Тема 3. Формы взаимоотношений микроорганизмов.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
ФГБОУ ВПО
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИТ
Кафедра ботаники, биотехнологии и ландшафтной архитектуры
Колоколова Наталья Николаевна
МИКРОФЛОРА ЕСТЕСТВЕННЫХ СРЕД ОБИТАНИЯ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов направления «Биология» 020400.62
профиля ботаника;
форма обучения – очная
Тюменский государственный университет
2012
Колоколова Н.Н. Микрофлора естественных сред обитания.
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов
направления 020400.62 «Биология» профиля ботаника специализации
«Биотехнология»; форма обучения – очная. Тюмень, 2012. 13 с.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ГОС
ВПО по направлению и профилю подготовки.
Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ:
Микрофлора естественных сред обитания [электронный ресурс] / Режим
доступа: http://www.umk.utmn.ru., свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой ботаники, биотехнологии и
ландшафтной архитектуры. Утверждено проректором по учебной работе
Тюменского государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: заведующий кафедрой ботаники,
биотехнологии и ландшафтной архитектуры, доктор сельскохозяйственных
наук, профессор.
© Тюменский государственный университет, 2012.
© Колоколова Н.Н., 2012.
1. Пояснительная записка
Целью курса «Микрофлора естественных сред обитания» является
ознакомление студентов с закономерностями развития микроорганизмов в их
естественных средах обитания, в том числе в экстремальных условиях.
Основные задачи дисциплины:
- дать представление о содержании и значении важнейших групп
микроорганизмов в почве, воде, атмосфере;
- рассмотреть формы взаимоотношений микроорганизмов между собой
и другими организмами (растениями, животными, человеком).
Курс «Микрофлора естественных сред обитания» относится к
дисциплинам специализации профиля «Ботаника» (специализация
«Биотехнология») Государственного образовательного стандарта высшего
профессионального образования направления 020400.62 Биология. В
соответствии с учебным планом образовательной программы изучение
данной дисциплины предусмотрено в 8 семестре. Для успешного освоения
дисциплины студент должен обладать знаниями микробиологии, основ
общей биологии, экологии, биохимии, генетики.
В результате освоения дисциплины студенты должны:
- знать:
основные закономерности взаимоотношений микроорганизмов со
средой; особенности, принципы формирования и функционирования
микробных сообществ;
- уметь:
использовать полученные знания в практической и исследовательской
деятельности по изучению микробно-растительных взаимодействий, влияния
комплекса факторов среды на микроорганизмы с использованием
современных и классических методов микробиологии; планировать
исследование и интерпретировать результаты;
- владеть:
навыками самостоятельной исследовательской работы для изучения
микрофлоры естественных сред обитания, углубления профессиональных
знаний с помощью новых информационных и образовательных технологий,
методами использования нтернет-ресурсов и подготовки презентационного
материала.
Семестр 8. Форма промежуточной аттестации – экзамен. Общая
трудоемкость дисциплины составляет 66 часов.
2. Тематический план изучения дисциплины
Наименование темы
Лекции
Индивид. и
Итого
(кол-во
самост. работа
часов)
студента
часов
по
теме
Таблица 1.
Итого
кол-во
баллов
(кол-во часов)
Модуль 1
1
Биосфера и распространение
микроорганизмов.
1
2
3
0-4
2
Сообщество микроорганизмов.
2
2
4
0-10
3
Формы взаимоотношений
микроорганизмов.
Экофизиологические группы
микроорганизмов.
3
3
6
0-3
4
3
7
0-13
Всего
10
10
20
0-30
4
Модуль 2
5
Микрофлора воздуха.
2
3
5
0-8
6
Микрофлора водных сред
обитания.
3
4
7
0-14
7
Микрофлора почвы.
4
3
7
0-3
8
Микробно-растительные
взаимодействия.
4
4
8
0-15
Всего
13
14
27
0-40
Модуль 3
9
Взаимоотношения
микроорганизмов с животными.
2
2
4
0-3
10
Взаимоотношения
микроорганизмов с человеком.
2
2
4
0-7
11
Микрофлора нефтяных
месторождений.
2
3
5
0-11
12
Микрофлора пищевых продуктов.
