Генетика микроорганизмов (36 часов)

Автор: к.б.н., в.н.с. Л.Е. Михеева

Курс направлен на изучение основных генетических процессов в клетках прокариотических и эукариотических микроорганизмов, в том числе почвенных микроорганизмов. В течение курса изучаются основные пути передачи генетической информации в клетках организмов различных филогенетических групп. Изучаются процессы, приводящие к мутациям и перестройкам геномов, а также механизмы функционирования генных кластеров, обеспечивающих синтез вторичных метаболитов и взаимодействие микроорганизмов в природе. Один из разделов курса посвящен современным методам генной инженерии, позволяющей получать новые типы организмов с измененными свойствами.

Содержание дисциплины по разделам и темам:

Раздел 1. Генетическое разнообразие микроорганизмов и их значение для современной генетики.

Тема 1. Вклад генетики микроорганизмов в развитие основных понятий современной генетики.

Тема 2. Микроорганизмы как объекты генетических исследований.

Тема 3. Вирусы бактерий и механизмы рекомбинации у бактериофагов.

Раздел 2. Процессы генетического обмена в клетках бактерий.

Тема 1. Трансформация у бактерий.

Тема 2. Трансдукция у бактерий.

Тема 3. Конъюгация у бактерий.

Тема 4. Многообразие и генетика актинобактерий.

Тема 5. Многообразие и генетика цианобактерий.

Раздел 3. Генетические процессы у эукариотических микроорганизмов.

Тема 1. Генетика дрожжей.

Тема 2. Генетика мицелиальных аскомицетов.

Раздел 4. Микроорганизмы в экспериментах по генетической инженерии.

Тема 1. Мобильные элементы микроорганизмов.

Тема 2. Векторные системы в генной инженерии.

Основная литература:

  1. Современная микробиология. Прокариоты (под ред. Й. Ленгелера, Г. Древса и Г. Шлегеля). М.: «Мир». 2005

Дополнительная литература:

  1. Сингер М., Берг П. Гены и геномы в 2 тт. М.: «Мир». 1998
  2. Клаг У., Каммингс М. Основы генетики (глава 9). М.: «Техносфера». 2007

 

Геохимическая деятельность микроорганизмов (24 часа)

Автор: д.б.н., профессор М.М. Умаров

Курс знакомит студентов с историей развития учения о геохимической деятельности микроорганизмов (Л. Пастер, С.Н. Виноградский, В.Н. Вернадский, С.И. Кузнецов). Кратко рассматриваются современные представления о возникновении и эволюции микробной жизни на Земле, о роли микроорганизмов в формировании атмосферы Земли. Приводятся основные сведения по физиологии и биохимии микроорганизмов — брожение и дыхание, фотосинтез и хемосинтез, точка и эффект Пастера, биологическое фракционирование стабильных изотопов С, О, S, N. Типы питания микроорганизмов — автотрофия и гетеротрофия, фототрофия и хемотрофия, литотрофия и органотрофия. Миксотрофия. Основные функции микроорганизмов в зоне гипергенеза. Современные взгляды на роль микроорганизмов в первичном почвообразовании. Основные методы изучения геохимической деятельности микроорганизмов. Современные биогеотехнологии с использованием микроорганизмов.

Содержание дисциплины по разделам и темам:

Раздел 1. История учения о геохимической деятельности микроорганизмов. Современные достижения и проблемы.

Тема 1. Возникновение микроорганизмов, этапы эволюции. Бактериальная палеонтология.

Раздел 2. Микробиологическая трансформация элементов в ходе конструктивного и энергетического обменов.

Тема 1. Микробиологическая трансформация H, N, C, S, P, O.

Тема 2. Микробиологическая трансформация Fe, Mn, Mo, Cu, Zn,V, Ni, Co.

Раздел 3. Микробиологическая трансформация элементов в ходе побочных процессов.

Раздел 4. Микроорганизмы и почва.

Тема 1. Роль микроорганизмов в первичном почвообразовании.

Тема 2. Микроорганизмы и плодородие почв.

Раздел 5. Роль микроорганизмов в образовании и разрушении минералов.

Тема 1. Роль микроорганизмов в превращениях минералов алюминия (Al) и кремния (Si).

Раздел 6. Разрушение и образование горных пород микроорганизмами.

Тема 1. Роль гетеротрофных микроорганизмов.

Тема 2. Микроорганизмы и нефть.

Раздел 7. Микроорганизмы и атмосфера Земли. Роль микроорганизмов в водоемах.

Тема 1. Микроорганизмы и атмосфера Земли.

Тема 2. Микробиология озер, морей и океанов.

