Природознавча микра. методичка
.pdfМІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ
ЗАТВЕРДЖУЮ
Ректор__________________С.В. Іванов
(Підпис)
«_____»__________________2013 р.
ПРИРОДОЗНАВЧА МІКРОБІОЛОГІЯ
МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ до вивчення дисципліни та виконання контрольної роботи
для студентів спеціальностей 8.05140101 «Промислова біотехнологія» і 8.05140103 «Фармацевтична біотехнологія» заочної форми навчання
Всі цитати, цифровий та фактичний |
СХВАЛЕНО |
матеріал, бібліографічні відомості |
на засіданні кафедри біотехнології і |
перевірені. Написання одиниць |
мікробіології |
відповідає стандартам |
Протокол № 7 |
Підпис(и) |
від 28 листопада 2013 р. |
|
|
автора(ів)________________ |
|
«____» ______________ 2013 р. |
|
Реєстраційний номер електронних методичних рекомендацій у НМВ
69.31-26.02.2014
КИЇВ НУХТ 2013
|
|
|
|
2 |
Природознавча |
мікробіологія: |
[Електронний |
ресурс]: |
метод. |
рекомендації до вивч. дисципліни та виконання контр. роботи для |
студ. |
||||
спеціальностей |
8.05140101 |
«Промислова |
біотехнологія» і |
8.05140103 |
|
«Фармацевтична |
біотехнологія» заоч. форми |
навч. / уклад. Т.П. |
Пирог, |
А.Д. |
|
Конон. – К. :НУХТ, 2013. – 15 с. |
|
|
|
||
Рецензент О.В. Карпов, |
д-р біол. наук |
|
|
|
|
Укладачі: Т.П. Пирог, д-р біол. наук
А.Д. Конон
Відповідальний за випуск Т.П. Пирог, д-р біол. наук, проф.
Подано в авторській редакції.
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ |
|
|
|
|||
Програма |
вивчення |
навчальної |
дисципліни«Природознавча |
|||||
мікробіологія» |
складена |
відповідно |
до |
освітньо-професійної |
програм |
|||
підготовки магістрів спеціальностей 8.05140101 «Промислова біотехнологія» і |
||||||||
8.05140103 «Фармацевтична біотехнологія». |
|
|
|
|
|
|||
Предметом вивчення навчальної дисципліни є мікробна |
спільнота як |
|||||||
діюча операційна одиниця у ландшафті, її структура і закономірності |
||||||||
функціонування, |
а |
також |
біогеохімічні |
цикли, пов’язані |
з |
мікробною |
||
спільнотою системним підходом. |
|
|
|
|
|
|||
Міждисциплінарні зв’язки: дана |
дисципліна спирається |
на |
знання, |
|||||
здобуті студентами при вивченні біології клітин, загальної мікробіології та |
||||||||
вірусології, загальної |
біотехнології, генетики, |
технологічних |
|
дисциплін. |
||||
Подальше застосування одержаних знань та навичок необхідне для майбутньої виробничо-практичної та науково-дослідної роботи у галузі біотехнології.
