29

Ф17-6.3-01

Учреждение образования ”Полесский государственный университет“

УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебной работе учреждения образования ”Полесский государственный университет“ __________________ Л.С. Цвирко (подпись) ____________________ 20__ (дата)

ПРОГРАММА КОМПЛЕКСНОГО

ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКЗАМЕНА

Специальность	1-31 01 01 “Биология”
	(наименование специальности, код специальности в соответствии с ОКРБ)
Направление специальности	1-31 01 01-03 “Биология (биотехнология)”
	(наименование специализации в соответствии с ОКРБ)

Пинск 2012

СОСТАВИТЕЛИ:	Никандров В.Н., заведующий кафедрой биотехнологии, доктор
(Фамилия И.О., должность, ученая степень, ученое звание разработчика)
биологических наук, профессор

РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ

кафедрой биотехнологии

(название выпускающей кафедры)

протокол № ___ от _____________ 20__

Зав. кафедрой _________________ В.Н. Никандров

(подпись)

Советом	биотехнологического	факультета
	(название факультета)

протокол № ____от _____________20__

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Программа является документом, определяющим и регламентирующим структуру и содержание комплексного государственного экзамена по специальности “Биология” специализации “Биология (биотехнология)” для студентов дневной и заочной форм обучения биотехнологического факультета.

Программа комплексного государственного экзамена предназначена для организации подготовки студентов биотехнологического факультета к сдаче комплексного государственного экзамена по специальности.

Программа комплексного государственного экзамена носит обобщающий характер. Она разработана на основе действующих типовых и учебных программ для студентов специальности “Биология” по основным дисциплинам, включенным в содержание специальности.

Комплексный государственный экзамен для студентов специальности “Биология” специализации “Биология (биотехнология)” биотехнологического факультета проводится по дисциплинам, обеспечивающим в наибольшей степени приобретение выпускниками специальных знаний, умений и навыков в соответствии с квалификационными требованиями:

– “Биотехнология – принципы и применение”,

– “Микробиология”,

– “Генетика”.

Для успешной сдачи комплексного государственного экзамена студенты биотехнологического факультета в периоды обучения, предусмотренные учебным планом, изучают общебиологические и специальные дисциплины (спецкурсы), сдают экзамены (зачеты), курсовые (контрольные) работы и тестовые задания.

В результате обучения выпускники должны:

знать:

– область применения и задачи, решаемые биотехнологией, включая молекулярную биотехнологию;

­– объекты биотехнологии;

– сырьевую базу биотехнологии;

– основные направления развития био­технологии;

– происхождение и таксономию прокариот;

– морфологию, структурную организацию, закономерности функционирования клеток прокариот, их генетику;

– характеристику основных групп прокариот, их представителей;

– роль микроорганизмов в круговороте веществ, почвообразовательных процессах и плодородии почвы в переработке отходов производств и детоксикации веществ;

– методические приемы работы с микроорганизмами;

– новейшие достижения в области микробиологии и перспективы их использования в практических целях;

 закономерности наследования признаков при моно-, ди- и полигибридных скрещиваниях;

 биологические основы размножения растений и животных;

 клеточные, хромосомные, генные и молекулярные механизмы наследственности;

 механизмы изменчивости генетического материала;

 закономерности онтогенеза;

 основы генетики человека и его наследственных заболеваний;

 генетические основы селекции;

 вопросы экологической и популяционной генетики;

 задачи и возможности клеточной и генетической инженерии; принципы создания трансгенных растений и животных; основные подходы генотерапии;

 роль клеточных культур в биотехнологии;

 приборную базу и питательные среды необходимые для работы с клеточными культурами;

 особенности культивирования бактериальных, растительных и животных клеток.

Уметь:

– использовать современные информационные технологии при планировании биотехнологических процессов;

– готовить микробиологические препараты;

– применять различные методы микроскопирования;

– применять методики приготовления различных питательных сред;

– использовать теоретические знания по микробиологии в качестве научной основы микробиологической промышленности и биотехнологии;

– использовать основные методы работы с микроорганизмами в практиче­ской работе и экспериментальных исследованиях;

 проводить и анализировать генетический эксперимент;

 связывать данные генетики с достижениями цитологии, биологических основ размножения растений и животных, онтогенеза, эволюционной теории и селекции, а также с успехами в области биохимии нуклеиновых кислот, молекулярной биологии, микробиологии, вирусологии и иммунологии;

 работать на приборах необходимых для культивирования клеток;

 подбирать оптимальный состав питательных сред с учетом типа питания культивируемых организмов.

Обладать навыками:

– использовать современное лабораторное оборудование для проведения экспериментальных исследований;

– проводить исследования с использованием адекватных методов практической биотехнологии;

– использовать теоретические знания и практические навыки для самостоятельного планирования и проведения эксперимента, анализа и оформления полученных результатов.

Комплексный государственный экзамен проводится в устной форме.

