Рабочая программа для аспирантов специальности 03. 01. 06 Биотехнология (в том числе бионанотехнология), очной и заочной форм обучения

ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР:

заведующий кафедрой экологии и генетики

Тюменского государственного университета,

д.б.н. Пак И. В.

© Тюменский государственный университет, 2011.

© Жигилева О.Н., 2011.

1. Пояснительная записка.

1. 
   Цели и задачи дисциплины
   

Учебно-методический комплекс «Биоиндикация и биоремедиация антропогенно нарушенных экосистем» паспорту специальности 03.01.06 – Биотехнология (в том числе бионанотехнология).

Дисциплина «Биоиндикация и биоремедиация антропогенно нарушенных экосистем» относится к циклу «специальные дисциплины отрасли науки и научной специальности».. Она логически и содержательно-методически взаимосвязана с дисциплинами бакалавриата и магистратуры: Б.3. Профессионального цикла: базовой (общепрофессиональной) частью: зоология, ботаника, микробиология, вирусология, цитология, гистология, анатомия и физиология человека и животных, физиология растений, биохимия и молекулярная биология, экология и рациональное природопользование, науки о Земле, почвоведение, физика, химия. Для успешного освоения дисциплины необходимы базовые знания по зоологии, ботанике, микробиологии, вирусологии, цитологии, гистологии, физиологии человека и животных, физиологии растений, биохимии, химии, наукам о Земле, почвоведении.

2. 
   Требования к результатам освоения дисциплины:
   

- приобретает новые знания и формирует суждения по научным, социальным и другим проблемам, используя современные образовательные и информационные технологии;

- проявляет экологическую грамотность и использует базовые знания в области биологии в жизненных ситуациях; понимает социальную значимость и умеет прогнозировать последствия своей профессиональной деятельности, готов нести ответственность за свои решения;

- демонстрирует базовые представления о разнообразии биологических объектов, понимание значения биоразнообразия для устойчивости биосферы;

- использует методы наблюдения, описания, идентификации, классификации, культивирования биологических объектов;

- понимает, излагает и критически анализирует получаемую информацию и представляет результаты полевых и лабораторных биологических исследований.

• 
  Знать: основные понятия и виды биоиндикации, особенности растений, животных, микроорганизмов как индикаторов; эколого-физиологогические основы биоиндикации и биотестирования, перечень стандартных тест-объектов и требования к ним; основные методы биоремидиации, методологию биогеохимической индикации; особенности биоиндикации на разных уровнях организации живой природы (клеточном, организменном, популяционном, биоценотическом); терминологию, методологию и области применения ландшафтной индикации; современные области применения биоиндикаторов.
  
• 
  Уметь: выбирать наиболее подходящие для решения практических задач методы и объекты биоиндикации, тест-объекты и тест-функции, планировать токсикологический эксперимент, статистически обрабатывать, анализировать и описывать его результаты, давать рекомендации по установлению ПДК и других предельно-допустимых норм исходя из данных биотестирования, давать заключение об экологическом состоянии объекта исследования.
  
• 
  Владеть: стандартными методиками биотестирования и биоремидиации.
  
  2. Структура и трудоемкость дисциплины.

  Семестр 5. Форма промежуточной аттестации – зачет. Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единицы 72 часа.

  
  
  3. Тематический план.
  
  Таблица 1.
  
  
  

Планирование самостоятельной работы аспирантов

4. 
   Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
   

4. 
   Содержание дисциплины.
   

Недостаточность физико-химических методов для оценки Среды. Понятие биоиндикации в широком и узком смысле. История биоиндикации. Биоиндикаторы. Особенности растений, животных, микроорганизмов как индикаторов. Экологические основы биоиндикации. Виды и типы биоиндикации. Методы биоиндикации: активный и пассивный мониторинг. Биотестирование и решаемые с его помощью задачи.

Понятие биоремидиации. Виды и формы биоремидиации. Основы биоремидиации. Кумуляция загрязняющих веществ. Биомагнификация. Биодеградация. Неполная дегродация. Биоремидиация различных сред: вода, почва, воздух. Организмы, использующиеся при биремидеации. Фиторемидеация. Биоплато: инфильтрационное и поверхностное.

