ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Биолого-почвенный факультет

Рассмотрено и рекомендовано на заседании кафедры биохимии и микробиологии РГУ Протокол № _________ «_____» _____________200 г. Зав. кафедрой ______________________

УТВЕРЖДАЮ Декан факультета (Зам. Декана по учебной работе) _______________________________ _______________________________ «_____» _____________________200 г.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

Учебной дисциплины «МИКРОБИОЛОГИЯ»

вузовского компонента цикла ОПД

по специальности 020201 (011600) БИОЛОГИЯ

Составитель канд.биол.наук доцент А.В.Полякова

Ростов-на-Дону

2007

1 ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

1. Цель курса

Ознакомить студентов с миром микроорганизмов, участвующих в превращении безазотистых и азотсодержащих органических соединений и играющих в жизни природы и человека огромную роль. Создать представление о том, что микроорганизмы вездесущи, что они встречаются во всех климатических зонах, могут принимать участие в приготовлении пищевых продуктов (хлеб, творог, сыр, вино, пиво и т.п.), но могут и вызывать болезни, уносящие тысячи жизней.

2. Задачи курса

Познакомить студентов с миром микроорганизмов, их морфологией. Особенностями ультраструктуры, физиолого-биохимическими свойствами. Дать представление об уникальности недавно открытых реликтовых форм – архебактериях, познакомить с систематикой царства прокариот. При изучении метаболизма подчеркнуть уникальность отдельных процессов, реализуемых только прокариотами, показать разнообразие типов питания и космополитизм бактерий, их невероятную устойчивость к факторам внешней среды.

3. Место курса в профессиональной подготовке выпускников

Изучение курса «Микробиология» - необходимый этап подготовки высококвалифицированных специалистов-микробиологов, биотехнологов. Полученные знания послужат основой для изучения специальных курсов «Функциональная морфология микроорганизмов», «Основы физиологии микроорганизмов», «Пищевая микробиология», «Техническая микробиология», «Основы таксономии» и других.

4. Требования к уровню освоения содержания курса

Изучение курса «Микробиология» предполагает приобретение студентами навыков работы с микробиологическими объектами и правилами работы в лаборатории, знакомство с методами стерилизации, выделения микроорганизмов на питательных средах, способами культивирования микроорганизмов, изучение ряда физиологических групп бактерий, участвующих в превращении органических соединений.

II СОДЕРЖАНИЕ КУРСА

Исторический очерк развития микробиологии.

Открытие микромира. Описательный и физиологический периоды в развитии микробиологии. Открытия Луи Пастера. Вклад в развитие микробиологии русских ученых Виноградского С.Н., Ивановского Д.И., Омелянского В.Л., Мечникова И.И., Надсона Т.А. и других. Основные направления развития современной микробиологии: общая, медицинская, промышленная, сельскохозяйственная, ветеринарная, водная, почвенная, техническая, космическая.

Особенности прокариот и их положение в системе живых существ

Прокариоты и эукариоты. Современные представления о царствах живых организмов. Критерии и представители каждого царства.

Строение прокариот. Основные и дополнительные органеллы, их функции и химический состав. Клеточная стенка бактерий. Окраска по Грамму. Различия в строении клеточной стенки грам-положительных и грам-отрицательных микроорганизмов.

Морфология микроорганизмов.

Размеры, форма и клеточные ассоциации микроорганизмов. Необычные формы бактерий. Споры и другие покоящиеся формы, виды спорообразования. Подвижность, типы жгутикования. Актиномицеты – как особая группа прокариот. Их структурные, физиологические особенности, способы размножения.

Систематика бактерий.

Разнообразие прокариот. Принципы классификации. Деление царства прокариот на отделы. Характеристика грациликутов, фирмикутов, тенерикутов и мендозикутов. Особенности строения архебактерий. Нумерическая таксономия, полифазная таксономия. Молекулярно- биологический подход для построения филогенетической классификации. Современные представления о систематике бактерий.

Рост и размножение бактерий.

