Файл: 1. Цели освоения дисциплины. Целью освоения дисциплины Экология микробных сообществ.pdf

1. Цели освоения дисциплины.
Целью освоения дисциплины «Экология микробных сообществ» является ознакомление студентов с аспектами взаимодействия микроорганизмов друг с другом и с окружающей средой, с ролью микроорганизмов в круговороте веществ в природе, с вопросами прикладной экологии микроорганизмов.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата.
Дисциплина «Экология микробных сообществ» (Б1.В.ДВ.02.02) относится к части, формируемой участниками образовательных отношений Блока 1. Дисциплины (модули) учебного плана ООП и изучается в 4 семестре. Данная дисциплина логически и содержательно-методически связана с другими дисциплинами цикла ООП.
При освоении данной дисциплины необходимы знания таких предшествующих дисциплин как «Молекулярно-генетические исследования живых организмов», «Учение о биосфере», «Экологическая физиология и биотехнология», «Молекулярно-генетические основы коммуникации организмов», «Микробиологические методы в лабораторной диагностике». Освоение данной дисциплины необходимо для дальнейшего изучения дисциплин «Современная экология и глобальные экологические проблемы»,
«Философские проблемы естествознания», для успешного прохождения преддипломной практики и подготовки магистерской работы.
3. Результаты обучения по дисциплине
Код и наименование
компетенции
Код
и
наименование
индикатора
(индикаторов) достижения компетенции
Результаты
обучения
ПК 1
Способен применять знание принципов структурно
- функциональной организации биологических объектов, выбирать и использовать основные физиологические, цитологические, биохимические, биофизические, молекуляно- генетические, геоботанические и зоологические методы исследования экосистемы и ее компонентов для решения профессиональных задач в области биологии и экологии
1.1_М.ПК-1 Понимает современные проблемы биологии и использует фундаментальные биологические представления в сфере профессиональной деятельности для постановки и решения новых задач; способен осуществлять сбор, обработку, анализ и систематизацию научной информации по биологии, биомедицине и экологии
2.1_М.ПК-1 Способен описывать проблемы и ситуации профессиональной деятельности, представлять известные и собственные научные результаты, используя язык и аппарат биологической науки
3.1_М.ПК-1
Самостоятельно анализирует имеющуюся информацию, выявляет фундаментальные проблемы, ставит задачу и выполняет биологические исследования при решении конкретных задач с использованием современной аппаратуры и вычислительных средств, демонстрирует ответственность за качество работ и научную достоверность результатов
4.1_М.ПК-1 Применяет физиологические, цитологические, биохимические, биофизические, молекуляно-генетические методы исследования биосистем, осуществляет контроль качества клинических лабораторных исследований третьей категории сложности на преаналитическом, аналитическом и
Знать:
основные принципы структурно- функциональной организации микробных сообществ, основные методы их изучения, возможности их использования для решения профессиональных задач в области биологии и экологии.
Уметь: применять знания в области экологии микроорганизмов для решения профессиональных задач в области биологии и экологии.
Владеть: основными методами изучения микробных сообществ,

постаналитическом этапах
5.1_М.ПК-1
Осваивает и осуществляет внедрение новых методов клинических лабораторных исследований и медицинских изделий для диагностики in vitro. Выполняет клинические лабораторные исследования третьей категории сложности
6.1_М.ПК-1 Выполняет микробиологические работы
(отбор проб для проведения микробиологических работ, выполнение первичных посевов отобранных проб на питательные среды и анализ посевов микробиологических проб).
7.1_М.ПК-1 Проводит биохимический анализ состава организмов, структуры, свойств и локализацию обнаруживаемых в них соединений, путей и закономерностей их образования, последовательности и механизмов превращений, а также их биологической и физиологической роли.
методологией их применения в профессиональной деятельности.
ПК 2
Способен использовать знание закономерностей общей экологии и современные методы биологии и экологии для проектирования и осуществления мероприятий по охране, использованию, мониторингу и восстановлению биоресурсов и среды их обитания
1.1_М.ПК-2 Демонстрирует и применяет базовые представления об основах экологии, принципах оптимального природопользования и охраны природы, оценки состояния природной среды, мониторинга, участвует в планировании и реализации соответствующих мероприятий,
2.1_М.ПК-2 Владениет предметной областью разработки эффективных методов изучения и оценки состояния организмов, популяций и сообществ во взаимодействии со средой обитания, владением и использованием методов экологии для решения практических задач общей экологии, методами и средствами изучения и оценки состояния почвенной биоты, водных экосистем, ландшафтов, экологического мониторинга, оценки состояния окружающей среды, прогнозирования биологических ресурсов биосферы, рационального природопользования, к решению социально- экологических проблем, в том числе проблем экологии человека.
3.1_М.ПК-2 Оперирует правовыми основами и законодательства РФ в области охраны природы и природопользования
4.1_М.ПК-2 Способен планировать и проводить биологические эксперименты с учетом принципов охраны природы, требований безопасности и охраны труда, применять навыки работы с современной научным оборудованием, с препаратами и живыми объектами.
5.1_М.ПК-2 Планирует и осуществляет мероприятия по охране растительного и животного мира, сохранению биоразнообразия экосистем, рациональному использованию и восстановлению биоресурсов в соответствии с особенностями и потребностями региона.
Знать:
основные закономерности микробной экологии и современные методы её изучения, возможности использования знаний в области экологии микробных сообществ для проектирования и осуществления мероприятий по охране, использованию, мониторингу и восстановлению биоресурсов и среды их обитания
Уметь: применять знания в области экологии микроорганизмов для проектирования и осуществления мероприятий по охране, использованию, мониторингу и восстановлению биоресурсов и среды их обитания
Владеть: основными методами изучения микробных

