ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТ ЕТ»
Биолого-почвенный факультет
| Рассмотрено и рекомендовано на заседании кафедры биохимии и микробиологии РГУ Протокол № _________ «_____» _____________200 г. Зав. кафедрой ______________________ | УТВЕРЖДАЮ Декан факультета (Зам. Декана по учебной работе) _______________________________ _______________________________ «_____» _____________________200 г. |
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
Учебной дисциплины «МИКРОБИОЛОГИЯ»
Вузовского компонента цикла ОПД
По специальности 020201 (011600) БИОЛОГИЯ
Составитель канд.биол.наук доцент А.В.Полякова
Ростов-на-Дону
1 ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
1. Цель курса
Ознакомить студентов с миром микроорганизмов, участвующих в превращении безазотистых и азотсодержащих органических соединений и играющих в жизни природы и человека огромную роль. Создать представление о том, что микроорганизмы вездесущи, что они встречаются во всех климатических зонах, могут принимать участие в приготовлении пищевых продуктов (хлеб, творог, сыр, вино, пиво и т.п.), но могут и вызывать болезни, уносящие тысячи жизней.
2. Задачи курса
Познакомить студентов с миром микроорганизмов, их морфологией. Особенностями ультраструктуры, физиолого-биохимическими свойствами. Дать представление об уникальности недавно открытых реликтовых форм – архебактериях, познакомить с систематикой царства прокариот. При изучении метаболизма подчеркнуть уникальность отдельных процессов, реализуемых только прокариотами, показать разнообразие типов питания и космополитизм бактерий, их невероятную устойчивость к факторам внешней среды.
3. Место курса в профессиональной подготовке выпускников
Изучение курса «Микробиология» - необходимый этап подготовки высококвалифицированных специалистов-микробиологов, биотехнологов. Полученные знания послужат основой для изучения специальных курсов «Функциональная морфология микроорганизмов», «Основы физиологии микроорганизмов», «Пищевая микробиология», «Техническая микробиология», «Основы таксономии» и других.
4. Требования к уровню освоения содержания курса
Изучение курса «Микробиология» предполагает приобретение студентами навыков работы с микробиологическими объектами и правилами работы в лаборатории, знакомство с методами стерилизации, выделения микроорганизмов на питательных средах, способами культивирования микроорганизмов, изучение ряда физиологических групп бактерий, участвующих в превращении органических соединений.
II СОДЕРЖАНИЕ КУРСА
Исторический очерк развития микробиологии.
Открытие микромира. Описательный и физиологический периоды в развитии микробиологии. Открытия Луи Пастера. Вклад в развитие микробиологии русских ученых Виноградского С.Н., Ивановского Д.И., Омелянского В.Л., Мечникова И.И., Надсона Т.А. и других. Основные направления развития современной микробиологии: общая, медицинская, промышленная, сельскохозяйственная, ветеринарная, водная, почвенная, техническая, космическая.
Особенности прокариот и их положение в системе живых существ
Прокариоты и эукариоты. Современные представления о царствах живых организмов. Критерии и представители каждого царства.
Строение прокариот. Основные и дополнительные органеллы, их функции и химический состав. Клеточная стенка бактерий. Окраска по Грамму. Различия в строении клеточной стенки грам-положительных и грам-отрицательных микроорганизмов.
Морфология микроорганизмов.
Размеры, форма и клеточные ассоциации микроорганизмов. Необычные формы бактерий. Споры и другие покоящиеся формы, виды спорообразования. Подвижность, типы жгутикования. Актиномицеты – как особая группа прокариот. Их структурные, физиологические особенности, способы размножения.
Систематика бактерий.
Разнообразие прокариот. Принципы классификации. Деление царства прокариот на отделы. Характеристика грациликутов, фирмикутов, тенерикутов и мендозикутов. Особенности строения архебактерий. Нумерическая таксономия, полифазная таксономия. Молекулярно- биологический подход для построения филогенетической классификации. Современные представления о систематике бактерий.
Рост и размножение бактерий.
Понятие роста. Индивидуальный рост клеток и рост популяций. Прямые и косвенные методы оценки роста. Размножение бактерий: бинарное деление, почкование, фрагментация. Методы культивирования микроорганизмов. Периодическое культивирование: кривая роста, характеристика отдельных фаз. Причины лимитации роста и отмирания. Непрерывное культивирование, принцип работы хемостата и турбидостата. Сравнительная характеристика роста популяций при периодическом и непрерывном культивировании. Феномен «Quorum sensing».
Действие физических и химических факторов на микроорганизмы.
