Фитобиотехнология - Учебно

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт математики, естественных наук и информационных технологий
«УТВЕРЖДАЮ»:
И.о. проректора-начальник
управления по научной работе
_______________________ Г.Ф. Ромашкина
__________ _____________ 2011 г.
ФИТОБИОТЕХНОЛОГИЯ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для аспирантов специальности 03.01.06 Биотехнология очной и заочной
форм обучения (в том числе бионанотехнологии)
«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:
Автор работы _____________________________/Сальникова Л.И./
«______»___________2011 г.
Рассмотрено на заседании кафедры ботаники, биотехнологии и ландшафтной архитектуры.
Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.
«
«
2011г.
«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:
Объем ___13___стр.
Зав. кафедрой ______________________________/Боме Н.А./
«______»___________ 2011 г.
Рассмотрено на заседании УМК Института математики, естественных наук и
информационных технологий
«
«
2011 г.
Соответствует ФГТ к структуре основной профессиональной образовательной программы
послевузовского профессионального образования (аспирантура)
«СОГЛАСОВАНО»:
Председатель УМК ________________________/Фролова О.В./
«______»____________ 2011 г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Нач. отдела аспирантуры
и докторантуры_____________М.Р. Сорокина
«______»_____________2011 г.
2
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт математики, естественных наук и информационных технологий
Кафедра ботаники, биотехнологии и ландшафтной архитектуры
Сальникова Л. И.
Фитобиотехнология
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для аспирантов специальности 03.01.06 Биотехнология очной и заочной
форм обучения (в том числе бионанотехнологии)
Тюменский государственный университет
2011
3
Сальникова Л.И. Фитобиотехнология. Учебно-методический комплекс.
Рабочая программа для аспирантов специальности 03.01.06
Биотехнология (в том числе бионанотехнологии) очной и заочной форм
обучения. Тюмень, 2011, 15 стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с ФГТ к структуре
основной профессиональной образовательной программы послевузовского
профессионального образования (аспирантура).
Рабочая программа дисциплины (модуля) опубликована на сайте
ТюмГУ: Фитобиотехнология [электронный ресурс] / Режим доступа:
http://www.umk3.utmn.ru., свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой ботаники, биотехнологии и
ландшафтной архитектуры. Утверждено и.о. проректора-начальника
управления по научной работе Тюменского государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: заведующий кафедрой
биотехнологии и ландшафтной архитектуры Боме Н.А.
© Тюменский государственный университет, 2011.
© Сальникова Л.И., 2011.
ботаники,
4
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа включает следующие
разделы:
1. Пояснительная записка, которая содержит:
1.1.
Цели и задачи дисциплины.
Цель дисциплины «Фитобиотехнология»:
сформировать представление об использовании растительных объектов в
технике и промышленном производстве.
Задачи дисциплины:
- изучить фитохимический состав и применение целебных растений в
медицине;
- изучить культуру клеток и тканей лекарственных растений in vitro (на
искусственной питательной среде);
- дать представление о трансгенных лекарственных растениях;
- изучить методы биотехнологии, которые используются для создания
медицинских препаратов на основе лекарственных растений.
1.2. Место дисциплины в структуре ООП.
Дисциплина «Фитобиотехнология» относится к циклу «Специальные
дисциплины отрасли науки и научной специальности» специальности
«Биотехнология». Для изучения дисциплины «Фитобиотехнология»
аспиранты должны знать лекарственные растения основных отделов царства
Грибы и царства Растения; должны знать краткий исторический очерк
развития биотехнологии и ее разделы; должны уметь определять
лекарственные растения. У аспирантов уже должны быть сформированы
следующие компетенции: аспиранты должны иметь современные
представления об основах биотехнологии и генной инженерии,
нанобиотехнологии и молекулярного моделирования.
Дисциплина «Фитобиотехнология» является предшествующей для
дисциплин «Генная инженерия», «Клеточная инженерия» и «Трансгенные
организмы».
