1047
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
М.А. Патова
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ И МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ
Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным и практическим занятиям
(включая рекомендации по организации самостоятельной работы и выполнению курсовых работ)
по дисциплине «Экологическая микробиология и методы контроля» для обучающихся
по направлению подготовки 05.03.06 Экология и природопользование профиль Природопользование
Нижний Новгород
2016
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
М.А. Патова
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ И МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ
Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным и практическим занятиям
(включая рекомендации по организации самостоятельной работы и выполнению курсовых работ)
по дисциплине «Экологическая микробиология и методы контроля» для обучающихся
по направлению подготовки 05.03.06 Экология и природопользование профиль Природопользование
Нижний Новгород
2016
2
УДК 504.72 (075.8)
М.А. Патова / Экологическая микробиология и методы контроля [Электронный ресурс]: учеб.- метод. пос. / М.А. Патова; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун-т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – __ с.– 1 электрон. опт. диск (CD-RW).
В настоящем учебно-методическом пособии по дисциплине «Экологическая микробиология и методы контроля» даются рекомендации обучающимся для освоения как основного, так и дополнительного материала дисциплины. Цель учебно-методического пособия — это помощь в усвоении лекций, в подготовке к практическим занятиям, а также в написании курсовой работы.
© |
М.А. Патова, 2016 |
© |
ННГАСУ, 2016 |
3
Содержание
1. |
Общие положения .......................................................................................................................... |
|
5 |
|
|
1.1 |
Цели изучения дисциплины и результаты обучения ........................................................... |
5 |
|
|
1.2 |
Содержание дисциплины........................................................................................................ |
|
6 |
|
1.3 |
Порядок освоения материала...................................... |
Ошибка! Закладка не определена. |
|
2. |
Методические указания по подготовке к лекциям...................................................................... |
|
7 |
|
|
2.1 |
Общие рекомендации по работе на лекциях......................................................................... |
|
7 |
|
2.2 |
Общие рекомендации при работе с конспектом лекций...................................................... |
7 |
|
|
2.3 |
Общие рекомендации по изучению материала лекций ..................................................... |
10 |
|
3. |
Методические указания по подготовке к практическим занятиям ......................................... |
13 |
||
4. |
Методические указания по организации самостоятельной работы ........................................ |
13 |
||
|
4.1 |
Общие рекомендации для самостоятельной работы.......................................................... |
|
14 |
4.2.Рекомендации для выполнения курсовой работы……………………………………….16.
4.3Темы для курсовой работы …………………………………………………………………16
4.4 Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы.......................................... |
17 |
4
1. Общие положения
1.1Цели изучения дисциплины и результаты обучения
Целями освоения учебной дисциплины Экологическая микробиология и методы контроля являют-
ся:
- формирование системы знаний об особенностях строения, функционирования и организации прокариотической клетки, роли микробных ценозов в круговороте вещества и его значению для био-
сферы, использованию микроорганизмов в промышленности; - формирование умений обобщать и систематизировать данные микробиологического мониторин-
га;
- освоение навыков лабораторных микробиологических исследований для контроля состояния окружающей среды.
В процессе освоения дисциплины студент должен
Знать:
-принципы самоорганизации, актуализации, выбора;
-особенности строения, функционирования и организации прокариотической клетки;
-методы изучения микрофлоры различных сред обитания;
-роль микробных ценозов в круговороте веществ и его значению для биосферы;
-методы обработки и анализа полевой и лабораторной информации о составе микроорганизмов;
-особенности использования микроорганизмов для осуществления контроля за состоянием окру-
жающей среды.
Уметь:
-обобщать и систематизировать многообразие метаболических связей микроорганизмов;
-планировать и организовывать работу по самоомообразованию;
-выбирать методику научного исследования, планировать эксперимент;
-анализировать особенности воздействия физических и химических факторов на микроорганиз-
мы;
-оценивать роль микроорганизмов в экосистемах;
-разрабатывать систему мероприятий, направленную на стабилизацию состояния микробного населения биоценоза, а также на развитие полезных почвенных процессов в экосистемах;
-применять стандартные лабораторные микробиологические методики для мониторинга окружа-
ющей среды;- обобщать и систематизировать данные микробиологического мониторинга;
- прогнозировать состояние экосистемы на основании данных микробиологического мониторинга.
Владеть:
5
-навыками самоорганизации для выполнения учебно-исследовательской работы студента;
-методами микробиологического контроля;
-навыками приготовления питательных сред и стерилизации;
-навыками микроскопирования микроорганизмов;
-навыками лабораторных микробиологических исследований для контроля состояния окружаю-
щей среды.
Данная дисциплина предоставляет студентам возможности подготовки к решению профессио-
нальных задач в области научно-исследовательской деятельности (проведение лабораторных исследо-
ваний, осуществление сбора и обработки материала), призвана развить способности к самореализации и самообразованию в соответствии с требованиями стандарта.
