микробиология - Белорусский государственный технологический

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
Учебно-методическое объединение высших учебных заведений
Республики Беларусь по химико-технологическому образованию
УТВЕРЖДАЮ
Первый заместитель Министра
образования Республики Беларусь
____________________А.И. Жук
____________________
Регистрационный № ТД-_____/тип.
МИКРОБИОЛОГИЯ
Типовая учебная программа для высших учебных заведений
по специальности 1-48 02 01 Биотехнология
СОГЛАСОВАНО
СОГЛАСОВАНО
Заместитель председателя Концерна
“Белбиофарм”
Начальник Управления высшего и
среднего специального образования
________________П.И. Мандрукевич
________________Ю.И. Миксюк
_________________________2009 г.
_______________________2009 г.
Председатель Учебно-методического
объединения вузов Республики
Беларусь по химико-технологическому образованию
Ректор Государственного
учреждения образования
“Республиканский институт высшей
школы”
________________М.И. Демчук
_________________И.М. Жарский
_______________________2009 г.
Эксперт-нормоконтролер
_________________________2009 г.
______________________________
_______________________2009 г.
Минск 2009 г.
СОСТАВИТЕЛЬ
Н.А. Белясова, доцент кафедры биотехнологии и биоэкологии
учреждения образования «Белорусский государственный
технологический университет», кандидат биологических наук, доцент
РЕЦЕНЗЕНТЫ:
Кафедра микробиологии Белорусского государственного университета;
Г.И. Новик, заведующая лабораторией «Коллекция микроорганизмов»
Государственного научного учреждения «Институт микробиологии»
НАН Беларуси, кандидат биологических наук
РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ В КАЧЕСТВЕ ТИПОВОЙ:
Кафедрой биотехнологии и биоэкологии учреждения образования
«Белорусский государственный технологический университет»
(протокол № 6 от 05 февраля 2009 г.);
Научно-методическим советом учреждения образования «Белорусский
государственный технологический университет»
(протокол № 4 от 19 февраля 2009 г.);
Научно-методическим советом по химическим технологиям Учебнометодического объединения высших учебных заведений Республики
Бларусь по химико-технологическому образованию
(протокол № 1 от 25 марта 2009 г.).
Ответственный за выпуск: Н.А. Белясова
2
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Дисциплина «Микробиология» относится к обязательному компоненту
цикла общепрофессиональных и специальных дисциплин в типовом учебном
плане специальности 1-48 02 01 «Биотехнология». Она преподается на третьем
курсе в системе подготовки инженеров-химиков-технологов биотехнологических
производств и служит основой для изучения ими большинства дисциплин цикла
специализаций (1-48 02 01 01 «Технология лекарственных препаратов, витаминов
и ферментов» и 1-48 02 01 02 «Технология белковых препаратов и биологически
активных веществ»), поскольку основными объектами биотехнологии являются
микроорганизмы.
«Микробиология» опирается на знания в области дисциплин, изучаемых на
втором курсе: «Основы общей биологии» (используется знание студентом
основных свойств живой материи, представление о строении клетки, уровнях
иерархии живых систем); «Органическая химия» (используются знания о
строении и свойствах органических соединений, составляющих клетки
микроорганизмов, о химических связях и механизмах химических реакций);
«Физика» (используется знание законов об агрегатном состоянии веществ и
фазовых превращениях, закономерностях квантовой оптики); «Аналитическая
химия и физико-химические методы анализа» (используется владение
спектрометрическими и титрометрическими методами анализа).
Цель дисциплины – обеспечить знание основных закономерностей
жизнедеятельности и развития микроорганизмов, их морфологических,
физиологических, культуральных и биохимических особенностей, роли в природе
и в хозяйственной деятельности человека.
Задачи лекционного курса – системное изучение основных разделов
современной микробиологии: морфологии, систематики, физиологии, биохимии,
генетики и экологии бактерий, грибов, водорослей, простейших и неклеточных
форм жизни в контексте практического использования микроорганизмов
человеком.
