Учебно-методический комплекс По дисциплине «Микробиология» (стр. 2 )

Распространение микроорганизмов, их роль в круговороте веществ в природе, различных отраслях промышленного и сельскохозяйственного производства, решение проблем питания, охраны окружающей среды и общебиологических задач. Основные направления и перспективы развития микробиологии на современном этапе.

1.2. Систематика, морфология, строение и размножение микроорганизмов.

Филогенетическая и искусственная систематика бактерий. Значение культуральных, цитоморфологических, физико-химических признаков для систематики бактерий. Международные правила номенклатуры.

Микроорганизмы – прокариоты и эукариоты, их основные различия. Современные методы исследования микробной клетки: оптическая, электронная микроскопия, цитохимические и физико-химические методы. Морфология бактерий. Строение бактериальной клетки. Эндоспоры и цисты бактерий. Рост и размножение микроорганизмов.

1.3. Генетика микроорганизмов.

Генетический аппарат у прокариот. Мутагенные факторы. Генная инженерия в микробиологии. Получение ценных форм микроорганизмов для сельского хозяйства.

1.4. Микроорганизмы и окружающая среда.

Отношение микроорганизмов к факторам внешней среды.

Физические факторы. Влияние температуры на развитие микроорганизмов. Критические  температурные точки в жизнедеятельности микроорганизмов. Действие предельно высоких и низких температур. Использование температуры для управления жизнедеятельностью микроорганизмов. Способы тепловой стерилизации. Осмотическое давление клетки у различных групп микроорганизмов и их отношение к различным уровням влажности среды. Устойчивость к высушиванию. Лиофилизация. Действие света на микроорганизмы. Использование ультрафиолетового излучения  для стерилизации производственных помещений на предприятиях перерабатывающей промышленности. Влияние гидростатического давления на микроорганизмы. Барофильные и баротолерантные формы.

Химические факторы.  Отношение микроорганизмов к кислороду. Аэробы и анаэробы (факультативные и облигатные). Влияние кислотности среды на развитие микроорганизмов. Критическое значение рН в жизнедеятельности микроорганизмов. Окислительно-восстановительный потенциал среды и развитие микроорганизмов. Антимикробные вещества, их природа, специфичность и механизм действия. Хемотерапевтические препараты, консервирующие и стерилизующие средства, мутагены. Санитарная оценка качества обеззараживания помещений и оборудования, используемых для производства  и переработки сельскохозяйственной продукции.

Характер взаимодействия между микроорганизмами. Практическое использование факторов внешней среды и характера взаимодействия между микроорганизмами для предупреждения развития микроорганизмов и регулирования жизнедеятельности при производстве  и переработки сельскохозяйственной продукции.

1.5 Взаимоотношения между микроорганизмами и другими существами.

Взаимоотношения между организмами: трофическая и аллелохимическая природа взаимосвязей. Нейтрализм, мутуализм (прокооперация, симбиоз), метабиоз, синтрофия, конкуренция, антагонизм (паразитизм, хищничество). Хищные бактерии и грибы. Симбиоз и антагонизм между прокариотами и эукариотами. Практическое использование симбиоза и антагонизма в сельском хозяйстве и медицине.

1.6 Метаболизм микроорганизмов.

Химический состав клеток микроорганизмов. Катаболизм (энергодающие процессы) и конструктивный метаболизм (энергопотребляющие процессы). Универсальная роль АТР. Процессы биологического окисления и восстановления. Ферменты и их роль в жизнедеятельности микроорганизмов. Экзо - и эндоферменты. Конструктивные и адаптивные  (индуцибельные) ферменты.

Питание микроорганизмов и биосинтез.

Разнообразие источников углерода, азота, фосфора, серы и других элементов питания для микроорганизмов. Потребность в микроэлементах и витаминах. Использование высокомолекулярных соединений. Способы питания и поступления питательных веществ в клетку. Типы питания у микроорганизмов.  Автотрофы и гетеротрофы (сапрофиты, пататрофы, миксотрофы). Фотосинтез (оксигенный, аноксигенный) и хемосинтез у микроорганизмов. Литотрофы и органотрофы. Биосинтез белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот, ферментов, антибиотиков, токсинов, витаминов, ростовых веществ микроорганизмоами.

Энергетические процессы.

Способы получения микроорганизмами энергии: брожение, дыхание, анаэробное дыхание. Основные пути катаболизма у аэробных и анаэробных микроорганизмов.  Сходство и различие брожения, дыхания, анаэробного дыхания.

1.7. Превращение микроорганизмами соединений углерода.

Значение процессов превращения углеродосодержащих веществ. Круговорот углерода в природе и роль микроорганизмов в распаде органического вещества. Молочнокислое брожение и его возбудители. Гомо-, гетероферментативное молочнокислое брожение, бифидоброжение. Значение молочнокислое  брожения в пищевой промышленности и кормопроизводстве.

Спиртовое брожение. Дрожжи как возбудители спиртового брожения. Использование дрожжей в  виноделии, пивоварении, хлебопечении, при изготовлении кисломолочных продуктов и напитков. Яблочно-молочнокислое брожение. Значение этого процесса  в виноделии.