1.1. Мета та завдання навчальної дисципліни
1.1.1.Метою викладання навчальної дисципліни«Природознавча мікробіологія» є вивчення кооперативної мікробної спільноти, що взаємодіє з середовищем існування на основі трофічних зв’язків, фізичної кооперації і регуляторної взаємодії і подальше застосування цих знань для розробки і вдосконалення технологій мікробного синтезу, а також формування у магістрів природоохоронного й екологічного світогляду
1.1.2.Основними завданнями вивчення дисципліни«Природознавча мікробіологія» є засвоєння студентами знань про структуру і закономірності
функціонування мікробної спільноти і використання одержаних |
знань та |
навичок у майбутній професійній діяльності |
|
1.1.3. Згідно з вимогами освітньо-професійної програми |
студенти |
повинні: |
|
знати: основні положення природознавчої та екологічної мікробіології,
принципи функціонування |
прокаріотної клітини як |
системи, принципи |
функціонування мікробної |
спільноти як єдиного організму(кооперативні |
|
4
зв’язки, конкуренція у спільноті, загальна схема трофічних зв’язків у спільноті,
універсальність трофічних взаємовідносин), організацію мікробних спільнот
(метаногенна, сульфідогенна, аноксигенна фототрофна, аеробна спільноти,
бактеріальний окисний фільтр, філогенетичні зв’язки у спільноті, основні
положення метагеномного аналізу довкілля
вміти: складати схему трофічних взаємовідносин у мікробній спільноті,
аналізувати трофічну структуру мікробної спільноти з продукт-субстратною
взаємодією як основним принципом організ, аціїналізувати взаємодію мікробної спільноти у складі ландшафту з біосферою та геосферою
мати навички: прогнозування ефективності технологій мікробного
синтезу на основі принципових положень екологічної та природознавчо мікробіології, вдосконалення мікробних біотехнологій з точки зору аутекології
Роль у підготовці майбутніх фахівців. Опанування дисципліни
«Природознавча мікробіологія» дасть змогу майбутнім магістрам об’єднати
теоретичні висновки фундаментальних дисциплін з питаннями біотехнології та практичним вирішенням виробничих і наукових , задачрозкрити шляхи
удосконалення |
існуючих |
біотехнологій(насамперед, природоохоронних), |
|||
акцентувати |
увагу |
на |
комплексному |
використанні |
матеріальних |
енергетичних |
ресурсів, |
створенні безвідходних |
технологій |
та збереженні |
|
навколишнього середовища. Практичні заняття побудовані таким чином, щоб
студенти мали змогу опанувати принципи системного підходу до вивчення мікробної спільноти як єдиного організму, аналізувати трофічні зв’язки у мікробній спільноті як функціональній цілісності і виявляти можливі шляхи інтенсифікації технологій мікробного синтезу, що базуються на використанні конкретних фізіологічних груп мікроорганізмів та їхніх асоціацій. Отримані знання необхідні для успішної практичної діяльності майбутніх магістрів в наукових установах та підприємствах біотехнологічної галузі.
Вимоги |
до |
навчальної |
підготовки |
студентів. Для |
успішного |
|
|||
опанування даної дисципліни студентам необхідно мати знання з біологічних, |
|
||||||||
хімічних, технологічних |
та |
інженерних |
дисциплін, навички |
роботи |
з |
||||
5
комп’ютерними програмами Word, Excel, PowerPoint для обробки даних за допомогою текстових та графічних редакторів; знати принципи роботи пошукових програм в мережіInternet, мати базовий рівень знання іноземної мови.
Опис навчальної дисципліни наведено у таблиці.
Опис навчальної дисципліни «Природознавча мікробіологія»
|
Галузь знань, |
Характеристика навчальної |
||||
|
напрям |
|
|
дисципліни |
|
|
Найменування |
підготовки, |
|
|
|
|
|
денна |
|
заочна |
|
заочна |
||
показників |
освітньо- |
|
|
скорочена |
||
|
кваліфікаційний |
форма |
|
форма |
|
форма |
|
рівень |
навчання |
|
навчання |
|
навчання |
Кількість кредитів – |
Галузь знань |
|
|
Варіативна |
|
|
3 |
0514 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
Модулів – 1 |
«Біотехнологія» |
|
Рік підготовки: |
|||
|
|
|
|
|
|
|
Змістових модулів – |
Спеціальність |
1-й |
|
1-й |
|
− |
2 |
|
|
||||
8.05140101 |
|
|
|
|
|
|
Індивідуальне |
|
|
|
|
|
|
«Промислова |
|
|
|
|
|
|
завдання – |
|
|
Семестр |
|
||
біотехнологія», |
|
|
|
|||
контрольна робота |
|
|
|
|||
8.05140103 |
|
|
|
|
|
|
(заочна форма) |
|
|
|
|
|
|
«Фармацевтична |
|
|
|
|
|
|
Загальна кількість |
1-й |
|
1-й |
|
− |
|
біотехнологія» |
|
|
||||
годин – 108 |
|
|
Лекції |
|
||
|
|
|
|
|||
|
|
32 год |
|
4 год |
|
− |
|
|
Практичні, семінарські |
||||
Тижневих годин для |
|
16 год |
|
– |
|
