Рабочая программа дисциплины «жизнь микроорганизмов в экстремальных условиях» Код дисциплины по учебному плану гсэ. В 2 для студентов специальности 020209. 65 «Микробиология»

Вид материала

Рабочая программа

Содержание Жизнь микроорганизмов в экстремальных условиях 1. Организационно-методический раздел Цель курса – изучение высокоспециализированных групп экстремофильных микроорганизмов, механизмов их адаптации к эстремальным усл Задачи курса Место курса в профессиональной подготовке специалиста 2. Распределение часов по темам и видам работ 3. Содержание программы Тема 2. Жизнь микроорганизмов при низких и высоких температурах Психрофильные и психроактивные микроорганизмы Тема 3. Жизнь микроорганизмов при экстремальных значениях рН 4. Жизнь микроорганизмов в условиях повышенного давления Тема 5. Жизнь микроорганизмов в условиях интенсивного облучения Тема 6. Жизнь микроорганизмов в присутствии токсичных ионов и соединений Тема 7. Жизнь микроорганизмов при высоких концентрациях солей и растворенных веществ 3.2. Темы семинарских занятий 3.4. Примерный список вопросов к зачету Thiobacillus ferrooxidans 4. Формы промежуточного и итогового контроля 5. Учебно-методическое обеспечение курса Лист обновления ... Полное содержание

Подобный материал:

• Рабочая программа дисциплины «роль микроорганизмов в жизни растений» Код дисциплины, 88.04kb.
• Рабочая программа дисциплины «экология микроорганизмов» Код дисциплины по учебному, 219.98kb.
• Рабочая программа дисциплины «нормальная микрофлора человека» Код дисциплины по учебному, 110.88kb.
• Рабочая программа дисциплины «цитология микроорганизмов» Код дисциплины по учебному, 119.01kb.
• Рабочая программа дисциплины «микробиология» Код дисциплины по учебному плану опд., 486.13kb.
• Рабочая программа дисциплины «биотехнология пищевых производств» Код дисциплины, 127.52kb.
• Рабочая программа дисциплины «промышленная микробиология и биотехнология» Код дисциплины, 235.83kb.
• Рабочая программа дисциплины «микробиологические процессы в пищевой промышленности», 100.49kb.
• Рабочая программа дисциплины «микробиология и вирусология» Код дисциплины по учебному, 460.94kb.
• Рабочая программа генетика Код дисциплины по учебному плану опд ф. 6 для студентов, 274.5kb.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Иркутский государственный университет»

(ФГБОУ ВПО «ИГУ»)


«Утверждаю»

_____________________

Проректор по учебной работе,

проф. И. Н. Гутник

«____»_____________20____г.


Биолого-почвенный факультет

Кафедра микробиологии


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА


дисциплины « ЖИЗНЬ МИКРООРГАНИЗМОВ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ»


Код дисциплины по учебному плану ГСЭ.В 2

для студентов специальности 020209.65 «Микробиология»




г. Иркутск

1. ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ


Дисциплина «Жизнь микроорганизмов в экстремальных условиях» посвящена изучению экстремофильных микроорганизмов. В данном курсе рассматриваются биоразнообразие и экологическая роль высокоспециализированных экстремофильных микроорганизмов, разделенных на группы в соответствии с физико-химическими факторами, определяющими экстремальные условия.

Цель курса – изучение высокоспециализированных групп экстремофильных микроорганизмов, механизмов их адаптации к эстремальным условиям обитания.

Задачи курса

• показать студентам способность микроорганизмов существовать при экстремально низких и высоких значениях температуры и рН, в условиях повышенного давления, низкой водной активности; познакомить с механизмами психро- и термофилии, рН-гомеостаза, барофилии, осморегуляции;
  
• дать представление о разной чувствительности микроорганизмов к неионизирующему и ионизирующему облучению, механизмах радиоустойчивости;
  
• показать возможность адаптации микроорганизмов к высоким содержаниям токсичных ионов и соединений;
  
• показать возможность практического использования экстремофильных микроорганизмов.
  