Понятие роста. Индивидуальный рост клеток и рост популяций. Прямые и косвенные методы оценки роста. Размножение бактерий: бинарное деление, почкование, фрагментация. Методы культивирования микроорганизмов. Периодическое культивирование: кривая роста, характеристика отдельных фаз. Причины лимитации роста и отмирания. Непрерывное культивирование, принцип работы хемостата и турбидостата. Сравнительная характеристика роста популяций при периодическом и непрерывном культивировании. Феномен «Quorum sensing».

Действие физических и химических факторов на микроорганизмы.

Основные факторы, влияющие на микроорганизмы в естественных условиях существования: температура, радиация, кислород, влажность, осмотическое давление, активная кислотность среды и т.д.

Влияние температуры на жизнедеятельность микроорганизмов. Кардинальные точки для психрофилов, мезофилов и термофилов, места их обитания. Механизмы термоустойчивости бактерий. Использование высоких температур для стерилизации. Методы стерилизации. Лиофилизация – способ хранения культур микроорганизмов.

Роль воды в жизнедеятельности микроорганизмов. Показатели влажности, при которых возможен рост бактерий.

Радиация и ее действие на микроорганизмы. Физиологическое, мутагенное и летальное воздействия разных видов излучений (длина волны и доза). Действие ультразвука на микроорганизмы. Применение УФ-лучей, ультразвука в практической деятельности человека.

Гидростатическое давление. Осмотическое давление. Их влияние на микроорганизмы (осмофилы, галофилы, барофилы).

Отношение микроорганизмов к молекулярному кислороду: аэробы, анаэробы (облигатные, факультативные) микраэрофилы, аэротолеранты. Окислительно-восстановительный потенциал среды (rН₂).

Активная кислотность среды (рН). Примеры щелочеустойчивых и кислотоустойчивых микроорганизмов.

Антимикробные вещества, специфичность и механизм действия, области их применения.

Питание микроорганизмов.

Потребности в питательных веществах. Питательные среды, их классификации. Факторы роста. Прототрофы, ауксотрофы, олиготрофы.

Принцип элективности , получение накопительных и чистых культур. Использование микроорганизмами высокомолекулярных соединений. Внеклеточное переваривание. Ферменты микроорганизмов. Поступление веществ в клетку Разнообразие типов питания прокариот.

Метаболизм (обмен веществ)

Понятие о катаболизме и анаболизме, их взаимосвязь. Аккумуляция энергии в клетках микроорганизмов. Субстратное, окислительное и фотосинтетическое фосфорилирование..

Брожения. Определение понятия «брожение» и критерии процесса. Роль Луи Пастера в развитии учения о брожениях. Пути катаболизма гексоз. Спиртовое, молочнокислое (гомо- и гетероферментативное), маслянокислое, ацетонобутиловое, пектиновое брожения, анаэробное разложение клетчатки. Характеристика процессов и их возбудителей. Распространение и роль процессов в природе, значение для промышленной деятельности человека.

Дыхание (полное окисление). Основные этапы процесса. Цикл трикарбоновых кислот, дыхательная цепь и фосфорилирование, сопряженное с транспортом электронов. Аэробное разложение клетчатки, характеристика процесса и возбудителей. Разнообразие типов дыхания у микроорганизмов.

«Анаэробное» дыхание (перенос электронов в анаэробных условиях). Денитрификация и восстановление нитратов («нитратное дыхание»), возбудители процесса. Образование сероводорода при восстановлении сульфатов («сульфатное дыхание»). Диссимиляционная и ассимиляционная сульфатредукция., характеристика возбудителей. Взаимосвязь дыхания и брожения.

Неполные окисления. Цикл трикарбоновых кислот – конечный этап окисления. Уксуснокислое «брожение». Характеристика возбудителей, распространение в природе. Способы промышленного производства уксуса, получение витамина С. Окисление углеводов грибами с образованием органических кислот.

Хемосинтез. Использование неорганических доноров водорода аэробными хемолитотрофными бактериями. Окисление аммиака и нитрита (нитрификация), окисление восстановленных соединений серы, окисление двухвалентного железа и другие.