6.1_М.ПК-2
Осуществляет экологическую оценку состояния поднадзорных территорий и возможности применения на них природоохранных биотехнологий.
Разрабатывает маркерные системы и протоколы проведения мониторинга потенциально опасных биообъектов.
Анализирует влияние хозяйственной деятельности человека на состояние окружающей среды с применением природоохранных биотехнологий.
сообществ, методологией их применения в профессиональной деятельности.
4. Структура и содержание дисциплины (модуля)
Общая трудоемкость дисциплины составляет 6 зачетных единиц 216 часов.
№
п/п
Раздел дисциплины
С
ем
ес
тр
Н
ед
еля
се
м
ес
тр
а
Виды учебной работы, включая
самостоятельную работу
студентов и трудоемкость (в
часах)
Формы
текущего
контроля
успеваемости
(по неделям
семестра)
Формы
промежуточн
ой
аттестации
(по
семестрам)
Л
ек
ц
ии
Практические
занятия
С
ам
ос
тоят
ел
ьн
ая
р
абот
а
Общая
трудо-
емкость
Из них
практи
ческая
подго-
товка
«Экология микробных сообществ»
4
1-10
10 20
0
150+36
экзамен
1
Основные понятия и методы экологии микроорганизмов.
4 1,2 2
4 0
30
Опрос, рефераты
2
Сообщества микроорганизмов.
Различные типы взаимоотношений между микроорганизмами.
4 3,4 2
4 0
30
Опрос, участие в дискуссии
3
Экофизиология микроорганизмов
4 5,6 2
4 0
30
Опрос
4
Экология водных и почвенных микроорганизмов.
Участие микроорганизмов в поддержании газового состава атмосферы. Роль микроорганизмов в глобальных циклах элементов.
4 7,8 2
4 0
30
Рефераты
5
Взаимодействие микроорганизмов с макроорганизмами.
4 9,10 2
4 0
30
Опрос, подготовка презентаций
Промежуточная
аттестация
36
Экзамен

