмов.	1,6
3	5	Грибы, водоросли	1,2,6
1	13	Микроорганизмы как базовый компонент биосферы Разнообразие форм жизни на Земле. Современные представления о положении микроорганизмов в мире живого. Сравнение эукариот и прокариот. Архебактерии. Предмет и задачи микробиологии, краткая история ее развития. Необходимость возникновения биотехнологии как науки и ее место в системе наук о жизни на Земле.	1,2,3,6,12
1	13	Клетка и ее структура Эукариотическая клетка, ее форма, строение и химический состав. Основные биополимеры эуцита – белки, ДНК, РНК, полисахариды и липиды. Их строение и функции.	1,2,3,6,12
1	12	Экология микроорганизмов Уровни живой природы. Микрофлора природных сред: почвы, воздуха, воды. Формы взаимоотношений микроорганизмов. Микробы и биота: растения, животные, человек. Фитопатогенные и патогенные микроорганизмы, паразитизм.	1,2,3,6,12
2	13	Определение биотехнологии, ее задачи, методы, объекты. Структура типовой биотехнологической системы: субстрат и продукт, биологический агент, технология, режим. Традиционные виды сырья и перспективные для биотехнологии субстраты	1,2,3,6,12
2	13	Микроорганизмы в биотехнологическом производстве Способы культивирования: периодическое, непрерывное, поверхностное, глубинное, твердофазное. Технология биосинтеза аминокислот, антибиотиков. Основы биосинтеза ферментативного гидролиза целлюлозы. Получение глюкозо-фруктозных сиропов. создание микробов-продуцентов селекционно-генетическим методом. Генно-инженерное получение микробов-продуцентов. Производство пищевых белков и аминокислот.	1,2,3,6,12
2	15	Растения производители белков животного происхождения (незаменимые аминокислоты, энкефалин, моноклональные иммуноглобулины, бета-интерферон. вакцина против холеры). Трансгенные растения- производители жиров и полисахаридов. Изменение свойств сельскохозяйственных и технических растений. Культура клеток. Каллусы. Клетки животных – продуценты биологически активных веществ (эритропоэтин, фактор свертывания крови VIII, инсулин, антитрипсин, белок вируса гепатита В, интерлейкины, моноклональные антитела, антигены вируса СПИД). Трансгенные животные. Положение дел в России. Опасения. Перспективы.	1,2,3,6,12

Всего: 51 час

Экзаменационные вопросы.

1.Разнообразие форм жизни на Земле. Современные представления о положении микроорганизмов в мире живого. Сравнение эукариот и прокариот.

2. Предмет и задачи микробиологии, краткая история ее развития. Место науки микробиологии в экологическом мониторинге. Необходимость возникновения биотехнологии как науки и ее место в системе наук о жизни на Земле.

3. Эукариотическая клетка, ее форма, строение и химический состав. Основные биополимеры эуцита – белки, ДНК, РНК, полисахариды и липиды. Их строение и функции.

4. Прокариотическая клетка. Форма и химический состав прокариот. Бактериальное ядро. Его строение и функции. Цитоплазма и мембраны. Рибосомы.

5. Основные биополимеры прокариот: белки, полисахариды, липиды, липополисахариды. Участие биополимеров в межклеточных контактах.

6. Клеточная стенка прокариотической клетки, ее строение и функции. Окраска бактерий по методу Грамма – важный диагностический признак. Капсулы и слизистый слой. Жгутики и подвижность. Пили и фимбрии.

7. Рост и питание микробов. Типы питания. Основные источники органических веществ, макро- и микроэлементов.

8. Поступление питательных веществ в клетку: пассивный перенос, активный транспорт, фагоцитоз, пиноцитоз. Рост в периодической культуре. Рост в непериодической культуре.

9. Влияние факторов окружающей среды на жизнедеятельности микроорганизмов: отношение микроорганизмов к кислороду, солнечной радиации и антропогенным излучениям.

10. Бактерии. Основные систематические группы и их краткая характеристика. Роль каждой группы в природных биоценозах.

11. Актиномицеты, микоплазмы, риккетсии, цианобактерии. Особенности их строения и роль в природе.

12. Обмен веществ как совокупность реакций катаболизма и анаболизма. Способы получения микроорганизмами энергии. Аэробное дыхание. Анаэробное дыхание. Брожение.

13. Аэробное окисление органических веществ. Практическое использование этих процессов, их значение в очистке техногенных потоков и объектов окружающей среды.

14. Анаэробное окисление органических веществ. Анаэробное и карбонатное дыхание. Неполное окисление органических субстратов.

15. Окисление неорганических соединений. Фототрофные микроорганизмы. Особенности бактериального фотосинтеза.

16. Синтез основных компонентов клетки. Образование микроорганизмами биологически активных веществ.

17. Генетика и изменчивость микроорганизмов. Понятие о генотипе и фенотипе. Виды изменчивости.

18. Понятие о мутагенезе. Плазмиды катаболизма. Основные понятия о селекции микроорганизмов и генной инженерии.

19.. Микрофлора природных сред: почвы, воздуха, воды. Формы взаимоотношений микроорганизмов.

20. Микробы и биота: растения, животные и человек. Фитопатогенные и патогенные микроорганизмы, паразитизм. Растительно-бактериальный симбиоз. Практическое применение в агротехнической практке.

21. Определение биотехнологии, ее задачи, методы, объекты. Структура типовой биотехнологической системы: субстрат и продукт, биологический агент, технология и режим.