Закономерности биоиндикации на разных уровнях организации живой природы. Применение биологических процессов и биохимических параметров как индикаторов (обмен веществ, состав и активность ферментов, энергетический балланс, пигменты, фотосинтез, биомембраны, фитогормоны, химический состав клетки, биоэлектрическая активность ЦНС).

Использование в качестве индикаторов анатомо-морфологических структур растений, животных, изменений биоритмов животных и растений. Биоиндикация по поведенческим признакам.

Влияние антропогенных стрессоров на динамику и распространение растительных популяций. Формы применения популяций животных для биоиндикации. Применение микробиологических параметров как индикаторов загрязнения почв. Вирусы как потенциальные биоиндикаторы.

Параметры структуры фито- и зооценозов (доминирование, видовое разнообразие, ритм продуктивности), как индикаторы антропогенного влияния.

Особенности биоиндикации на ландшафтном уровне. Применение шкалы гемеробности (Blume, Sukopp) для оценки состояния наземных ландшафтов и шкалы сапробности для оценки состояния водоемов. Определение степени достоверности индикатора. Эколого-генетические ряды биоценозов и циклические комплексы как индикаторы процессов.

Направления ландшафтной индикации. Традиционные области применения. Агроиндикация: педоиндикация, галоиндикация, гидроиндикация. Литоиндикация и индикация полезных ископаемых. Геокриологическая индикация. Индикация процессов и предсказание стихийных бедствий. Прогноз погоды. Ландшафтное планирование и обустройство.

9. Современные области применения биоиндикаторов.

Контроль состояния окружающей среды. Биоиндикация загрязнений воздуха, почв, водоемов. Биоиндикация в целях охраны природы. БИОСОТ, биосенсоры, токс-киты.

4. 
   Планы семинарских (практических) занятий.
   

Вопросы:

2. Состав и активность ферментов в организме как индикатор загрязнения среды.

3. Процесс фотосинтеза как индикатор загрязнения среды.

4. Биоэлектрическая активность ЦНС как индикатор загрязнения среды.

5. Перечислите физиологические индикаторы стресса у животных (растений).
Тема 4. Биоиндикация на организменном уровне.

Вопросы:

2. Использование в качестве индикаторов изменений биоритмов животных и растений.

3. Биоиндикация по поведенческим признакам.

Тема 5. Биоиндикация на популяционном уровне.

Вопросы:

1. Какой индикаторный вид лучше подходит для количественной оценки накопления тяжелых металлов? Радионуклидов? Пестицидов?

Тема 6. Биоиндикация на уровне биоценозов.

Вопросы:

Тема 7. Ландшафтная индикация

Вопросы:

1. Что такое индикат и индикатор?

2. Как оценить достоверность и значимость ландшафтного индикатора?

3. Почему растения используются в ландшафтной индикации чаще, чем животные?

Тема 8. Направления ландшафтной индикации.

Вопросы:

2. Перечислите индикаторы полисапробной зоны (мезосапробной зоны).

3. Какую степень гемеробности Вы бы присвоили сельскому ландшафту, где произрастают смешанные агрокультуры с сорняками? Лесу, где ведется выпас скота, охота и сбор растительного сырья?

4. 
   Примерная тематика контрольных работ.
   

2. Использование ранних стадий онтогенеза рыб для тестирования сточных вод, содержащих орто-крезол.

3. Использование метода перекисного окисления липидов для биотестирования вод.

4. Метод оценки токсичности и мутагенности сточных вод по реакциям штамма 15В-П4 дрожжей сахаромицетов.

5. Метод биотестирования вод по уровню двигательной активности инфузорий.

6. Метод биотестирования вод по смене статичного состояния на динамичное у медицинской пиявки.