3
3
6
0-9
Всего
9
10
19
0-30
Итого (часов, баллов)
32
34
66
0-100
Таблица 2.
Виды и формы оценочных средств в период текущего контроля
п. №
темы
Формы текущего контроля
коллок-
фронта-
конспект
виум
льный
по теме
собеседование
реферат
Итого
тестирование
опрос
состав-
кол-во
баллов
ление
теста по
заданной
теме
Модуль 1
1.
-
-
0-4
-
-
-
-
0-4
2.
-
0-1
0-4
0-2
-
-
0-3
0-10
3.
-
0-1
-
0-2
-
-
-
0-3
4.
0-12
0-1
-
-
-
-
Всего
0-12
0-3
0-8
0-4
-
-
0-3
0-30
0-13
Модуль 2
5.
-
0-1
0-4
-
-
-
0-3
0-8
6.
-
0-1
-
-
0-13
-
-
0-14
7.
-
0-1
-
0-2
-
-
-
0-3
8.
-
0-1
-
-
-
0-14
-
0-15
Всего
-
0-4
0-4
0-2
0-13
0-14
0-3
0-40
Модуль 3
9.
-
0-1
-
0-2
-
-
-
0-3
10.
-
0-1
0-4
0-2
-
-
-
0-7
11.
-
0-1
-
-
0-10
-
-
0-11
12.
0-9
-
-
-
-
-
0-9
Всего
0-9
0-3
0-4
0-4
0-10
-
-
0-30
Итого
0-21
0-10
0-16
0-10
0-23
0-14
0-6
0-100
Примечание: номера тем соответствуют названиям, приведенным в таблице 1.
3.
Содержание дисциплины.
Тема 1. Биосфера и распространение микроорганизмов.
Распространение микроорганизмов и природные места их обитания. Участие
микроорганизмов в циклах углерода, азота, серы и других элементов в природе.
Лимитирование
роста
и
Экстремальные
условия
развития
обитания
микроорганизмов
микроорганизмов.
экологическими
факторами.
Физиологические
группы
организмов по местообитанию.
Тема 2. Сообщество микроорганизмов.
Микробное сообщество как целостность. Природные популяции микроорганизмов.
Особенности
микроценозов.
Трофическая
структура
микробного
сообщества.
Кооперативные взаимоотношения и конкуренция в сообществе. Жизненные стратегии.
Тема 3. Формы взаимоотношений микроорганизмов.
Типы симбиоза: экзо- и эндосимбиоз; метабиоз, мутуализм, комменсализм,
паразитизм, антагонизм; факультативные и облигатные симбионты. Функции симбиоза.
Эволюция симбиоза. Симбиотические ассоциации микроорганизмов. Взаимоотношения
микроорганизмов и макроорганизмов. Патогенные микроорганизмы.
Тема 4. Экофизиологические группы микроорганизмов.
Влияние факторов внешней среды на развитие микроорганизмов: температура,
кислотность и щелочность, окислительно-восстановительные условия и отношение к
кислороду, соленость, излучения, гидростатическое давление, магнитные поля и др.
Термофильные микроорганизмы и природа их термоустойчивости. Естественные среды
обитания психрофильных и психроактивных микроорганизмов; механизмы адаптации.
Распространение галофильных бактерий, способы осморегуляции.
Тема 5. Микрофлора воздуха.
Роль микроорганизмов в формировании кислородной атмосферы.и в круговороте
газов в природе (фототрофные бактерии, карбоксидобактерии, водородные бактерии и др.)
Микроорганизмы как аэрозольное загрязнение атмосферы. Определение численности
микроорганизмов в воздухе.
Тема 6. Микрофлора водных сред обитания.
Значение микроорганизмов в первичной продукции водоемов и минерализации
органических
веществ.
Основные
физиологические
группы
микроорганизмов,
участвующих в превращениях веществ в водоемах и круговорот биогенных элементов.
Микроценозы пресных водоемов. Классификация озер по трофии. Микрофлора болот.
Микробиологические основы очистки сточных вод. Санитарно-микробиологический
контроль качества воды.
Тема 7. Микрофлора почвы.
Роль микроорганизмов в почвообразовательных процессах и в плодородии почв.