Требования к результатам освоения дисциплины:
5
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих
компетенций:
- использовать методы культивирования биологических объектов на
искусственной питательной среде;
демонстрировать базовые представления об основных закономерностях и
современных достижениях промышленной биотехнологии.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать: лекарственные растения основных отделов царств Грибы и Растения;
фитохимический состав целебных растений.
Уметь: культивировать клетки лекарственных растений на искусственной
питательной среде.
Владеть: методами биотехнологии, которые используются для создания
медицинских препаратов на основе лекарственных растений.
2. Трудоемкость дисциплины.
Семестр _4_. Форма промежуточной аттестации - зачет. Общая
трудоемкость дисциплины составляет _2_ зачетных единицы - 72 часа.
3. Тематический план.
4
2
5
2
8
-
Фитобиотехнология
как
составная
часть
биотехнологии.
Краткий
исторический
очерк
14
2
2
-
2
6
8
10
форме
лабораторн
ые занятия*
3
12
лекции
1
2
1 Фитохимический
состав
лекарственных растений
Всего часов
практическ
ие занятия
Тема
Формы
конт
роля
интерактивной
№
самостоятел
ьная
работа* них
4. из
Тематический план
виды учебной работы и
самостоятельная
работа, в час.
в
Таблица 1.
7
8
0,5 Вып
олне
ние
эссе
1 Вып
олне
ние
рефе
6
развития.
3
Культивирование клеток и
тканей
лекарственных
растений на искусственной
питательной среде
14
2
2
-
10
4
Трансгенные лекарственные
растения
16
2
4
-
10
5
Создание
лекарственных
препаратов с помощью
методов биотехнологии
16
2
2
-
12
Итого:
из
них
часов
интерактивной форме
72
-
10
2
12
4
-
50
-
в
рато
в
1 Подг
отов
ка
элек
трон
ных
през
ента
ций
2 Вып
олне
ние
эссе
1,5 Пров
еден
ие
круг
лого
стол
а
6
Таблица 2.
Планирование самостоятельной работы аспирантов
№
1
2
3
Темы
Виды СРС
обязательные
дополнительн
ые
Фитохимический
Изучение
темы Чтение
состав лекарственных (собеседование). обязательной и
Выполнение эссе дополнительно
растений
й литературы
Фитобиотехнология
Выполнение
Составление
библиографиче
как составная часть рефератов
ского списка
биотехнологии.
Краткий исторический
очерк развития
Культивирование
Выполнение
Подготовка к
работе в малых
клеток и тканей на электронных
Объем
часов
12
14
14
7
4
5
искусственной
питательной среде
Трансгенные
лекарственные
растения
Создание
лекарственных
препаратов
с
помощью
методов
биотехнологии
ИТОГО:
презентаций
группах
Выполнение эссе
Подготовка к
круглому столу
14
Проведение
круглого стола
Работа в малых
группах
14
68
4.
Разделы
дисциплины
и
междисциплинарные
обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№
п/п
1.
2.
3.
Наименование
обеспечиваемых
(последующих)
дисциплин
Генная инженерия
Клеточная
инженерия
Трансгенные
организмы
связи
с
Темы дисциплины необходимых для изучения
обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1
2
3
4
5
6
7
8
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
+
+
+
+
-
-
-
5. Содержание дисциплины.
Тема 1. Фитохимический состав лекарственных растений.
Локализация биологически активных веществ в различных органах
растений (цветки, листья, стебли, корни). Вещества, содержащиеся в
растениях: алкалоиды, гликозиды, сапонины, флавоноиды, эфирные масла,
дубильные вещества, полисахариды, дубильные вещества, органические
кислоты, витамины, растительные гормоны и др.
Тема 2. Фитобиотехнология как составная часть биотехнологии.
Краткий исторический очерк развития.
8
Современная биотехнология – наука о генно-инженерных и клеточных
методах и технологиях создания и использования генетически
трансформированных биологических объектов для интенсификации
производства или получения новых видов продуктов и лекарств различного
назначения. Разделы биотехнологии. Промышленная биотехнология. Общие
принципы осуществления биотехнологических процессов. Клеточная
инженерия. Культивирование растительных клеток. Генная инженерия.
