РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
«УТВЕРЖДАЮ»:
И. о. проректора-начальник
управления по научной работе
_______________________
__________ _____________ 2011г.
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ.
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для аспирантов специальности 03.01.06 – Биотехнология (в том числе бионанотехнология), очной и заочной форм обучения
«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:
Автор работы _____________________________//
«______»___________2011г.
Рассмотрено на заседании кафедры экологии и генетики «___»_______2011 протокол № ___
Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.
«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:
Объем 11 стр.
Зав. кафедрой ______________________________//
«______»___________ 2011 г.
Рассмотрено на заседании УМК отделения биологии Института математики, естественных наук и информационных технологий «___»________2011 протокол № ___
Соответствует ФГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.
«СОГЛАСОВАНО»:
Председатель УМК ________________________//
«______»_____________2011 г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Нач. отдела аспирантуры
и докторантуры_____________
«______»_____________2011 г.
2011
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт математики, естественных наук и информационных технологий
Кафедра экологии и генетики
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ.
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для аспирантов специальности 03.01.06 – Биотехнология (в том числе бионанотехнология), очной и заочной форм обучения
Тюменский государственный университет
2011
Экологическая биотехнология. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для аспирантов специальности 03.01.06 - Биотехнология (в том числе бионанотехнология), очной и заочной форм обучения. Тюмень, 2011, 11 стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с ФГТ к структуре основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура).
Рабочая программа дисциплины (модуля) опубликована на сайте ТюмГУ: Экологическая биотехнология [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www. umk3.utmn. ru., свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой экологии и генетики. Утверждено и. о. проректора-начальника управления по научной работе Тюменского государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР:
заведующий кафедрой экологии и генетики
Тюменского государственного университета,
д. б.н.
© Тюменский государственный университет, 2011.
© , 2011
Пояснительная записка. Цели и задачи дисциплиныЦелью дисциплины «Экологическая биотехнология» является получение базовых знаний о вопросах использования биологических методов очистки окружающей среды от техногенных загрязнений и переработки отходов.
В процессе изучения дисциплины аспиранты решают следующие задачи: в систематизированной форме усваивают представления об основных закономерностях функционирования природных экосистем, путях миграции антропогенных загрязнений в окружающей среде, о путях биотрансформации органических ксенобиотиков, природных полимеров. Программа составлена на основе учебного пособия , «Научные основы экобиотехнологии» (2006).
Учебно-методический комплекс «Экологическая биотехнология» соответствует паспорту специальности 03.01.06 – Биотехнология (в том числе бионанотехнология).
1.2.Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Экологическая биотехнология» относится к циклу «специальные дисциплины отрасли науки и научной специальности». Она логически и содержательно-методически взаимосвязана с дисциплинами магистратуры: М 2 (базовая часть): компьютерные технологии в биологии; математическое моделирование биологических процессов; дисциплинами М 3. Профессиональным циклом (базовой частью): современные проблемы биологии и экологии; биоинженерия; М 3. Вариативной частью (в том числе дисциплины по выбору магистров): молекулярные механизмы стабильности и изменчивости геномов. Для успешного освоения дисциплины необходимы базовые знания по ботанике, зоологии, генетике, микробиологии, экологии, умение к биометрической обработке материала, владение компьютерными статистическими программами. Для успешного освоения данной дисциплины необходимо предшествующее изучение следующих модулей бакалавриата: Б 3. Профессионального цикла: базовой (общепрофессиональной) части: экологии и рационального природопользования, микробиологии, введения в биоинженерию и биотехнологию, генетики и селекции.