− |
Освітньо- |
|
|
Лабораторні |
|
||
денної форми |
|
|
|
|
||
− |
|
− |
|
− |
||
навчання: |
кваліфікаційний |
|
|
|
||
Самостійна робота |
||||||
аудиторних – 3 |
рівень: |
|
|
|
|
|
60 год |
|
84 год |
|
− |
||
самостійної роботи |
«магістр» |
|
|
|
|
|
|
|
ІЗ |
|
|||
студента – 3,75 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
− |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Вид контролю: екзамен |
||||
|
|
|
|
|
|
|
6
2. ПРОГРАМА НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ
|
|
|
|
МОДУЛЬ 1 |
|
|
|
|
|
|
ЗМІСТОВИЙ |
МОДУЛЬ 1. |
Загальні |
принципи |
|
організації |
і |
||
функціонування мікробної спільноти |
|
|
|
|
|||||
|
Тема |
1. |
Область природознавчої мікробіології. Системний аналіз і |
|
|||||
біологія. Зв’язок природознавчої мікробіології із загальною мікробіологією та |
|
||||||||
іншими біологічними науками. Екосистема. Географічне середовище. Система |
|
||||||||
біогеохімічних циклів. Прокаріотна клітина як система [1, с. 3−23]. |
|
|
|||||||
|
Тема 2. |
Екофізіологічні групи організмів. Фізіологічні |
групи за |
|
|||||
фізичними і фізико-хімічними факторами середовища існування(температура, |
|
||||||||
кислотність |
і |
лужність, окисно-відновні умови та відношення до кисню, |
|||||||
солоність), фізіологічні групи організмів за місцем існування, групи організмів |
|
||||||||
за використовуваними субстратами (концентрація субстрату, гази, тверда фаза) |
|
||||||||
[1, с. 23−30; 2, с. 168−184]. |
|
|
|
|
|
||||
|
Тема 3. Трофічна структура мікробної спільноти. Мікробна спільнота |
|
|||||||
як система. Кооперативні взаємодії (загальна схема трофічних взаємовідносин у |
|
||||||||
спільноті, |
первинна |
продукція, |
деструкція, |
взаємодія |
гідролітиків |
і |
|||
дисипотрофів, |
первинні і вторинні анаероби, міжвидове перенесення водню і |
|
|||||||
синтрофія, ацетатний шлях і ацетогенез, фізична кооперація у спільноті- |
|
||||||||
фізична взаємодія у біоплівці; правило мінімальної дифузійної відстані; |
|
||||||||
мікрозональний розвиток мікроорганізмів; роль глікокаліксу для кооперації |
|
||||||||
організмів) [1, с. 31−68]. |
|
|
|
|
|
|
|||
|
ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 2. Характеристика мікробних спільнот |
|
|||||||
|
Тема 1. |
Конкуренція у спільноті. Конкуренція за екологічну нішу і |
|
||||||
кінетика росту. Життєві стратегії. |
Конкуренція між групами |
у спільноті. |
|
||||||
Оліготрофія: життя в розбавлених, бідних на поживні речовини середовищах. |
|
||||||||
Фізіологічний стан гетеротрофних клітин в умовах обмежених концентрацій |
|
||||||||
джерела вуглецю/енергії. Змішані субстрати та їх переваги. Базові стратегії |
|
||||||||
росту |
на |
|
суміші |
субстратів. Поліпшення |
кінетичних |
характеристик |
і |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
конкурентна |
|
перевага. Набуття |
метаболічної |
та |
фізіологічної |
пластичності |
|
|||||||||
(гнучкості) [1, с. 68−87]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Тема 2. |
Мікробні спільноти як система. Метаногенна |
спільнота, |
|
|||||||||||||
сульфідогенна спільнота, аноксигенна фототрофна спільнота, бактеріальний |
|
|||||||||||||||
окисний фільтр і газотрофи, водневі бактерії, |
карбоксидобактерії, |
леткі |
|
|||||||||||||
вуглеводні |
|
та |
окисний |
бактеріальний |
, фільтрпарниковий |
ефект |
і |
|||||||||
мікроорганізми, |
потенційно |
|
можливі |
способи |
зниження |
концентрац |
||||||||||
вуглекислого газу в атмосфері(захоронення вуглекислого газу, підвищення |
|
|||||||||||||||
ефективності використання органічного палива, безвуглекислотна енергетика, |
|
|||||||||||||||
сонячна енергетика і енергетичне використання біомаси аеробна спільнота, |
||||||||||||||||
універсальність трофічних зв’язків |
у |
спільноті, спільнота |
і |
філогенія[1, с. |
|
|||||||||||
88−119]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тема 3. |
Метагеномний |
аналіз |
довкілля. |
Геноміка |
і |
метагеноміка. |
|
|||||||||
Системна |
біологія (бази |
даних). |
Синтетична |
|
біологія. |
Етапи |
розвитку |
|
||||||||
метагеномних |
|
досліджень. |
Метагеномні |
проекти |
на |
|
основі“shotgun”- |
|
||||||||
сиквенування мікробних спільнот. Пошук генів у довкіллі для біотехнологічної |
|
|||||||||||||||
і фармацевтичної галузі [1, с. 119−127]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
3. ЗАПИТАННЯ ДЛЯ ПІДГОТОВКИ ДО ЕКЗАМЕНУ
1. Чому |
загальна |
мікробіологія |
є |
базовою |
дисципліною |
природознавців? |
|
|
|
|
|
2.Охарактеризуйте складові екосистеми.