1.2 Содержание дисциплины
Материал дисциплины сгруппирован по следующим разделам:
Раздел 1. Морфология микроорганизмов и ультраструктура бактериальной клетки. Роль
микроорганизмов в эволюции биосферы. Краткий очерк развития микробиологии. Вклад Левенгука,
Пастера, Коха, Виноградского, Мечникова, Ивановского, Блохиной и др. учёных в развитие науки.
Определитель бактерий Берги. Понятия штамм, клон. Отличие клеток прокариот от эукариот. Морфо-
логия спирохет, актиномицетов, риккетсий, хламидий, микоплазм.
Раздел 2. Физиология и биохимия микроорганизмов. Анаболизм и катаболизм, как составляю-
щие метаболизма. Источники углерода и типы питания. Источники энергии и доноры электронов. Ис-
точники азота (прототрофы, ауксотрофы, сапрофиты и паразиты). Факторы роста микроорганизмов.
Транспорт питательных веществ. Биологическое окисление (субстратное фосфорилирование, броже-
ние). Окислительное фосфорилирование.
Раздел 3. Рост и размножение микроорганизмов. Модификации, мутации, мутагены, репарации,
генетические рекомбинации, трансформация, трансдукция, коньюгация. Плазмиды бактерий. Фазы раз-
вития бактериальной культуры. Принципы культивирования (состав среды, температура, аэрация, время выращивания).
Раздел 4. Микроорганизмы и окружающая среда. Микроорганизмы почвы. Микроорганиз-
мы водной среды обитания. Микроорганизмы воздуха. Типы симбиоза (мутуализм и антагонизм).
Почвенные микроорганизмы и их роль в круговороте веществ. Свободноживущие азотфиксирующие бактерии, нитрифицирующие и денитрифицирующие бактерии, аммонифицирующие бактерии, серо- и
железобактерии. Влияние факторов среды на структуру микробоценозов почвы. Сукцессии микроорга-
6
низмов. Санитарно-гигиеническое состояние почвы. Факторы среды. Понятие сапробности и зоны са-
пробности. Микроорганизмы сточных вод. Значение микрофлоры в очистке стоков. Активный ил и его микрофлора. Санитарно-гигиеническая оценка воды. Коли-титр, коли-индекс, общее микробное чис-
ло.Распространение микроорганизмов в воздушной среде. Санитарное состояние воздуха помещений,
городов и зеленых зон. Микроорганизмы пищевых продуктов. Микрофлора человека.
Раздел 5. Воздействие экологических факторов на микроорганизмы. Физические (температу-
ра, высушивание, ультразвук, давление, излучение). Химические (ПАВ, фенол, окислители, формальде-
гид, соли тяжелых металлов).
Раздел 6. Строение и классификация вирусов. Структура и химический состав вирусов, вирио-
нов. Взаимодействие вирусов с клетками хозяина. Бактериофаги. Структура фага, взаимодействие с клетками бактерий, использование в медицине и диагностике. Патогенные микроорганизмы и их осо-
бенности. Вирулентность и токсикогенность. Критическая доза и входные ворота инфекции. Динамика инфекционного процесса. Виды иммунитета и иммунная система организма.
Раздел 7. Биотехнология. Использование микроорганизмов в производстве хлебобулочных, кис-
ломолочных продуктов, пива и вина. Микробиологическая биотехнология, получение биологически ак-
тивных веществ и лекарственных препаратов.
Раздел 8. Роль микроорганизмов в очистке сточных вод. Очистные сооружения. Аэробные и анаэробные процессы. Технологические подходы повышения эффективности работы аэтотенка и метан-
тенка.
7
2. Методические указания по подготовке к лекциям
2.1Общие рекомендации по работе на лекциях
Цель лекционного курса дисциплины Экологическая микробиология и методы контроля - форми-
рование основы для последующего усвоения учебного материала. Назначение лекции состоит в том,
чтобы доходчиво изложить основные положения изучаемой дисциплины, ориентировать на наиболее важные вопросы учебной дисциплины и оказать помощь в овладении необходимых знаний и примене-
ния их на практике.
Личное общение на лекции преподавателя со студентами предоставляет большие возможности для реализации образовательных и воспитательных целей.
При подготовке к лекционным занятиям студенты должны ознакомиться с презентаций, предлага-
емой преподавателем, отметить непонятные термины и положения, подготовить вопросы с целью уточ-
нения правильности понимания. Рекомендуется приходить на лекцию подготовленным, так как в этом случае лекция может быть проведена в интерактивном режиме, что способствует повышению эффек-
тивности лекционных занятий.
2.2Общие рекомендации при работе с конспектом лекций
Входе лекционных занятий необходимо вести конспектирование учебного материала. Конспект помогает внимательно слушать, лучше запоминать в процессе осмысленного записывания, обеспечива-
ет наличие опорных материалов при подготовке к семинару, зачету, экзамену.
Полезно оставить в рабочих конспектах поля, на которых делать пометки из рекомендованной ли-
тературы, дополняющие материал прослушанной лекции, а также подчеркивающие особую важность тех или иных теоретических положений.
В случае неясности по тем или иным вопросам необходимо задавать преподавателю уточняющие вопросы. Следует ясно понимать, что отсутствие вопросов без обсуждения означает в большинстве слу-
чаев неусвоенность материала дисциплины.