Место курса в профессиональной подготовке специалиста


Микроорганизмы являются, вероятно, единственными формами органической жизни, заселяющими любые сколько-нибудь пригодные для обитания субстраты. Они встречаются в горячих кислых источниках, в соленых озерах и солеварнях, в рудничных стоках, в кислых лабораторных реактивах, на сухих поверхностях скал, в пустынях, морских глубинах, где давление достигает 1000 атм. и более. Экстремофильные микроорганизмы могут служить важными объектами для изучения различных аспектов клеточной и молекулярной биологии, а также расширяют представления о многообразии используемых организмами физиологических и биохимических механизмов. Экстремальные местообитания могут служить источниками микроорганизмов, представляющих интерес для биотехнологии.


2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСОВ ПО ТЕМАМ И ВИДАМ РАБОТ

для студентов очного отделения

№	Темы, разделы	Всего часов	Виды подготовки		Самостоятельная работа
			Лекции	Практические занятия	Самостоятельная работа студентов	КСР
1	Тема 1. Экстремальные условия и места обитания. Группы экстремофильных микроорганизмов	4	4	-	-	-
2	Тема 2. Жизнь микроорганизмов при низких и высоких температурах	11	6	-	5	-
3	Тема 3. Жизнь микроорганизмов при экстремальных значениях рН	10	4	-	5	1
4	4. Жизнь микроорганизмов в условиях повышенного давления	8	4	-	4	-
5	Тема 5. Жизнь микроорганизмов в условиях интенсивного облучения	10	4	-	5	1
6	Тема 6. Жизнь микроорганизмов в присутствии токсичных ионов и соединений	11	6	-	5	-
7	Тема 7. Водная активность и микроорганизмы	10	4	-	5	1
	ВСЕГО (часы)	64	32	-	29	3

3. СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ


3.1 Общее (по всем темам)


Тема 1. Экстремальные условия и места обитания. Группы экстремофильных микроорганизмов


Физико-химические факторы, характеризующие условия среды обитания микроорганизмов. Кардинальные точки роста микроорганизмов. Область толерантности. Экстремальные условия и местообитания. Понятие «экстремофильные микроорганизмы». Биоразнообразие высокоспециализированных экстремофильных микроорганизмов, разделение на группы в соответствии с физико-химическими факторами, определяющими экстремальные условия. Экстремальные среды как модельные объекты для изучения экологических особенностей микроорганизмов.


Тема 2. Жизнь микроорганизмов при низких и высоких температурах


Температурные условия в биосфере. Влияние температуры на микроорганизмы. Использование высоких температур для инактивации микроорганизмов. Использование низких температур для хранения микроорганизмов. Способность микроорганизмов выживать при экстремальных температурах. Способность микроорганизмов к росту при экстремальных температурах. Температурный диапазон. Кардинальные температурные точки. Группы микроорганизмов по отношению к температуре.

Психрофильные и психроактивные микроорганизмы. Места обитания облигатных психрофилов и психроактивных микроорганизмов. Систематическое разнообразие психрофилов. Кинетика роста при низких температурах. Разнообразие типов метаболизма у психрофильных микроорганизмов. Механизмы психрофилии.

Термофилы. Группы термофилов. Термотолерантные микроорганизмы. Факультативные и облигатные термофилы. Экстремальные термофилы и гипертермофилы. Систематическое разнообразие термофилов. Типы метаболизма. Распространение термофилов в природе. Экологическая роль термофилов. Механизмы термофилии. Практическое использование термофилов.

Тема 3. Жизнь микроорганизмов при экстремальных значениях рН


Кислотность сред обитания. Отношение микроорганизмов к кислотности среды. Облигатные и факультативные ацидофилы. Систематическое разнообразие ацидофилов. Места обитания. Облигатные и факультативные алкалофилы. Распространение в природе. Бактериология кислых сточных вод, образующихся в шахтах. Механизмы рН-гомеостаза.


4. Жизнь микроорганизмов в условиях повышенного давления


Барофильные и баротолерантные микроорганизмы. Места обитания барофилов. Механизмы воздействия высокого давления на живые клетки. Влияние высокого давления на скорость биохимических реакций, рост и гибель микроорганизмов. Механизмы барофилии. Устойчивость различных микроорганизмов к высокому давлению. Микробиология глубинных месторождений нефти и газа.


Тема 5. Жизнь микроорганизмов в условиях интенсивного облучения


Видимый свет и микроорганизмы. Фотосинтетически активная радиация для разных групп фототрофов. Влияние ультрафиолетового излучения на жизнедеятельность микроорганизмов. Чувствительность прокариот к UF-излучению. Мутагенный и летальный эффекты UF-излучения. Использование UF-излучения для дезинфекции воздуха помещений.

