Рабочая программа дисциплины «Экологическая генетика»

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Сыктывкарский государственный университет»

Институт естественных наук

Кафедра «Экологии»

УТВЕРЖДЕНО

На заседании учебно-методической

комиссии Инстиута естественных наук

«___» сентября 2012 г.

Протокол №____

Председатель УМК

_____________

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Дисциплины «Экологическая генетика»

Блок дисциплины – М2.ДВ5

Направление – 022000.68 «Экология и природопользование» профиль «Окружающая среда и здоровье человека»

Институт естественных наук

Форма обучения – очная

Семестр 1

Всего учебных занятий – 60.15 часов

В том числе:

Аудиторных 48 часов, из них

Лекций – 8 часов;

Лабораторные занятия – 24 часов;

Семинары – 16 часов;

Текущий контроль – тесты, контрольные работы, реферат;

Самостоятельная работа – 4.5 часов.

Итоговый контроль – экзамен

Сыктывкар 2012

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Сыктывкарский государственный университет»

Институт естественных наук

Кафедра «Экологии»

Учебно-методический комплекс

Дисциплины «Экологическая генетика»

Блок дисциплины – М2.ДВ5

Направление – 022000.68 «Экология и природопользование» профиль «Окружающая среда и здоровье человека»

Квалификация – магистр

Институт естественных наук

Форма обучения – очная

Сыктывкар 2012

ЛИСТ СОГЛАСОВАНИЯ

И УТВЕРЖДЕНИЯ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ

Рабочая программа составлена на основании ГОС ВПО (СПО) и учебного плана направления 022000.68 «Экология и природопользование» профиль «Окружающая среда и здоровье человека»

Составитель программы:

Доцент кафедры экологии, кандидат биологических наук__________

Сведения о рецензентах:

Научный сотрудник отдела радиоэкологии

Института биологии Коми НЦ УрО РАН,

доцент кафедры экологии СГУ, кандидат биологических наук___________

Доцент кафедры экологии СГУ, кандидат биологических наук___________

Программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры экологии

Протокол заседания №___от «____»_________2012 г.

Заведующий кафедрой экологии

Доцент, доктор биологических наук_________________

Нормы Госстандарта

В соответствие со стандартом ФГОС ВПО студенты, обучающиеся по направлению 022000.68 «Экология и природопользование» профиль «Окружающая среда и здоровье человека», изучают «Экологическую генетику» как дисциплину по выбору. Форма текущего контроля – тесты, контрольные работы, реферат, форма итогового контроля – экзамен. На освоение курса программой отводится 48 часов, из них: 8 – лекции, 24 – лабораторные занятия, 16 – семинары, 4.5 часов – самостоятельная работа студентов.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Цель курса – дать студентам комплексное представление об экологической генетике как пограничной области знания, возникшей на стыке двух наук – экологии и генетики, а также раскрыть содержание основных разделов экологической генетики, решающих как фундаментальные, так и прикладные проблемы, связанные с селекцией, генетикой симбиотических отношений, медициной, токсикологией и сохранением оптимальной среды обитания человека.

Задачи курса:

- познакомить студентов с основными эколого-генетическими моделями и принципами и целями их разработки;

- дать представление о генетических основах симбиотических отношений;

- дать знания о механизмах устойчивости к факторам окружающей среды;

- дать представление о механизмах канцерогенеза.

Место дисциплины в структуре ООП

Экологическая генетика относится к общепрофессиональным дисциплинам ГОС. Учебная программа курса экологической генетики включает следующие вопросы: эколого-генетические модели, генетика симбиотических отношений, генетика устойчивости к факторам окружающей среды, генетическая токсикология и канцерогенез, токсикология и сохранение оптимальной среды обитания человека.

Изучение экологической генетики основывается на пройденных ранее дисциплинах: биологии, химии, общей экологии. Экологическая генетика является комплексным, междисциплинарным научным направлением, интегрирующим достижения различных наук, прежде всего биологического и экологического профиля. Приступая к изучению курса экологической генетки студент должен знать: взаимосвязь абиотических факторов и биотической компоненты экосистемы, иметь представление о законах наследственности и изменчивости; иметь современные представления о процессах метаболизма ДНК и биосинтеза белка; иметь современные представления о популяциях в экологии, систематике, генетике; иметь современные представления о популяционной генетике; Экологическая генетика тесно связана с такими науками, как экологическая токсикология, экологическая эпидемиология, биохимия, органическая химия, физиология растений, животных и человека, микробиология, молекулярная и клеточная биология, популяционная биология, синэкология, химия окружающей среды, прикладная экология и охрана окружающей среды, биоиндикация и экологический мониторинг, экологическая экспертиза, оценка воздействия хозяйственной деятельности на окружающую среду, почвоведение, агрохимия и геохимия.

Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

В результате изучения дисциплины формируются следующие профессиональные компетенции:

- иметь базовые общепрофессиональные представления об охране окружающей среды (ПК-4);

- умение разрабатывать типовые природоохранные мероприятия (ПК-5);

- способность проводить оценку воздействия планируемых сооружений или иных форм хозяйственной деятельности на окружающую среду (ПК-6);

- умение диагностировать проблемы охраны природы, разрабатывать практические рекомендации по охране природы и обеспечению устойчивого развития (ПК-7);

- знание нормативных документов, регламентирующих организацию производственно-технологических экологических работ (ПК-8);

- способность методически грамотно разрабатывать план мероприятий по экологическому аудиту, контролю за соблюдением экологических требований, экологическому управлению производственными процессами (ПК-9);

- умение проводить экологическую экспертизу различных видов проектного задания, осуществить экологический аудит любого объекта и разрабатывать рекомендации по сохранению природной среды (ПК-10);

- готовность осуществлять организацию и управление научно-исследовательскими и научно-производственными и экспертно-аналитическими работами с использованием углубленных знаний в области управления природопользованием (ПК-11).

Результаты обучения

В результате освоения дисциплины студент должен

знать:

-  основные группы загрязнителей, пути их миграции, трансформации и накопления в экосистемах;

-  механизмы воздействия факторов среды на организм и пределы его устойчивости, пути адаптации к стрессорным воздействиям среды;

-  пути влияния загрязнений различной природы на отдельные организмы и биоценозы;

-  физиологические основы здоровья человека, факторы экологического риска, возможности экологической адаптации.

уметь:

- применять в оценке воздействия на окружающую среду методы обнаружения и количественной оценки основных загрязнителей;

владеть:

- методами тестирования генетической активности факторов окружающей среды.

Формы контроля

Усвоение пройденного материала и проверка самостоятельной работы студентов происходит в виде устного опроса, посвященной той или иной теме, тестов. Владение теоретическими знаниями проверяется в ходе контрольных работ и зачета. Большая роль отводится самостоятельной работе студентов, написанию реферата, что помогает им лучше усваивать и понимать пройденное, логику геоботаники как науки биологической и экологической.

Допуск к зачету осуществляется по результатам посещения лекций, лабораторных работ, после написания реферата и выполнения контрольных работ.

4. КАЛЕНДАРНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ План ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Наименование тем	Количество часов по учебному плану
Макси-мальная нагрузка	Аудиторная нагрузка	Самостоя-тельная работа
Лекции	Лабораторные	Семинары
Раздел 1. Введение в экологическую генетику
Тема 1. Предмет и задачи экологической генетикии, место в системе наук	3,5	0,5	1	1	1
Раздел 2. ЭКОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ
Тема 1. Эколого-генетическая модель растение-дрозофила и защита растений	3,5	0,5	1	1	1
Тема 2. Система растение-агробактерия и биотехнология растений	2,5	0,5	1	1	-
Раздел 3. ГЕНЕТИКА СИМБИОТИЧЕСКИХ ОТНОШЕНИЙ
Тема 1. Симбиогенетика.	2,5	0,5	1	1	1
Тема 2. Микробно-растительный симбиоз.	2,5	0,5	1	1	-
Тема 3. Микориза: симбиоз между растениями и грибами.	2,5	0,5	1	1	-
Тема 4. Эндосимбиоз у животных: насекомые и бактерии.	2,5	0,5	1	1	-
Тема 5. Роль симбиотических отношений в происхождении эукариотической клетки.	2,5	0,5	1	1	-
Раздел 4. ГЕНЕТИКА УСТОЙЧИВОСТИ К ФАКТОРАМ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Тема 1. Генетика устойчивости к факторам окружающей среды.	5,5	0,5	3	1	1
Тема 2. Процессы репарации и их дефекты.	4,5	0,5	3	1	-
Тема 3. Система белков теплового шока.	3,5	0,5	2	1	-
Тема 4. Система цитохрома P450.	3,5	0,5	2	1	-
Тема 5. Биологические факторы мутагенеза.	3,5	0,5	2	1	-
Раздел 5. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ И КАНЦЕРОГЕНЕЗ
Тема 1. Классификация канцерогенов.	3	0,5	1	1	0,5
Тема 2. Механизмы химического и радиационного канцерогенеза.	2,5	0,5	1	1	-
Тема 3. Онкогены и гены опухолевые супрессоры	2,5	0,5	1	1	-
Тема 4. Онкогенные вирусы.	1	-	1	-
Итого	52,5	8	24	16	4,5

5. Структура и содержание дисциплины

Раздел 1. Введение в экологическую генетику

Тема 1. Предмет и задачи экологической генетикии, место в системе наук.

Определение экологической генетики как пограничной области знания, возникшей на стыке двух наук – экологии и генетики. Концепция уровней организации жизни и область интересов экологической генетики. Общая структура экологической генетики, основанная на методологических достижениях экологии и генетики. Использование в экологической генетике методов генетического анализа. Понятие о наследственности, значение элементарных признаков для генетического анализа экологических отношений. Изменчивость, типы изменчивости. Мутационная изменчивость. Роль генетических процессов, связанных с процессами репликации, репарации и рекомбинации. Модификационная изменчивость и связанные с ней генетические процессы, транскрипция и трансляция. Генетические процессы в популяциях. Типы экологических отношений. Синэкологические отношения, пищевые цепи. Аутэколгические отношения, естественные и антропогенные факторы окружающей среды.