Основные факторы, влияющие на микроорганизмы в естественных условиях существования: температура, радиация, кислород, влажность, осмотическое давление, активная кислотность среды и т.д.
Влияние температуры на жизнедеятельность микроорганизмов. Кардинальные точки для психрофилов, мезофилов и термофилов, места их обитания. Механизмы термоустойчивости бактерий. Использование высоких температур для стерилизации. Методы стерилизации. Лиофилизация – способ хранения культур микроорганизмов.
Роль воды в жизнедеятельности микроорганизмов. Показатели влажности, при которых возможен рост бактерий.
Радиация и ее действие на микроорганизмы. Физиологическое, мутагенное и летальное воздействия разных видов излучений (длина волны и доза). Действие ультразвука на микроорганизмы. Применение УФ-лучей, ультразвука в практической деятельности человека.
Гидростатическое давление. Осмотическое давление. Их влияние на микроорганизмы (осмофилы, галофилы, барофилы).
Отношение микроорганизмов к молекулярному кислороду: аэробы, анаэробы (облигатные, факультативные) микраэрофилы, аэротолеранты. Окислительно-восстановительный потенциал среды (rН2).
Активная кислотность среды (рН). Примеры щелочеустойчивых и кислотоустойчивых микроорганизмов.
Антимикробные вещества, специфичность и механизм действия, области их применения.
Питание микроорганизмов.
Потребности в питательных веществах. Питательные среды, их классификации. Факторы роста. Прототрофы, ауксотрофы, олиготрофы.
Принцип элективности, получение накопительных и чистых культур. Использование микроорганизмами высокомолекулярных соединений. Внеклеточное переваривание. Ферменты микроорганизмов. Поступление веществ в клетку Разнообразие типов питания прокариот.
Метаболизм (обмен веществ)
Понятие о катаболизме и анаболизме, их взаимосвязь. Аккумуляция энергии в клетках микроорганизмов. Субстратное, окислительное и фотосинтетическое фосфорилирование..
Брожения. Определение понятия «брожение» и критерии процесса. Роль Луи Пастера в развитии учения о брожениях. Пути катаболизма гексоз. Спиртовое, молочнокислое (гомо- и гетероферментативное), маслянокислое, ацетонобутиловое, пектиновое брожения, анаэробное разложение клетчатки. Характеристика процессов и их возбудителей. Распространение и роль процессов в природе, значение для промышленной деятельности человека.
Дыхание (полное окисление). Основные этапы процесса. Цикл трикарбоновых кислот, дыхательная цепь и фосфорилирование, сопряженное с транспортом электронов. Аэробное разложение клетчатки, характеристика процесса и возбудителей. Разнообразие типов дыхания у микроорганизмов.
«Анаэробное» дыхание (перенос электронов в анаэробных условиях). Денитрификация и восстановление нитратов («нитратное дыхание»), возбудители процесса. Образование сероводорода при восстановлении сульфатов («сульфатное дыхание»). Диссимиляционная и ассимиляционная сульфатредукция., характеристика возбудителей. Взаимосвязь дыхания и брожения.
Неполные окисления. Цикл трикарбоновых кислот – конечный этап окисления. Уксуснокислое «брожение». Характеристика возбудителей, распространение в природе. Способы промышленного производства уксуса, получение витамина С. Окисление углеводов грибами с образованием органических кислот.
Хемосинтез. Использование неорганических доноров водорода аэробными хемолитотрофными бактериями. Окисление аммиака и нитрита (нитрификация), окисление восстановленных соединений серы, окисление двухвалентного железа и другие.
Бактериальный фотосинтез. Циклическое и нециклическое фотофосфорилирование. Пигменты фототрофных бактерий. Оксигенный и аноксигенный фотосинтез, возбудители процессов,. Использование световой энергии галобактериями. Экология фототрофов.
Биосинтетические процессы у микроорганизмов. Значение ЦТК в конструктивном метаболизме. Основные мономеры конструктивного метаболизма (органические кислоты, аминокислоты, сахара, азотистые основания и др.) Пути образования и дальнейшего использования. Образование аминокислот (прямое аминирование органических кислот, переаминирование). Вторичные метаболиты.
Биосферная микробиология
Участие микроорганизмов в круговоротах веществ в природе.
Круговорот углерода. Фиксация СО2, характеристика процессов и возбудителей. Минерализация органических соединений. Роль микроорганизмов в процессах фиксации и минерализации.