Ионизирующие излучения: -излучение, -излучение, -излучение, рентгеновское излучение. Механизм действия ионизирующего облучения. Прямые и опосредованные повреждения ДНК. Различия микроорганизмов в радиационной чувствительности. Радиоустойчивые микроорганизмы.

Защитные механизмы клетки от неионизирующего и ионизирующего излучения и системы репарации ДНК.


Тема 6. Жизнь микроорганизмов в присутствии токсичных ионов и соединений


Реакция микроорганизмов на тяжелые металлы. Влияние тяжелых металлов на метаболизм микроорганизмов. Механизмы устойчивости микроорганизмов к тяжелым металлам. Железоокисляющие бактерии. Механизм окисления Fe²⁺ Thiobacillus ferrooxidans. Использование микроорганизмов в биогидрометаллургии. Способность микроорганизмов аккумулировать тяжелые металлы. Использование биосорбции для извлечения металлов из растворов. Взаимодействие микроорганизмов с ртутью. Способность микроорганизмов модифицировать ртуть и токсичные соединения ртути. Взаимодействие микроорганизмов с мышьяком и сурьмой. Механизм устойчивости микроорганизмов к ионам ртути, соединениям мышьяка и сурьмы. Воздействие микроорганизмов на долгоживущие радионуклиды.


Тема 7. Жизнь микроорганизмов при высоких концентрациях солей и растворенных веществ


Степень доступности воды для химических реакций и микроорганизмов. Показатель активности воды а_w. Оптимальные значения а_w для роста микроорганизмов. Осмофилы и галофилы. Галотолерантные микроорганизмы, морские бактерии, умеренные галофилы, экстремальные галофилы, галоалкалофилы. Механизмы осморегуляции. Матричный водный стресс. Ксерофильные микроорганизмы. Механизмы ксерофилии.


Для освоения курса предусмотрены лекционные занятия, самостоятельное изучение предложенных в программе вопросов, написание рефератов.


3.2. Темы семинарских занятий (не предусмотрены учебным планом)


3.3. Тематика заданий для самостоятельной работы

1. Использование низких температур для хранения микроорганизмов.
   
2. Практическое использование термофилов.
   
3. Бактериология кислых сточных вод, образующихся в шахтах.
   
4. Микробиология глубинных месторождений нефти и газа.
   
5. Использование UF-излучения для дезинфекции воздуха помещений.
   
6. Использование микроорганизмов в биогидрометаллургии.
   
7. Использование биосорбции для извлечения металлов из растворов.
   
8. Галоалкалофилы.
   

3.4. Примерный список вопросов к зачету

1. Физико-химические факторы, характеризующие условия среды обитания микроорганизмов. Область толерантности. Кардинальные точки. Понятие «экстремофильные микроорганизмы», «экстремальные условия».
   
2. Влияние температуры на жизнедеятельность микроорганизмов. Температурный диапазон. Кардинальные температурные точки. Группы микроорганизмов по отношению к температуре.
   
3. Психрофильные и психроактивные микроорганизмы. Кинетика роста при низких температурах. Места обитания облигатных психрофилов и психроактивных микроорганизмов. Механизмы психрофилии.
   
4. Термофильные микроорганизмы. Группы термофилов. Систематическое разнообразие термофилов. Типы метаболизма. Распространение термофилов в природе. Механизмы термофилии. Практическое использование термофилов.
   
5. Кислотность сред обитания. Отношение микроорганизмов к кислотности среды. Облигатные и факультативные ацидофилы. Систематическое разнообразие ацидофилов. Места обитания.
   
6. Бактериология кислых сточных вод, образующихся в шахтах.
   
7. Облигатные и факультативные алкалофилы. Распространение в природе. Механизмы рН-гомеостаза.
   
8. Барофильные и баротолерантные микроорганизмы. Места обитания барофилов. Механизмы воздействия высокого давления на микрооорганизмы. Влияние высокого давления на скорость биохимических реакций, рост и гибель микроорганизмов.
   
9. Механизмы барофилии. Устойчивость различных микроорганизмов к высокому давлению.
   
10. Микробиология глубинных месторождений нефти и газа.
    
11. Влияние видимого света на микроорганизмы. Фотосинтетически активная радиация для разных групп фототрофов.
    