Раздел 2. ЭКОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ

Тема 1. Эколого-генетическая модель растение-дрозофила и защита растений. Эколого-генетические модели. Принципы и цели их разработки. Известные на сегодняшний день модели, их фундаментальная и практическая важность. Взаимоотношение типа «продуцент-потребитель» на примере членистоногих и высших растений. Метаболизм стеринов и принципы создание растений, устойчивых к насекомым-вредителям. Модель растение-дрозофила, этапы создания, практическая и теоретическая важность.

Тема 2. Система растение-агробактерия и биотехнология растений. Агробактерия. Взаимодействие почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens с корнями растений. Образование растительной опухоли и заболевания корончатые галлы. Явление генетической колонизации. Выработка клетками зараженного растения несвойственных продуктов, опины. Генетическая система агробактерии: крупные плазмиды и две хромосомы (кольцевая и линейная). Ti-плазмида, наследование свойств вирулентности, строение Ti-плазмиды, значение T-ДНК. Гены Ti-плазмиды семейства vir, гены вирулентности, катаболизма и конъюгативного распространения. Факторы вирулентности в хромосомах, гены семейства chn. T-ДНК, прямые концевые повторы Т-ДНК и их функция, гены Т-ДНК – посредники при синтезе фитогормонов. Механизм генетической колонизации, стадии переноса T-ДНК из генома агробактерии в геном растения-хозяина. Роль в процессе инфицирования генов Ti-плазмиды и генов бактериальной хромосомы. Биотехнология растений. Система бинарного вектора Agrobacterium tumefaciens, как самый распространенный подход к созданию трансгенных растений. Строение бинарного вектора, хелперная и векторная плазмиды. Принцип создания трансгенных растений с помощью системы бинарного вектора. Различные направления использования достижения биотехнологии растений, создание генетически модифицированных растений, использование системы бинарного вектора в генетическом анализе.

Раздел 3. ГЕНЕТИКА СИМБИОТИЧЕСКИХ ОТНОШЕНИЙ

Тема 1. Симбиогенетика. История исследования симбиотических отношений, работы Де Бари (1879), Фаминцина (60-е гг. XIX века), Мережковского (1905, 1909), Козо-Полянского (1921, 1924), Маргелис (70-е гг. XX века). Современный взгляд на симбиотические отношения: определение, многообразие симбиотических систем, их значение. Генетическая основа симбиотических отношений. Роль симбиоза в эволюции.

Тема 2. Микробно-растительный симбиоз. История исследования клубеньков бобовых растений. Работы Фушиуса (1542), Мальпиги (1675), Воронина (1866), Франка (1879), Хейригеля (1888), Бейеринка (1888), Пражмовски (1890) и др. исследователей микробно-растительных симбиозов. Открытие азотофиксирующих корневых клубеньков и клубеньковых бактерий. Современный взгляд на азотофиксирующий симбиоз. Филогенетические группы Rhizobium и Frankia, микробный и цианобактериальный азотфиксирующий симбиоз. Этапы взаимодействия между бактерией и растением на пути образования симбиоза. Генетические основы бобово-ризобиального симбиоза. Изменение генной экспрессии в системе растение-клубеньковая бактерия. Бактериальные гены, Nod-факторы, обычные и хозяин-специфические гены. Гены растений, ранние и поздние гены-нодулины.

Тема 3. Микориза: симбиоз между растениями и грибами. Фундаментальное значение микоризных ассоциаций для большинства наземных растений. Различные типы микориз. Особенности строения арбускулярной и эктомикоризы. Роль химических сигналов в микоризообразовании. Арбускулярная микориза (эндомикориза), распространение, этапы колонизации грибом растения. Строение, формирование апрессориума, арбускулы и петель. Две морфологические формы эндомикоризной ассоциации “Arum” и “Paris”. Эктомикориза, распространение, этапы формирования, строение эктомикоризы, значение мантии и сети Хартига. Изменение генной экспрессии при микоризообразовании. Гены растения и гриба, индуциирующиеся при микоризном симбиозе. Симбиотические гены, гены защитного ответа, гены имеющие гомологию с клубеньками растений.

Тема 4. Эндосимбиоз у животных: насекомые и бактерии. Симбиотические микроорганизмы насекомых, распространение, их филогенетическое многообразие. Локализация симбиотических микроорганизмов в организме насекомого. Микроорганизмы, заселяющие кишечник и внутриклеточные симбиотические мокроорганизмы, бактериоциты – клетки насекомого, заселенные микроорганизмами, строение, локализация в организме насекомых. Особые условия коэволюции геномов симбиотических микроорганизмов насекомых. Генетическая организация симбиотических микроорганизмов на примере бактерий рода Buchnera. Строение генома Buchnera, явление минимизации бактериального генома и перенос части генов в клетку насекомого-хозяина, амплификация симбиотических генов. Способы передача симбиотических микроорганизмов в ряду поколений насекомых, трансовариальный перенос.