Задачи лабораторных занятий – овладение основами микробиологической
техники: способами выделения микроорганизмов из окружающей среды,
приемами их культивирования и хранения, определения их морфологических,
культуральных и физиолого-биохимических свойств, способами идентификации и
усовершенствования.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать:
- строение прокариотической и эукариотической клетки;
- принципы систематики микроорганизмов основных групп;
3
- основы классификации и морфологии прокариот, грибов, водорослей и
простейших, а также неклеточных форм жизни;
- физиологию микроорганизмов основных групп;
- зависимость жизнедеятельности микроорганизмов от факторов внешней
среды;
- закономерности катаболитных и анаболических процессов;
- закономерности способов запасания энергии микроорганизмами;
- роль микроорганизмов в природных экосистемах;
- основы изменчивости микроорганизсов;
- особенности морфологии, физиологии и биохимии промышленно важных
микроорганизмов;
уметь:
- работать в асептических условиях;
- осуществлять микроскопическое исследование микроорганизмов;
- составлять, готовить и стерилизовать питательные среды;
- культивировать микроорганизмы разных групп;
- производить количественный учет микроорганизмов;
- выделять микроорганизмы из окружающей среды;
- получать чистые и смешанные культуры микроорганизмов;
- идентифицировать микроорганизмы на основе фенотипических
генетических критериев;
- определять способы взаимоотношений между микроорганизмами.
и
Основными технологиями обучения являются: проблемное обучение,
рейтинговая
система
оценки
знаний,
использование
обучающеисследовательского принципа, преподавание с использованием компьютерных
программ и электронных версий учебных пособий, показ презентаций и
видеороликов в процессе чтения лекций.
Настоящая программа является типовой, определяющей общее содержание
дисциплины. Руководствуясь ею, кафедра разрабатывает учебную программу
дисциплины.
Типовой учебный план по специальности 1-48 02 01 Биотехнология
предусматривает для изучения данной дисциплины: всего часов – 224, в том числе
аудиторных – 152 часа, из них лекций – 76 часов и лабораторных занятий – 76
часов.
4
ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ДИСЦИПЛИНЫ
«Микробиология» для специальности 1-48 02 01 Биотехнология
№
темы
Название тем
Введение в дисциплину «Микробиология»
Раздел I. Морфология и систематика
микроорганизмов
Особенности организации микробных
1.1
клеток
1.2 Основы систематики микроорганизмов
1.3 Систематический обзор прокариот
1.4 Систематический обзор грибов и слизевиков
1.5 Водоросли
1.6 Простейшие
1.7 Неклеточные формы жизни
Раздел II. Физиология микроорганизмов
2.1 Питание микроорганизмов
2.2 Закономерности микробного роста
Влияние внешних факторов на рост
2.3
микроорганизмов
2.4 Основы культивирования микроорганизмов
Раздел III. Метаболизм микробной клетки
Способы запасания энергии
3.1
микроорганизмами
Деятельность хемолитотрофных бактерий:
3.2
хемосинтез
3.3 Процессы анаэробного дыхания
3.4 Процессы брожения
Раздел IV. Экология микроорганизмов
4.1 Микроорганизмы и окружающая среда
Роль микроорганизмов в биогеохимических
4.2
циклах
4.3 Популяционные взаимодействия
Раздел V. Изменчивость и эволюция
микроорганизмов
5.1 Генетические основы изменчивости
5.2 Эволюция микроорганизмов
Количество часов
5
Число аудиторных часов
Лабор.
Лекции
Всего
занятия
2
2
4
30
24
54
6
10
16
4
5
5
3
3
4
14
4
4
2
4
4
2
2
40
10
16
6
9
9
5
5
4
54
14
20
4
4
8
2
12
10
4
12
16
4
2
6
2
2
4
3
3
12
4
6
4
4
3
3
18
4
4
6
10
6
6
4
2
76
4
2
152
76
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ В ДИСЦИПЛИНУ «Микробиология»
Предмет и задачи микробиологии. Разнообразие и таксономическое
положение микроорганизмов. Роль микроорганизмов в природе и хозяйственной
деятельности человека. Место микробиологии в системе естественнонаучных
дисциплин. Разделы науки. Исторические этапы развития микробиологии.
РАЗДЕЛ I. МОРФОЛОГИЯ И СИСТЕМАТИКА МИКРООРГАНИЗМОВ
1.1. Особенности организации микробных клеток
Структура эукариотической и прокариотической клетки в сравнительном
аспекте: особенности организации аппарата наследственности, сети цитомембран,
одиночных органелл, включений, клеточных стенок, органов движения. Споры,
слизистые слои клеток разных микроорганизмов. Функции клеток, органелл,
включений, органов движения и других клеточных структур.
1.2. Основы систематики микроорганизмов
Принципы, задачи и разделы систематики: таксономия, классификация,
номенклатура.
Идентификация
микроорганизмов.
Фенетические
и
филогенетические системы классификации. Характеристика и использование
генетических, фенотипических, серологических критериев систематики
микроорганизмов. Иерархическая структура систем классификации. Современная
классификация клеточных организмов и положение микроорганизмов в ней.
Генеалогическое древо клеточных организмов.