Основная литература:

  1. Заварзин Г.А. Лекции по природоведческой микробиологии. М.: «Наука». 2007
  2. Громов Б.В., Павленко Г.В. Экология бактерий. Л.: «Издательство ЛГУ». 1989

Дополнительная литература:

  1. Кондратьева Е.Н. Автотрофные прокариоты. М.: «Издательство МГУ». 2003

 

Гидролитическая деятельность почвенных микроорганизмов (36 часов)

Автор: д.б.н., профессор Н.А. Манучарова

Курс посвящен изучению специфики устойчивости и развития гидролитических прокариотных комплексов, осуществляющих деструкцию полисахаридов (хитина и пектина) в наземных экосистемах, установлению закономерности их распространения в биогеоценозах и  зависимости функциональной активности от основных экологических факторов (влажности, температуры, присутствия метаболизируемого субстрата). На основе экофизиологических критериев обсуждается функциональная значимость гидролитических прокариотных микробных комплексов в наземных экосистемах, степень  толерантности исследуемых микробных комплексов к экстремальным параметрам экологических факторов; новая функциональная активность актиномицетов в гидролитическом прокариотном комплексе: их контролирующее влияние на уровень дыхания комплекса в широком диапазоне параметров (влажности, поступления органического вещества, сукцессионного времени). Изучаются принципы и методические аспекты применения модифицированного флюоресцентно-микроскопического метода анализа гибридизации клеток in situ (FISH) для определения филогенетического положения метаболически активных гидролитических прокариот вертикальных ярусов наземных экосистем — почвенного, наземного (подстилка) и надземного (филлосфера). Возможность классификации и биодиагностики образцов наземных экосистем по структурному показателю микробного комплекса, в том числе по его гидролитической составляющей.

Содержание дисциплины по разделам и темам:

Тема 1. Синтез и микробная трансформация биополимеров в природе.

Тема 2. Закономерности распространения гидролитических (хитинолитических и пектинолитических) комплексов в наземных экосистемах различных биоклиматических зон.

Тема 3. Воздействие экологических факторов на структуру и функциональную деятельность почвенных гидролитических микробных комплексов.

Тема 4. Филогенетическое разнообразие гидролитических прокариотных комплексов в пространственно-сукцессионном ряду наземных экосистем.

Тема 5. Разложение биополимеров (хитина и пектина) почвенными гидролитическими микробными комплексами.

Тема 6. Молекулярно-генетическая детекция продуцентов хитиназ в почвенных системах.

Тема 7. Молекулярно-биологический анализ компонентного состава гидролитических бактериальных комплексов почв, развивающихся при различных значениях влажности и температуры.

Основная литература:

  1. Манучарова Н.А. Гидролитические прокариотные комплексы наземных экосистем. М.: «Университетская книга». 2014
  2. Manucharova N.A. Ecophysiology of hydrolytical microbial communities in terrestrial ecosystems. M.: «University book».      2014
  3. Степанов А.Л., Манучарова Н.А. Образование и поглощение парниковых газов в почвенных агрегатах. М.: «Издательство МГУ». 2006

Дополнительная литература:

  1. Звягинцев Д.Г. Почва и микроорганизмы. М.: «Издательство Московского университета». 1987
  2. Бухарин О.В., Гинцбург А.Л., Романова Ю.М., Эль-Регистан Г.И. Механизмы выживания бактерий. М.: «Медицина». 2005

 

Зоомикробные взаимодействия в почве и сопряжённых местообитаниях (36 часов)

Автор: к.б.н. А.В. Якушев

В течение курса рассматриваются функции и разнообразие взаимодействий водных и наземных (в частности почвенных) животных и микроорганизмов в природе, их распространение, роль в процессах почвообразования, возможность использования микроорганизмов, ассоциированных с животными в целях биотехнологии. Дается представление о подходах к выявлению подобных симбиозов и ассоциаций, приемах их исследования в природе.

Содержание дисциплины по разделам и темам:

Раздел. 1. Роль, задачи, цели, объекты изучения зоомикробных взаимодействий.

Тема 1. Общие вопросы зоомикробных взаимодействий.

Раздел 2. Взаимодействие нанофауны с микроорганизмами.

Тема 1. Взаимодействия простейших и микроорганизмов.

Тема 2. Взаимоотношения нематод и микроорганизмов.

Тема 3. Вклад микроорганизмов в рацион питания коловраток, тихоходок и планарий.

Раздел 3. Взаимодействие микрофауны с микроорганизмами.

Тема 1. Общие принципы взаимодействие почвенной микрофауны с микроорганизмами.

Тема 2. Мелкие олигохеты.

Тема 3. Экологическая группа микроартроподы.

Раздел 4. Взаимодействие мезофауны с микроорганизмами.

Тема 1. Мезофауна.

Тема 2. Дождевые черви.

Тема 3. Многощетинковые кольчатые черви.

Тема 4. Моллюски.

Тема 5. Подотряд мокрицы.

Тема 6. Тип многоножки.

Тема 7. Насекомые.

Раздел 5. Взаимодействие макрофауны с микроорганизмами.

Раздел 6. История развития почвенной зоологии и зоологии вообще в аспекте изучения зоомикробных взаимодействий.