Тема 5. Роль симбиотических отношений в происхождении эукариотической клетки. История вопроса, работы Фаминцина, Мережковского, Козо-Полянского. Теория эндосимбиогенеза Маргелис. Роль эндосимбиотических отношений в возникновении эукариотической клетки. Три домена живых существ: бактерии, археи и эукариоты. Эволюция прокариот из гипотетического предка – прогенота. Возникновение эукариот из бактерий и архей. Мозаичная структура генома эукариот, возникновение информационных генов от архебактерий, а операционных – от эубактерий. Идея происхождения эукариотических в результате многократного симбиоза различных прокариот. Близость хлоропласта к цианобактериям, а митохондрии к a-Proteobacteria. Сравнение генома риккетсий и митохондрий, доказательства их филогенетической близости. Особенности генетического аппарата митохондрий, связанные с симбиотическим происхождением. Амитохондриальные организмы и гипотетический промитохондриальный организм, гипотезы возникновения митохондрий: Классическая теория эндосимбиогенеза. Гипотеза синтрофии или метаболического симбиоза. "ox-tox" гипотеза. Гипотеза происхождения митихондрии при слиянии эубактерии и архебактерии. Происхождение хлоропласта. Особенности функционирования генетического аппарата пластид растений, связанные с их симбиотическим происхождением.

Раздел 4. ГЕНЕТИКА УСТОЙЧИВОСТИ К ФАКТОРАМ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Тема 1. Генетика устойчивости к факторам окружающей среды. Генетические механизмы, определяющие устойчивость организмов к факторым среды. Основные положения генетики устойчивости. Понятие о факторах окружающей среды. Генетическая детерминированность устойчивости к факторам среды. Ксенобиотики и механизмы устойчивости к ним на примере насекомых. Биохимические механизмы повышения устойчивости: избегание, усиление барьеров, метаболитическая детоксификация, ослабление чувствительности молекул-мишеней. Генетические механизмы повышения устойчивости: точковые мутации, амплификация генов, индукция генов семейства P450, хромосомные перестройки, индукция транспозиций мобильных генетических элементов.

Тема 2. Процессы репарации и их дефекты. Основные типы повреждений ДНК и механизмы репарации. Эксцизионная репарация оснований, мисметч репарация, рекомбинационная репарация. Система эксцизионной репарации нуклеотидов (ЭРН), виды репарируемых повреждений. Способы реализации ЭРН, репарация, связанная с транскрипцией, глобальная геномная репарация, незапланированный синтез ДНК. Стадии процесса ЭРН, узнавание и вырезание повреждения, заполнение образовавшегося пробела с помощью ДНК-полимеразы и сшивка свободных концов. Синдромы нарушения эксцизионной репарации нуклеотидов, пигментная ксеродерма (ХР), синдром Коккайна (СS), трихотиодистрофия (ТТD). Молекулярные основы пигментной ксеродермы, синдрома Коккайна и трихотиодистрофии. Природа нарушения эксцизионной репарации нуклеотидов при синдромах.

Тема 3. Система белков теплового шока. Обнаружение индукции экспрессии белков теплового шока Ритоссой (1962) у личинок дрозофилы. Система белков теплового шока, значение и механизмы индукции в ответ на действие неблагоприятных факторов. Универсальность и высокая эволюционная консервативность системы белков теплового шока для представителей растительного и животного мира, прокариот и эукариот. Фактор теплового шока (ФТШ), сборка фактора теплового шока в ответ на повышение температуры, его роль в активации уровня транскрипции генов белков теплового шока (БТШ), регуляция активности фактора теплового шока. Функции белков теплового шока, понятие о шаперонах, как о белках участвующих в поддержании пространственной структуры клеточных белков. Заболевания, связанные с нарушением в системе белков теплового шока, перспективы использования активаторов БТШ в фармакологии.

Тема 4. Система цитохрома P450. Ксенобиотики – вещества, чужеродные для организма. Источники поступления ксенобиотиков. Метаболизм ксенобиотиков и его основные фазы: модификация и конъюгация. Характеристика этапов метаболизма. Первая фаза, система микросомальных пероксидаз P450, функции образования в молекулах гидрофильных функциональных групп с детоксикацией десятков тысяч веществ. Вторая фаза метаболизма ксенобиотиков, функциональное значение глутатион трансфераз. Значение и происхождение систем метаболизма ксенобиотиков.

Тема 5. Биологические факторы мутагенеза. Канцерогены - химические, биологические и физические агенты, вызывающие развитие рака. Природные и антропогенные источники канцерогенов. Классификации

Раздел 5. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ И КАНЦЕРОГЕНЕЗ

Тема 1. Классификация канцерогенов. Канцерогены - химические, биологические и физические агенты, вызывающие развитие рака. Природные и антропогенные источники канцерогенов. Классификации канцерогенов. Классификация по источнику происхождения, природные и антропогенные, физические, химические и биологические канцерогены. Классификация химических канцерогенов по характеру их действия на организм: вещества местного действия; агенты селективного действия; вещества множественного действия. Разделение канцерогенных веществ по степени их опасности для человека: вещества с доказанной канцерогенностью; агенты, обладающие "сильной" канцерогенностью; вещества, которые вызывают опухоли лишь у 20-30% животных; агенты с "сомнительной" активностью. Классификация канцерогенных факторов согласно структуре: полициклические ароматические углеводороды и гетероциклическе соединения; ароматические азосоединения; ароматические аминосоединения; нитрозосоединения; металлы и металлоиды. Классификация канцерогенов МАИР: убедительные; ограниченные; неадекватные; отсутствие канцерогенности. Механистическая классификация химических канцерогенов: ДНК-тропные и эпигенетические.

