УТВЪРЖДАВАМ:
РЕКТОР:
(ДОЦ. Д-Р. Д. ГРЕКОВ)
УЧЕБНА ПРОГРАМА
за дисциплината
Микробиология и микробиологични методи за пречистване
включена като задължителна в учебния план
НА специалността: “ЕКОЛОГИЯ И ОПАЗВАНЕ НА ОКОЛНАТА СРЕДА”
професионално направление: област 4.
Природни науки, математика и информатика
професионално направление 4.4. Науки за земята
за образователно - квалификационна степен БАКАЛАВЪР
ФОРМА НА ОБУЧЕНИЕ: РЕДОВНА
kатедра “МИКРОБИОЛОГИЯ И ЕКОЛОГИЧНИ БИОТЕХНОЛОГИИ”
Пловдив, 2009 г.
УЧЕБНА ПРОГРАМА
І. ИЗВАДКА ОТ УЧЕБНИЯ ПЛАН
Код
|
Водещ
преподавател
|
Основна
форма на
контрол
|
Хорариум
|
Кредити
|
Аудиторна
заетост
|
Извънаудиторна
заетост
|
Всичко
|
Лекции
|
Упраж-нения
|
Учебни
практики
|
Други форми
|
02.03.12
|
Гл.ас. д-р Йорданка Карталска
|
Писмен изпит
|
45
|
45
|
-
|
85
|
175
|
7.0
|
II. АНОТАЦИЯ
Курсът цели да се изградят задълбочени познания върху биологията на микроорганизмите – бактерии и еукариоти, като се акцентира върху изучаването на таксономията, физиологията, метаболизма и генетиката на микроорганизмите. Специално внимание се отделя на изучаване особеностите на основните групи микроорганизми и подходи, свързани с тяхното откриване, идентифициране и доказване в околната среда. Разглежда се кръговрата на химичните елементи в природата и участието на микроорганизмите в трансформацията на органичната и неорганична материя, формиране на микробни съобщества и техните взаимоотношения.
Подробно ще бъдат разгледани въпросите, свързани със структурата на микрофлората на почви, водни екосистеми и въздух. Студентите ще се запознаят с основите на санитарната микробиология и методите, свързани с индикацията на санитарно-показателни и патогенни микроорганизми в природните екосистеми.
С изучаването на курса студентите ще придобият знания и умения за прилагане на екологосъобразно съвременно земеделие, което се очертава като бъдеще на земеделското производство и съхраняване на околната среда.
ІІІ. СЪДЪРЖАНИЕ НА УЧЕБНАТА ПРОГРАМА
ІІІ.1. АУДИТОРНА ЗАЕТОСТ – 90 часа
IІІ.1.1. ЛЕКЦИИ- 45 часа
МОРФОЛОГИЯ И УЛТРАСТРУКТУРА НА ПРОКАРИОТНАТА КЛЕТКА
|
|
Морфология (форма) на бактериалната клетка
Еукариоти и прокариоти, форма на бактериите. Кръгли, пръчковидни и извити бактерии. Неправилни форми. Размери на бактерии.
|
2 часа
|
|
|
Ултраструктура на бактериалната клетка
Капсула -видове капсули. Химически състав и значение на капсулата за бактериалната клетка. Клетъчна стена - строеж и функция. Химически състав при Грам-положителните и Грам-отрицателните бактерии. Значение на клетъчнъта стена за бактериите. Цитоплазматична мембрана. Химически състав. Строеж на цитоплазматичната мембрана. Цитоплазма - структура и химически състав. Образувания - мезозоми, тилакоиди, хроматофори, фикобилизоми, хлорозоми. Рибозоми - строеж, значение. Газови вакуоли. Карбоксизоми. Магнитозоми. Включения. Генетичен апарат - нуклеоид, плазмид. Строеж, роля и значение.
|
3 часа
|
|
|
СИСТЕМАТИКА НА БАКТЕРИИТЕ
Основни таксономични категории. Видът като таксономична категория. Развитие на бактериалната класификация.Съвременно състояние. Класификация на бактериите по Бърджи.