Генетическая трансформация - перенос чужеродных генов в клетки растений,
получение трансгенных организмов с новыми или усиленными свойствами и
признаками. Генетическая трансформация – инструмент повышения
биосинтетической способности клеточных структур.
Фитобиотехнология – составная часть биотехнологии, объектами
которой являются клетки и ткани растений – фототрофных эукариот, а также
биоактивные молекулы растительного происхождения (ферменты,
нуклеиновые кислоты, стероиды). Основа фитобиотехнологии - клеточная и
молекулярная биология растений. Направления фитобиотехнологии –
создание новых форм полезных растений для сельского и лесного хозяйства;
разработка промышленного производства химических веществ из растений.
Тема 3. Культивироваие клеток и тканей лекарственных растений на
искусственной питательной среде.
Микроразмножение in vitro из тканей меристемного типа растения
(зародыш, верхушка побега). Использование регуляторов роста растений
(ауксинов и цитокининов) для усиления или поддерживания роста каллусов и
корнеобразования.
Культивирование клеток женьшеня, лимонника китайского, родиолы
розовой и других лекарственных растений на искусственной питательной
среде. Получение культуры каллуса и образование биомассы. Работы
дальневосточных биотехнологов (В.П. Булгакова и др., 2004) по культурам
клеток и тканей. Получение биологически активных веществ растительного
происхождения (стероидов, терпеноидов и др.), имеющих медицинское
значение.
Микроклональное размножение редких и исчезающих растений из
числа лекарственных.
Получение микрорастений
незабудочника
шелковистого, родиолы розовой, маакии амурской, василистника,
кодонопсиса и др. растений на искусственной питательной среде. Создание
9
банка редких и исчезающих растений, ре-интродукция их в типичные
местообитания.
Тема 4. Трансгенные лекарственные растения.
Трансгенные - генетически модифицированные растения. Трансгенная
культура женьшеня. Встраивание гена ризогенных бактерий в состав ДНК
клеточного штамма женьшеня под его влиянием. Изменение
морфологических и гормональных характеристик клеток женьшеня.
Способность клеток женьшеня после трансформации к образованию корней,
листьев и цветков. Повышение количества гинзенозидов в трансгенных
корнях женьшеня.
Трансгенная культура кирказона
маньчжурского как продуцент
активного кардиосредства, предупреждающего развитие инфаркта миокарда
и эффективного в постинфарктной реабилитации. Использование клеточных
структур трансгенных лекарственных растений для создания лекарственных
препаратов. Трансгенный картофель и трансгенная соя. Создание
трансгенного рапса.
Тема 5. Создание лекарственных препаратов с помощью методов
биотехнологии.
Культуры клеток воробейника краснокорневого и незабудочника
шелковистого – продуценты полифенолов (рабдозин и розмариновая
кислота), тормозящих развитие вируса иммунодифицита человека.
Фармакологические исследования комплекса полифенолов для создания
препаратов медицинского назначения. Культура клеток маакии амурской.
Получение комплекса полифенолов (изофлавоны и птерокарпаны)
гепатотопротекторного действия. Работы по созданию лекарственного
препарата «Максар» для лечения заболеваний печени. Промышленное
внедрение клеточных культур. Производство природного антибиотика
биошиконина
(«Масло
шикониновое»)
на
основе
воробейника
краснокорневого (Приморский край). Использование в научной медицине
этого препарата, обладающего противогрибковым действием, способным
регенерировать эпителий кожи человека. Промышленное производство
биологически активных веществ с помощью методов биотехнологии.
10
6. Планы практических занятий.
Тема 1. Фитохимический состав лекарственных растений.
Материал и оборудование для практической работы:
соцветия душицы обыкновенной (сухие), прибор для определения эфирного
масла (колба, паропроводная трубка, холодильник, градуированная трубка
приемника); растворитель эфирного масла.
Задание для практической работы:
1. Освоить методику выделения эфирного масла путем перегонки с водяным
паром.
2. Выделить эфирное масло из сухих соцветий душицы обыкновенной
(семейство Яснотковые).
Тема 2. Биотехнология как
составная часть фитобиотехнологии.