Изменения в содержании дисциплин, выносимых на экзамены, учитываются в содержании вопросов для комплексного государственного экзамена по специальности на текущий год.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИН

“Биотехнология – принципы и применение”

Тема 1. Общая характеристика биотехнологии

Характеристика биотехнологии как многоотраслевой области деятельности. Направления развития биотехнологии и получаемые продукты. Специфика задач, решаемых биотехнологией в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве, медицине, энергетике.

Тема 2. Перспективы биотехнологии

Достижения и перспективы развития биотехнологии в медицине. Медицинские аспекты технологии рекомбинантных ДНК. Клеточная инженерия в медицине. Гибридомы и моноклональные антитела. Возможные способы применения моноклональных антител. Биоэлектроника и биоэлектрохимия в медицине.

Три основных направления биоэнергетики. Солнечная энергия и биомасса. Фотосинтез с точки зрения биотехнологии. Биофотолиз. Прямая и косвенная биоэнергетика.

Биотехнология в добывающей отрасли.

Перспективы биотехнологии в области пищевой промышленности. Cочетание традиционных и современных подходов в производстве пищевых продуктов и напитков.

Особенности применения биокаталитических систем для производства химических соединений. Преимущества производства на основе биокатализа. Влияние биотехнологии на развитие химической промышленности. Главные способы синтеза химических соединений на основе биокатализа.

Пути влияния биотехнологии на получение и использование различных материалов.

Основные направления развития биотехнологии в области охраны окружающей среды.

Точки соприкосновения биотехнологии и сельского хозяйства. Специфические объекты и задачи биотехнологии в сельскохозяйственном производстве. Сельское хозяйство как основной поставщик сырья для биотехнологии. Биотехнология в животноводстве и растениеводстве. Новые способы улучшения сельскохозяйственных культур. Проблема фиксации азота. Борьба с вредителями.

Экономические и коммерческие аспекты биотехнологии. Оценка спроса на биотехнологическую продукцию. Роль инвестиций в развитии биотехнологии. Способы участия в развитии биотехнологии.

Тема 3. Биотехнологический процесс

Основные пути получения новых продуктов. Принципы выбора области производства. Скрининг новых продуктов. Разрешающая способность и способы скрининга. Разнообразие биотехнологических продуктов.

Общая схема биотехнологического процесса. Продуцент – определяющий компонент производства. Типы продуцентов и их основные свойства. Принципы подбора продуцента. Требования к питательной среде. Факторы, влияющие на особенности процесса культивирования. Характеристика конечных этапов биотехнологического производства. Способы хранения и применения продукта. Основные продукты биотехнологического процесса. Особенности их получения.

Две разновидности биотехнологий. Крупномасштабное и мелкомасштабное производства. Категории биотехнологических процессов. Особенности «экологических» процессов. Основные отличия между «клеточными» и «метаболитическими» процессами. Трансформация веществ при иммобилизации клеток и ферментов.

Объекты биотехнологии. Характеристика одноклеточных организмов и клеток животных и растений как объектов биотехнологии. Базовые штаммы и требования к ним. Промышленные штаммы. Модельные объекты. Пути подбора продуцента. Селективные факторы для выделения специфических типов микроорганизмов. Роль «логической» селекции. Особенности биосинтеза первичных и вторичных метаболитов. Понятие о сверхпродуцентах и основные способы их получения. Генетические аспекты и уровни регуляции, влияющие на способность к сверхсинтезу. Методы отбора продуцентов.

Подбор состава среды. Требования к питательной среде в зависимости от категории процесса. Принципы подбора сред. Полноценные и синтетические среды. Источники углерода и энергии. Регуляторная роль факторов среды в биотехнологическом процессе. Сырье для питательных сред.

Культивирование продуцентов. Связь между ростом и продуктивностью. Продукты первой и второй фазы роста. Особенности культивирования, определяемые категорией биотехнологического процесса. Ферментационные процессы. Этапы ферментации. Способы хранения продуцентов. Проблемы замораживания-оттаивания. Лиофилизация.

Преимущества и недостатки периодического и непрерывного культивирования. Основные параметры роста продуцентов. Взаимосвязь тропо- и идиофазы в процессе культивирования. Этапы периодического культивирования и сферы его применения. Культивирование путем полного вытеснения и полного смешения. Хемостатное культивирование. Понятие о лимитирующем факторе. Влияние скорости разбавления на эффективность непрерывных процессов. Факторы, влияющие на продуктивность в процессе культивирования. Иммобилизация. Особенности культивирования клеток животных. Суспензионные и каллусные культуры растительных клеток.

Принципы подбора и конструирования биореакторов. Способы создания однородности условий. Роль пеногашения в процессах ферментации. Принцип асептики и способы его реализации. Влияние конструктивных особенностей биореактора на эффективность процесса. Конструктивные особенности биореакторов для культивирования клеток животных.