|
1 часа
|
|
|
Движение при бактериите
Движение и органи за движение при бактериите. Спори и спорообразуване при бактериите. Етапи на спорообразуване. Прорастване на спорите. Физиологично значение на спорите при бактериите.
|
2 часа
|
|
|
РАСТЕЖ И РАЗМНОЖЕНИЕ ПРИ БАКТЕРИИТЕ
Растеж. Размножение - деление /изоморфно и хетероморфно/, прищъпване, пъпкуване. Крива на растеж и размножение на бактериите в течна хранителна среда - лаг-фаза, експоненциална фаза, стационарна фаза, фаза на отмиране. Измерване на растежа.
|
2 часа
|
|
|
ГЕНЕТИКА НА БАКТЕРИИТЕ
Наследствени фактори при микроорганизмите. Механизми, водещи до изменение на генетичната информация. Ненаследствена и наследствена изменчивост. Мутации. Генетически рекомбинации: Конюгация F- и F + клетки, F- фактор, F-пили, Hfr - клетки.
Трансформация. Трансдукция - трансдуциращ фаг; видове трансдукция - специфична, обща /генерализирана/ и абортативна. Практическо приложение на достиженията на генетиката на бактериите в генното инженерство.
|
2 часа
|
|
|
МОРФОЛОГИЯ И СИСТЕМАТИКА НА ДРУГИ ГРУПИ МИКРООРГАНИЗМИ
Вируси
Природа и произход на вирусите. Морфология, химичен състав и строеж. Нуклеинови киселини на вирусите. Други съставни части. Репродукция на вирусите. Етапи на заразяване на клетката с вируси. Адсорбция. Проникване в клетката. Репликация на вирусните нуклеинови киселини. Култивиране на вирусите. Бактериофаги. Вирулентни и лизогенни /умерени/ фаги. Вироиди. Приони. Вируси и рак. Влияние на физични и химични фактори върху вирусите.
Актиномицети
Морфология и физиология на актиномицетите. Химичен състав, строеж, размножение и систематика. Значение на актиномицетите за селското стопанство.
Гъби
Морфология и физиология на плесенови гъби. Размножение и систематика. Значение за селското стопанство.
Дрожди
Морфология и физиология на дрожди. Размножение и систематика. Значение за селското стопанство.
|
4 часа
|
|
|
ВЛИЯНИЕ НА ФАКТОРИТЕ НА ОКОЛНАТА СРЕДА ВЪРХУ МИКРООРГАНИЗМИТЕ
(Екология на микроорганизмите)
Влияние на физичните фактори - влажност /осмофилни, халофилни микроорганизми/; температура /психрофили, мезофили, термофили, екстремални термофили/; киселинност /алкалофилни и ацетофилни микроорганизми/; кислород /облигатни аероби, облигатни анаероби, аеротолерантни анаероби, факултативни анаероби/; хидростатично налягане /барофилни, баротолерантни, баробиология/. Светлина, радиация, налягане. Стерилизация. Стерилизационни методи. Стерилизация със сух въздух, стерилизация с прегрята водна пара, фракционна стерилизация.
Химически фактори - бактериостатичен и бактерициден ефект. Взаимодействие на факторите на околната среда.
Взаимоотношения между организмите. Асоциативни - метабиоза, симбиоза /мутуализъм или паразитизъм/. Антагонизъм. Антибиоза и антибиотици. Механизъм на действие на антибиотиците. Приложение на антибиотиците.
|
2 часа
|
|
|
МЕТАБОЛИЗЪМ ПРИ МИКРООРГАНИЗМИТЕ. КОНСТРУКТИВЕН И ЕНЕРГИТИЧЕСКИ МЕТАБОЛИЗЪМ
Хранене на микроорганизмите.
Начини на хранене. Постъпване на хранителните вещества в микробната клетка. Хранителни потребности на микроорганизмите от C, N, S, P, K, Mg, Ca, Fe, микроелементи, растежни фактори.
Групиране на микроорганизмите по типа на хранене- фототрофи, хемотрофи, хетеротрофи, автотрофи, органотрофи, литотрофи.