Итого по дисциплине
«Экология микробных
сообществ» - 216 ч.
216 ч.
Содержание дисциплины
1. Основные понятия и методы экологии микроорганизмов.
Экология микроорганизмов: цели, задачи, предмет. Экология микроорганизмов – одно из направлений современной микробиологии и экологии. Определение микробной экологии. Современные взгляды на определение предмета и задач экологии микроорганизмов. Методы современной микробной экологии. Молекулярные методы экологии микроорганизмов. Место микробной экологии в системе других естественных наук. Значение знаний по микробной экологии для разработки мероприятий по рациональному использованию и охране природных ресурсов. Понятие об экологических факторах. Классификация экологических факторов по разным признакам. Биотические и абиотические факторы. Естественные и антропогенные факторы. Условия обитания и ресурсы. Классификация факторов в зависимости от подсистем, которые она характеризует: космические, атмосферные, микроклиматические, почвенные, раститель- ного происхождения, антропогенные. Классификация факторов по характеру их временной динамики: постоянные, периодические и апериодические. Понятие об абиотических факто- рах и экологической физиологии. Понятие экологической ниши. Современная концепция экологической ниши как комплексной аутэкологической характеристики влияния на орга- низм экологических факторов. Экологическая ниша как область в пространстве экологиче- ских факторов. Популяция. Характеристики популяции (численность и плотность).
Взаимодействие популяций. Сообщества. Характеристики сообществ (видовой состав, видовое богатство, видовое разнообразие). Трофические связи: продуценты и консументы.
Редуценты. Экосистемы. Сукцессии.
2. Сообщества микроорганизмов. Различные типы взаимоотношений между
микроорганизмами.
Микробное сообщество как целостность. Термодинамические требования к сообществу и отдельным организмам в нем. Трофические взаимодействия в микробном сообществе. Продуктсубстратные взаимодействия между организмами. Трофические цепи и сети. Кооперативные трофические взаимоотношения. Экофизиологические группы в сообществе: первичные продуценты, деструкторы и их специализация по субстратам.
Копиотрофы (зимогены), гидролитики, диссиптрофы, первичные анаэробы, вторичные анаэробы. Гидрогенотрофные и ацетотрофные организмы. Анаэробное окисление летучих жирных кислот. Межвидовой перенос водорода и катаболическая синтрофия. Газотрофы.
Автохтоны. Развитие сообщества от колонизации до климакса. Сукцессия. Конкуренция за субстрат и правило конкурентного вытеснения. Конкуренция между группами в сообществе. Физическая организация сообществ в пространстве. Цианобактериальное сообщество как прототип взаимодействий в сообществе. Метаногенное сообщество.
Сульфидогенное сообщество. Аноксигенное фототрофное сообщество. Аэробное сообщество.
3. Экофизиология микроорганизмов
Физико-химические факторы, характеризующие среду обитания микроорганизмов.
Зоны оптимума, лимитирования, ингибирования. Пределы толерантности. Определения эв- ри- и стенобионтов. Классификация стенобионтов. Ксенобиотики. Отношение микроорганизмов к температуре: психрофиллы, мезофиллы, психротрофы, особенности их метаболизма. Отношение микроорганизмов к кислотности среды: нейтрофилы, ацидофилы, алкалифилы. Отношение микроорганизмов к активности воды и солёности: пресноводные, галотолерантные, морские, умеренные галлофилы, экстремальные галофилы. Отношение микроорганизмов к кислороду и редокс-потенциалу: аэробы
(микроаэрофилы, облигатные аэробы, факультативные аэробы), анаэробы (облигатные,

аэротолерантные). Отношение микроорганизмов к свету, концентрации питательных веществ.
Местоположение микроорганизмов.
Дифференциация и переживание неблагоприятных условий. Экологические ниши микроорганизмов.
4. Экология водных и почвенных микроорганизмов. Участие микроорганизмов
в поддержании газового состава атмосферы. Роль микроорганизмов в глобальных
циклах элементов.
Характеристика водоемов как среды обитания микроорганизмов. Классификация водоемов. Физико-химические свойства водной массы. Стратификация водоемов.
Основные экологические типы микроорганизмов. Аллохтонные и автохтонные микроорганизмы.
Продуценты
(микроводоросли, цианобактерии, фототрофные, хемоавтотрофные бактерии), деструкторы (бактерии и грибы), консументы (протозоа).
Распределение микроорганизмов и характер микробиологических процессов в водных экосистемах (озерах). Микроорганизмы аэробной зоны. Поверхностная пленка воды – первая экологическая ниша аэробной зоны. Экологические ниши фотосинтеза и деструкции органического вещества. Экологические ниши хемолитоавтотрофных и гетеротрофных бактерий. Микроорганизмы микроаэрофильной зоны. Микроорганизмы анаэробной зоны и иловых отложений. Биологическое загрязнение водоемов.
Самоочищение водоемов. Зоны сапробности. Почва как среда обитания микроорганизмов.
Почва как трехфазная система. Твердая фаза почвы. Адгезия и развитие микроорганизмов на поверхности почвенных частиц. Жидкая фаза почвы. Газовая фаза почвы. Автохтонная и зимогенная микрофлора. Концепция строения и функционирования комплекса почвенных микроорганизмов. Почва как множество сред обитания микроорганизмов.
Принцип микрозональности. Микробный пул. Пул метаболитов. Принцип дублирования физиолого-биохимических процессов в почве. Функциональная роль почвенных микроорганизмов. Роль микроорганизмов в деструкции минералов почвообразующей породы и новообразовании минералов, в разложении растительного опада, образовании и разложении гумуса.
Роль микроорганизмов в формировании газового состава атмосферы.
Источники, стоки, резервуары газов атмосферы. Создание кислородной атмосферы в результате дисбаланса между продукцией и деструкцией органического вещества.
Бактерии как важнейший фактор поддержания микрокомпонентного состава атмосферы.
Дыхание почвы и продукция СО
2
. Газогенерирующие анаэробные сообщества.
Окислительный бактериальный фильтр. Парниковый эффект и микроорганизмы.
Сопряжение биогеохимических циклов. Водные и наземные среды: энергетический поток, круговорот элементов (углерода, азота, фосфора, серы и др.). Сопряжение биогеохимических циклов. Основные функциональные группировки организмов цикла органического углерода. Основные группы микроорганизмов цикла азота: азотфиксаторы, аммонификаторы, нитрификаторы, нитратредукторы, денитрификаторы. Основные группы микроорганизмов цикла серы: сульфатредукторы, сероредукторы, серобактерии, тионовые бактерии, аноксигенные серные фотосинтезирующие бактерии.
Участие микроорганизмов в круговороте фосфора. Основные группы микроорганизмов цикла железа: аэробные железобактерии, железоредукторы, магнетитобразующие бактерии, магнитотаксические бактерии. Геохимическая деятельность микроорганизмов.
5.
Взаимодействия микроорганизмов смакроорганизмами.
Прокариоты и протисты. Эндосимбионты и эпибионты. Симбиозы метаногенных бактерий и морских анаэробных простейших. Гидрогеносомы. Симбиотрофное питание.
Симбиозы прокариот и морских беспозвоночных животных. Трофосомы. Симбионты насекомых (внеклеточные и внутриклеточные). Мицетомы. Насекомые – переносчики возбудителей инфекционных болезней животных и растений. Симбиозы микроорганизмов с растительноядными животными. Микробные сообщества рубца жвачных. Нормальная микрофлора человека, ее функции и значение.Микробно-растительные взаимодействия.
Альго-бактериальные взаимодействия. Микроорганизмы ризосферы и ризопланы,