Тема 2. Механизмы химического и радиационного канцерогенеза. Химический канцерогенез. Закономерности химического канцерогенеза, наличие латентного периода, зависимость «доза-время-эффект», эффекты комбинированных воздействий канцерогенов, синканцерогенез и антиканцерогенез, возрастная зависимость частоты заболеваний, многоступенчатость канцерогенеза. Стадии канцерогенеза, инициация, промоция, прогрессия, значение генетических и эпигенетических механизмов для различных стадий канцерогена. Генотоксические и негенотоксические (эпигенетические) канцерогены. Метаболическая активация химических канцерогенов. Механизмы действия генотоксических канцерогенов, роль повреждений ДНК процессов репарации. Эпигенетические механизмы канцерогенеза. Процессы апоптоза, индукции P450, окислительного стресса, изменения уровня генной экспресии. Закономерности радиационного канцерогенеза. Открытие канцерогенного потенциала ионизирующей радиации в начале XX века. Понятие о радиации как об «универсальном канцерогене». Этапы образования элокачественной опухоли, их характеристика. Повреждения молекулы ДНК, вызываемые облучением, повреждения оснований, сшивки ДНК-ДНК и ДНК-белок, одно- и двунитевые разрывы ДНК. Репарация радиоиндуцированных повреждений ДНК, эксцизионная репарация, мисметч репарация и репарация двунитевых разрывов. Радиоиндуцированные мутации, точковые мутации и делеции, их роль в инициации радиационного канцерогенеза. Радиоиндуцированная активация онкогенов. Три типа инициации опухолеобразования в результате генетических событий не связанных с облучением ядра. Радиационно-идуцированная генетическая нестабильность, роль механизмов репарации, контроля клеточного цикла и программируемой гибели клеток (апоптоза). Индукция мутаций при облучении цитоплазмы, различия в типах мутаций при облучении ядра и цитоплазмы. Байстандер эффект при облучении клеточных популяций и изменение уровня генной экспрессии.

Тема 3. Онкогены и гены опухолевые супрессоры. Рак как генетическое заболевание. Онкогенные вырусы и гипотеза онкогена. Пути активации онкогена, структурные мутации, активация транскрипции, амплификация. Антионкогены или гены-супрессоры опухолей. Механизмы действия онкогенов и генов-супрессоров опухолей, контроль клеточного деления, апоптоз, контрольные точки клеточного цикла.

Тема 4. Онкогенные вирусы. Открытие опухолеродных вирусов человека. ДНК - и РНК-вирусы. Вирус Эпштейна-Барра (ЭБВ), вирус гепатита B, HTLV-1, человеческий папилломавирус, вирус гепатита C, человеческий вирус герпеса, тип-8 (HHV-8), HIV. Механизмы вирус-опосредованной трансформации клеток, прямой и косвенный канцерогенный эффект. Механизмы защиты клетки от потенциальных опухолеродных вирусов и перспективы борьбы с раковыми заболеваниями.

6. образовательные технологии, используемые при изучении дисциплины

Основными формами работы студентов при изучении курса экологической генетики являются лекции, лабораторные занятия, написание рефератов, выполнение домашних заданий, самостоятельных и контрольных работ, решение ситуационных задач. Важной составляющей данного курса являются лабораторные работы, так как экологическая генетика в большей степени направлена на решение практических задач. В ходе лабораторных занятий студенты осваивают основные методы биотестирования, биоиндикации загрязнений, знакомятся с основными тест-системами, осваивают методики экологического нормирования.

На занятиях при необходимости используются современные информационные технологии (мультимедийные технические средства для показа учебных презентаций на основе компьютерных программ MS Office Word и MS Office PowerPoint и видеофильмов). На практических занятиях применяются современные информационные и педагогические технологии (в частности, методы технологии «Обучение в сотрудничестве», технологии развития критического мышления).

Лекции представляют собой распространенную форму организации учебного процесса, особенно при проведении учебных занятий в ВУЗе. В УМК дисциплины такая форма организации учебного процесса применяется, главным образом, для изложения нового довольного объемного и сложного материала, а также для общего введения в учебную дисциплину и повторения изучавшегося на предыдущих дисциплинах важного для настоящего курса материала. Основное преимущество лекций заключается в том, что за относительно короткое время преподаватель успевает дать ученикам достаточно большой массив информации. Однако усвоение студентами информации на лекциях часто относительно низкая, особенно в конце занятия. Повысить эффективность усвоения материала на лекциях позволяет использование визуального материала, а также применение современных педагогических технологий (в частности проблемного обучения, информационных технологий и т. д.), сочетание их элементов друг с другом и с традиционными формами организации занятия.