Енергетически метаболизъм
Външни източници на енергия на микроорганизмите. Получаване на енергия - окисление и редукция на органичните съединения. Начини за получаване на енергия от микроорганизмите - ферментация /субстратно фосфорилиране/; дишане - аеробно и анаеробно /окислително фосфорилиране в дихателната верига/; фотосинтеза /фотосинтетично фосфорилиране/; видове фотосинтеза. Акумулация на енергия от микроорганизмите - АТФ и -2 /трансмембранен градиент на йоните на Н/. Основни пътища за разграждане на въглехидраттите при микроорганизмите. Отношение на микроорганизмите към О2.
|
3 часа
|
|
|
УЧАСТИЕ НА МИКРООРГАНИЗМИТЕ В КРЪГОВРАТА НА ВЪГЛЕРОДА
Роля на микроорганизмите за кръговрата на въглерода в природата. Млечнокисела ферментация - същност и видове. Химизъм на процеса. Значение за селското стопанство. Силажиране, микробиологични процеси при силажирането.
Алкохолна ферментация. Причинители - еукариоти и прокариоти. Химизъм. Ефект на Пастьор. Значение за селското стопанство - получаване на витаминно белтъчни концентрати. Пропионовокисела ферментация. Причинители, химизъм и значение. Ферментации, предизвикани от бактериите от род Clostridium. Морфологична, физиологично и биохимична характеристика на бактериите от род Clostridium. Масленокисела ферментация - химизъм и значение за селското стопанство. Разграждане на целулозата. Химизъм. Аеробни и анаеробни причинители. Значение за селското стопанство. Разграждане на хемицелулоза и лигнин. Разграждане на пектиновите вещества - аеробни и анаеробни причинители. Значение за селското стопанство.
|
4 часа
|
|
|
РОЛЯ НА МИКРООРГАНИЗМИТЕ В КРЪГОВРАТА НА АЗОТА В ПРИРОДАТА
Амонификация
Амонификация на белтъчните вещества. Химизъм на амонификацията. Причинители на амонификацията на белтъчните вещества. Значение за селското стопанство. Разграждане на нуклеинови киселини. Разграждане на карбамид, пикочна киселина, хитин и калциев цианамид. Значение за селското стопанство.
Нитрификация
Същност на нитрификацията. Видове - автотрофни и хетеротрофни. Причинители на автотрофна нитрификация - хемилитотрофни бактерии от сем. Nitrobacteriaceae /нитрозни и нитратни/. химизъм на автотрофната нитрификация. Причинители на хетеротрофната нитрификация. Значение на нитрификацията.
Имобилизация на азота
Същност на имобилизацията. Условия за протичане. Значение за азотното хранене на растенията.
Денитрификация
Видове нитрификация - пряка и косвена. Причинители на пряката денитрификация. Условия за протичане. Разлика между денитрификация и асимилаторна нитратредукция. Химизъм на денитрификацията. Значение за селското стопанство.
|
3 часа
|
|
|
Биологична фиксация на молекулярния азот
Същност на азотфиксацията. Видове азотфиксация - асоциативна и симбиоттична. Свободно живеещи микроорганизми, фиксиращи атмосферния азот. Симбиотична фиксация на азот при бобовите растения. Морфология и специфични свойства на грудковитте бакттерии. Етапи на заразяване на растенията с грудкови бактерии. Влияние на факторите на околната среда върху азотфиксацията. Симбиотична азотфиксация при небобови растения. Химизъм на фиксацията на атмосферен азот от микроорганизмите. Бактериални азотни торове.
|
2 часа
|
|
|
Екологична характеристика на микроорганизмите
Основни понятия и закономерности на екологичната микробиология. Микроорганизмите като продуценти, консументи и редуценти.. Микробна екология на почвата и водите. Характеристика на биотопите. По-типични физиологични групи. Хоризонтално и вертикално разпределение. Сезонна динамика. Мутуалистични взаимоотношения в микробоценозите.
|
2 часа
|
|
|
Микроорганизмите в биогеохимичните цикли на елементите
Микробна екология на сярата и фосфора. Стехиометрия на процесите. Уравнение на Щум.