Микроценозы почвы. Зимогенная и автохтонная микрофлора. Структура микробного
ценоза почвы. Распределение микроорганизмов в почве. Деградация органического
вещества в почве (разложение целлюлозы, лигнина и др.). Азотфиксация и проблема
плодородия
почвы.
Свободноживущие
и
симбиотические
азотфиксирующие
микроорганизмы. Выживаемость патогенных микроорганизмов в почве.
Тема 8. Микробно-растительные взаимодействия.
Микробно-растительные взаимодействия в ризосфере и ризоплане. Микориза.
Клубеньковые бактерии и бобовые растения. Эпифитная микрофлора, ее состав и
значение. Фитопатогенные микроорганизмы.
Тема 9. Взаимоотношения микроорганизмов с животными.
Симбионты простейших, членистоногих, червей. Симбиозы светящихся бактерий.
Микрофлора рубца жвачных животных. Безмикробные (гнотобиотические) животные.
Тема 10. Взаимоотношения микроорганизмов с человеком .
Нормальная микрофлора организма человека и ее роль. Дисбактериоз. Патогенные
микроорганизмы – возбудители инфекционных болезней человека.
Тема 11. Микрофлора нефтяных месторождений.
Распространение
Распределение
встречающихся
бактерий
в
и
роль
в
микроорганизмов
пластах.
глубинных
водах
Экология
и
и
породах.
в
нефтяных
физиология
месторождениях.
микроорганизмов,
Использование
углеводородов
микроорганизмами в искусственно заводненных нефтяных пластах и в лабораторных
экспериментах.
Тема 12. Микрофлора пищевых продуктов.
Микрофлора мяса, мясных продуктов и рыбы. Микрофлора молока
молочнокислых
продуктов.
продуктов.
Санитарно-бактериологические
исследования
и
пищевых
4. Планирование самостоятельной работы студентов
Таблица 4.
№
Модули и темы
Виды СРС
обязательные
дополнительные
Неделя
семестра
Объем
часов
Кол-во
баллов
Чтение
обязательной и
дополнительной
литературы
Чтение
обязательной и
дополнительной
литературы
1
2
0-4
1
2
0-10
Подготовка к
коллоквиуму
2
3
0-3
Чтение
обязательной и
дополнительной
литературы
2
3
0-13
10
0-30
3
3
0-8
3
4
0-14
4
3
0-3
5
4
0-15
14
0-40
Модуль 1
1.
Биосфера и распространение
микроорганизмов.
2.
Сообщество
микроорганизмов.
3.
Формы взаимоотношений
микроорганизмов.
4.
Экофизиологические группы
микроорганизмов.
Составление
конспекта по
предложенной
теме
Составление
конспекта и
теста по
предложенной
теме
Чтение
обязательной и
дополнительной
литературы
Коллоквиум
Всего по модулю 1:
5.
Микрофлора воздуха.
6.
Микрофлора водных сред
обитания.
7.
Микрофлора почвы.
8.
Микробно-растительные
взаимодействия.
Модуль 2
Составление
Подготовка
конспекта и
доклада,
теста по
презентации и
предложенной
реферата
теме
Защита реферата Работа с
с презентацией
дополнительной
литературой;
сайты Интернет
Составление
Подготовка к
конспекта по
тестированию
предложенной
теме
Выполнение
Чтение
теста
обязательной и
дополнительной
литературы
Всего по модулю 2:
Модуль 3
9.
Взаимоотношения
микроорганизмов с
животными.
Чтение и
дополнительной
обязательной
литературы,
Чтение и
дополнительной
обязательной
литературы
6
2
0-3
10.
Взаимоотношения
микроорганизмов с
человеком.
Составление
конспекта по
предложенной
теме
Подготовка
доклада,
презентации и
реферата
6
2
0-7
11.
Микрофлора нефтяных
месторождений.
Подготовка к
коллоквиуму
7
3
0-11
12.
Микрофлора пищевых
продуктов.
Защита реферата
с презентацией
Составление
тестов по
заданной теме
Коллоквиум
Работа с
дополнительной
литературой
7
3
0-9
10
0-30
0-100
Всего по модулю 3:
ИТОГО:
34
Самостоятельная работа студентов направления «Биология» по дисциплине
«Микрофлора естественных сред обитания» включает следующие виды учебной
деятельности: чтение обязательной и дополнительной литературы, включая сайты
Интернет; коллоквиум; подготовка доклада, презентации и реферата; выполнение теста,
составление конспекта и теста по заданной теме..