22. Традиционные виды сырья и перспективные для биотехнологии субстраты. Принципы действия и конструкции биореакторов: лабораторные, пилотные и промышленные биореакторы.

23. Способы культивирования: периодическое, непрерывное, поверхностное, глубинное, твердофазное. Технология биосинтеза аминокислот, антибиотиков.

24. Основы биотехнологии ферментативного гидролиза целлюлозы. Получение глюкозо-фруктозных сиропов.

25.. Создание микробов-продуцентов селекционно-генетическим методом. Генно-инженерное получение микробов-продуцентов. Производство пищевых белков и аминокислот.

26. Производство витаминов и антибиотиков. Производство биологически активных белков и гормонов (инсулин, гормон роста, кортизон, интерферон, интерлейкины).

27. Биотехнологии, основанные на получении и использовании ферментов (пивоварение, хлебопечение, сыроварение и др.).

28. Генетическая трансформация растений. Устойчивость к гербицидам. Устойчивость к насекомым.

29. Растения – производители белков животного происхождения (незаменимые аминокислоты, энкефалин, монокональные иммуноглобулины, бета-интерферон, вакцина против холеры).

30. Трансгенные растения – производители жиров и полисахаридов. Изменение свойств сельскохозяйственных и технических растений. Культура клеток. Каллусы.

31. Клетки животных – продуценты биологически активных веществ (эритропоэтин, инсулин).

32. Трансгенные животные.

34. Вирус СПИДА и его происхождение. Жизненный цикл ВИЧ. Пути профилактики и лечения.

Список основной и дополнительной литературы.

1. Теппер Е.З. Практикум по микробиологии: Учеб пособие для вузов / Е.З. Теппер, В.К. Шильникова, Г.И. Переверзева; Под ред. В.К. Шильниковой. – М.: Дрофа, 2004. – 256 с.

2. Микробиология: учебник / О.Д. Сидоренко, Е.Г. Борисенко, А.а. Ванькова, Л.И. Войно. М.: ИНФРА – М. 2005. – 287 с.

3. Егорова Т.А. Основы биотехнологии: Учеб пособие для вузов. М.: Академия, 2003.-280с.

4. Кузьмина Н.А. Основы биотехнологии. М.: Мир, 2006. -436с.

5. Сидоренко О.Д., Борисенко Е.Г., Ванькова А.А., Войно Л.И. Микробиология: Учебник для агротехнологов, М.: ИНФРА-М, 2005. – 287с.

6. Гусев М.В., Минеева Л.А. Микробиология. М.: Академия,2007. – 464с.

7. Арефьева О.А., Ерошкина А.а. Микробиология: метод. указания к лабораторным работам Часть 1. – Саратов: СГТУ, 2007. – 27с.

8. Арефьева О.А., Ерошкина А.а. Микробиология: метод. указания к лабораторным работам Часть 2. – Саратов: СГТУ, 2007. – 27с.

9. Сироткин А.С. агрегация микроорганизмов: флоккулы. Биопленки, микробные гранулы. – Казань: Из-во «Фен» АНРТ, 2007. -160 с.

10. Основы биотехнологии: учебно-методическое пособие / А.с. Сироткин, Р.К. Закиров, Г.И. Шагинурова, Л.В. Лопухов, В.Б. Жукова, С. А. Александровский; казан. Гос. Технол. Ун-т. Казань, 2006. -100с.

11. Нетрусов А.И. Экология микроорганизмов / А.И.Нетрусов, Е.А. Бонч-Осмоловская, в.М. Горленко, М. В. Иванов, Г.И. Каравайко, П.А. Кожевин, Н.Н. Колотилова // Изд. центр «Академия». – 2004. – 236 с.

12. Шлегель Г. Общая микробиология: Пер. с нем.- М.: Мир, 1997.

13. Стейниер Р., Эднльберг Э., Мингрем Дж. Мир микробов (3 тома). М.. 1979. -330с.

14. Перт С.Д. Основы культивирования организмов и клеток. М.: Мир, 1978.

15. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология (3 тома). М.: Мир, 1996.

16. Методы общей бактериологии (3 тома). П/ред. Герхардта. М.: Мир, 1984.

17. Определитель бактерий Берджи (2тома). 9-е издание. М.: Мир. 1997. -280с.

18. Земсков М.В. Основы общей микробиологи и вирусологии. Изд-во «Колос». Москва. 1972. – 286с.

19. Доклад о состоянии окружающей природной среды Саратовской области в 2001 году. Саратов 2002. – 157с.

20. Доклад о состоянии окружающей природной среды Саратовской области в 2001 году. Саратов 2003 – 196с.

21. Доклад о состоянии окружающей природной среды Саратовской области в 2001 году. Саратов 2004 – 190 с.

22. Бухарин О.в, Литвин В.Ю. Патогенные бактерии в природных экосистемах. Екатеринбург, 1997. – 268 с.

23. Роуз Э. Химическая микробиология. М.: Мир.1971. – 286 с.

14. Применение ТСО, слайдов, плакатов

Дополнения и изменения к рабочей программе:

Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры

3 сентября 2010 года, протокол № 1

Зав. кафедрой д.х.н., профессор Ольшанская Л.Н.

Изменений и дополнений нет

3 сентября 2010 года, протокол № 1

Председатель УМКС Ольшанская Л. Н.

Разработала доцент Арефьева О. А.