филлосферы и филлопланы. Симбиотические взаимоотношения микроорганизмов и растений.
Микроорганизмы как контролирующие агенты в макросистемах.
Фитопатогенные микроорганизмы. Энтомопатогенные микроорганизмы. Патогенные для человека микроорганизмы. Стратегии паразитизма. Патогенность и вирулентность. LD
50
,
DLM. Факторы патогенности.
5. Образовательные технологии, применяемые при освоении дисциплины
При реализации учебной дисциплины используются следующие формы обучения:
1) традиционные: лекции, семинары, практические занятия.
2) современные интерактивные технологии: создание проблемных ситуаций, ролевые, деловые игры, интерактивные лекции, дискуссии.
Курс сохраняет системное теоретическое изложение в рамках лекций, но практические занятия по отдельным темам становятся проблемно-ориентированными.
При реализации лекционных занятий используются различные формы визуализации наглядного материала (мультимедийные презентации, таблицы). Занятия лекционного типа по данной дисциплине составляют 41 % аудиторных занятий.
На практических занятиях используется метод учебной дискуссии, разбор проблемных ситуаций, докладов и беседы, что развивает коммуникативные способности.
Практические занятия организованы в форме ответов на поставленные вопросы или докладов студентов. Доклады завершаются дискуссией по основным вопросам, затронутым в устных сообщениях. Каждый раздел дисциплины сопровождается практическими работами, где рассматриваются все необходимые характеристики изучаемых объектов. Практические занятия включают элементы компьютерных симуляций, разбор конкретных микробиологических, санитарных, эпидемиологических ситуаций, встречи с представителями крупнейших научно-исследовательских институтов г. Саратова (РОС НИПЧИ «Микроб», УРАН Институт биохимии, физиологии растений и микроорганизмов), представителями коммерческих организаций, работающих в смежных областях (ЗАО «Биоамид», ЗАО «Нита-Фарм»). Практические занятия проводятся с использованием компьютерной техники – показом презентаций и фильмов. Удельный вес интерактивных форм обучения составляет более 60% аудиторных занятий.
Освоение курса основано на системе текущего и итогового контроля знаний.
Текущий контроль знаний организован в виде опросов, устных докладов, рефератов и контрольных работ.
Самостоятельная работа необходима в процессе изучения курса, она должна проводится по графику под руководством преподавателя. Самостоятельная работа студентов при изучении дисциплины включает: проработку конспекта лекций; подготовку к практическим работам; написание реферата по предложенным темам; изучение материалов, выделенных для самостоятельной проработки; выполнение домашнего задания; проработку лекционных материалов по учебникам. В процессе самоподготовки следует ориентироваться на содержание разделов курса. Курс завершается экзаменом.
Особенности организации образовательного процесса
для лиц с ограниченными возможностями здоровья и инвалидностью

использование индивидуальных графиков обучения и сдачи экзаменационных сессий;

организация коллективных занятий в студенческих группах с целью оказания помощи в получении информации инвалидам и лицам с ограниченными возможностями здоровья;

проведение индивидуальных коррекционных консультаций для инвалидов и лиц с ограниченными возможностями здоровья;

для лиц с ограничениями по слуху для облегчения усвоения материала предусматривается максимально возможная визуализация лекционного курса, в том