|
2 часа
|
Самопречистване на водите и водоемите
Концепция за биологичното пречистване на околната среда. Еволюция на самопречиствателните процеси. Абиотични и биотични фактори, влияещи върху скоростта на самопречистване в реална екологична обстановка. Понятие за сапробност и зони на сапробност.
|
3 часа
|
|
|
Аеробни процеси на пречистване на почвите, водите и въздуха
Основни механизми и параметри на микробното окисление на замърсителите. Активна утайка. Биофилм /биологична ципа/. Микробиологична и физикохимична характеристика. Биодеградация на основните типове замърсители (феноли, детергенти, пестициди, нефтени въглеводороди и други ксенобиотици).
|
3 часа
|
|
|
Анаеробни процеси на пречистване
Метаногенеза - микробиологична, ензимологична и технологична характеристика. Биотермично обработване на утайки, смесени с твърди битови отпадъци /компостиране/.
|
3 часа
|
|
|
Елиминиране на микроорганизмите от третираните води
Първично и вторично замърсяване. Безреагентни и реагентни методи. Биологични езера. Перспективни подходи - имобилизирана биомаса, пробиотици, бактериални лиофилизати, ензимни препарати с екологично предназначение.
|
1 час
|
|
|
Биоремидиация на замърсени почви
Основи на биоремидиационните процеси. Замърсената почва като среда за развитие на микроорганизмите. Характеристика на замърсителите по отношение на процесите на пречистване.
|
1 час
|
IIІ.1.2. ЛАБОРАТОРНИ УПРАЖНЕНИЯ
1.
|
Микроскопи, микроскопиране, приготвяне на микроскопски препарати, видове препарати. Морфология на бактериите – пръчковидни.
|
3 часа
|
|
|
|
2.
|
Морфология на бактериите – кълбовидни и извити
|
3 часа
|
|
|
|
3.
|
Оцветяване по Грам. Спори и включения
|
3 часа
|
|
|
|
4.
|
Морфология на актиномицети. Морфология на плесени и дрожди
|
3 часа
|
|
|
|
5.
|
Методи за микробиологичен анализ на почва и въздух.Хранителни среди. Стерилизация.
|
3 часа
|
|
|
|
6.
|
Директни и индиректни методи за определяне количеството на микроорганизмите.
|
3 часа
|
|
|
|
7.
|
Отчитане на чисти култури. Кръговрат на въглерода. Млечно – кисела ферментация. Микробиология на млякото.
|
3 часа
|
|
|
|
8.
|
Маслено-кисела ферментация. Разграждане на целулозата и пектиновите вещества
|
3 часа
|
|
|
|
9.
|
Кръговрат на азот – амонификация, нитрификация, грудкови бактерии.
|
3 часа
|
|
|
|
10.
|
Основни групи и характеристика на типични водни микроорганизми. Санитарно-показателни микроорганизми.
|
3 часа
|
|
|
|
11.
|
Методи за микробиологичен анализ на питейни и отпадни води. Начини за вземане на проби, съхранение и транспортиране.
|
3 часа
|
|
|
|
12.
|
Качество на водата Изолиране и преброяване на колиформени микроорганизми и предполагаеми E. Coli.
|
3 часа
|
|
|
|
13.
|
Метод на ултрамембранна филтрация. Определяне на коли-титър и коли-индекс.
|
3 часа
|
|
|
|
14.
|
Активна утайка – дезинтеграция и функционална характеристика.
|
3 часа
|
|
|
|
15.
|
Практически изпит.
|
3 часа
|
ІІІ. 2. ИЗВЪНАУДИТОРНА ЗАЕТОСТ – 85 часа
III.2.1. КУРСОВА РАБОТА– 25 часа
III.2.2 СЕМИНАРНИ ЗАНИЯТИЯ – 15 часа
1.
|
Обсъждане на курсов проект на тема: Екология на микроорганизмите
|
5 часа
|
|
|
|
2.
|
Обсъждане на курсов проект на тема:– Микрофлора на природни води – блата; езера
|
5 часа
|
|
|
|
3.
|
Биологично пречистване на отпадни води при естествени и изкуствено създадени условия
|
15 часа
|
Целта на разработваните курсови проекти е студентите на малки групи да наберат информация от литературни източници като научни статии, интернет източници др. за разпределението, състава и структурата на микроорганизмите в различни водни басейни и тяхното участие в процесите на самопречистване и пречистване на битови и природни води и в процесите на биоремедиация на увредени почви.