Учебные конференции предусмотрены для проведения занятий по обобщению и систематизации знаний. Их проведение запланировано после окончания определенной темы курса. Именно в конце этих занятий студентам предлагается решить тесты по самоконтролю знаний по пройденной теме. Учебные конференции развивают такие важные личностные и коммуникативные качества у студентов. Однако, как и на лекциях, при проведении учебных конференций встает проблема привлечения и активизации внимания всех студентов в группе – в этом отношении целесообразно внедрение системы оценивания докладов выступающих студентов, поощрение преподавателем лучших докладов, визуализации представления докладов группе и т. д. Использование в хиде изучения экологической токсикологии формы учебных конференции наиболее подходит при завершении таких крупных разделов, как «Глобальные экологические проблемы, вызванные химическим загрязнением окружающей среды» и «Экотоксикологическое нормирование и обеспечение экологической безопасности».

Несмотря на то, что преподавание самих лекционных занятий предусмотрено с использованием только традиционных педагогических технологий, организация учебного процесса в целом строится с использованием элементов технологии модульного обучения. Модули соответствуют разделам и темам содержания учебной дисциплины. Элементы технологии модульного обучения при проведении лабораторных занятий реализуются в сочетании с лекционным курсом. Модули соответствуют разделам и темам курса – в каждом модуле есть лабораторные занятия, направленные на изучение нового материала, совершенствование знаний, умений и навыков, обобщения и систематизацию знаний (некоторые входят не в практический, а в лекционный курс). Учитывая, что в курс экологической токсикологии входит восемь разделов, можно утверждать, что изучение дисциплины включает в себя прохождение восьми соответствующим модулям

На лабораторных занятиях широко применяются современные педагогические технологии. Наиболее активно используется технология «Обучение в сотрудничестве» с использованием различных методов, основанных на групповой форме работы обучающихся. Метод «Пила» позволяет достаточно подробно проработать и понять информацию, сформировать у студентов широкое представление о динамических процессах и их результатах. Однако по сравнению с методом «Пила-2» студенты затрачивают меньше времени на проработку информации. Ведь в данном случае ставиться задача не столько изучить и закрепить новый для них материал, сколько вспомнить ранее изученный и увидеть его связь с предметом изучаемой дисциплины.

Метод «Учимся вместе» удобен для изучения достаточно объемных вопросов, которые сложно проводить по двум описанным выше методам в силу ограничения рабочего времени на занятии в ВУЗе. Данный метод отличается тем, что каждая группа прорабатывает не одну и ту же информацию, а только ее часть, после чего происходит обмен изученным между командами.

Работа в парах сменного состава также направлена на повышение эффективности усвоения изучаемого материала путем глубокой его проработки. В данном методе каждый новый раздел студент прорабатывает с новым товарищем, что с одной стороны учит навыкам ведения диалога, а с другой, быстро перестраиваться студентов на общение с новым человеком, обладающим специфическими характеристиками.

Все занятия, проводимые по технологии «Обучение в сотрудничестве» способствуют повышению эффективности усвоения новых знаний, их закреплению и непрерывному контролю со стороны преподавателя. Они способствуют формированию и развитию важных личностных качеств, умений и навыков у обучающихся – выделять главное из большого объема информации, обобщать и делать выводы, работать в коллективе, саморазвиваться и самообучаться и т. д.

Технология мастерских также использует групповую форму работы студентов. Ее использование активизирует их познавательную и творческую деятельность, способствует формированию знаний, умений, навыков и важных личностных качеств. Темнее менее, технология мастерских направлена, главным образом, на овладение обучающимися способами работы. Данная форма занятий направлена на то, чтобы, с одной стороны, студенты вспомнили изученный материал и осознали его связь с новым изучаемым материалом, а с другой стороны – познакомились и освоились с формой работы в малых группах, проявляли активность и творческий подход к выполнению заданий преподавателя.

Технология «Мозгового штурма» используется для поиска новых решений по изучаемой теме, базируясь при этом на ранее пройденном материале (помогают закрепить и отчасти применить на практике эти знания). Занятия по данной технологии проводится в течение четырех аудиторных часов – поскольку студентам требуется время для перестройки студентов с творческого настроя на критическое мышление, чтобы дать им время разобраться в дополнительном материале по углублению знаний. Занятия также направлены на развитие коммуникативных навыков у студентов, умения вести дискуссию, выражать свою точку зрения, критически подходить к решению задач, развитию творческих способностей и раскрепощения студентов.

Технология проектного обучения в учебном курсе используется не только как форма закрепления, углубления и обобщения знания обучающихся, но и как форма контроля. Для выполнения проекта студент должен хорошо знать весь пройденный материал, самостоятельно находить необходимую информацию и работать с ней, планировать свою деятельность, уметь применять знания для решения практических задач и представлять результаты своей деятельности.