1.3. Систематический обзор прокариот
Особенности систематики прокариот, знакомство с Руководством по
систематической бактериологии Берджи и Определителем бактерий Берджи.
Морфология клеток прокариот. Характеристика способов размножения
прокариот. Характеристика основных групп прокариот согласно Определителю
бактерий Берджи (грамотрицательные и грамположительные эубактерии,
молликуты, архебактерии) и в соответствии с филогенетической классификацией
(структура филогенетических ветвей). Систематический обзор биотехнологически
важных видов бактерий.
1.4. Систематический обзор грибов и слизевиков
Особенности организации и систематики грибов. Физиология грибов:
способы питания грибов, рост мицелиальных грибов, способы бесполого и
полового
размножения
грибов.
Характеристика
псевдомицетов:
гифохитриомицеты, оомицеты. Характеристика эумицетов: низшие грибы
(хитридиомицеты, зигомицеты, гломеромицеты), высшие грибы (аскомицеты,
базидиомицеты, несовершенные грибы). Особенности морфологии и физиологии
6
дрожжей, систематический обзор дрожжей, использующихся в биотехнологии.
Слизевики: лабиринтуломицеты, клеточные и плазмодиальные слизевики.
1.5. Водоросли
Отличительные особенности организации водорослей, их систематическое
положение. Физиология и биохимия водорослей. Классификация царства
хромистов, положение водорослей в нем. Характеристика водорослей,
относящихся к царствам хромистов и протистов. Роль водорослей в
биотехнологии и окружающей среде.
1.6. Простейшие
Отличительные особенности организации простейших, их систематическое
положение. Физиология, биохимия простейших. Классификация царства
протистов и положение простейших в нем. Характеристика основных типов
простейших: альвеоляты, фораминиферы, ризоподы, полимастиготы, эвгленозои.
Роль простейших в окружающей среде и биотехнологии.
1.7. Неклеточные формы жизни
Особенности организации вирусов, их отличия от клеточных организмов.
Строение вирионов: типы симметрии капсидов, сложные и простые вирусы.
Особенности номенклатуры и классификации вирусов. Характеристика типов
взаимодействия вирусов с представителями разных царств клеточных организмов.
Циклы развития умеренных и вирулентных вирусов. Участие вирусов в
онкогенезе. Роль вирусов в биотехнологических производствах и в окружающей
среде. Характеристика явления фаголизиса. Характеристика вироидов и
сателлитных РНК. Прионы или инфекционные белки.
РАЗДЕЛ II. ФИЗИОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ
2.1. Питание микроорганизмов
Химический состав микробной клетки. Питательные вещества: источники
биогенных элементов для микроорганизмов разных групп; иинеральные
элементы; факторы роста. Типы питания микроорганизмов: отношение к
источникам энергии, источникам углерода, донорам электронов. Характеристика
основных
групп
питания
микроорганизмов:
фотолитоавтотрофы,
фотоорганоавтотрофы,
хемолитоавтотрофы,
хемоорганогетеротрофы.
Сопоставительная характеристика разных способов поступления питательных
веществ в клетку. Питательные среды: принципы составления, предъявляемые
требования, классификация. Характеристика основных питательных сред,
используемых в лабораторной практике и в биотехнологических производствах.
2.2 Закономерности микробного роста
Рост микробной клетки: характеристика отдельных фаз. Рост микробной
популяции в статической (периодической) культуре: кривая роста, характеристика
7
фаз роста. Особенности и важность для биотехнологии логарифмической фазы
роста микробной популяции. Параметры роста клеточной популяции:
концентрация клеток, плотность суспензий, константы скорости деления и
скорости роста, время удвоения, экономический коэффициент. Способы
определения параметров роста микробных популяций.
2.3. Влияние внешних факторов на рост микроорганизмов
Понятия ингибирования роста клеток и микробоцидного действия факторов
среды на микроорганизмы. Влияние физических факторов среды на развитие
микробных популяций: температура, аэрация, доступность воды и высушивание,
электромагнитные излучения, осмотическое и гидростатическое давление,
реакция среды и др. Влияние химических факторов на развитие микроорганизмов:
дезинфектанты и антисептики, консерванты, химиотерапевтические агенты и
антибиотики. Использование перечисленных факторов человеком для
ограничения развития микроорганизмов. Характеристика методов стерилизации,
оценка эффективности стерилизации. Правила асептики.
2.4 Основы культивирования микроорганизмов
Многообразие способов культивирования микроорганизмов. Задачи
элективных методов культивирования, способы их реализации. Задачи и способы
получения чистых и смешанных культур. Методы периодического и
непрерывного культивирования, приборное оснащение и управление этими
процессами. Синхронизация клеточных культур. Особенности культивирования
микроорганизмов в аэробных и анаэробных условиях. Характеристика способов
хранения микроорганизмов.