По предварително поставени теми и посочени литературни източници студентите разработват курсови проекти.
III. 2. 3. индивидуална работа с преподавателя /КОНСУЛТАЦИИ /-20 ЧАСА
III. 2. 4. ПОДГОТОВКА ЗА ИЗПИТ - 25 часа
IV. ТЕХНОЛОГИЯ НА ОБУЧЕНИЕТО
Учебният процес по дисциплината Микробиология и микробиологични методи на пречистване включва следните форми: лекции, семинарни, лабораторни и практическите упражнения.
Лекциите и другите аудиторни форми на обучение са осигурени с богат нагледен материал – презентации с мултимедия.
Семинарните занятия се провеждат под формата на дискусия между студентите и преподавателя по съответната тема или разработената курсова работа.
Заверка на семестъра се извършва при 100 % посетени лекции и отработени упражнения и учебни практики, с изключение на случаите, регламентирани с решения на АС и Правилника за УД на АУ-Пловдив.
Форма на провеждане на изпита – писмен, включващ въпроси от лекционния материал.
Оценяването е по шест-бална система – сумарна оценка от текущ контрол, практически изпит и писмен изпит.
VІ. ИЗПИТНА ПРОГРАМА
Изпитна програма по дисциплината
Микробиология и микробиологични методи на пречистване
за студентите от специалност екология и опазване на околната среда
при АГРАРЕН УНИВЕРСИТЕТ – Пловдив
ОКС “БАКАЛАВЪР”, РЕДОВНА форма на обучение, 2008/9 учебна година
Тема 1:
|
Форма и строеж на прокариотната (бактериална) клетка
|
1.1.
|
Прокариоти и еукариоти.
|
1.2.
|
Морфология на прокариотите, форма и размер на бактериите.
|
1.3.
|
Ултраструктура на бактериалната клетка. Капсула-строеж, химически състав, значение. Клетъчна стена - строеж, химически състав, роля и значение за бактериите. Цитоплазматична мембрана - строеж, химически състав, значение. Цитоплазма, образувания и включения - химически състав и роля в живота на бактериите. Генетичен апарат - нуклеоиди и плазмиди.
|
1.4
|
Спорообразуване при бактериите.
|
1.5.
|
Движение и органи за движение.
|
1.6.
|
Растеж и размножаване на бактериите.
|
|
|
Тема 2:
|
Систематика на бактериите.
|
|
|
Тема 3:
|
Генетика на бактериите.
|
3.1.
|
Наследствени фактори. Механизми на изменение на генетичната информация. Видове изменчивост.
|
3.2.
|
Мутации и рекомбинации. Конюгация. Трансдукция. Трансформация.
|
|
|
Тема 4:
|
Морфология и систематика на другите групи микроорганизми.
|
4.1.
|
Вируси. Произход и природа на вирусите. Морфология на вирусите. Строеж на вирусите. Етапи на заразяване на клетката с вируси. Култивиране. Интерферон.
|
4.2.
|
Актиномицети - морфология, систематика, разпространение и значение за селското стопанство.
|
4.3.
|
Морфология, систематика и значение на плесеновите гъби.
|
4.4.
|
Дрожди - морфология, систематика и значение.
|
|
|
Тема 5:
|
Метаболизъм при микроорганизмите.
|
5.1.
|
Хранене при микроорганизмите. Потребност от хранителни вещества. Постъпване на хранителните вещества в клетката. Типове хранене при микроорганизмите: Фотолитоавтотрофия, фотооргано-хетеротрофия. Хемолитоавтотрофия. Хемооргано-хетеротрофия.
|
5.2.
|
Енергитически метаболизъм - обща характеристика на енергетичните процеси. Начини за получаване на енергия от микроорганизмите - ферментация, дишане, фотосинтеза. Акумулация на енергия от микроорганизмите - АТФ и -µн+,. Пътища на разграждане на хексозите при микроорганизмите. Аеробни, анаеробни и факултативно анаеробни микроорганизми.