Практические занятия:

Занятие 1. Исследование качественного состава сообщества почвенных простейших в почвенной накопительной культуре.

Занятие 2. Метод выделения и учёта нематод методом воронок Бермана.

Занятие 3. Эклекторная выгонка почвенных микроартропод из почвы для изучения их качественного и количественного состава.

Занятие 4. Исследование кишечного микробного сообщества диплопод с помощью комплексного структурно-функционального метода характеристики популяций микроорганизмов в природе.

Занятие 5. Микробиологический посев из содержимого кишечников представителей почвенной мезофауны.

Занятие 6. Получение кишечной жидкости диплопод и изучение её влияния на рост чистых культур микроорганизмов in vitro.

Основная литература:

  1. Бызов Б.А. Зоомикробные взаимодействия в почве. М.: «Геос». 2005.
  2. Догель В.А. Зоология беспозвоночных. М.: «Высшая школа». 1981.
  3. Стриганова Б.Р. Питание почвенных сапротрофов. М.: «Наука». 1980.
  4. Криволуцкий Д.А. Животный мир почвы. М.: «Наука». 1989.
  5. Гиляров М.С. Зоологический метод диагностики почв. М.: «Наука». 1969.

Дополнительная литература:

  1. Гиляров М.С. Особенности почвы как среды обитания и ее значение в эволюции насекомых. М.: «Наука». 1949.
  2. Количественные методы в почвенной зоологии (под ред. М.С. Гилярова и Б.Р. Стригановой). М.: «Наука». 1987.
  3. Гиляров М. С., Криволуцкий Д. А. Жизнь в почве. М.: «Молодая гвардия». 1985.
  4. Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биология почв Юга России. Ростов-на-Дону: «Из-во ЦВВР». 2004.

Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети «Интернет»:

http://www.soilzoology.ru/


 

Изотопные методы в почвенной микробиологии (36 часов)

Автор: к.б.н. Л.А. Поздняков

Данный курс знакомит студентов с комплексом методов, основанных на использовании стабильных и радиоактивных изотопов. Рассматривается история исследований строения атома и открытия изотопов, история поиска стабильных изотопов, основополагающие работы по изучению физико-химической неравноценности изотопов. Дается информация о методах определения изотопного состава вещества и способах его численного выражения. Подробно рассказывается о процессах кинетического и термодинамического (равновесного) фракционирования изотопов; рассматриваются процессы масс-зависимого и масс-независимого фракционирования изотопов. Дается информация о геохимии стабильных изотопов углерода, азота, серы, кислорода, водорода, кальция, железа, молибдена и других биологически значимых микроэлементов. Рассматривается методика построения эксперимента с изотопной меткой. Обсуждается, какую экологическую информацию можно вынести из изотопного состава почв, живых организмов, их тканей и экстрагированных молекул липидов, ДНК или белков. Рассказывается об изотопных методах датировки осадочных пород и палеопочв, а также о палеоэкологических и палеоклиматических реконструкциях на основе изотопных данных.

Содержание дисциплины по разделам и темам:

Тема 1. Исторический очерк: открытие изотопов и изучение их физико-химических особенностей.

Тема 2. Стабильные и радиоактивные изотопы, радиоактивный распад.

Тема 3. Аналитические методы определения изотопного состава вещества.

Тема 4. Фракционирование и смешивание изотопов.

Тема 5. Геохимия стабильных изотопов биологически значимых элементов.

Тема 6. Изотопный состав биомаркеров, способы связать таксономическую принадлежность и функции микроорганизмов in situ.

Тема 7. Использование изотопных данных в палеоэкологических и палеоклиматических реконструкциях.

Основная литература:

  1. Fry B. Stable Isotope Ecology. New York: Springer. 2006.
  2. Hoefs J. Stable Isotope Geochemistry (7th edition). Cham – Heidelberg – New York – Dordrecht – London: Springer. 2015.
  3. Stable Isotopes in Ecology and Environmental Science (ed. R. Michener, K. Lajtha). Malden – Oxford – Carlton: Blackwell Publishing. 2007.
  4. Галимов Э.М. Природа биологического фракционирования изотопов. М.: Наука. 1981.

Дополнительная литература:

  1. Галимов Э.М. Геохимия стабильных изотопов углерода. М.: Недра. 1968.
  2. Гриненко В.А., Гриненко Л.Н. Геохимия изотопов серы. М.: Наука. 1974.

 

Микробная трансформация азота (на английском языке) (36 часов)

Автор: д.б.н., профессор А.Л. Степанов

Курс знакомит студентов с новыми процессами микробной трансформации азота в почвах. Дает представление об особом характере превращений азота в почвах с учетом гетерогенности среды, присутствия корней растений, функционирования бактерий в адсорбированном состоянии и высокой концентрации микробных клеток. Подробно рассматривается физиология и экология микроорганизмов биологического круговорота азота. Дается информация о разнообразии микроорганизмов цикла азота и их участии в глобальных биосферных процессах. Проводится оценка роли  микроорганизмов в обеспечении почвенного плодородия, а также об их практическом использовании в современной биотехнологии.