1.3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
- способен к творчеству (креативность) и системному мышлению;
- способен к инновационной деятельности ;
- способен самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно связанных со сферой деятельности;
- понимает современные проблемы биологии и использует фундаментальные биологические представления в сфере профессиональной деятельности для постановки и решения новых задач;
- самостоятельно анализирует имеющуюся информацию, выявляет фундаментальные проблемы, ставит задачу и выполняет полевые, лабораторные биологические исследования при решении конкретных задач по специализации с использованием современной аппаратуры и вычислительных средств, демонстрирует отвественность за качество работ и научную достоверность результатов;
- имеет навыки формирования учебного материала, чтения лекций, готов к преподаванию в высшей школе и руководству научно-исследовательскими работами (НИР) студентов, умеет представлять учебный материал в устной, письменной и графической форме для различных контингентов слушателей.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
- Знать: основы экологической биотехнологии. Уметь: демонстрировать базовые представления об экологической биотехнологии, применять их на практике, критически анализировать полученную информацию и представлять результаты исследований. Владеть: навыками к научно-исследовательской работе, преподаванию основ экобиотехнологии, ведению дискуссии.
Трудоемкость дисциплины.
Семестр 2. Форма промежуточной аттестации зачет. Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетная единица, 108 часов.
Тематический план.
Таблица 1
№ | Тема | Всего часов | Виды учебной работы и самостоятельная работа, в час. | Из них в интерактивной форме | Форма контроля | ||
Лекции | Семинарские (практические) занятия | Самостоятельная работа | |||||
1. | Введение | 10 | 1 | 2 | 7 | 1 | Библиографический список |
2. | Структура и функционирование экосистем | 11 | 1 | 2 | 8 | Ответы на семинаре | |
3. | Экосистемы природных сред и сооружений биологической очистки | 11 | 1 | 2 | 8 | 1 | Реферат |
4. | Антропогенные факторы загрязнения | 10 | 1 | 2 | 7 | 2 | Презентации |
5. | Пути переноса и трансформации загрязняющих веществ | 10 | 1 | 2 | 7 | 1 | Глоссарий |
6. | Абиотическая трансформация загрязнений в окружающей среде | 11 | 1 | 2 | 8 | Ответы на семинаре | |
7. | Микробиологическая трансформация | 11 | 1 | 2 | 8 | Ответы на семинаре | |
8. | Биотрансформация ксенобиотиков и биодеструкция природных полимеров | 13 | 1 | 4 | 8 | 2 | Контрольная работа |
9. | Биотрансформация соединений азота и серы | 10 | 1 | 2 | 7 | 2 | Презентации |
10. | Биотрансформация металлов | 11 | 1 | 2 | 8 | 1 | Реферат |
Итого: | 108 | 10 | 22 | 76 | 10 | Зачет | |
Из них часов в интерактивной форме | 3 | 7 |
Таблица 2
Планирование самостоятельной работы аспирантов
№ | Темы | Виды СРС | Объем часов | |
обязательные | дополнительные | |||
1. | Введение | Выполнение индивидуальных заданий (библиографический список) | Чтение литературы. | 1 |
2. | Структура и функционирование экосистем | Изучение отдельных тем (ответы на семинарах). | Чтение литературы. | 2 |
3. | Экосистемы природных сред и сооружений биологической очистки | Выполнение индивидуальных заданий (реферат) | Чтение литературы. | 2 |
4. | Антропогенные факторы загрязнения | Выполнение индивидуальных заданий (презентация) | Чтение литературы. | 2 |
5. | Пути переноса и трансформации загрязняющих веществ | Выполнение индивидуальных заданий (глоссарий) | Чтение литературы. | 2 |
6. | Абиотическая трансформация загрязнений в окружающей среде | Изучение отдельных тем (ответы на семинарах). | Чтение литературы. | 2 |
7. | Микробиологическая трансформация | Изучение отдельных тем (ответы на семинарах) | Чтение литературы. | 2 |
8. | Биотрансформация ксенобиотиков и биодеструкция природных полимеров | Выполнение контрольных работ. | Чтение литературы. | 4 |
9. | Биотрансформация соединений азота и серы | Выполнение индивидуальных заданий (презентации) | Чтение литературы. | 2 |
10. | Биотрансформация металлов | Выполнение индивидуальных заданий (рефераты) | Чтение литературы. | 2 |
ИТОГО: | 22 |
Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ п/п | Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин | Темы дисциплины необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин | |||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
1. | Теоретические и прикладные аспекты биотехнологии | + | + | + | + | + | + | ||
2. | Фитобиотехнология | + | + | + | + | + | + | ||
3. | Этические проблемы биотехнологии | + | + | + | + | + | + | ||
4. | Методы биотехнологических и микробиологических исследований | + | + |
Содержание дисциплины.
