1047

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

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.

3

Содержание

4.2.Рекомендации для выполнения курсовой работы……………………………………….16.

4.3Темы для курсовой работы …………………………………………………………………16

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