Технология проблемного обучения применяется на заключительном занятии учебного курса, хотя могла бы быть применима и в середине, и на первых практических занятиях. Проблемный урок предполагает, с одной стороны, изучение информации о том, какие методы в перспективе могут использоваться в практической деятельности. С другой стороны, используя полученные по мере изучения курса знания, студентам необходимо отобрать именно те из них, которые подходят для реализации проекта. Следовательно, на данном занятии студенты также учатся применять имеющиеся у них знания и информационные ресурсы для принятия практических решений, вести дискуссию в группе, работать в коллективе и т. д.

Таким образом, предполагается использование разнообразных педагогических технологий в обучающий процесс при проведении лабораторных занятий. Основная цель их использования – пробудить в студентах интерес к изучаемым вопросам, развить у них важные компетенции и способствовать лучшему усвоению знаний, формированию умений и навыков.

7. Самостоятельная работа студентов

Самостоятельная работа проводится студентами по следующим основным направлениям:

1. Изучение отдельных вопросов тем с использованием видеоматериалов.

2. Подготовка к выполнению тестов и контрольных работ.

3. Подготовка разделов тем группами студентов в виде проектных заданий.

4. Выполнение индивидуальных заданий.

5. Дистанционное изучение фактического материала, размещенного в сети Интернет.

6. Подготовка иллюстративной информации для выступления на практических занятиях.

8. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по ито­гам освоения дисциплины

Текущая аттестация проводится на практических занятиях (в виде опроса и доклады студентов).

Промежуточный контроль – 1 контрольная работа.

Итоговый контроль – экзамен, сдается в устной форме, по двум вопросам из общего списка.

Для получения допуска к экзамену необходимо:

1) успешно выполнить контрольную работу;

2) активно работать на практических занятиях (выполнять все задания, отвечать на поставленные преподавателем вопросы).

Примерный перечень вопросов к экзамену по всему курсу:

1.  Определение экологической генетики как области знания. Общая структура экологической генетики.

2.  Генетические подходы. Понятие наследственности и элементарных признаков. Изменчивость, типы изменчивости. Генетические процессы, их роль в формировании различных видов изменчивости.

3.  Типы экологических отношений. Синэкология, аутэколгия, естественные и антропогенные факторы окружающей среды.

4.  Генетика устойчивости к факторам среды. Молекулярные болезни человека. Генетическая гетерогенность популяций человека по чувствительности к факторам окружающей среды.

5.  Генетическая токсикология. Генетически активные факторы, их классификация. Мутагены и промутагены.

6.  Оценка генетической активности различных агентов, тест-система Б. Эймса с использованием мутантных штаммов Salmonella typhimuium (спот-тест)

7.  Биологические факторы мутагенеза. Мутагенный эффект ДНК и вирусов, иммунологического и феромонального стресса у мышей.

8.  Эколого-генетические модели. Принципы их разработки. Примеры.

9.  Взаимоотношение типа «продуцент-потребитель» на примере членистоногих и высших растений. Метаболизм стеринов и принципы создание растений, устойчивых к насекомым-вредителям.

10. Взаимодействие почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens с корнями растений. Генетическая колонизация. Механизм формирования корончатого галла, генетическая система агробактерии: Ti-плазмида, T-ДНК, vir- гены.

11. Биотехнология растений. Система бинарного вектора Agrobacterium tumefaciens. Принцип создания трансгенных растений с помощью системы бинарного вектора.

12. Азотофиксирующие корневые клубеньки, клубеньковые бактерии растений. Этапы взаимодействия между бактерией и растением при клубенькообразовании.

13. Генетические основы бобово-ризобиального симбиоза. Изменение генной экспрессии в системе растение-клубеньковая бактерия. Ранние и поздние гены-нодулины.

14. Микориза: определение, виды микоризы. Особенности строения разных типов микоризы (арбускулярная и экто-микориза).

15. Значение микоризообразования для системы гриб-растение. Роль химических сигналов в микоризообразовании.

16. Арбускулярная микориза (эндомикориза), распространение, этапы колонизации грибом растения. Строение, две морфологические формы эндомикоризной ассоциации.

17. Эктомикориза, распространение, этапы формирования, строение эктомикоризы.

18. Изменение генной экспрессии при микоризообразовании. Гены растения и гриба, индуциирующиеся при микоризном симбиозе.

19. Симбиотические микроорганизмы насекомых, распространение. Локализация симбиотических микроорганизмов в организме насекомого. Передача симбиотических микроорганизмов в ряду поколений насекомых.

20. Особенности генетической организации симбиотических микроорганизмов на примере бактерий рода Buchnera.

21. Роль симбиоза в возникновении эукариотической клетки. Прокариотические организмы, из которых могли возникнуть эукариоты.

22. Возникновение митохондрий. Особенности генетического аппарата митохондрий, связанные с симбиотическим происхождением.

23. Возникновение хлоропластов. Особенности функционирования генетического аппарата пластид растений, связанные с их симбиотическим происхождением.

24. Симбиотические отношения: определение, многообразие симбиотических систем, их значение. Генетическая основа симбиотических отношений. Роль симбиоза в эволюции.

25. Генетика устойчивости к факторам среды. Генетические механизмы, определяющие устойчивость организмов к факторым среды. Основные положения генетики устойчивости.

26. Основные типы повреждений ДНК и механизмы репарации.