1. Введение.
Предмет экобиотехнологии. Экобиотехнология – междисциплинарная область знания. Задачи экобиотехнологии. Роль экобиотехнологии в защите окружающей среды.
2. Структура и функционирование экосистем
Биосфера. Экосистема. Функционирование экосистем. Перенос энергии и вещества по пищевым цепям. Продуктивность экосистем. Эволюция и изменчивость экосистем: экологические факторы, изменчивость популяций, экологическая сукцессия. Стабильность и устойчивость экосистем. Круговорот веществ: круговорот углерода, азота, серы и фосфора. Способность экосистем к самоочищению.
3. Экосистемы природных сред и сооружений биологической очистки
Водные природные среды: абиотические факторы и процессы в водных средах, биота водных сред. Почва: формирование, функции и структура. Свойства почв и почвенные процессы. Биотические факторы и процессы в почвенных средах. Экосистемы болот. Экосистемы сооружений биологической очистки сточных вод: сооружения биологической очистки сточных вод, активный ил аэробной очистки сточных вод, биопленки аэробных сооружений и биообрастания. Активный ил и биопленки анаэробной очистки сточных вод.
4. Антропогенные факторы загрязнения
Антропогенное воздействие на природные экосистемы. Источники загрязнения окружающей среды. Химические вещества загрязнители. Отходы. Биологические факторы загрязнения природных сред: характеристика биологического загрязнения, загрязнение промышленными штаммами микроорганизмов, генетически модифицированные организмы.
5. Пути переноса и трансформации загрязняющих веществ
Перенос и миграция загрязняющих веществ в окружающей среде. Атмосферный перенос. Водная миграция. Миграция в почвенных средах. Биогенный перенос. Миграция тяжелых металлов и радионуклидов.
6. Абиотическая трансформация загрязнений в окружающей среде
Окислительные процессы абиотической трансформации и каталитическое разложение. Фотохимические и фотокаталитические процессы трансформации. Полимеризация и образование связанных остатков.
7. Микробиологическая трансформация
Микробиологическая трансформация. Биотрансформация и биодоступность. Реакции окисления, восстановления, деградации, конъюгации. Дегалогенирование. Микроорганизмы-деструкторы. Динамика роста микроорганизмов-деструкторов и биологическое разложение ксенобиотиков.
8. Биотрансформация ксенобиотиков и биодеструкция природных полимеров
Микробиологическая трансформация органических ксенобиотиков. Разложение нефти и нефтепродуктов. Биодеградация ПАВ. Разложение ПАУ. Биотрансформация галогенсодержащих органических соединений. Разложение пестицидов. Разложение нитрилов и цианидов. Биодеструкция отравляющих и взрывчатых веществ. Биотрансформация ксенобиотиков водорослями и растениями. Биодеструкция природных полимеров: основные природные полимеры. Разложение целлюлозы. Биодеградация лигнина. Биодеградация ксенобиотиков лигнолитическими микроорганизмами.
9. Биотрансформация соединений азота и серы
Биотрансформация соединений азота. Азотфиксация. Ассимиляция азотсодержащих веществ. Аммонификация связанного азота. Автотрофная нитрификация. Диссимиляционная нитратредукция и денитрификация. Альтернативные пути биологической нитрификации-денитрификации. Микробиологическая трансформация соединений серы.
10. Биотрансформация металлов
Микробиологическая трансформация металлов. Роль микроорганизмов в изменении подвижности и концентрировании металлов в природных средах. Токсическое действие металлов на микроорганизмы. Транслокационная миграция металлов в растения и их накопление гидробионтами.
6. Планы семинарских занятий.
2. Структура и функционирование экосистем.
Обсуждаемые темы:
1. Стабильность и устойчивость экосистем.