Содержание дисциплины по разделам и темам:

Тема 1. Введение.

Тема 2. Биологический цикл азота.

Тема 3. Азотфиксация.

Тема 4. Нитрификация.

Тема 5. Денитрификация.

Тема 6. Микробная трансформация азота в почвенных агрегатах.

Основная литература:

  1. Умаров М.М., Кураков А.В., Степанов А.Л. Микробиологическая трансформация азота в почвах. М.: ГЕОС. 2007
  2. Степанов А.Л. Микробная трансформация парниковых газов в почвах. М.: ГЕОС. 2011

 

Морфология и таксономия почвенных животных (48 часов)

Автор: д.б.н., профессор А.Л. Степанов

Морфология животных рассматривается как часть зоологии, приводится исторический очерк ее развития. Приводятся гипотезы происхождения многоклеточных организмов, даются основы систематики животных. Рассматриваются морфофизиологические особенности почвенных животных, классификация, способы размножения, жизненные циклы, распространение, численность и экологическая роль в разных типах почв.

Содержание дисциплины по разделам и темам:

Тема 1. Введение.

Тема 2.  Классификация простейших.

Тема 3. Тип Саркомастигофоры.

Тема 4. Подтип Саркодовые.

Тема 5. Тип Инфузории.

Тема 6. Класс Нематоды.

Тема 7. Класс Коловратки.

Тема 8. Класс Малощетинковые.

Тема 9. Тип Членистоногие.

Тема 10. Отряд Равноногие.

Тема 11. Отряд Акариформные клещи.

Тема 12. Надкласс Многоножки. Класс Двупарноногие.

Тема 13. Класс Губоногие.

Тема 14. Надкласс Шестиногие. Класс Насекомые скрыточелюстные. Отряд  Ногохвостки.

Тема 15. Класс Насекомые открыточелюстные.

Тема 16. Отряд Термиты.

Тема 17. Насекомые с полным превращением.

Тема 18. Надсемейство Муравьи.

Тема 19. Млекопитающие. Морфофизиологические особенности. Насекомоядные. Грызуны.

Основная литература:

  1. Рупперт Э., Фокс Р., Барнс Р. Зоология беспозвоночных: функциональные и эволюционные аспекты. Учебник для студентов ВУЗов в 4 томах. М.: «Изд. центр "Академия"». 2008
  2. Шарова И.Х. Зоология беспозвоночных. М.: «Гуманит. изд. центр "ВЛАДОС"». 1999
  3. Звягинцев Д.Г., Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. М.: «Изд-во Моск. ун-та». 2005

 

Основы биологической систематики (36 часов)

Авторы: д.б.н., профессор И.Ю. Чернов, д.б.н., профессор О.Е. Марфенина,

к.б.н. А.В. Качалкин, к.б.н. А.Е. Иванова, д.б.н., профессор Л.В. Лысак

Курс знакомит студентов с биологической систематикой, как необходимой частью биологических исследований. Даются представления о современных направлениях и методологии систематических построений. В течение курса изучаются основные подходы, используемые в систематике, в историческом аспекте рассматривается возникновение и развитие таксономической, нумерической, филогенетической систематики, анализируются современные приемы геносистематики и кладистики. Рассматриваются представления о биологическом виде, возможных формах видообразования организмов, сложности понятия вида у микроорганизмов. Даются представления о правилах номенклатуры, таксономии, формировании коллекций микроорганизмов, применении на практике знаний по систематике.

Содержание дисциплины по разделам и темам:

Раздел 1. Общие понятия в систематике.

Тема 1. Роль систематики в биологии

Тема 2. Общие понятия в систематике.

Раздел 2. Учение о виде.

Тема 1. Многогранность понятия вида.

Тема 2. Видообразование.

Тема 3. Проблема вида у микроорганизмов.

Раздел 3. Методология и основные направления систематики.

Тема 1. Основные направления систематики в историческом аспекте.

Тема 2. Современные подходы в систематике.

Раздел 4. Современные подходы к систематике прокариот, эукариотных микроорганизмов (грибы и дрожжи).

Раздел 5. Биологическая номенклатура.

Тема 1. Номенклатура до и после Линнея.

Раздел 6. Идентификация, описание новых таксонов, коллекции и банки микроорганизмов.

Тема 1. Принципы идентификации.

Тема 2. Таксономические публикации.

Тема 3. Коллекции и банки данных.

Основная литература:

  1. Любарский Г.Ю., Павлинов И.Я. Биологическая систематика: Эволюция идей. М.: «Товарищество научных изданий КМК». 2011.
  2. Павлинов И.Я. Кладистический анализ. М.: «Изд-во МГУ». 1990.
  3. Заварзин Г.А. Фенотипическая систематика бактерий. Пространство логических возможностей. М.: «Наука». 1974.