РАЗДЕЛ III. МЕТАБОЛИЗМ МИКРОБНОЙ КЛЕТКИ
3.1. Способы запасания энергии микроорганизмами
Основные понятия о метаболизме: катаболизм и анаболизм, энергетический
и конструктивный метаболизм. Знакомство со способами запасания энергии
микроорганизмами. Закономерности дыхания, брожения, фотосинтеза. Неполные
окисления.
3.2. Деятельность хемолитотрофных бактерий: хемосинтез
Открытие и общая характеристика процесса хемосинтеза. Понятие
укороченной дыхательной цепи. Окисление водорода, водородные бактерии.
Окисление аммиака и нитрита, нитрифицирующие бактерии. Окисление
соединений серы, тионовые бактерии. Окисление ионов металлов,
железобактерии. Роль хемосинтезирующих бактерий в природе и в хозяйственной
деятельности человека.
3.3. Процессы анаэробного дыхания
8
Особенности
анаэробного
дыхания.
«Нитратное»
дыхание,
нитратредуцирующие бактерии. «Сульфатное» дыхание, сульфатредуцирующие
бактерии, анаэробная коррозия железа. «Серное» дыхание. «Карбонатное»
дыхание, метаногенные бактерии, получение биогаза. «Карбонатное дыхание» в
клетках ацетогенных бактерий. «Фумаратное» дыхание, сукциногенные бактерии.
Транспорт в клетку и вос-становление ионов железа. Роль перечисленных
микроорганизмов в природе и хозяйственной деятельности человека.
3.4. Процессы брожения
Разнообразие процессов брожения. Спиртовое брожение: химизм,
сопоставительная характеристика бактериальных и дрожжевых продуцентов
этанола, направления совершенствования продуцентов. Молочнокислое
брожение: химизм, характеристика возбудителей, явление фаголизиса на
молочных комбинатах, использование молочнокислых бактерий в качестве
пробиотиков. Химизм и значение для народного хозяйства пропионовокислого,
муравьинокислого, маслянокислого и ацетонобутилового брожения. Особенности
сбраживания аминокислот.
РАЗДЕЛ IV. ЭКОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ
4.1. Микроорганизмы и окружающая среда
Роль микроорганизмов в природных экосистемах. Состав и характеристика
водных и почвенных экосистем, деятельность микроорганизмов в них.
Экстремальные места обитания микроорганизмов. Продуценты и редуценты.
Микробиота воздуха.
4.2. Роль микроорганизмов в биогеохимических циклах
Понятие биогеохимических циклов. Роль микроорганизмов в глобальном
круговороте веществ. Круговорот углерода: первичные продуценты,
биодеградация, минерализация. Круговорот азота: азотфиксация, аммонификация,
нитрификация, денитрификация. Круговорот серы, кислорода, фосфора, железа,
тяжелых металлов. Участие микроорганизмов в парниковом эффекте и
глобальном изменении климата.
4.3. Популяционные взаимодействия
Типы популяционных взаимодействий. Взаимодействие микроорганизмов
друг с другом: нейтрализм, комменсализм, мутуализм, конкуренция, антагонизм,
паразитизм, хищничество. Взаимодействие микроорганизмов с растениями:
эпифитные, симбиотические, фитопатогенные микроорганизмы. Взаимодействие
микроорганизмов с животными и человеком: симбиоз, патогенез, хищничество.
Специфические и неспецифические защитные механизмы человека. Понятие об
иммунитете. Иммунные сыворотки, вакцины.
9
РАЗДЕЛ V. ИЗМЕНЧИВОСТЬ И ЭВОЛЮЦИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ
5.1. Генетические основы изменчивости
Понятия «вертикальной» и «горизонтальной» эволюции. Понятия о
структуре и функциях наследственного аппарата микроорганизмов. Мутации, их
вклад в изменчивость. Горизонтальный перенос генов (трансформация,
трансдукция, конъюгация бактерий, слияние протопластов, половой процесс
эукариот) и рекомбинация. Достижения технологии рекомбинантных ДНК.
5.2. Эволюция микроорганизмов
Подходы к изучению истории Жизни на Земле. Эволюция прокариот.
Эволюция эукариот. Происхождение вирусов.
Основные направления развития современной микробиологии.
ПРЕЧЕНЬ РЕКОМЕНДУЕМЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Световая микроскопия. Ознакомление с устройством светового
микроскопа, типами световой микроскопии, порядком работы со световыми
микроскопами.