2. Способность экосистем к самоочищению
6. Абиотическая трансформация загрязнений в окружающей среде
Обсуждаемые темы:
1.Окислительные процессы абиотической трансформации и каталитическое разложение. 2.Фотохимические и фотокаталитические процессы трансформации.
3.Полимеризация и образование связанных остатков.
7. Семинар «Микробиологическая трансформация»
Обсуждаемые темы:
1. Биотрансформация и биодоступность.
2. Микроорганизмы-деструкторы.
3.Динамика роста микроорганизмов-деструкторов и биологическое разложение ксенобиотиков.
7. Примерная тематика контрольных работ.
1. Биологические факторы загрязнения природных сред.
2. Миграция тяжелых металлов и радионуклидов в среде и в живых организмах.
3. Разложение нефти и нефтепродуктов под действием микроорганизмов.
4. Микробиологическая трансформация соединений серы.
8. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
1.Введение
Составление библиографического списка по теме «Новейшие исследования в области экобиотехнологии» (по журналу «Биотехнология», реферативным журналам за период с 2000 по 2010 год)
3.Экосистемы природных сред и сооружений биологической очистки
Темы рефератов:
1.Экосистемы болот.
2.Экосистемы сооружений биологической очистки сточных вод: сооружения биологической очистки сточных вод, активный ил аэробной очистки сточных вод, биопленки аэробных сооружений и биообрастания.
3. Активный ил и биопленки анаэробной очистки сточных вод.
4. Антропогенные факторы загрязнения
Темы компьютерных презентаций:
1. Антропогенное воздействие на природные экосистемы.
2. Источники загрязнения окружающей среды.
3. Химические вещества загрязнители.
4. Биологические факторы загрязнения природных сред.
5. Загрязнение генетически модифицированными организмами.
5. Пути переноса и трансформации загрязняющих веществ
Составление глоссария:
Абиотический
Антропогенный фактор
Ассимиляция
Биогаз
Биопленка
Биообрастание
Биогенный фактор
Пестицид
Дефолиант
Норма реакции
Для составления глоссария можно использовать следующую литературу:
1. , Научные основы экобиотехнологии. М.: Мир. 2006
2. Харпер Дж., кология, популяции и сообщества. В 2-х томах. М.: Мир. 1989.
8. Биотрансформация ксенобиотиков и биодеструкция природных полимеров
Контрольная работа
Вариант № 1.
1. Микробиологическая трансформация органических ксенобиотиков.
2. Разложение нефти и нефтепродуктов.
Вариант № 2.
1. Биодеградация ПАВ и разложение ПАУ.
2. Биотрансформация галогенсодержащих органических соединений.
Вариант № 3.
1. Разложение пестицидов.
2. Биотрансформация ксенобиотиков водорослями и растениями.
9. Биотрансформация соединений азота и серы
Темы компьютерных презентаций:
1. Биотрансформация соединений азота.
2. Альтернативные пути биологической нитрификации-денитрификации. 3.Микробиологическая трансформация соединений серы.
10. Биотрансформация металлов
Темы рефератов:
1. Микробиологическая трансформация металлов.
2. Роль микроорганизмов в изменении подвижности и концентрировании металлов в природных средах.
3. Токсическое действие металлов на микроорганизмы.
4. Транслокационная миграция металлов в растения и их накопление гидробионтами.
Контрольные вопросы к зачету
1. Предмет экобиотехнологии. Экобиотехнология – междисциплинарная область знания.
2. Задачи экобиотехнологии. Роль экобиотехнологии в защите окружающей среды.
3. Функционирование экосистем.
4. Продуктивность экосистем.
5. Эволюция и изменчивость экосистем.
6. Стабильность и устойчивость экосистем.
7. Круговорот веществ: круговорот углерода, азота, серы и фосфора.
8. Способность экосистем к самоочищению.
9. Абиотические факторы и процессы в водных средах, биота водных сред.
10. Почва: формирование, функции и структура.
11. Свойства почв и почвенные процессы. Биотические факторы и процессы в почвенных средах.
12. Экосистемы болот.
13. Экосистемы сооружений биологической очистки сточных вод.
14. Активный ил и биопленки анаэробной очистки сточных вод.