4. 
   Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
   

1. 
   Человек как объект биологического мониторинга
   
2. 
   Флуктуирующая асимметрия – показатель стабильности развития организмов и качества среды их обитания
   
3. 
   Биохимические тест-системы и перспективы их использования для нормирования загрязнения окружающей среды
   
4. 
   Морфофизиологические индикаторы состояния популяций животных
   
5. 
   Величина внутрипопуляционной изменчивости как индикатор состояния популяции
   
6. 
   Эколого-генетический мониторинг состояния среды обитания
   
7. 
   Генетические тест-системы для оценки мутагенности и канцерогенности компонентов среды
   
8. 
   Фито- и лихеноиндикация загрязнения атмосферного воздуха
   
9. 
   Механизмы адаптации живых организмов к токсическим веществам
   

11. Автоматизированные системы наблюдения и контроля загрязнений

12. Экологические группы гидробионтов в оценке состояния водных экосистем

13. Совершенствование системы оценки сапробности водоемов

14. Биоиндикация состояния городской среды

15. Новые объекты и методы биоиндикационных исследований

16. Яды, их классификация, механизмы токсического действия

17. Биоиндикация радиоактивного загрязнения территорий

18. Биоиндикаторы и прогноз погоды, стихийных бедствий, глобального изменения климата.
9. Образовательные технологии.

Мультимедийные средства обучения (компьютерные презентации по всем темам), проблемные и исследовательские методы (на семинарах), встречи с сотрудниками Института проблем освоения Севера, мастер-классы специалистов. Интерактивные формы: заслушивание и обсуждение докладов и презентаций по реферативным работам в форме конференции.

10.1. Основная литература:

1. 
   Ашихмина Т.Я. и др. Биоиндикация и биотестирование – методы познания экологического состояния окружающей среды. Киров: РПС, 2005. 164 с.
   
2. 
   Биотестовый анализ – интегральный метод оценки качества объектов окружающей среды / А.Г.Бубнов и др. / Под ред. В.И.Гриневича. Иваново, 2007. 112 с.
   
3. 
   Егорова Е.И. Биотестирование и биоиндикация окружающей среды: Учеб. пособие. Обнинск: ИАТЭ, 2000. 84 с.
   
4. 
   Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. Л.: Гидрометеоиздат, 2007. 190 с.
   
5. 
   Латенков В.П., Скипин Л.Н. Основы токсикологии для безопасности жизни и деятельности. Тюмень: ТюмГУ, 2003.
   
6. 
   Мелехова О.П. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование. М.: Академия, 2007. 288 с.
   
7. 
   Мелехова О.П., Сарапульцева Е.И. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование. М.: Академия, 2010. 288 с.
   

10.2. Дополнительная литература:

1. 
   Ашихмина Т.Я. Экологический мониторинг. М.: Академический проект, 2005. 416 с.
   
2. 
   Багдасарян А.С. Эффективность использования тест-систем при оценке токсичность природных сред // Экология и промышленность России. 2007. № 2. С. 44-48.
   
3. 
   Безель В.С. Популяционная экотоксикология млекопитающих. М.: Наука, 1987. 128 с.
   
4. 
   Биоиндикация загрязнений наземных экосистем / Под ред. Д.А. Криволуцкого. М.: Мир, 1988.
   
5. 
   Биоиндикация и биомониторинг. М.: Наука, 1991. 288 с.
   
6. 
   Биоиндикация загрязнений наземных экосистем / Под ред. Р. Шуберта. М.: Мир, 1988. 350 с.
   
7. 
   Биологические методы оценки природной среды. М.: Наука, 1978. 280 с.
   
8. 
   Биоиндикация в городах и пригородных зонах. М.: Наука, 1993. 122 с.
   
9. 
   Биотестирование природных и сточных вод. М., 1981.
   
10. 
    Брагинский Л,П., Комаровский Р.Я, Мережко Д.И. Персистентные пестициды в экологии пресных вод. Киев: Наукова Думка, 1979.
    
11. 
    Бурдин К.С. Основы биологического мониторинга. М.: Изд-во МГУ, 1985. 158 с.
    
12. 
    Виноградов Б. В. Растительные индикаторы и их использование при изучении природных ресурсов. М.: Высшая школа, 1964. 328 с.
    
13. 
    Викторов С. В. Использование аэроландшафтно-индикационных методов при поисках вод для пастбищ пустынь, полупустынь и степей. М.: ВИЭМС, 1972. 35 с.
    