|
|
|
Тема 6:
|
Превръщане на съединенията на въглерода от микроорганизмите.
|
6.1.
|
Алкохолна ферментация.
|
6.2.
|
Млечнокисела ферментация - хомоферментативна и хетероферментативна.
|
6.3.
|
Пропионовокисела ферментация.
|
6.4.
|
Ферментации при бактерии от род Clostridium.
|
6.5.
|
Разграждане на целулоза, хемицелулоза, лигнин и пектинови вещества.
|
|
|
Тема 7:
|
Превръщане на съединенията на азота от микроорганизмите.
|
7.1.
|
Амонификация на белтъци.
|
7.2.
|
Разграждане на нуклеинови киселини, карбамид, пикочна киселина, цианамид и хитин.
|
7.3.
|
Нитрификация - автотрофна и хетеротрофна.
|
7.4.
|
Имобилизация на азота.
|
7.5.
|
Денитрификация.
|
|
|
Тема 8:
|
Биологическа фиксация на атмосферния азот. Същност и значение за селското стопанство.
|
8.1.
|
Свободно живеещи микроорганизми, фиксиращи молекулярен азот - аеробни и анаеробни бактерии.
|
8.2.
|
Симбиотическа фиксация на азота при бобови растения. Симбиотическа фиксация при небобови растения. Химизъм на азотфиксацията.
|
|
|
Тема 9:
|
Микробиологическо превръщане на съединенията на сярата, фосфора и желязото.
|
9.1.
|
Биологически цикъл на съединенията на сярата. Окисление на неорганичните съединения на сярата.
|
9.2.
|
Превръщане на органичните съединения на фосфора. Превръщане на неорганичните фосфати.
|
9.3.
|
Минерализация на органичните съединения на желязото. Окисление и редукция на съединенията на желязото.
|
|
|
Тема 10:
|
Екология на микроорганизмите.
|
10.1.
|
Влияние на абиотичните фактори - физични и химични.
|
10.2.
|
Влияние на биотичните фактори - взаимоотношения при микроорганизмите. Взаимодействие между микробните популации.
|
Микробиологични методи за пречистване
Тема 1:
|
Екологична характеристика на микроорганизмите. Биологични основи за охрана и очистване на водоемите.Видове и степени на замърсяване на водите
|
|
|
Тема 2:
|
Микробна екология на водите.Характеристика на биотопите. Хоризонтално и вертикално разпределение. Сезонна динамика.
|
|
|
Тема 3:
|
Микроорганизмите в биогеохимичните цикли на елементите – биосинтетични и биодеградационни аспекти.
|
|
|
Тема 4:
|
Самопречистване на водите и водоемите.Активна утайка.
|
|
|
Тема 5:
|
Аеробни процеси на пречистване на почвите, водите и въздуха.
|
|
|
Тема 6:
|
Анаеробни процеси на пречистване.Метанизация. Методи за елиминиране на микроорганизмите от третираните води
|
|
|
Тема 7:
|
Основи на биоремедиационните процеси. Характеристика на замърсителите по отношение на процесите на пречистване.
|
Препоръчителна литература:
-
1.Цирков, Й. Й. Кузманова, К. Сапунджиева, Пловдив, 1999.
-
Влахов Ст., Ал. Иванов. Обща микробиология, София, 1996.
-
Карова,Е.Микробиология. Пловдив,1998.
-
Шлегель Х.Г.Общая микробиология, 6 изд., М., 1987.
-
Димков Р., Физиология и биохимия на микроорганизмите, 1994
-
Gray N.Q., Activated sludge, Oxford, 1990
-
Henze M., Wastewater Treatment second edition, 1996
-
Alexander M., Biodegradation and bioremediation, Academic press, N.Y. 1994
2009, Пловдив СЪСТАВИЛ:
(ГЛ.АС.Д-Р й. КАРТАЛСКА)
Ръководител катедра:
(ЧЛ. КОР. пРОФ. ДСН й. кУЗМАНОВА)
Декан на рЗА:
(Доц. д-р Я. ДИМИТРОВ)
Сподели с приятели: |