Круговорот азота. Аммонификация азотсодержащих органических соединений (минерализация белков, мочевины), условия протекания, крнечные продукты. Гнилостные бактерии. Нитрификация. Фазы процесса, промежуточные и конечные продукты. Характеристика возбудителей. Денитрификация, значение процесса, условия протекания, возбудители. Азотфиксация: симбиотическая и несимбиотическая. Биохимия процесса, работа нитрогеназы. Характеристика свободноживущих и симбиотических азотфиксаторов. Жизненный цикл клубеньковых бактерий. Уникальность и значение процесса в природе. Анаэробное окисление аммония (анаммокс- процесс), особенности возбудителей.
Наследственность и изменчивость микроорганизмов
Организация генетического аппарата у прокариот, отличия от генома эукариот. Внехромосомные факторы наследственности – плазмиды.. Мутагенные факторы, мутации.
Генетические рекомбинации у прокариот: трансформация, трансдукция, коньюгация, характеристика и особенности каждого процесса. Половой фактор у бактерий, основные этапы коньюгации. Генетические карты.
Взаимоотношения микроорганизмов (биотические взаимодействия)
Эктосимбиоз и эндосимбиоз. Различные формы взаимоотношений: симбиотические (мутуализм, кооперация, комменсализм, синтрофия, синергизм) и антибиотические (антогонизм, паразитизм, хищничество). Характеристика и примеры.
2. Перечень примерных контрольных вопросов и заданий для самостоятельной работы
-устройство микроскопа, правила микроскопирования
- типы препаратов
- морфология микроорганизмов
-виды микроскопирования (светлопольная, темнопольная, фазово-контрастная, электронная микроскопия)
- строение и функционирование дрожжевой клетки
- типы питания эукариот (автотрофы и гетеротрофы)
- основные признаки растений и животных
- действие температуры и влажности на микроорганизмы
- действие рН среды на бактерии
- действие УФ-лучей, мутации
- антибиотики, механизмы действия, области применения
- хемостатное и турбидостатное культивирование
- химический состав клеток
- потребности в химических элементах
- пути расщепления гексоз (гликолиз, пентозофосфатный путь)
- дыхание, основные этапы, энергетический выход
- цикл трикарбоновых кислот
- катаболизм и анаболизм, их взаимосвязь
- конструктивный обмен (синтез углеводов, аминокислот, нуклеиновых кислот, липидов)
- биохимия азотфиксации
- мутагенные факторы, мутации
- взаимоотношения микроорганизмов с растениями и животными
- питательные среды, их классификации
- методы стерилизации
3. Примерный перечень вопросов к экзамену по всему курсу
- царства живых организмов
- строение прокариотической клетки
- морфология микроорганизмов
- виды спорообразования, типы жгутикования
- строение и размножение актиномицетов
- строение клеточной стенки бактерий
- систематика прокариот, характеристика представителей отделов
- действие внешних факторов на микроорганизмы: температура, влажность, рН среды, кислород, свет, осмотическое и гидростатическое давление, ультразвук
- рост и размножение бактерий
- методы культивирования микроорганизмов (периодическое и непрерывное)
- пищевые потребности микроорганизмов
- типы питания прокариот
- энергетический обмен, катаболизм глюкозы
- брожения, их химизм и возбудители
- дыхание (аэробное и анаэробное)
- неполное окисление, особенности процесса
- бактериальный фотосинтез, фототрофные бактерии
- круговорот углерода, участие в нем прокариот
- цикл азота, характеристика этапов и возбудителей
- генетические рекомбинации у бактерий: трансформация, коньюгация, трансдукция
- биотические взаимодействия (типы взаимоотношений микроорганизмов в природе).
III РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСОВ КУРСА ПО ТЕМАМ И ВИДАМ РАБОТ
| № | Наименование тем и разделов | Всего часов (трудоемкость) | Аудитор. занятия (час). в т.ч. | Сам. работа | |
| Лекции | Сем. | ||||
| 1. | Открытие микромира. Царства живых организмов. Строение прокариот. | ||||
| 2. | Морфология и размеры бактерий. Спорообразование. Типы жгутикования. Актиномицеты. | ||||
| 3. | Клеточная стенка бактерий. Систематика прокариот. | ||||
| 4. | Действие внешних факторов на микроорганизмы. | ||||
| 5. | Рост и размножение у бактерий. | ||||
| 6. | Питание. | ||||
| 7. | Обмен веществ и энергии. | - | |||
| 8. | Брожения. | - | |||
| 9. | Дыхание (аэробное и анаэробное). | ||||
| Неполное окисление. | - | ||||
| Фотосинтез. | - | ||||
| Циклы углерода и азота. | |||||
| Генетические рекомбинации. | - | ||||
| Итого |