14. 
    Викторов С. В., Ремезова Г. Л. Индикационная геоботаника. М.:Изд-во МГУ, 1988. 168 с.
    
15. 
    Викторов С. В., Чикишев А. Г. Ландшафтная индикация. М.:Наука, 1985. 96 с.
    
16. 
    Викторов С. В., Чикишев А. Г. Ландшафтная индикация и ее практическое применение. М.: Изд-во МГУ, 1990. 200 С.
    
17. 
    Груздева Л.П. Биотестирование токсичности почв в радиусе действия техногенных выбросов металлургического комбината // Земледелие. 2008. № 4. С. 16-17.
    
18. 
    Загрязнение воздуха и жизнь растений. Под ред. М. Трешоу. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 536 с.
    
19. 
    Коган Ю.С. Общая токсикология пестицидов. Киев: Здоровья, 1981.
    
20. 
    Копанев В. А., Гинзбург Э. Х., Семенова В. Н. Метод вероятностной оценки токсического эффекта. Новосибирск: Наука, 1988. 128 с.
    
21. 
    Котова Л. И., Рыжков Л. П., Полина А. В. Биологический контроль качества вод. М.: Наука, 1989. 144 с.
    
22. 
    Криволуцкий Д.А. Биоиндикация и биомониторинг. М.: Наука, 1991. 298 с.
    
23. 
    Криволуцкий Д. А. Индикационная зоология // Природа. 1985. № 7. С. 86- 91.
    
24. 
    Мелехова О.П. Биологические эффекты при воздействии поверхностно-активных веществ на организмы. М.: МАКС-Пресс, 2001. 344 с.
    
25. 
    Методы биотестирования вод. Черноголовка, 1988. 128 с.
    
26. 
    Мэннинг У. Д., Федер У. А. Биомониторинг загрязнения атмосферы с помощью растений. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 144 с.
    
27. 
    Полякова А. Биоиндикаторы и методы биоиндикации загрязнения среды // Экологический вестник России. 2002. № 11. С. 49–60.
    
28. 
    Проблемы загрязнения окружающей среды и токсикологии. М.: Мир, 1993.
    
29. 
    Симаков Ю. Г. Живые приборы. М.: Знание, 1986. 176 с.
    
30. 
    Трахтенберг И.М., Сова Р.Е., Шефтель В.О., Оникиенко Ф.А. и др. Проблема нормы в токсикологии (современные представления и методические подходы, основные параметры и константы). М.: Медицина, 1991. 208 с.
    
31. 
    Филенко О.Ф. Биологические методы в контроле качества окружающей среды // Экологические системы и приборы. 2007. № 6. С. 18–20.
    
32. 
    Филенко О.Ф., Дмитриева А.Г. Биотестирование как способ контроля токсичности загрязняемой водной среды // Приборы и системы управления. 1999. № 1. С. 14–17.
    
33. 
    Филиппова О.Е., Филиппова Е.Н. Биоиндикация как эффективный метод экомониторинга городских ландшафтов // Проблемы и перспективы современной науки. 2009. № 6. С. 24–27.
    
34. 
    Флеров Б. А. Эколого-физиологические аспекты токсикологии пресноводных животных. Л.: Наука, 1989. 144 с.
    
35. 
    Черненькова Т.В. Реакция лесной растительности на промышленное загрязнение. М.: Наука, 2002. 191 с.
    

10.3. Интернет – ресурсы:

1. 
   http://bioassay.narod.ru/biotest/biot.html
   
2. 
   http://fadr.msu.ru/~letap/biotesting.html
   
3. 
   http://www.ecoguild.ru/forum/viewtopic.php?p=273
   
4. 
   http://forum.integral.ru/viewtopic.php?f=34&t=10281
   
5. 
   http://www.complexdoc.ru/ntdtext/541963/5
   
6. 
   http://www.isuct.ru/testlib/system/files/pe_28012008.pdf
   
7. 
   http://www.ecosystema.ru/07referats/mon_biota/mon_biota.htm