Краткий исторический очерк развития.
Материал для практической работы:
литературные и электронные источники по трангенным растениям.
Задание для практической работы:
1. Записать систематическое положение кирказона маньчжурского
(семейство Кирказоновые) и составить его морфолого-биологическую
характеристику.
2. Используя литературные и электронные источники, описать создание
трансгенной культуры кирказона маньчжурского как продуцента активного
кардиосредства.
Тема 3. Культивирование клеток и тканей лекарственных растений на
искусственной питательной среде.
Материал для практической работы: литературные и электронные
источники; эксплант (сердцевина луковицы лилии тигровой), чашки Петри,
автоклав.
Задание для практической работы:
1. Подготовить эксплант к культивированию на искусственной питательной
среде.
11
2. Простерилизовать искусственную питательную среду, помещенную в
чашку Петри, в автоклаве.
3. Провести закладку опыта по культивированию экспланта из сердцевины
луковицы лилии тигровой на искусственной питательной среде.
Тема 4. Трансгенные лекарственные растения.
Материал для практической работы: литературные и электронные
источники.
Задание для практической работы:
1. Используя статью В.П. Булгакова и др., (2004), изучить методику создания
трансгенных корней
женьшеня
путем встраивания гена ризогенной
бактерии в состав ДНК клеточного штамма женьшеня.
2. Сравнить химический состав трансгенных
и
природных корней
женьшеня.
Тема 5. Создание лекарственных препаратов с помощью методов
биотехнологии.
Материал для практической работы:
литературные и электронные источники.
Задание для практической работы:
1. Используя литературные и электронные источники, выявить основные
методы биотехнологии, которые используются для создания препаратов на
основе лекарственных растений.
7. Учебно - методическое обеспечение самостоятельной работы
аспирантов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
Самостоятельная работа аспирантов специальности «Биотехнология»
по дисциплине «Фитобиотехнология» включает следующие виды учебной
деятельности: чтение обязательной и дополнительной литературы,
подготовка к практическим занятиям, выполнение контрольной работы,
подготовка рефератов и электронных презентаций, выполнение эссе,
подготовка к круглому столу.
Эссе (свободное описание) - небольшая письменная работа с
обязательным высказыванием собственного мнения по изучаемому вопросу.
12
Тема 1. Фитохимический состав лекарственных растений.
Темы эссе:
1. Ядовитое и лекарственное растение белладонна (семейство Пасленовые),
химический состав, использование в микродозах для лечения желудочнокишечных заболеваний.
2. Адонис весенний (семейство Лютиковые) - лекарственное растение из
числа редких во флоре Тюменской области.
3. Пион уклоняющийся (семейство Пионовые) - лекарственное и
декоративное растение из числа редких во флоре Тюменской области.
Тема 2. Фитобиотехнология как составная часть биотехнологии.
Темы рефератов:
1. Исторический очерк развития фитобиотехнологии в России.
2. Использование методов генетической инженерии для создания ценных
сортов сельскохозяйственных растений, устойчивых к вирусным
заболеваниям.
3. Использование методов генетической инженерии для создания ценных
пород деревьев и кустарников.
Тема 3. Культивирование клеток и тканей лекарственных растений на
искусственной питательной среде.
Темы электронных презентаций:
1. Микроклональное размножение редкого растения из числа лекарственных
- родиолы розовой (семейство Толстянковые) с помощью культуры тканей.
2.Микроклональное размножение древесных пород (ели, сосны) для создания
здорового посадочного материала.
3. Микроклональное размножение лекарственного растения воробейника
краскнокорневого (семейство Бурачниковые) с помощью культуры тканей.
Тема 4. Трансгенные лекарственные растения.
Эссе на тему:
1.Создание генно – модифицированных продуктов из рапса.
2.Безопасность использования трансгенного картофеля.
13
3.Новые свойства трансгенных растений: устойчивость к вирусам и
неблагоприятным условиям среды.
Тема 5. Создание лекарственных препаратов с помощью методов
биотехнологии.
Круглый стол на тему:
«Промышленное производство биологически активных препаратов с
помощью методов биотехнологии».