Бактериальный фотосинтез. Циклическое и нециклическое фотофосфорилирование. Пигменты фототрофных бактерий. Оксигенный и аноксигенный фотосинтез, возбудители процессов,. Использование световой энергии галобактериями. Экология фототрофов.

Биосинтетические процессы у микроорганизмов. Значение ЦТК в конструктивном метаболизме. Основные мономеры конструктивного метаболизма (органические кислоты, аминокислоты, сахара, азотистые основания и др.) Пути образования и дальнейшего использования. Образование аминокислот (прямое аминирование органических кислот, переаминирование). Вторичные метаболиты.

Биосферная микробиология

Участие микроорганизмов в круговоротах веществ в природе.

Круговорот углерода. Фиксация СО₂, характеристика процессов и возбудителей. Минерализация органических соединений. Роль микроорганизмов в процессах фиксации и минерализации.

Круговорот азота. Аммонификация азотсодержащих органических соединений (минерализация белков, мочевины), условия протекания, крнечные продукты. Гнилостные бактерии. Нитрификация. Фазы процесса, промежуточные и конечные продукты. Характеристика возбудителей. Денитрификация, значение процесса, условия протекания, возбудители. Азотфиксация: симбиотическая и несимбиотическая. Биохимия процесса, работа нитрогеназы. Характеристика свободноживущих и симбиотических азотфиксаторов. Жизненный цикл клубеньковых бактерий. Уникальность и значение процесса в природе. Анаэробное окисление аммония (анаммокс- процесс), особенности возбудителей.

Наследственность и изменчивость микроорганизмов

Организация генетического аппарата у прокариот, отличия от генома эукариот. Внехромосомные факторы наследственности – плазмиды.. Мутагенные факторы, мутации.

Генетические рекомбинации у прокариот: трансформация, трансдукция, коньюгация, характеристика и особенности каждого процесса. Половой фактор у бактерий, основные этапы коньюгации. Генетические карты.

Взаимоотношения микроорганизмов (биотические взаимодействия)

Эктосимбиоз и эндосимбиоз. Различные формы взаимоотношений: симбиотические (мутуализм, кооперация, комменсализм, синтрофия, синергизм) и антибиотические (антогонизм, паразитизм, хищничество). Характеристика и примеры.

2. Перечень примерных контрольных вопросов и заданий для самостоятельной работы

-устройство микроскопа, правила микроскопирования

- типы препаратов

- морфология микроорганизмов

-виды микроскопирования (светлопольная, темнопольная, фазово-контрастная, электронная микроскопия)

- строение и функционирование дрожжевой клетки

- типы питания эукариот (автотрофы и гетеротрофы)

- основные признаки растений и животных

- действие температуры и влажности на микроорганизмы

- действие рН среды на бактерии

- действие УФ-лучей, мутации

- антибиотики, механизмы действия, области применения

- хемостатное и турбидостатное культивирование

- химический состав клеток

- потребности в химических элементах

- пути расщепления гексоз (гликолиз, пентозофосфатный путь)

- дыхание, основные этапы, энергетический выход

- цикл трикарбоновых кислот

- катаболизм и анаболизм, их взаимосвязь

- конструктивный обмен (синтез углеводов, аминокислот, нуклеиновых кислот, липидов)

- биохимия азотфиксации

- мутагенные факторы, мутации

- взаимоотношения микроорганизмов с растениями и животными

- питательные среды, их классификации

- методы стерилизации

3. Примерный перечень вопросов к экзамену по всему курсу

- царства живых организмов

- строение прокариотической клетки

- морфология микроорганизмов

- виды спорообразования, типы жгутикования

- строение и размножение актиномицетов

- строение клеточной стенки бактерий

- систематика прокариот, характеристика представителей отделов

- действие внешних факторов на микроорганизмы: температура, влажность, рН среды, кислород, свет, осмотическое и гидростатическое давление, ультразвук

- рост и размножение бактерий

- методы культивирования микроорганизмов (периодическое и непрерывное)

- пищевые потребности микроорганизмов

- типы питания прокариот

- энергетический обмен, катаболизм глюкозы

- брожения, их химизм и возбудители

- дыхание (аэробное и анаэробное)

- неполное окисление, особенности процесса

- бактериальный фотосинтез, фототрофные бактерии

- круговорот углерода, участие в нем прокариот

- цикл азота, характеристика этапов и возбудителей

- генетические рекомбинации у бактерий: трансформация, коньюгация, трансдукция

- биотические взаимодействия (типы взаимоотношений микроорганизмов в природе).