Тест направлен на проверку владения терминологическим аппаратом и включает в
себя основные термины и знания о процессах и явлениях, необходимых для освоения тем.
Примеры тестовых заданий:
1. Средой, непригодной для размножения микроорганизмов, является:
1) насыщенный раствор соли;
2) сточные воды;
3) воздух;
4) глубоководные термальные источники.
2. Бактерии какого рода, входящие в состав водных и почвенных микробиоценозов,
паразитируют на бактериях:
1) Pseudomonas;
2) Bdellovibrio;
3) Clostridium;
4) Mycobacterium.
3. Метанобразующие бактерии являются обитателями:
1) почвы;
2) рубца жвачных животных;
3) кислых горячих источников;
4) соленых источников.
4. Какая группа организмов обитает в анаэробных зонах водоемов:
1) цианобактерии;
2) зеленые водоросли;
3) зеленые бактерии;
4) нет правильного ответа.
5. Микроорганизмы, разлагающие в основном легкодоступные органические соединения:
1) зимогенные;
2) олиготрофные;
3) автохтонные;
4) хемолитоавтотрофные.
6. Симбиотическая ассоциация микроорганизмов с высшими растениями на поверхности
листьев называется:
1) ризопланой;
2) филлосферой;
3) микоризой;
4) фитосферой.
7. Нитрификация – это процесс, при котором в результате деятельности микроорганизмов
происходит:
1) восстановление нитратов;
2) усвоение молекулярного азота;
3) выделение аммиака;
4) окисление аммиака.
8. В гиполимнионе озер обитают:
1) зеленые водоросли;
2) зеленые бактерии;
3) цианобактерии;
4) нет правильного ответа.
На коллоквиумах обсуждаются отдельные темы и вопросы изучаемого курса.
Примерный перечень вопросов для подготовки к коллоквиуму:
1. Влияние абиотических факторов на развитие микроорганизмов.
2. Антагонистические взаимоотношения между микроорганизмами.
3. Аноксигенные фототрофные бактерии водоемов.
4. Местообитания хемолитотрофных микроорганизмов.
5. Целлюлозолитические микроорганизмы.
6. Эпифитная микрофлора семян.
7. Микрофлора рубца жвачных животных.
8. Биологические особенности коррозионно-опасных сульфатредуцирующих
бактерий.
Примерный перечень тем рефератов:
1. Микробиологические превращения соединений азота.
2. Микробиологические превращения соединений серы.
3. Азотфиксация и проблема плодородия почвы.
4. Ризосферная микрофлора растений.
5. Разложение целлюлозы, лигнина и пектиновых веществ микроорганизмами.
6. Микориза орхидных растений.
7. Эпифитная микрофлора растений.
8. Фитонциды растений.
9. Симбиозы светящихся бактерий.
10. Микроорганизмы – симбионты насекомых.
11. Общая характеристика коррозионно-опасной микрофлоры.
Реферат является одной из письменных форм контроля, составляется в
соответствии с требованиями к оформлению рефератов, разработанными для работ
подобного типа, обсуждается в форме доклада с презентацией. Преподавателем и
студентами
группы
оценивается
качество
выполнения
реферата,
правильность
составления доклада и презентация к реферату.
Контрольные вопросы для подготовки к экзамену:
1. Распространение микроорганизмов и природные места их обитания.
2. Взаимодействие микробных популяций в сообществах: нейтрализм, метабиоз,
мутуализм, комменсализм, амменсализм, паразитизм, хищничество, антагонизм.
3. Лимитирование роста и развития микроорганизмов экологическими факторами.
4. Влияние факторов внешней среды на развитие микроорганизмов (температура, рН
среды, влажность, молекулярный кислород, гидростатическое давление, излучения,
магнитные поля и др.).
5. Микрофлора воздуха.
6. Природные
места
обитания
психрофильных
и
психроактивных
бактерий.
Механизмы адаптации бактерий к температуре окружающей среды.
7. Термофильные бактерии, их
бактерий.
распространение. Природа термоустойчивости
8. Галофильные микроорганизмы, распространение, способы осморегуляции.
