Утвърждавам: ректор: декан: /доц д-р Димитър Греков/ /доц д-р Я. Димитров

ИЗВАДКА ОТ УЧЕБНИЯ ПЛАН

Целта на курсът е, от една страна, да запознае студентите с естествената роля и значение на микроорганизмите в природата, а от друга, те да придобият практически знания и умения за работа с микроорганизми и микробни популации при екологични проблеми.

Успоредно с развитието на класическите науки, като математика, физика, генетика и биохимия, все повече се налагат комплексните дисциплини, чието изучаване изисква притежаването на знания в различни области на живота. Такава дисциплина е “Екология на микроорганизмите”, изучаваща развитието, поведението и ролята на микроорганизмите в природата.

По време на курса студентите ще се запознаят с основните принципи на екологията на микроорганизмите, с микробоценозите на различните биотопи, както и с ролята на микроорганизмите за плодородието на почвата, за нейното самовъзстановяване и биологична рекултивация. Ще бъдат развити въпросите за замърсяването и ролята на микроорганизмите като индикатори за състоянието на природата. Част от курса е посветен на приложната микробиология и биотехнологии. Студентите ще се запознаят с основните процеси протичащи при възстановяване на екологичното равновесие на биотопи замърсени с природни и синтетични органични вещества, както и с тежки метали и металоиди. Ще бъде изяснена ролята на микроорганизмите при осъществяване на контрола на качеството на компонентите на околната среда, както и за съхраняване на екологичното равновесие в природата.

Разглежданите теми са извън основния курс по “Микробиология” и “Екологични биотехнологии” на специалностите “Екология и опазване на околната среда”, “Растителна защита”, “Обща агрономия” и ще се изучава след придобиване на базови знания от студентите по тези дисциплини. Поради тази причина дисциплината ще допълни успешно техните знания за екологичните процеси в природата.

СЪДЪРЖАНИЕ НА УЧЕБНАТА ПРОГРАМА
I. ЛЕКЦИИ

1. Въведение в Екологията на микроорганизмите
Възникване на екологията на микроорганизмите. Исторически перспективи – принципи и личности в микробиологията. Връзка на екологията на микроорганизмите с екологията като цяло и с науките за околната среда. Роля на микроорганизмите в еволюцията – кръговрат на веществата, биодеградационна способност. Микроорганизмите – ценен биологичен ресурс. Микроорганизмите в съобщества – ареали на разпространение и разнообразие. Микробиологична характеристика на различните видове биотопи – микробни съобщества в атмосферата, почвата, в сладководните и солените водоеми.

3 часа
2. Развитие на микробните съобщества

Екосистеми. Експериментални и математически модели – микрокосмос. Микробни съобщества в природата – структура и функциониране. Микроорганизмите в своето естествено местообитание – микробиология на въздуха, водата и почвата (атмо-екосфера, хидро-екосфера и лито-екосфера).

4 часа
3. Взаимодействие между микроорганизми и растения
Взаимодействия с корените на растенията – ризосферен ефект и гъбна симбиоза с растителните корени (характеристика на екто- и ендомикоризите). Фиксация на атмосферния азот в ризосферата. PGPR (ризосферни микроорганизми стимулиращи растежа на растенията), сидерофори. Епифитна микрофлора. Микробни продукти – цитокинини, гибирелини, етилен, афлатоксин, антибиотици (механизъм и устойчивост), микробни инсектициди и хербициди. Биоконтрол.

4 часа

4. 
   Количествена екология на микроорганизмите: брой, биомаса и активност
   

Класически модел на микробния растеж на чисти култури. Лаг-фаза, експоненциална и стационарна фази, фаза на отмиране. Ефект на концентрацията на субстрата върху растежа. Продължително култивиране. Растеж при аеробни и анаеробни условия, в присъствие и отсъствие на ксенобиотици. Растеж в естествени условия. Пробонабиране от различни източници. Принципи при определяне броя, биомасата на микроорганизмите и микробния метаболизъм. 4 часа

Взаимоотношения между микробните популации. Взаимодействия вътре в микробната популация (положителни и отрицателни). Взаимодействия между популациите (неутрализъм, коменсализъм, синергизъм, мутуализъм, конкуренция, аменсализъм, паразитизъм, хищничество). Роля на микроорганизмите за пречистване на почвата от патогенни микроорганизми. 4 часа

Замърсяване на почвата с биоразградими средства от селското стопанство и индустрията. Класификация на химичните средства по антимикробни свойства.

Замърсяване на въздуха и влияние върху микробоценозите. Замърсители с естествен произход. Замърсители с антропогенен произход– изгаряне на горива, промишлени процеси, обработката на отпадъци.

2 часа
7. Микроорганизмите – индикатори за състоянието на околната среда

2 часа
8. Биотехнологични аспекти на екологията на микроорганизмите

Микробни взаимодействия с органични и неорганични замърсители. Перзистенция на молекулите на ксенобиотиците. Микробни взаимодействия с някои неорганични замърсители.

Роля на микроорганизмите при взаимодействията с метали и производството на горива (етанол, метан, водород и др.) и биомаса. Микробни взаимодействия с токсичните метали: биоминерализация и биоремедиация на Hg, Se, As и Cr. Генетично модифицирани микроорганизми – надежди и предизвикателства.

7 часа

1. 
   Показатели за определяне на почвеното плодородие – микробна биомаса, функционални групи микроорганизми, активности.
   

2. 
   Определяне на почвенообитаващи бактерии. Ензиматични реакции. Ферментация на захари. Хидролиза н желатин. Редукция на нитрати.
   