Конечные стадии биотехнологического процесса. Внутриклеточные и внеклеточные продукты. Отделение клеток от культуральной жидкости. Способы разрушения клеток и влияние на общую экономику процесса. Основные принципы разделения и очистки продуктов.

Стабилизация и модификация продуктов.

Тема 4. Применение биотехнологических подходов

Энергия и биотехнология. Понятие о биомассе в широком смысле. Два биотехнологических подхода к энергетическим проблемам. Получение топлива по схеме «биомасса–биотехнология». Технологии, основанные на утилизации солнечной энергии. Недостатки солнечной энергии и пути их преодоления. Фотосинтез с точки зрения биотехнологии. Факторы, влияющие на выход биомассы при фотосинтезе, и пути повышения выхода биомассы. Пути повышения эффективности фотосинтеза. Сельское и лесное хозяйство – основные поставщики сырья для производства биотоплива. Древесина, водоросли, масличные растения как сырье в энергетических производствах. Производство этилового спирта в качестве топлива. Усовершенствование процесса производства этанола.

Бесклеточные системы в энергетике.

Медицина и биотехнология. Средства диагностики, профилактики и лечения заболеваний. Пенициллин и другие антибиотики. Требования к идеальному антибиотику.

Гибридомы. Моноклональные антитела. Иммунологический анализ и сферы применения. Диагностика злокачественных новообразований. Направленное введение лекарственных препаратов. Получение важных для медицины веществ. Технология рекомбинантных ДНК для медицины. Проблема инсулина. Интерферон. Гормон роста. Вакцины.

Биотехнологические подходы в решении сельскохозяйственных задач. Растениеводство – сорта, болезни, удобрения. Фиксация азота. Новые принципы в селекции растений. Переработка сельскохозяйственного сырья. Биотехнологические аспекты животноводства.

“Микробиология”

Тема 1. Возникновение и развитие микробиологии

Открытие микромира А. Левенгуком. Морфологический период в микробиологии. Работы Л. Пастера, заложившие основы физиологического направления в микробиологической науке. Исследования Р. Коха, Л.С. Ценковского, И.И. Мечникова, Д.К. Заболотного, П. Эрлиха и др., определившие успехи медицинской микробиологии. Работы основоположников почвенной микробиологии С.Н. Виноградского и М. Бейеринка, В.Л. Омельянского. Развитие биохимического направления в микробиологии. Работы А. Клюйвера и К. ван Нилля, показавшие биохимическое единство живых организмов.

Основные направления развития современной микробиологии. Развитие и основные направления микробиологических исследований в Беларуси. Значение микробиологии для народного хозяйства и здравоохранения.

Тема 2. Микроорганизмы и их классификация

Положение микроорганизмов в системе живого мира. Разнообразие микроорганизмов и их общность с другими организмами. Прокариотические и эукариотические микроорганизмы; сходства и основные различия.

Вирусы: общая характеристика, отличия от клеточных организмов жизни. Бактериофаги: свойства, химический состав, строение, распространение в природе. Вирулентные и умеренные бактериофаги; особенности взаимодействия с бактериальными клетками. Фаговая конверсия.

Тема 3. Морфология и структурная организация микробной клетки

Морфология и размеры бактерий. Плеоморфизм бактерий.

Анатомия бактериальной клетки. Роль различных химических соединений в формировании клеточных структур и функционировании бактерий.

Химический состав, строение и функции клеточной стенки бактерий. Различия клеточных стенок грамположительных и грамотрицательных бактерий. Бактериальные сферопласты и протопласты: методы получения, свойства, применение. L-формы бактерий и их характеристика.

Химический состав, организация и функции поверхностных структур бактериальной клетки (капсулы, слизистые слои, чехлы, ворсинки).

Цитоплазматическая мембрана бактерий: химическая природа, строение и функции. Транспорт веществ через цитоплазматическую мембрану. Производные цитоплазматической мембраны и их функции.

Цитоплазма бактерий; химический состав и организация. Внутрицитоплазматические включения; их природа и значение для клетки. Органеллы цитоплазмы и их функции.

Нуклеоид бактериальной клетки: химическая и структурная организация, функции. Репликация ДНК у бактерий. Концепция репликона. Регуляция клеточного деления.

Органеллы движения бактерий. Строение, расположение на клетке и функционирование бактериальных жгутиков. Движение спирохет и бактерий со скользящим типом передвижения.

Строение, химический состав и свойства бактериальных эндоспор. Цитология и биохимия процесса спорообразования. Практическое значение спорообразования. Другие покоящиеся формы бактерий.

Типы размножения бактерий.

Неокрашенные (нативные) и окрашенные препараты бактерий: техника приготовления и назначение. Техника окраски бактериальных жгутиков. Техника и механизм окраски бактерий по методу Грама. Техника и механизм окраски кислотоустойчивых бактерий. Методы выявления бактериальных эндоспор, капсул, резервных веществ, нуклеоида. Методы изучения подвижности бактерий.