9. Микрофлора почвы. Основные группы микроорганизмов почвенного комплекса, их
функции.
10. Доминирующая бактериальная флора почвы. Аэробные и
анаэробные
микроорганизмы, их деятельность в почве.
11. Микрофлора ризосферы, ее состав, значение.
12. Эпифитная микрофлора, ее состав и роль.
13. Азотфиксация
и
проблема
плодородия
почвы.
Свободноживущие
и
симбиотические азотфиксаторы.
14. Микориза, ее значение.
15. Выживаемость патогенных микроорганизмов в почве.
16. Роль микроорганизмов в круговороте биогенных элементов.
17. Водные среды обитания микроорганизмов.
18. Зональность распределения микроорганизмов в водоемах.
19. Принципы классификации озер по трофии.
20. Общая характеристика микрофлоры аэробной и анаэробной зон водоемов.
21. Распространение фототрофных бактерий, их биология.
22. Микрофлора сточных вод, их биологическая очистка.
23. Нормальная микрофлора человека и ее роль.
24. Микрофлора желудочно-кишечного тракта и ее значение.
25. Взаимоотношения
бактерий
с
беспозвоночными
животными.
Симбионты
насекомых.
26. Симбиозы светящихся бактерий.
27. Микрофлора рубца жвачных животных.
28. Микрофлора нефтяных месторождений.
29. Микрофлора пищевых продуктов.
5. Рекомендуемая литература:
а) основная:
1. Емцев В.Т., Мишустин Е.Н. Микробиология. М.: Юрайт, 2012. – 445 с. Гриф
УМО
б) дополнительная:
1. Колоколова Н.Н. Микроорганизмы в природных ценозах. Учебное пособие.
Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 2008. – 136 с.
2. Экология микроорганизмов / Под ред. А.И. Нетрусова. М.: «Академия», 2004. –
272 с. Гриф УМО
3. Нетрусов А.И., Котова И.Б. Микробиология. М.: «Академия», 2006. – 352 с. Гриф
УМО
4. Громов Б.В., Павленко Г.В. Экология бактерий. Л.: Изд-во Ленинградского унта, 1989. – 246 с. Гриф ГК СССР
5. Рубина Е.А. Микробиология, физиология питания, санитария. М.: Форум, 2009. –
240 с. Гриф УМО
6. Пильщикова, Н. В. Физиология растений с основами микробиологии / Н. В.
Пильщикова. – М.: Мир, 2004. – 184 с. Гриф МОСХ
7. Сомова Л.М. Ультраструктура патогенных бактерий в разных экологических
условиях. – Владивосток: Медицина ДВ, 2009. – 200 с.
8. Биоразнообразие растений, микроорганизмов и методы их изучения: сб. ст. /
Тюм. гос. ун-т; отв. ред. Н. А. Боме. Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 2008. – 140 с.
9. Ермилова, Е. В. и др. Подвижность и поведение микроорганизмов. В 2 томах. Т.
2.: Эукариоты. СПб., 2010. – 188 с.
Интернет-ресурсы:
www.dic.academic.ru
www.microbiologu.ru
www.elibrary.ru
1. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины.
Лекции по дисциплине «Микрофлора естественных сред обитания» читаются в
аудитории кафедры ботаники, биотехнологии и ландшафтной архитектуры и имеют
мультимедийное сопровождение. Для научно-исследовательской работы на кафедре
имеются лаборатории битехнологических и микробиологических исследований и
микробно-растительных взаимодействий, оснащенные современным оборудованием.
Демонстрационный материал представлен чистыми культурами микроорганизмов
(бактерии, грибы), выделенных из различных источников (коллекция создана на кафедре
ботаники, биотехнологии и ландшафтной архитектуры). Обеспеченность лабораторным
оборудованием
–
автоклавом,
ламинаром,
анаэростатом,
термостатами,
микроклиматическими камерами дает возможность выделять микроорганизмы из
природных субстратов, культивировать на питательных средах и проводить определение
численности. Наличие холодильных камер для хранения микроорганизмов позволяет
поддерживать
коллекцию.
В
лаборатории
микробиологии
имеется
также
микроскопическая техника (микроскопы, бинокуляры), спектрофотометр для изучения
микрофлоры природных сред обитания.