2.3 Общие рекомендации по изучению материала лекций
Микробиология – это наука об организмах, размер которых меньше 1 мм. Это грибы, водоросли,
простейшие, бактерии, вирусы и прионы.
При этом к микроорганизмам относятся как прокариотические, так и эукариотические организмы,
а также формы жизни, не имеющие клеточного строения (вирусы и прионы).
8
Прокариоты, или доядерные - одноклеточные формы жизни, не имеющие ядерной мембраны и высокоорганизованных органелл. Это бактерии, актиномицеты и сине-зеленые водоросли.
К эукариотам, имеющим оформленное ядро и высокоорганизованные органеллы, относятся одно-
клеточные и многоклеточные организмы - простейшие, грибы, водоросли (кроме сине-зеленых).
Особое место среди микроорганизмов занимают вирусы - мельчайшие и простейшие формы жиз-
ни, стоящие на грани между живым и неживым, неспособные жить и размножаться вне животной, рас-
тительной или иной клетки. В состав вирусов входят нуклеиновые кислоты (ДНК или РНК), белки,
ферменты. Еще более просто устроены прионы - инфекционные белковые частицы, лишенные генети-
ческого материала, т.е. нуклеиновой кислоты. Вирусы и прионы являются облигатными (обязательны-
ми) внутриклеточными паразитами.
Прокариоты, как правило, размножаются вне клетки, однако могут являться факультативными внутриклеточными паразитами; только некоторые из бактерий являются облигатными внутриклеточ-
ными паразитами. Эукариоты устроены значительно сложнее, чем прокариоты. Об этом можно судить по объему генома, т.е. числу генов, составляющих генетический аппарат клетки. У эукариотов его объ-
ем в десятки и сотни раз больше, чем у прокариотов. Так, если у вирусов объем генома состоит пример-
но из 10 - 100 генов, у бактерий из 1000 - 5000 генов, то у простейших - из 10 000 генов и более.
Микроорганизмы заселили Землю задолго до растений и животных (около 3-4 млрд лет назад) и в настоящее время представляют самую многочисленную группу существ. Повсеместная распространен-
ность и суммарная мощность метаболического потенциала микробов определяет их важнейшую роль в круговороте веществ и поддержании динамического равновесия и устойчивого развития биосферы Зем-
ли. Микроорганизмы Они обеспечивают круговорот веществ и энергии в природе, плодородие почв,
поддержание газового состава атмосферы и других природных процессов.
Микробиология подразделяется на общую и частную. Общая микробиология изучает закономер-
ности строения и жизнедеятельности микроорганизмов на всех уровнях: молекулярном, клеточном, по-
пуляционном; генетику и взаимоотношения их с окружающей средой. Предметом изучения частной микробиологии являются отдельные представители микромира в зависимости от проявления и влияния их на окружающую среду, живую природу, в том числе человека. К частным разделам микробиологии относятся: экологическая, медицинская, ветеринарная, сельскохозяйственная, техническая (раздел био-
технологии), морская, космическая микробиология.
В начале изучения курса целесообразно повторить изученный ранее в школе материал по органи-
ческой химии, систематике и классификации органических веществ.
9
Контрольные вопросы
Контрольные вопросы к разделу 1
1.Охарактеризуйте роль микроорганизмов в эволюции биосферы.
2.Какой вклад внес Пастер в развитие микробиологии.
3.Какие открытия области микробиологии принадлежат отечественным ученым?
4.В чем заключается сходство прокариотической и эукариотической клетки?
5.В чем заключаются отличия прокариотической и эукариторической клетки?
6.Назовите особенности прионов.
7.Какие структуры можно найти в прокариотической клетке?
8.Как классифицируют бактериальные организмы по морфологическим критериям?
Контрольные вопросы к разделу 2
1.Как классифицируются микроорганизмы по типу питания? Приведите примеры каждой группы.
2.Какие соединения являются источниками углерода для различных групп микроорганизмов?
3.Какие источники энергии и доноры электронов используются микроорганизмами?
4.Какие источники азота используют различные группы микроорганизмов?
5.В чем заключаются особенности биологического окисления прокариот?
Контрольные вопросы к разделу 3
1.Охарактеризуйте фазы развития бактериальной культуры.
2.Каким образом состав среды, температура, аэрация, время выращивания влияют на скорость ро-
ста микроорганизмов?
3.Трансформация как способ полового размножения прокариот.
4.Трансдукция способ полового размножения прокариот.
5.Конъюгация способ полового размножения прокариот.
6.Роль плазмид в горизонтальном переносе генов.
Контрольные вопросы к разделу 4
1.Охарактеризуйте роль почвенных микроорганизмов в круговороте веществ.
2.Что такое нитрификация и денитрификация? Какими организмами обеспечиваются эти процес-
сы?
3.Что такое почвенный пул?
4.Какими показателями можно охарактеризовать санитарно-гигиеническое состояние почвы?
5.Какие микроорганизмы используются для очистки сточных вод?
10