Дополнительная литература:

  1. Павлинов И.Я. Основные подходы в биологической систематике. Электронная газета «Биология». 2010. Т. 17.
  2. Шаталкин А.И. Биологическая систематика. М.: «Изд-во Моск. ун-та». 1988
  3. Татаринов Л.П. Кладистический анализ и филогенетика. Обзор "Эволюция и систематика". Палеонтологический журнал. 1984. № 3.
  4. Ботаника. Курс альгологии и микологии (систематика, таксономия)      (под ред. Ю.Т. Дьяков). М.: «Изд-во МГУ». 2007.

 

Основы вирусологии (24 часа)

Автор: д.б.н., профессор А.В. Летаров

Курс представляет собой краткое изложение основных закономерностей и механизмов взаимодействия вирусов бактерий и их хозяев, в том числе дается представление о механизмах репликации, структуре и морфогенезе фаговых частиц, явлении лизогении, о взаимодействиях вирусных и бактериальных популяций в природных экосистемах. Для обеспечения лучшего восприятия основное содержание курса предваряется кратким повторением основных положений молекулярной биологии прокариот.

Содержание дисциплины по разделам и темам:

Тема 1. Введение.

Тема 2. Классификация бактериофагов.

Тема 3. Организация фагового генома, стратегии экспрессии и репликации.

Тема 4. Строение и функционирование вирусной частицы хвостатых фагов. Принципы морфогенеза.

Тема 5. Прочие семейства бактериофагов, краткий обзор жизненных циклов и разнообразие схем морфогенеза.

Тема 6. Распознавание и инфицирование бактериофагами клеток хозяев.

Тема 7. Лизогения и ее значение для фагов и бактерий.

Тема 8. Взаимодействия вирус-клетка у хвостатых фагов.

Тема 9. Эволюция бактериофагов.

Тема 10. Экология бактериофагов.

Тема 11. Практическое применение бактериофагов.

Основная и дополнительная литература:

  1. Бактериофаги. Биология и практическое применение (под ред. Э. Катера и  А. Сулаквелидзе). М.: «Научный мир». 2012.
  2. Пиневич А.В., Сироткин А.К., Гаврилова О.В., Потехин А.А. Вирусология. СПб: «Изд-во СПБГУ». 2012.
  3. Weigel C., Seitz H. Bacteriophage replication modules. FEMS Microbiol Rev. 2006. V. 30. № 3.
  4. Taylor N.M., Prokhorov N.S., Guerrero-Ferreira R.C., Shneider M.M., Browning C., Goldie K.N., Stahlberg H., Leiman P.G. Structure of the T4 baseplate and its function in triggering sheath contraction. Nature. 2016. V. 18. № 533.
  5. Fokine A., Rossmann M.G. Molecular architecture of tailed double-stranded DNA phages. Bacteriophage. 2014. V. 4. № 2.
  6. Marvin D.A., Symmons M.F., Straus S.K. Structure and assembly of filamentous bacteriophages. Prog. Biophys. Mol. Biol. 2014. V. 114. № 2.
  7. Butcher S.J., Manole V., Karhu N.J. Lipid-containing viruses: bacteriophage PRD1 assembly. Adv. Exp. Med. Biol. 2012. V. 726.
  8. Davidson A.R., Cardarelli L., Pell L.G., Radford D.R., Maxwell K.L. Long noncontractile tail machines of bacteriophages. Adv. Exp. Med. Biol. 2012. V. 726.
  9. Leiman P.G., Shneider M.M. Contractile tail machines of bacteriophages. Adv. Exp. Med. Biol. 2012. V. 726.
  10. Casjens S.R., Molineux I.J. Short noncontractile tail machines: adsorption and DNA delivery by podoviruses. Adv. Exp. Med. Biol. 2012. V. 726.
  11. Molineux I.J., Panja D. Popping the cork: mechanisms of phage genome ejection. Nat. Rev. Microbiol. 2013. V. 11. № 3.
  12. Hu B., Margolin W., Molineux I.J., Liu J. Structural remodeling of bacteriophage T4 and host membranes during infection initiation. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 2015. V. 112. № 35.
  13. Hu B., Margolin W., Molineux I.J., Liu J. The bacteriophage t7 virion undergoes extensive structural remodeling during infection. Science. 2013. V. 339. № 6119.
  14. Storms Z.J., Sauvageau D. Modeling tailed bacteriophage adsorption: Insight into mechanisms. Virology. 2015. V. 485.
  15. Dy R.L., Richter C., Salmond G.P., Fineran P.C. Remarkable Mechanisms in Microbes to Resist Phage Infections. Annu Rev Virol. 2014. V. 1. № 1.
  16. Davies E.V., Winstanley C., Fothergill J.L., James C.E. The role of temperate bacteriophages in bacterial infection. FEMS Microbiol Lett. 2016. V. 363. № 5.
  17. Clokie M.R., Millard A.D., Letarov A.V., Heaphy S. Phages in nature. Bacteriophage. 2011. V. 1. № 1.
  18. Sime-Ngando T. Environmental bacteriophages: viruses of microbes in aquatic ecosystems. Front Microbiol. 2014. V. 24.