2. Электронная микроскопия. Ознакомление устройством и принципом
работы трансмиссионного и сканирующего электронного микроскопа.
3. Техника приготовления препаратов микроорганизмов для световой и
электронной микроскопии.
4. Техника окраски клеток. Выявление клеточных структур.
5. Определение размеров клеток микроорганизмов.
6. Изучение подвижности микроорганизмов.
7. Изучение способов приготовления питательных сред.
8. Изучение способов стерилизации разных объектов.
9. Техника посева микроорганизмов в жидкие и на плотные питательные
среды различными способами.
10. Изучение основных методов культивирования микроорганизмов.
11. Прямой подсчет клеток с помощью приемов световой микроскопии.
12. Определение концентрации жизнеспособных клеток микроорганизмов
методом высева на питательные среды.
13. Определение титра суспензий по степени светорассеяния.
14. Изучение способов отбора и подготовки проб для выделения
микроорганизмов из окружающей среды.
15. Получение элективных культура различных микроорганизмов.
16. Получение чистых культур микроорганизмов разных групп.
17. Изучение культуральных признаков микроорганизмов.
18. Изучение физиолого-биохимических свойств микроорганизмов.
10
19. Определение чувствительности микроорганизмов к антимикробным
факторам физической и химической природы.
20. Исследование антагонистической активности микроорганизмов.
21. Бактериофагия: изучение способов получения лизатов (для умеренных и
вирулентных фагов).
22. Определение титра лизатов.
23. Определение спектра литического действия фага.
24. Фаготипирование бактерий.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Белясова, Н.А. Микробиология: учеб. пособие для студентов
специальностей «Биотехнология» и «Биоэкология» /Н.А. Белясова. – Мн.: БГТУ,
2005. - 292 с.
2. Белясова, Н.А. Микробиология. Лабораторный практикум: учеб. пособие
для студентов специальностей «Биотехнология», «Биоэкология», «Биология» /
Н.А. Белясова. – Мн.: БГТУ, 2007. - 160 с.
3. Шлегель, Г. Общая микробиология. / Г.Шлегель. – М.: Мир, 1987. 567 с.
4. Методы общей бактериологии: В 3 т. / Под ред. Ф. Герхардта и соавт. –
М.: Мир, 1983-1984. – Т.1 – 536 с.; Т. 2. – 472 с.; Т. 3. – 264 с.
5. Стейниер Р. Мир микробов / Р. Стейниер, Э. Эдельберг, Дж. Ингрем. –
В 3-х т. – М.: Мир, 1979. – Т. 1 – 320 с.; Т. 2. – 334 с.; Т. 3. – 486 с.
Дополнительная
1. Atlas R. M. Principles of Microbiology. – Mosby-Year Book, Inc., 1995. –
888 с.
2. Елинов Н.П. Химическая микробиология / Н.П. Елинов. – М.: Высш. шк.,
1989. – 448 с.
3. Воробьева Л.И. Промышленная микробиология / Л.И. Воробьева. – М.:
Изд-во МГУ, 1989. – 294 с.
4. Бери Д. Биология дрожжей / Д. Бери. – М.: Мир, 1985. – 96 с.
5. Квасников Е. И. Дрожжи. Биология. Пути использования / Е.И.
Квасников, И.Ф. Щелокова. – Киев: Навук. думка, 1991. – 328 с.
6. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред.
Д. Г. Звягинцева. – М.: Изд-во МГУ, 1991. – 303 с.
7. Рыбальсий Н. Г. Биотехнологический потенциал консорциумов
микроорганизмов в народном хозяйстве / Н.Г. Рыбальский, С.П. Лях. – М.:
ВНИИПИ, 1990. – 200 с.
11
Учебное издание
МИКРОБИОЛОГИЯ
Типовая учебная программа для высших учебных заведений
по специальности 1-48 02 01 Биотехнология
Составитель
Белясова Наталья Александровна
Ответственный за выпуск Н.А. Белясова
Подписано в печать
Формат 60841/16.
Бумага офсетная. Гарнитура Таймс. Печать офсетная.
Усл. печ. л 0,7. Уч.-изд. л. 0,5
Тираж 15 экз. Заказ
Учреждение образования
«Белорусский государственный технологический университет».
220006. Минск, Свердлова, 13а.
ЛИ № 02330/-133255 от 30.04.2004.
Отпечатано в лаборатории полиграфии учреждения образования
«Белорусский государственный технологический университет».
220006. Минск, Свердлова, 13а.
ЛИ № 02330/-133255 от 30.04.2004.
12