27. Система эксцизионной репарации нуклеотидов (ЭРН), виды репарируемых повреждений. Способы реализации ЭРН, стадии процесса ЭРН. Синдромы нарушения эксцизионной репарации нуклеотидов.

28. Молекулярные основы Пигментной ксеродермы, синдрома Коккайна, трихотиодистрофии. Природа нарушения эксцизионной репарации нуклеотидов при синдромах.

29. Ксенобиотики, их виды. Механизмы обезвреживания ксенобиотиков.

30. Биохимические основы устойчивости к факторам среды на примере насекомых. Генетические механизмы, приводящие к устойчивости (на примере насекомых).

31. Система белков теплового шока, значение и механизмы индукции в ответ на действие неблагоприятных факторов.

32. Система микросомальных пероксидаз P450.

33. Канцерогены: характеристики, закономерности и механизмы действия. Классификация канцерогенов.

34. Этапы образования элокачественной опухоли, их характеристика.

35. Химический канцерогенез. Механизмы действия генотоксических и эпигенетических канцерогенов.

36. Закономерности радиационного канцерогенеза.

37. Онкогены и гены опухолевые супрессоры, механизмы действия в норме и при нарушениях.

38. Онкогенные вирусы, их типы и механизмы действия на клетку.

9. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Литература:

Основная

1.  Инге-Вечтомов экологических отношений на генетические процессы / Инге-, , // Вестник СПбГУ. Сер.3. Биология. — 1999. —Вып. 4. — С. 14–31.

2.  Инге-Вечтомов генетика. Что это такое? // Соросовский Образовательный Журнал. 1998. № 2. С. 59-64.

Дополнительная

1.  Лобашев наследственность / // В сб.: исследования по генетике.— Изд. ЛГУ, 1961. — Вып. 1. — С. 3–11.

2.  Гайцхоки генотип-фенотип как проблема молекулярной генетики наследственных болезней человека // Соросовский Образовательный Журнал. 1998. № 8. С. 36-41.

3.  Георгиев нормальная клетка превращается в раковую // Соросовский Образовательный Журнал. 1999. № 4. С. 17-22.

4.  Громов клеток животных // Соросовский Образовательный Журнал. 1998. № 2. С. 73-78.

5.  Зенова // Соросовский Образовательный Журнал. 1999. № 8. С. 30-34.

6.  Игамбердиев генетическая система митохондрий // Соросовский Образовательный Журнал. 2000. Т. 6. № 1. С. 32-36.

7.  Биологическая фиксация азота и азотфиксаторы // Соросовский Образовательный Журнал. 1998. № 9. С. 28-33.

8.  Инге-Вечтомов стеринов и защита растений // Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 11. С. 16-21.

9.  Инге-Вечтомов с основами селекции. М.: Высш. шк., 19с.

10.  Кулаев эукариотических клеток // Соросовский Образовательный Журнал. 1998. № 5. С. 17-22.

11.  Кулаева теплового шока и устойчивость растений к стрессу // Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 2. С. 5-13.

12.  Кулинский ксенобиотиков // Соросовский Образовательный Журнал. 1999. № 1. С. 8-12.

13.  Наградова регуляция формирования нативной пространственной структуры белков // Соросовский Образовательный Журнал. 1996. № 7. С. 10-18.

14.  Пузырев аспекты экогенетики // Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 8. С. 20-26.

15.  Тихонович микробно-растительных взаимодействий / , — Экологич. генетика. — 2004. — Т. I, Вып. 0. — С. 36-46.

10. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Для ведения лекций и семинарских занятий необходимы аудитории для проведения занятий, компьютер или ноутбук, мультимедиапроектор. Термостат электрический суховоздушный ТС-1/80-СПУ для проведения экспериментов на лабораторных линиях Drosophila.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки «Экология и природопользование».

Автор _______________//

ПРИЛОЖЕНИЕ

КАРТА ОБЕПЕЧЕННОСТИ УЧЕБНОЙ ЛИТЕРАТУРОЙ

Дисциплины «Экологическая генетика»

Блок дисциплины – М2.ДВ5

Специальность – 022000.68 «Экология и природопользование» профиль «Окружающая среда и здоровье человека»

Институт естественных наук

Форма обучения – очная

Число студентов	Список литературы	Кол-во экз.	Кол-во экз. на 1 студента	C грифом
Основная литература
15	Инге-Вечтомов с основами селекции. - М.: Высш. шк., 1989 гс.
	Жимулев и молекулярная генетика. – Новосибирск: «Сибирское университетское издательство», 2003. – 480 с.
	- Генетика популяций. - М.: Высш. шк., 19с.
	Задачи по современной генетике. Учебное пособие / под ред. . - М.: КДУ, 20с.
Дополнительная литература
	, , - Общая генетика. - М.: Высш. шк., 19с.
	Гены и геномы. В 2-х томах. – М.: Мир, 1998.

Составитель, преподаватель ­­­­­­­­­­­___________________

Зав. кафедрой _________________

Дата составления карты «_20_»_августа_2012 г.

СОГЛАСОВАНО:

Представитель библиотеки СыктГУ ________________

« ___»________________2012 г.