 

Почвенная биотехнология (24 часа)

Автор: д.б.н., профессор А.В. Кураков

Курс знакомит студентов с современным состоянием научных исследований и сферами практического применения почвенных биотехнологий. Дает представление о подходах к экспериментальным исследованиям при разработке биотехнологий, управлению деятельности почвенных микроорганизмов и микробиологических процессов в почвах, получению биологических препаратов и их использованию в природных средах, а также методах переработки отходов и решения других задач охраны окружающей среды. Развивает навыки критического анализа и поиска оптимальных почвенных биотехнологий.

Содержание дисциплины по разделам и темам:

Тема 1. Предмет и место почвенной биотехнологии в системе научных и технологических дисциплин.

Тема 2. Микроорганизмы почв и их роль в продуктивности агроэкосистем.

Тема 3. Бактериальные препараты, фиторегуляторы и микоризные грибы в растениеводстве и лесном хозяйстве.

Тема 4. Биотехнологии защиты растений от вредителей.

Тема 5. Биотехнологии защиты растений от болезней и сорняков.

Тема 6. Переработка отходов и растительного сырья для получения пищевых и кормовых продуктов, биотоплива.

Тема 7. Биологическая переработка жидких отходов и сточных вод.

Тема 8. Биологическая переработка твердых отходов.

Тема 9. Биотехнологии контроля загрязнения объектов окружающей среды и сельскохозяйственной продукции.

Тема 10. Биоремедиация загрязненных почв и водоемов (общие принципы).

Тема 11. Биотехнологии добычи металлов, очистки газовоздушных выбросов, биостойкость и биоразлагаемость пластиков.

Тема 12. Почва и сопряженные с ней компоненты наземных экосистем как источники скрининга микроорганизмов для биоиндустрии.

Основная литература:

  1. Кузнецов А.Е., Градова Н.Б., Лушников С.В., Энгельгарт М., Вайссер Т., Чеботаева М.В. Прикладная экобиотехнология: учебное пособие в 2-х томах. М.: «БИНОМ. Лаборатория знаний». 2010
  2. Кузнецов А.Е., Градова Н.Б. Научные основы экобиотехнологии. М.: «Мир». 2006
  3. Биотехнология биологически активных веществ. Учебное пособие для студентов высших учебных заведений (под ред. И.М. Грачевой и Л.А. Ивановой). М.: «НПО "Элевар"». 2006
  4. Экологическая биотехнология (под ред. К.Ф. Фостера и Д.А.Дж. Вейза). Л.: «Химия». 1990
  5. Промышленная микробиология (под ред. Н.С. Егорова). М.: «Высшая школа». 1989
  6. Биотехнология. Принципы и применение (пер. с англ.) (под ред. И. Хиггинса, Д. Беста и Дж. Джонса). М.: «Мир». 1988
  7. Шевелуха В.С., Калашникова Е.А., Воронин Е.С. и др. Сельскохозяйственная биотехнология: Учебник для вузов (под ред. В.С. Шевелухи). М.: «Высшая школа». 2003
  8. Фундаментальная фитопатология (под ред. Ю.Т. Дьякова). М.: «КРАСАНД». 2012
  9. Нетрусов А.И., Бонч-Осмоловская Е.А., Горленко В.М. и др. Экология микроорганизмов (под ред. А.И. Нетрусова). М.: «Издательский центр "Академия"». 2004
  10. Ревин В.В., Кадималиев Д.А., Атыкян Н.А. Введение в биотехнологию: от пробирки до биореактора. С.: «Изд- во Мордовского ун-та». 2006
  11. Lynch M. Soil Biotechnology: microbiological factors in crop productivity. Oxford –London - Edinburgh –Boston - Carton «Blackwell Scientific Publ. LTD». 1983

Дополнительная литература:

  1. Биотехнология в 8 тт. (под ред. Н.С. Егорова и В.Д. Самуилова). М.: «Высшая школа». 1987
  2. Бирюков В.В., Кантере В.М. Оптимизация периодических процессов микробиологи­ческого синтеза. М.: «Наука». 1985
  3. Елинов Н.П. Основы биотехнологии. СПб.: «Издательская фирма "Наука"». 1995
  4. Штерншис М.В., Джалилов Ф.С.-У., Андреева И.В., Томилова О.Г. Биологическая защита растений (под ред. М.В. Штерншис). М.: «Колос». 2004
  5. Емцев В.Т., Мишустин Е.Н. Микробиология. М.: «Колос». 1993
  6. Саловарова В.П., Козлов Ю.П. Эколого-биотехнологические основы конверсии растительных субстратов. М.: «Изд-во РУДН». 2001
  7. Волова Т.Г. Биотехнология. Н.: «Изд-во Сибирского отделения Российской Академии наук». 1999
  8. Гапонов К.П. Процессы и аппараты микробиологических производств. М.: «Легкая и пищевая промышленность». 1981
  9. Синицын А.П., Гусаков А.В., Черноглазов В.М. Биоконверсия лигноцеллюлозных материалов. М.: «Издательство Московского университета». 1995
  10. Звягинцев Д.Г., Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв: М.: «Издательство МГУ». 2005
  11. Микроорганизмы и охрана почв (под ред. Д.Г. Звягинцев). М.: «Издательство МГУ». 1989
  12. Кураков А.В., Ильинский В.В., Котелевцев С.В., Садчиков А.П. Биоиндикация и реабилитация экосистем при нефтяных загрязнениях (под ред. А.П. Садчикова и С.В. Котелевцева). М.: «Графикон». 2006
  13. Андреюк Е.И., Билай В.И., Коваль Э.З., Козлова И.А. Микробная коррозия и ее возбудители. Киев: «Наукова думка». 1980
  14. Ильичев В.Д., Бочаров Б.В., Анисимов А.А. и др. Биоповреждения (под ред. В.Д. Ильичева). М.: «Высшая школа». 1987
  15. Бейли Дж., Оллис Д. Основы биохимической инженерии (в 2-х частях). М.: «Мир». 1989
  16. Телитченко М.М., Остроумов С.А. Введение в проблемы биохимической экологии. М.: «Наука». 1990
  17. Каравайко Г.И. Микробиологические процессы выщелачивания металлов из руд. Обзор проблемы. М.: «ЦМП ГКНТ». 1984
  18. Карасевич Ю.Н. Основы селекции микроорганизмов, утилизирующих синтетические органические соединения. М.: «Наука». 1982
  19. Карюхина Т.А., Чурбанова И.Н. Химия воды и микробиология. М.: «Стройиздат». 1983
  20. Яковлев С.В., Скирдов И.В., Швецов В.Н. и др. Биологическая очистка производственных сточных вод: Процессы, аппараты и сооружения. М.: «Стройиздат». 1985
  21. Яковлев С.В., Карюхина Т.А. Биохимические процессы в очистке сточных вод активным илом. М.: «Наука». 1979
  22.  Винаров А.Ю., Садыров О.А., Лобанов Ф.И. Очистка и дезодорация промышленных газов с помощью микроорганизмов. Итоги науки и техники. Серия «Биотехнология». Т. 27. М.: «ВИНИТИ АН СССР». 1989

 

Почвенная микробиология (72 часа)

Автор: д.б.н., профессор Н.А. Манучарова

Курс посвящен принципам современной почвенной микробиологии. Подробно рассматриваются особенности почвы как среды обитания микроорганизмов, принципы изучения экологии почвенных микроорганизмов, экология клетки микроорганизма и микробных популяций в почве, экология микробных сообществ. Отдельный акцент сделан на изучении взаимодействий между популяциями, а также между микроорганизмами, растениями и почвенными беспозвоночными животными.  

Содержание дисциплины по разделам и темам:

Тема 1. Введение.

Тема 2. Особенности почвы как среды обитания микроорганизмов.

Тема 3. Принципы изучения экологии почвенных микроорганизмов.

Тема 4. Экология клетки микроорганизма.

Тема 5. Экология микробных популяций в почве.

Тема 6. Взаимодействие между популяциями.

Тема 7. Экология микробных сообществ.

Тема 8. Эколого-географическое распространение микроорганизмов.

Тема 9. Инокуляция, бактериальные удобрения.

Тема 10. Почвенное органическое вещество.

Тема 11. Роль микроорганизмов в разрушении и создании минералов в почве.

Тема 12. Взаимодействие между микроорганизмами и растениями.

Тема 13. Взаимодействие между микроорганизмами и беспозвоночными животными.

Основная и дополнительная литература:

  1. Аристовская Т.В. Микробиология процессов почвообразования. М.: «Наука». 1980.
  2. Добровольская Т.Г. Структура бактериальных сообществ почв. М.: «ИКЦ "Академкнига"». 2002.
  3. Звягинцев Д.Г. Почва и микроорганизмы. М.: «Издательство Московского университета». 1987.
  4. Звягинцев Д.Г., Зенова Г.М. Экология актиномицетов. М.: «Геос». 2001.
  5. Кожевин П.А. Микробные популяции в природе. М.: «Издательство Московского университета». 1989.
  6. Красильников Н.А. Микроорганизмы почвы и высшие растения. М.: «Издательство АН СССР». 1958.
  7. Микроорганизмы и охрана почв (под ред. Д.Г. Звягинцева). М.: «Издательство Московского университета». 1989.
  8. Мирчинк Т.Г. Почвенная микология. М.: «Издательство Московского университета». 1988.
  9. Перспективы развития почвенной биологии (под ред. Д.Г. Звягинцева). М.: «МАКС Пресс». 2001.