3. 
   Отчитане на заложените проби. Изолиране на микробиална ДНК от почвата.
   

4. 
   Определяне на дрожди. Ферментация на захари. Спорообразуване. Основни характеристики на видовете от род Saccharomyces.
   

5. 
   Отчитане на заложените проби и практически изпит.
   

По предварително поставена тема и посочени литературни източници студентите разработват курсови проекти, които защитават след провеждане на задължителната писмена форма на семестриален изпит – тест. Курсовият проект има примерен вид, както следва:

Тема………………………………………

Теоретична част /2-3 страници от теоретичния материал на дисциплината/

Експериментална част – по литературни данни

Изводи – студентът трябва да направи лична преценка относно приложимостта на метода и да посочи екологичното си отношение към проблема.

Обемът на курсовата работа – 20-30 страници.

Експозе – 4 – 5 минути.

За максимално усвояване на учебния материал, предвиден като практически упражнения, студентите работят самостоятелно под методичното ръководство на преподаватели – индивидуално работно място.

Заверка на семестъра се извършва при редовно посетени лекции и отработени упражнения с изключение на случаите, регламентирани с решения на АС и Правилника за УД на АУ-Пловдив.

Изпитът се провежда на два етапа: писмен (тест), включващ въпроси от целия лекционен материал, като всеки студент се запознава с регламента на оценка, която включва определен брой верни отговори, както и кратък отговор на открити въпроси в индивидуалния тест. Вторият етап е защита на курсов проект, като за оценка се взема под внимание и оценката на студентите относно представянето и отговора на зададените от преподавателя и тях въпроси.

Оценяването е по шестобална система – сумарна оценка от теста, защита на курсовия проект и текущата оценка за работа по време на семестъра.

V. ИЗПИТНА ПРОГРАМА.
1. Възникване на екологията на микроорганизмите. Исторически перспективи – принципи и личности в микробиологията. Връзка на екологията на микроорганизмите с екологията като цяло и с науките за околната среда.

2. Роля на микроорганизмите в еволюцията – кръговрат на веществата, биодеградационна способност. Микроорганизмите – ценен биологичен ресурс.

3. Динамика на микробните съобщества. Популационна селекция и развитие в съобществата.

4. Структура на микробните популации – разнообразие и стабилност. Индекси на разнообразие.

5. Екосистеми. Експериментални и математически модели – микрокосмос. Микробни съобщества в природата – структура и функциониране.

6. Микроорганизмите в своето естествено местообитание – микробиология атмо-екосферата.

7. Микроорганизмите в своето естествено местообитание – микробиология хидро-екосферата.

8. Микроорганизмите в своето естествено местообитание – микробиология лито-екосфера.

9. Взаимодействия с корените на растенията – ризосферен ефект и гъбна симбиоза с растителните корени (характеристика на екто- и ендомикоризите).

10. Фиксация на атмосферния азот в ризосферата. PGPR (ризосферни микроорганизми стимулиращи растежа на растенията), сидерофори. Епифитна микрофлора.

11. Класически модел на микробния растеж на чисти култури. Лаг-фаза, експоненциална и стационарна фази, фаза на отмиране. Ефект на концентрацията на субстрата върху растежа. Продължително култивиране. Принципи при определяне броя, биомасата на микроорганизмите и микробния метаболизъм.

12. Физиологична екология на микроорганизмите: адаптиране към условията на околната среда. Влияние на факторите на околната среда върху микробните популации.

13. Взаимоотношения между микробните популации. Взаимодействия вътре в микробната популация и между популациите.

14. Замърсяване на водоемите с патогенни микроорганизми и с отпадни води. Влияние на отпадните води върху микробните ценози във водоемите. Роля на микроорганизмите за пречистване на почвата от патогенни микроорганизми.

15. Концепция за индикаторни организми. Индикатори за замърсеност на вода, почва, въздух. Термофилните и сапрофитните микроорганизми както индикатори. Бактериофаги. Други индикаторни микроорганизми. Европейските стандарти и критерии за индикатори.

16. Екологични аспекти на контрола на при управлението на почвите, отпадъците и водите. Управление на селскостопанските земи.

17. Компостиране. Материали и микробни агенти на компостирането. Фази на процеса. Параметри и показатели за развитието на процеса на компостиране.

18. Биоремедиация. Видове и значение. Фиторемедиация на почви замърсени с тежки метали.

19. Микробни взаимодействия с органични и неорганични замърсители.

20. Роля на микроорганизмите при взаимодействията с метали и производството на горива (етанол, метан, водород и др.) и биомаса.

21. Микробни взаимодействия с токсичните метали: биоминерализация и биоремедиация на Hg, Se, As и Cr.

22. Генетично модифицирани микроорганизми – надежди и предизвикателства.

1. 
   Atlas, R. & R. Bartha. Ecology of microorganisms. Addison Wesley. 2001
   
2. 
   Влахов, Ст., Ал. Иванов, Обща микробиология, София, 1995.
   
3. 
   Madigan, M. T., J. Martinko, J. Parker. Brock. Biology of microorganisms. 2000.
   
4. 
   Димков, Р. Физиология и биохимия на микроорганизмите, София, 1994
   
5. 
   Топалова, Я. и Р. Димков. Биодеградация на ксенобиотици. София. 2003.
   
6. 
   Chiumenti, R., and Chiumenti A., 2002, Technology of composting. Agencia regionale per la prevencione e protezione ambientale del Veneto, ISBN 954-8853-59-0, Sofia. (BG).
   

Гл. ас. д-р Стефан Шилев ………...

/Чл. кар. Проф. дсн Йоорданка Кузманова/