III распределение часов курса по темам и видам работ

№	Наименование тем и разделов	Всего часов (трудоемкость)	Аудитор. занятия (час). в т.ч.		Сам. работа
			Лекции	Сем.
1.	Открытие микромира. Царства живых организмов. Строение прокариот.	10	2	8	4
2.	Морфология и размеры бактерий. Спорообразование. Типы жгутикования. Актиномицеты.	6	2	4	2
3.	Клеточная стенка бактерий. Систематика прокариот.	5	2	3	2
4.	Действие внешних факторов на микроорганизмы.	8	3	5	8
5.	Рост и размножение у бактерий.	7	3	4	8
6.	Питание.	6	2	4	4
7.	Обмен веществ и энергии.	2	2	-	8
8.	Брожения.	18	6	12	-
9.	Дыхание (аэробное и анаэробное).	10	2	8	8
10	Неполное окисление.	8	-	8	4
11	Фотосинтез.	2	2	-	2
12	Циклы углерода и азота.	12	4	8	6
13	Генетические рекомбинации.	2	2	-	8
	Итого	96	32	64	64

IV учебно-методическое обеспечение курса Литература

Основная

1.Гусев М.В., Минеева Л.А. Микробиология. – М.: МГУ, 1992. – 448с.

2.Емцев В.Т., Шильникова В.К. Микробиология.- М.: Агропромиздат,1990. – 191с.

3.Мишустин Е.Н., Емцев В.Т. Микробиология. – 3-е изд. – М.: Агропромиздат,1987. – 368с.

4.Общая микробиология / под ред. проф. А.Е.Вершигоры. – К.: Выща шк. Головное изд-во, 1988. – 343с.

5.Шлегель Г. Общая микробиология. – М.; Мир, 1987. - 567с.

Дополнительная

1.Медицинская микробиология /под ред. В.И.Покровского, О.К.Поздеева. – М.: ГЭОТАР Медицина, 1999. – 1183с.

2.Определитель бактерий Берджи в 2-х т. /под ред. Дж.Хоулта и др. – М.: Мир, 1997. – Т.1,2. – 800с.

Календарно-тематический план Общего курса «Микробиология»

1. Открытие микромира. Царства живых организмов. Строение прокариотической клетки. – 2 ч.

2. Морфология бактерий. Спорообразование. Расположение жгутиков. Строение и размножение актиномицетов. – 2 ч.

3. Клеточная стенка бактерий. Систематика царства прокариот. – 2 ч.

4. Действие абиотических факторов на микроорганизмы (физические факторы). – 2 ч.

5. Действие химических факторов на бактерии. Понятие роста . Способы размножения прокариот.- 2 ч.

6. Периодическое и непрерывное культивирование. – 2 ч.

7. Питательные среды. Потребности прокариот в питательных веществах. – 2 ч.

8. Метаболизм бактерий. Энергетический обмен. – 2 ч.

9. Спиртовое и молочнокислое брожения. – 2 ч.

10. Маслянокислое брожение (разложение пектиновых веществ и клетчатки). – 2 ч.

11. Уксуснокислое брожение. Способы производства уксуса. – 2 ч.

12. Аэробное и анаэробное дыхание у бактерий. – 2 ч.

13. Бактериальный фотосинтез. Группы фототрофов. – 2 ч.

14. Круговороты веществ в природе. Цикл углерода и азота. – 2 ч.

15. Азотфиксация и аммонификация. – 2 ч.

16. Симбиозы. Генетические рекомбинации у прокариот. – 2 ч.

Г Л О С С А Р И Й