12. Влияние ультрафиолетового излучения на жизнедеятельность микроорганизмов. Чувствительность прокариот к UF-излучению. Мутагенный и летальный эффекты UF-излучения.
    
13. Ионизирующие излучения. Механизм действия ионизирующего облучения. Прямые и опосредованные повреждения ДНК. Различия микроорганизмов в радиационной чувствительности.
    
14. Защитные механизмы микроорганизмов от неионизирующего и ионизирующего излучения и системы репарации ДНК.
    
15. Реакция микроорганизмов на тяжелые металлы. Эффект Арндт-Щульца. Токсические дозы ионов тяжелых металлов. Влияние тяжелых металлов на метаболизм микроорганизмов. Механизмы устойчивости микроорганизмов к тяжелым металлам.
    
16. Железоокисляющие бактерии. Механизм окисления Fe²⁺ Thiobacillus ferrooxidans. Использование тионовых и других бактерий в биогидрометаллургии.
    
17. Способность микроорганизмов аккумулировать тяжелые металлы. Использование биосорбции для извлечения металлов из растворов.
    
18. Взаимодействие микроорганизмов с ртутью. Механизм устойчивости микроорганизмов к ионам ртути. Способность микроорганизмов модифицировать ртуть и токсичные соединения ртути.
    
19. Взаимодействие микроорганизмов с мышьяком и сурьмой.
    
20. Влияние водной активности на жизнедеятельность микроорганизмов. Оптимальные значения а_w для роста микроорганизмов. Осмофилы и галофилы. Галотолерантные микроорганизмы, морские бактерии, умеренные галофилы, экстремальные галофилы, галоалкалифилы. Механизмы осморегуляции.
    
21. Матричный водный стресс. Механизм повреждения водным стрессом. Ксерофильные микроорганизмы. Механизмы ксерофилии.
    

4. ФОРМЫ ПРОМЕЖУТОЧНОГО И ИТОГОВОГО КОНТРОЛЯ:


В соответствии с учебным планом дисциплина «Жизнь микроорганизмов в экстремальных условиях» на биолого-почвенном факультете преподается на 2-м курсе (2 семестр). Формы промежуточного контроля: тестирование, оценки по разделам программы, рефераты. Форма итогового контроля – зачет.


5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КУРСА


Интернет-источники

extremal

.ru

http: //micro.moy.su

ссылка скрыта


Оборудование

1. Мультимедийный проектор
   
2. Ноутбук
   
3. Кодоскоп
   
4. Компьютер - Pentium 120 и Pentium III
   
5. Принтер HP LaserJet 1100
   

Материалы: материалы лекций, иллюстрации по темам курса дисциплины.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Экология микроорганизмов: Учеб. для студ. вузов. / А.И. Нетрусов, Е.А. Бонч-Осмоловская, В.М. Горленко и др.; под ред. А.И. Нетрусова. М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 272 с.
   
2. Жизнь микробов в экстремальных условиях / Под ред. Д. Кашнера. – М.: Мир, 1981. – 519 с. - ссылка скрыта
   

Дополнительная

1. Заварзин Г.А. Введение в природоведческую микробиологию: Учеб. пособие / Г.А. Заварзин, Н.Н. Колотилова. – М.: Книжный дом «Университет», 2001. – 256 с.
   
2. Громов Б.В. Экология бактерий / Б.В. Громов, Г.В. Павленко – Л.: ЛГУ, 1989. – 248 с.
   
3. Экология микроорганизмов экстремальных водных систем / Б.Б. Намсараев [и др.]. – Улан-Удэ: Изд-во Бурят. Гос. ун-та, 2008. – 93 с.
   
4. Гусев М.В. Микробиология: Учеб. для студ. биол. специальностей вузов / М.В. Гусев, Л.А. Минеева. – 4-е изд. – М.: Академия, 2003. – 463 с.
   

ЛИСТ ОБНОВЛЕНИЯ

Дата	Внесенные обновления	Подпись автора	Подпись зав. кафедрой

Программу составила Вятчина О. Ф., к.б.н., доцент кафедры микробиологии биолого-почвенного факультета ИГУ __________

Программа рассмотрена и утверждена на заседании кафедры микробиологии ______________________

Зав. кафедрой микробиологии профессор Б. Н. Огарков __________

Согласовано: председатель УМК биолого-почвенного факультета профессор А. Н. Матвеев __________