3.Як функціонує система біогеохімічних циклів?
4.Як відбувалася еволюція прокаріот?
5.Що таке «альтернативне життя»?
6.Які властивості притаманні системі?
7.Охарактеризуйте прокаріотну клітину як систему.
8.Які еко-фізіологічні групи організмів Ви знаєте?
9.Як класифікуються мікроорганізми за фізичними і фізико-хімічними параметрами існування?
10.Які обмеження характерні для розвитку аеробних організмів і чому?
11.На які групи поділяються організми за місцем існування?
12.Як поділяються мікроорганізми залежно від концентрації субстрату?
8
13.Які організми називаються політрофами і дисипотрофами? Наведіть приклади.
14.Які мікроорганізми належать до газотрофів?
15.За допомогою яких організмів здійснюється розчинення твердої полімерної органічної речовини?
16.Чому саме трофічні зв’язки є основними у мікробній спільноті?
17.Як зв’язані між собою мікроорганізми, які взаємодіють у спільноті?
Як Ви розумієте взаємодію шляхом конкуренції чи кооперації?
18. Охарактеризуйте можливі варіанти кооперативних взаємодій у спільноті (шляхи метаболізму субстрату S у продукт p).
19.Як може бути представлена узагальнена схема трофічних зв’язків у спільноті?
20.Охарактеризуйте мікробну спільноту з енергетичної точки зору.
21.Як відбувається утворення первинної продукції у спільноті?
22.Чим обмежена діяльність первинних продуцентів(оксигенних фотоавтотрофів) ?
23.Що таке деструкція? Яка роль мікроорганізмів у процесах деструкції?
24. |
Охарактеризуйте |
основні |
початкові |
етапи |
декстру. Якції |
||
спеціалізовані групи організмів їх здійснюють? |
|
|
|
||||
25. |
На чому базується взаємодія гідролітиків і дисипотрофів? Поясніть на |
||||||
прикладі |
розкладання |
|
целюлози |
анаеробними |
терм |
||
целюлозолітичними організмами. |
|
|
|
|
|
||
26. |
Які групи мікроорганізмів об’єднують |
угруповання |
первинних |
||||
анаеробів? |
|
|
|
|
|
|
|
27. |
Які групи мікроорганізмів об’єднують |
угруповання |
вторинних |
||||
анаеробів? |
|
|
|
|
|
|
|
28. |
Якою є послідовність |
розвитку |
вторинних |
анаеробів |
у |
спільноті і |
|
чому? |
|
|
|
|
|
|
|
29.У чому полягає суть продукт-субстратної взаємодії у мікробній спільноті? Поясніть на прикладі взаємодії між первинними і вторинними анаеробами.
30.Що таке катаболітна синтрофія?
31.Які концентрації субстратів називаються пороговими?
32.Чому порогові концентрації зумовлені енергетикою реакції?
33. Чи |
можуть |
інші, крім |
водню, речовини |
бути |
об’єктами |
термодинамічно вигідного міжвидового перенесення?
34.Як відбувається фізична взаємодія у планктоні?
35.Як відбувається фізична взаємодія у біоплівці? Які функції виконує дифузійно-граничний шар?