Вопросы для круглого стола:
1. Использование дрожжей в современной биотехнологии.
2. Использование плесневого гриба пеницилла для создания медицинских
препаратов.
3. Проблема безопасности использования трансгенной сои.
Контрольные вопросы к зачету:
1. Фитотерапия – наука о лечении лекарственными растениями. Сбор и
сушка целебных трав.
2. Фитохимический состав целебных растений.
3. Лекарственные растения адаптогены и иммуностимуляторы.
4. Лекарственные растения, применяемые для профилактики и лечения
заболеваний дыхательной системы.
5. Лекарственные растения, применяемые для профилактики и лечения
заболеваний печени и желудочно-кишечного тракта.
6. Лекарственные растения, применяемые для профилактики и лечения
сердечно-сосудистых заболеваний.
7. Лекарственные растения, применяемые для профилактики и лечения
заболеваний нервной системы.
8. Лекарственные растения, применяемые для профилактики и лечения
заболеваний кожи.
9. Лекарственные растения из числа редких, введение их в культуру.
10. Фитобиотехнология как составная часть биотехнологии, ее разделы,
краткий исторический очерк развития.
11. Культивирование клеток и тканей лекарственных растений на
искусственной питательной среде.
12. Трансгенные лекарственные растения.
14
13.Микроклональное размножение редких и исчезающих растений из числа
лекарственных.
14.Использование методов биотехнологии для создания лекарственных
препаратов.
8. Образовательные технологии.
Во время изучения дисциплины «Фитобиотехнология» специальности
«Биотехнология» используются различные образовательные технологии:
лекции и практические занятия, отражающие основные разделы изучаемого
курса.
Отдельное внимание уделяется интерактивным формам занятий (работа
в малых группах). Для текущего контроля знаний аспирантов выполняются
небольшие письменные работы, где аспиранты имеют возможность
высказать свое мнение (эссе), предложены вопросы к зачету, приведены темы
рефератов и электронных презентаций, а также предусмотрено проведение
круглого стола.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
9.1. Основная литература:
1. Исследование летучих веществ растений/ А.В. Ткачев. Новосибирск:
Офсет, 2008. 969 с.
2. Биотехнология: учеб. пособие для студ., обуч. по спец. 060108 (040500)
"Фармация"/ Ю. О. Сазыкин, С. Н. Орехов; 3-е изд., Москва: Академия,
2008. - 256 с.
3. Энергия жизни. Л.Н. Сурина. Тюмень, Изд-во ТюмГУ. 2011. 360 с.
9.2. Дополнительная литература:
1. Егорова Т. А. и др. Основы биотехнологии. М.: Академия, 2005. 208 с.
2. Прикладная экобиотехнология: в 2т./А.Е. Кузнецов. Т. 1. 2012. 629 с.
Т.2.2012. 485 с.
3. Сурина Л.Н., Баранов А.А., Сурин-Левицкий С.В. Земли Тюменской
травы целебные, Екатеринбург: Слово, 2003. 584 с.
4. Турищев С.Н. Фитотерапия. Учебное пособие для студ. высш. мед. учеб
заведений. М.: Академия, 2003. 304 с.
5. Щелкунов С.Н. Генетическая инженерия. Новосибирск: Сибирск. универс.
изд-во, 2004. 496 с.
9.3. Периодические издания:
15
1. Ботанический журнал. СПб: Изд-во «Наука».
2. Бюллетень Московского общества испытателей природы. М.: Изд-во
МГУ.
3. Экологическая генетика. СПб: ООО «Издательство Н.Л.».
9.4. Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:
1. www.dic.akademic.ru
2. www.biotechnolog.ru
3. www.wikipedia.org
4. www.narmed.ru
5. www. herba.msu.ru
10. Технические средства и материально-техническое обеспечение
дисциплины
Лекции по дисциплине «Фитобиотехнология» читаются в аудитории,
имеющей мультимедийное оборудование, все они сопровождаются
электронными презентациями. Практические занятия проводятся в
аудиториях, оснащенных современным оборудованием.