15. Источники загрязнения окружающей среды.
16. Химические вещества загрязнители.
17. Отходы.
18. Биологические факторы загрязнения природных сред.
19. Перенос и миграция загрязняющих веществ в окружающей среде.
20. Миграция тяжелых металлов и радионуклидов.
21. Окислительные процессы абиотической трансформации и каталитическое разложение.
22. Фотохимические и фотокаталитические процессы трансформации.
23. Полимеризация и образование связанных остатков.
24. Биотрансформация и биодоступность.
25. Реакции окисления, восстановления, деградации, конъюгации.
26. Дегалогенирование.
27. Микроорганизмы-деструкторы. Динамика роста микроорганизмов-деструкторов и биологическое разложение ксенобиотиков.
28. Микробиологическая трансформация органических ксенобиотиков.
29. Разложение нефти и нефтепродуктов.
30. Биодеградация ПАВ. Разложение ПАУ.
31. Биотрансформация галогенсодержащих органических соединений.
32. Разложение пестицидов. Разложение нитрилов и цианидов. Биодеструкция отравляющих и взрывчатых веществ.
33. Биотрансформация ксенобиотиков водорослями и растениями.
34. Биодеструкция природных полимеров: основные природные полимеры.
35. Биотрансформация соединений азота.
36. Микробиологическая трансформация соединений серы.
37. Роль микроорганизмов в изменении подвижности и концентрировании металлов в природных средах.
38. Транслокационная миграция металлов в растения и их накопление гидробионтами.
9. Образовательные технологии.
По всем темам дисциплины использование мультимедийных средств обучения (презентации). Использование проблемных и исследовательских методов при написании рефератов, составлении компьютерных презентаций, глоссария и библиографического списка.
Интерактивные формы:
Тема 3. Групповая дискуссия на тему «Эффективность биопленок и значимость биообрастаний».
Тема 4. Решение проблемной задачи «Эффективность и безопасность существующих методов уничтожения отходов».
Тема 8. Конференция на тему «Биотрансформация ксенобиотиков»
10. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины.
10.1.Основная литература:
1., и др. Прикладная экобиотехнология. М.:Бином. 2010. Т. 1. 621 с. Гриф УМО
2., и др. Прикладная экобиотехнология. М.:Бином. 2012. Т. 2. 446 с. Гриф УМО
10.2.Дополнительная:
1. Биотехнология. Принципы и применение/Под. редакцией И. Хиггинса и др. М.: Мир, 1998.
2. и др. Основы биотехнологии. М.: Академия. 2003.
3. , Научные основы экобиотехнологии. М.: Мир. 2006.
4. , , введение в экологическую химию. М.: Высшая школа. 1994.
5. , Введение в биотехнологию. Тюмень: ТюмГУ. 2002.
6. Экологическая биотехнология / Под ред. , Д. А. Дж. Вейза. Л.: Химия. 1990.
7. Биотехнология. Киев:Выша школа. 1989.
8. Общая и молекулярная генетика. Новосибирск: изд-во НГУ. 2002.
Периодические издания:
1. Журнал «Биотехнология» М.: Биотехнология. (2005-2011 гг.).
2. Журнал «Генетика». М.:Академиздат Наука. (2005-2011 гг.)
3. Журнал «Молекулярная биология» М.: Академиздат Наука. (2005-2011 гг.)
10.3. Интернет – ресурсы:
c. bio. ru bibliofond. ru microzym. ru bioplaneta. ru scholar. ru11. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины.
Дисциплина обеспечена компьютерными презентациями, составленными автором, видеофильмами. На факультете имеется для проведения занятий 3 мультимедийные аудитории, есть специализированные лаборатории: центр микроскопии (№ 000), оснащенный электронным микроскопом LSM 510-мета, фазово-контрастным микроскопом Axioimager А1; лаборатория молекулярной генетики (№ 000), оснащенная хроматографом ВСЖХ, ПЦР; лаборатория популяционной генетики (№ 000), оснащенная приборами для проведения электрофореза и цитогенетических исследований.
