Белорусский государственный университет
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
________________
« » 2015 г.
Регистрационный № УД- /баз.
Микробиология очистки промышленных отходов
Учебная программа учреждения высшего образования
по учебной дисциплине для специальности:
1-31 01 03 Микробиология
специализаций 1-31 01 03 01 Прикладная микробиология
1-31 01 03 02 Молекулярная микробиология
2015 г.
СоставителЬ:
Римма Анатольевна Желдакова, доцент кафедры микробиологии Белорусского государственного университета, кандидат биологических наук, доцент
РЕЦЕНЗЕНТЫ:
Наталья Александровна Белясова, доцент кафедры биотехнологии и биоэкологии Учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет», кандидат биологических наук, доцент;
Алина Михайловна Ходосовская, доцент кафедры молекулярной биологии Белорусского государственного университета, кандидат биологических наук, доцент
РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ:
Кафедрой микробиологии Белорусского государственного университета (протокол № 17 от 01.01.01 г.);
Учебно-методической комиссией биологического факультета Белорусского государственного университета (протокол № 8 от 01.01.01 г.)
Ответственный за редакцию: Римма Анатольевна Желдакова
Ответственный за выпуск: Римма Анатольевна Желдакова
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Курс «Микробиология очистки промышленных отходов» предназначен для студентов биологического факультета, обучающихся на специальности
1-31 01 03 Микробиология. В курсе рассматриваются типы загрязнений водной, наземной и воздушной среды и современные микробиологические и биотехнологические подходы к ее очистке; особенности разложения и детоксификации различных загрязняющих веществ клетками микроорганизмов. Анализируются вопросы классической селекции штаммов-деструкторов, возможности их конструирования с помощью методов генетической инженерии. Приводятся сведения о технологии биоремедиации и об основных направлениях ее использования.
Цель курса - формирование представлений о современном состоянии, основных направлениях и перспективах развития микробиологии в вопросах охраны окружающей среды, характеристике используемых для этого методов.
Основной задачей курса является расширение у студентов представлений об общих особенностях использования микробиологических объектов для охраны окружающей среды и решения вопросов экологической биотехнологии.
Особое внимание уделяется рассмотрению связей между достижениями в области фундаментальных наук (микробиология, молекулярная генетика, молекулярная биология и т. п.) и прикладными аспектами их использования в решении актуальных задач современного общества.
Приведенная ниже программа отражает содержание основных тем, включенных в лекционный курс, и призвана послужить основой для ориентации слушателей в круге рассматриваемых вопросов как в процессе изучения курса, так и в период непосредственной подготовки к контролируемым мероприятиям и зачету.
В результате изучения дисциплины обучаемый должен:
знать:
- особенности функционирования очистных сооружений различного типа;
- качественный и количественный состав микробиоты при использовании естественных и искусственных систем очистки промышленных отходов;
- сравнительный анализ разложения загрязняющих веществ в аэробных и анаэробных условиях и работы соответствующих реакторов;
- достижения биотехнологии и микробиологии в решении вопросов охраны окружающей среды.
уметь:
- осуществлять подбор микробиологических и других объектов для утилизации отходов различных производств;
- использовать возможности ассоциаций культур микроорганизмов в биотехнологии очистки окружающей среды;
владеть:
- принципами подбора и конструирования микробиологических объектов для целей охраны окружающей среды;
- способами улучшения производственных и экономических характеристик и показателей бактерий-деструкторов методами in vivo и in vitro;
- определять видовой и родовой состав микробиоты активного ила и других естественных биотопов.
Программа курса составлена с учетом межпредметных связей и программ по смежным учебным дисциплинам («Систематика микроорганизмов», «Физиология микроорганизмов», «Структурная биохимия» и др.).
Программа рассчитана на 116 часов, в том числе 44 часа аудиторных: 26 лекционных часов, 14 часов лабораторных занятий, 4 часа управляемой самостоятельной работы студентов.
ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
№ | Наименование разделов и тем | Количество часов | ||||
Аудиторные часы | Самостоятельная работа | |||||
Всего | Лекции | Лаб. зан. | УСР | |||
1 | Введение | 2 | 2 | 4 | ||
2 | Типы загрязнений окружающей среды | 4 | 4 | 10 | ||
3 | Химическое загрязнение почв | 16 | 8 | 6 | 2 | 20 |
4 | Селекция штаммов-деструкторов загрязняющих веществ | 6 | 4 | 2 | 12 | |
5 | Биотехнология очистки воздушной среды | 2 | 2 | 8 | ||
6 | Биологическая (биохимическая) очистка сточных вод | 14 | 6 | 6 | 2 | 18 |
ИТОГО | 44 | 26 | 14 | 4 | 72 |
СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА
1. Введение
Общие представления об очистке окружающей среды. Научно-технический прогресс и загрязнение окружающей среды. Техногенные и естественные биогеохимические потоки (циклы) отдельных элементов, их размеры и сравнение.
Основные тенденции и перспективные направления развития микробиологии и биотехнологии очистки окружающей среды в Республике Беларусь.
2. ТИПЫ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Локальные, региональные и глобальные загрязнения и их характеристика. Создание малоотходных и безотходных производств как способ решения проблем техногенного загрязнения.
Понятие о предельно допустимой концентрации (ПДК) отдельных веществ. Виды ПДК для воздушной, водной и почвенной среды. Особенности загрязнения данных экосистем ксенобиотиками, токсикантами и другими химическими веществами.
3. ХИМИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВ
Источники и пути попадания загрязняющих веществ в почву. Биологические объекты и типы разложения химических веществ. Кометаболизм как уникальный процесс разложения токсических веществ, свойственный микроорганизмам, его биологический смысл. Проблемы, связанные с микробиологической деградацией токсических веществ (стабильность микробоценозов, исследование путей деградации, управление естественной микрофлорой и др.).
Особенности процессов разложения пестицидов микроорганизмами, роль процессов и реакций периферического и центрального метаболизма клетки. Зависимость протекания реакций биодеградации от условий окружающей среды.
Нефть и отходы ее переработки как один из основных факторов загрязнения окружающей среды. Состав нефти и токсичность для клеток ее отдельных компонентов. Закономерности трансформации нефти и нефтепродуктов биологическими объектами и возможные направления использования микроорганизмов для этих целей.
4. СЕЛЕКЦИЯ ШТАММОВ-ДЕСТРУКТОРОВ
ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
Основные направления селекции штаммов: хемостатная селекция, использование Д-плазмид, конструирование штаммов-деструкторов in vitro и создание новых катаболитных путей, белковая инженерия ферментов биодеградации.
Характеристика плазмид биодеградации и их биологические особенности.
Технологии биоремедиации и возможности ее использования. Биоремедиация, биостимуляция и биоаугментация – основные направления использования биологических объектов для разложения органических веществ.
5. БИОТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ
Основные типы реакторов, их характеристика и перспективные направления усовершенствования.
6. БИОЛОГИЧЕСКАЯ (БИОХИМИЧЕСКАЯ)
ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД
Сравнительная оценка биологических методов очистки сточных вод с механическими, физико-химическими и химическими.
Характеристика процессов аэробной очистки сточных вод как важнейшей отрасли биотехнологии. Классификация сточных вод и последовательные стадии очистки. Типы очистных сооружений в естественных (поля орошения, поля фильтрации и биологические пруды) и искусственных (биофильтры, аэротенки) условиях.
Характеристика и состав микрофлоры активного ила и биопленки. Основные группы организмов и их роль в процессах очистки. Способы утилизации активного ила.
Процессы анаэробной очистки (разложения органического вещества) и образование биогаза. Основные стадии процесса (гидролиз, кислотогенез, ацетогенез и метаногенез) разложения органического вещества в анаэробных условиях и группы микроорганизмов, их осуществляющие. Образование гранулированной биомассы и ее состав.
Характеристика анаэробных реакторов первого и второго поколения, их запуск. Факторы, влияющие на эффективность их функционирования.
Сравнительный анализ разложения загрязняющих веществ в аэробных и анаэробных условиях.
ИНФОРМЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Литература
О с н о в н а я:
1. , Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде / , Л.: Химия, 1985.
2. Биотехнология: В 8 кн. / под ред. и . М.: Высшая школа, 1986.
3. Биоценоз в природе и промышленных условиях: Сб. науч. тр. Пущино, 1987.
4. олекулярная биотехнология. Принципы и применение / Б. Глик, Дж. Пастернак. М.: Мир, 2002.
5. , Микробиология и биотехнология очистки промышленных сточных вод/ . , Алма-Ата:Гылым, 1990.
6. Основы биотехнологии: Учеб. Пособие для высших педагогических учебных заведений / , , . – М.: Изд. Центр «Академия», 2003.
7. Краткий терминологический словарь микробиолога-биотехнолога. М:Наука, 1989, 2004.
8. , Экобиотехнологический потенциал консорциумов микроорганизмов / , М.: ВНИИПИ, 1990.
9. Деструкция токсических органических соединений микроорганизмами / . Итоги науки и техники. Сер. Биологическая химия. 1993. Т. 43.
Д о п о л н и т е л ь н а я:
1. Биотехнология. Биобезопасность. Биоэтика / – Мн.: Тэхналогия, 2005.
2. Лекции по природоведческой микробиологии / М.: Наука, 2003.
3. Промышленная микробиология: Учеб. Пособие для вузов / , , и др.; Под ред. . – М.: Высш. шк., 1989.
4. Современная микробиология: прокариоты / под ред. Й. Ленгелера, Г. Древса, Г. Шлегеля. М.: Мир, 2005. Т. 2.
5. Экологическая биотехнология. – Л., 1990.
6. Экология микроорганизмов. Учеб. для студ. Вузов / , -Осмоловская, и др. Под ред . – М.: Изд. центр «Академия», 2004.
Web-сайты:
www. ecology. psu. ru/iegmcol/strain
www. asmusa. org
www. microbes. org
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
Для организации самостоятельной работы студентов по учебной дисциплине курсу следует использовать современные информационные технологии: разместить в сетевом доступе комплекс учебных и учебно-методических материалов (программа, методические указания к лабораторным занятиям, список рекомендуемой литературы и информационных ресурсов, задания в тестовой форме для самоконтроля и др.).
Эффективность самостоятельной работы студентов целесообразно проверять в ходе текущего и итогового контроля знаний.
ПЕРЕЧЕНЬ РЕКОМЕНДУЕМЫХ СРЕДСТВ ДИАГНОСТИКИ
Учебным планом специальности в качестве формы итогового контроля по учебной дисциплине рекомендован экзамен. Для текущего контроля качества усвоения знаний студентами можно использовать следующий диагностический инструментарий:
- защита индивидуальных заданий при выполнении лабораторных работ; защита подготовленного студентом отчета о патентных исследованиях; устные опросы; письменные контрольные работы по отдельным темам курса; компьютерное тестирование.