Брожения, вызываемые бактериями рода Clostridium. Основные свойства возбудителей этих процессов, их распространение. Значении е в природе, сельском хозяйстве, промышленности. Брожение пектиновых веществ  и его значение в первичной обработке лубоволокнистых растений. Брожение целлюлозы и его возбудители.

Неполное окисление углеводов и других органических соединений. Окисление этилового спирта в уксусную кислоту. Значение этого процесса в виноделии.

Аэробное брожение целлюлозы. Целлюлозоразрушающие бактерии и грибы. Окисление микроорганизмами гемицеллюлоз, лингина, жира, углеводородов. Возбудители и значение этого процесса.

1.8. Превращение микроорганизмами соединений азота.

Минерализация (аммонификация) азотсодержащих органических соединений.

Значение минерализации азотсодержащих органических соединений. Разложение белковых веществ в аэробных и анаэробных условиях. Возбудители процесса минерализации. Процессы минерализации при хранении сельскохозяйственной продукции. Причины порчи и возможности ее предупреждения.

Минерализация мочевины. Уробактерии – возбудители процесса. Процессы минерализации в почве и при хранении навоза. Условия накопления аммиака в почве. Ме6ры предотвращения потерь азота при хранении навоза. Разложение хитина микроорганизмами.

Иммобилизация азота в почве.

Значение соотношения С:N в органическом веществе при минерализации и иммобилизации. Реминерализация  иммобилизованного азота. Регуляция процесса иммобилизации в почве при использовании высокоуглеродных органических соединений.

Процессы нитрификации и денитрификации.

I и II фазы нитрификации. Возбудители процесса. Положительное и отрицательное значение нитрификации.  Открытие хемоавтотрофной природы процесса. Ингибиторы нитрификации. Гетеротрофная нитрификация.

Ассимиляционная и диссимиляционная нитратредукция. Значение этих процессов. Возбудители процесса денитрификации. Регуляция процесса денитрификации в почве и при хранении навоза.

Биологическая фиксация молекулярного азота.

Фиксация молекулярного азота атмосферы – фундаментальное свойство прокариот. Масштабы и значение биологической азотфиксации в природе. Свободнодвижущие, ассоциативные и симбиотические азотфиксаторы. Фиксация азота в ризосфере и филлосфере растений. Связь азотфиксации с фотосинтезом растений.

Генетические и биохимические аспекты азотфиксации. Генноинженерные методы получения новых суперэффективных азотфиксирующих бактерий. Сочетание биологического и минерального азота в сельском хозяйстве. Биологический азот – альтернатива минеральным удобрениям.

2. Частная микробиология.

2.1 Микробиология почвы

Почва как живая система. Роль микроорганизмов в почвообразовании и формирования плодородия. Участие почвенных микроорганизмов в биологическом круговороте основных элементов питания растений. Формирование структуры почвы. Гумусообразование.

Видовой состав и количество микроорганизмов в почвах различных типах. Распределение микроорганизмов по почвенному профилю. Микробные популяции, ценозы почвы. Сукцессии почвенных микроорганизмов. Адсорбция микроорганизмов в почвах. Активное и лацентное существование микроорганизмов. Микробный пул. Приемы направленного регулирования состава, численности и активности микробиоценоза почвы. Влияние различных способов обработки  и мелиорации почвы, севооборотов и монокультуры, внесение минеральных и органических удобрений на микробиологические процессы в почве. Нарушение почвенных биоценозов как результат антропогенного воздействия. Экологические проблемы почвенной микробиологии. Роль микроорганизмов в защите почв от агропроизводственных загрязнений.

2.2 Эпифитные микроорганизмы.

Микроорганизмы филлосферы (поверхности надземных органов растений). Состав и численность эпифитных микроорганизмов в зависимости от вида, сорта, стадии развития растений, климата, условий выращивания. Физиологические особенности эпифитных микроорганизмов. Значение эпифитов в жизнедеятельности растений, их роль как биологического барьера против фитопатогенов. Естественные системы защиты растений, определяющие их сопротивляемость к микроорганизмам. Патогенные для животных и человека микроорганизмы, их источники.

Микроорганизмы ризопланы (поверхности корня) и ризосферы (зоны корня). Специфичность ризоценозов различных видов растений. Типы взаимоотношения между микроорганизмами зоны корня и растением: симбиотические, ассоциативные и паразитические. Экто - и эндотрофная микориза и ее роль в питании растений. Микроорганизмы зоны корня как продуценты биологически активных веществ, стимулирующих и ингибирующих рост растений: витаминов, аминокислот, ростовых веществ, антибиотиков, фитотоксинов. Направленное регулирование состава ризоценозов путем протравливания и бактеризации семян.

2.3 Микробиология зерна.

Микроорганизмы гистосферы (поверхности зерна). Зависимость видового состава и численности микроорганизмов от сроков сбора, условий транспортировки и хранения зерна. Использование видового состава эпифитов для оценки качества зерна. Развитие на зерновых культурах и зерне при хранении токсигенных грибов, вызывающих заболевания и отравления сельскохозяйственных животных. Меры их предупреждения. Источники попадания патогенных микроорганизмов на зерно. Микробиологические требования к краткосрочному и длительному хранению зерна злаковых, бобовых и крупяных культур.