9
36.На прикладі речовин А і Б охарактеризуйте рівноважну систему у донних осадах.
37.Що таке «градієнтні культури»? Як їх вирощують у лабораторії? Розкажіть на прикладі бактерій роду Beggiatoa.
38.У чому полягає суть правила мінімальної дифузійної відстані?
39.Охарактеризуйте концепцію мікрозонального розвитку організмів.
40.Які переваги забезпечує мікроорганізмам прикріплення до поверхонь?
41.Як утворюється біоплівка?
42.Які типи конкурентних відносин у спільноті Ви знаєте?
43.Як залежить міжвидова конкуренція від кінетики росту організмів?
44.У чому полягає суть «правила перехресних кривих»?
45.Які обмеження виключають абсолютизацію«правила перехресних
кривих»?
46.Як поділяються організми за стратегіями росту?
47.Як відбувається конкуренція між групами організмів у спільноті? За якими показниками її можна охарактеризувати?
48.Як відбувається конкуренція між метаногенами і сульфідогенами?
49.Як відбувається конкуренція між сульфатредукторами і синтрофами,
які використовують ЛЖК?
50.Як конкурують між собою у спільноті гідрогенотрофні метаногени і гомоацетатні бактерії?
51.Які можуть бути варіанти використання суміші субстр мікроорганізмами?
52.Як змінюється кінетика поглинання моносубстратів з їх суміші?
53.Як впливає здатність до споживання суміші субстратів на їх порогові концентрації?
54.Які механізми забезпечують гнучкість метаболізмуу бактерій, здатних до асиміляції суміші субстратів?
55.Як відбувається конкуренція за ацетат і тіосульфат між тіобацилами і спірилами у трьохкомпонентній хемостатній культурі?
56. Які функціональні групи організмів входять до метаногенн спільноти?
57.Яка роль відводиться гомоацетатному шунту у функціонуванні метаногенної спільноти?
58.Які функціональні групи організмів входять до сульфідогенної спільноти?
59.Яку роль відіграють сульфатредуктори у сульфідогенній спільноті?
60.Як впливають продукти життєдіяльності сульфатредукторів на функціонування мікробної спільноти?
10
61.Які фактори обмежують функціонування сульфідогенної спільноти?
62.Охарактеризуйте особливості функціонування «неконкурентного С1-
шляху».
63.Як відбувається взаємодія організмів у аноксигенній фототрофній спільноті?
64.Які мікроорганізми входять до бактеріального окисного фільтра?
65.Які гази асимілюються аеробною спільнотою бактеріального окисного
фільтра?
66.Охарактеризуйте фізіологічні особливості водневих бактерій.
67.Які особливості притаманні карбоксидобактеріям?
68.Що таке «газове дихання Землі»? Чим воно зумовлене?
69.Охарактеризуйте метан біогенного і абіогенного походження.
70.Які мікроорганізми приурочені до нафтоносних районів?
71.Чим зумовлений радіаційний баланс атмосфери?
72.Що таке «парниковий ефект»?
73.Які гази належать до парникових? Яка роль мікроорганізмів у їх утворенні?
74. Охарактеризуйте шляхи зниження емісії вуглекислого газу атмосферу.
75.Яка енергетика називається альтернативною?
76.Які мікроорганізми формують аеробну спільноту?
77. Як забезпечується метаболізм оксигенних фотоавтотрофів з відсутності світла?
78.Як здійснюється захист членів аеробної спільноти від гіпероксії?
79.У чому полягає універсальність трофічних відносин у спільноті?
80.Що таке геноміка?
81.Чим відрізняється функціональна геноміка від структурної?
82.Як Ви розумієте понят«транскриптомікая», «протеоміка», «метаболоміка» ?
83.Що таке постгеноміка?
84.Що вивчає метагеноміка?
85.Що таке метагеном?
86.З якою метою створюються бази даних системної біології?
87.Що включають бази даних системної біології?
88.Як Ви розумієте поняття «синтетична біологія»?
89.Охарактеризуйте досягнення сучасної синтетичної біології.
90.Охарактеризуйте основні етапи метагеномних досліджень.
91.Які метагеномні проекти дослідження мікробної спільноти Ви знаєте?
92.Які основні завдання метагеномних проектів?