 

Современные методы биологии почв (на английском языке) (72 часа)

Автор: к.б.н. И.В. Евдокимов

Курс предназначен для изучения основных современных молекулярно-биологических, (био)химических, физико-химических и физических инструментальных методов, предназначенных для: а) качественной оценки структуры почвенного микробного сообщества; б) количественных определений почвенной микробной биомассы, визуализации микробных колоний и пространственного распределения ферментативной активности в “hot spots” - ризосфере, дрилосфере, детритосфере, биопорах; в) оценки пространственного распределения биофильных и микроэлементов на внутриклеточном уровне; г) измерений концентрации СО2 и других парниковых газов в воздухе; д) оценки эмиссии СО2 и других парниковых газов с поверхности почвы; е) определения изотопного состава парниковых газов и биомассы почвенных микроорганизмов; ж) оценки потоков биофильных элементов с использованием метода стабильных изотопов (SIP). Магистранты научатся: а) выбирать оптимальные сочетания/ансамбли методов в соответствии с целями исследования/эксперимента; б) готовить полученные экспериментальные и литературные данные для презентаций.

Содержание дисциплины по разделам и темам:

Раздел 1. Методы определения структуры микробного сообщества и микробной биомассы в почве.

Тема 1. Классификация методов микробиологии почвы

Тема 2. Методы определения структуры микробного сообщества в почве, основанные на ПЦР

Тема 3. Прочие методы определения таксономического и функционального разнообразия микробного сообщества почвы

Тема 4. Биоцидные методы определения микробной биомассы почвы

Тема 5. Методы, основанные на анализе дыхательного отклика микробного сообщества

Раздел 2. Глобальное изменение климата, парниковые газы и их круговорот в наземных экосистемах.

Тема 1. Глобальное изменение климата

Тема 2. Методы измерения СО2 и других парниковых газов в воздухе

Тема 3. Методы определения эмиссии СО2 и других парниковых газов с почвенной поверхности

Тема 4. Неизотопные методы раздельного определения корневого и микробного дыхания

Тема 5. Изотопные методы раздельного определения корневого и микробного дыхания        

Раздел 3. Методы изучения ризосферы.

Тема 1. Понятие о “hot spots” и ризосфере

Тема 2. Методы визуализации ризосферы и “hot spots”

Тема 3. Особенности использования изотопов 13С и 14С в ризосфере

Раздел 4. Другие методы изучения микробного сообщества и органического вещества почвы.

Тема 1. Молекулярно-биологические методы

Тема 2. Методы масс-спектрометрии

Тема 3. Методы изучения структуры органического вещества почвы

Тема 4. Манипуляционные эксперименты.

Основная литература:

  1. Soil microbiology, ecology, and biochemistry 3d. ed. (ed.       E. Paul). Elsevier. 2007. 532 p.
  2. Modern soil microbiology 2nd ed. (ed. J.D. van Elsas, J.K. Jansson, J.T. Trevors). CRC Press (Taylor &Francis Group). 2006. 646 p.

Дополнительная литература:

  1. Davidson E.A., Janssens I.A. Temperature sensitivity of soil carbon decomposition and feedbacks to climate change. Nature. 2006. V. 440. P. 165-173
  2. Panikov N.S., Flanagan P.W., Oechel W.C., Mastepanov M.A., Christensen T.R. Microbial activity in soils frozen to below -39oC. Soil Biology & Biochemistry. 2006. V. 38. P. 785–794
  3. Gurwick N.P., Moore L. A., Kelly C., Elias P. A Systematic Review of Biochar Research, with a Focus on Its Stability in situ and Its Promise as a Climate Mitigation Strategy. PLoS ONE. 2013. 8(9): e75932. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0075932
  4. Cleveland C.C., Liptzin D. C:N:P stoichiometry in soil: is there a “Redfield ratio” for the microbial biomass? Biogeochemistry. 2007. V. 85. P. 235-252
  5. Cotrufo M.F., Wallenstein M.D., Boot C.M., Denef K., Paul E. The Microbial Efficiency-Matrix Stabilization (MEMS) framework integrates plant litter decomposition with soil organic matter stabilization: do labile plant inputs form stable soil organic matter? Global Change Biology. 2013. doi: 10.1111/gcb.12113
  6. von Lutzow M., Kogel-Knabner I., Ekschmitt K., Flessa H., Guggenberger G., Matzner E., Marschner B. Review SOM fractionation methods: Relevance to functional pools and to stabilization mechanisms. Soil Biology & Biochemistry. 2007. V. 39. P. 2183–2207
  7. Docherty K.M., Gutknecht J.L.M. The role of environmental microorganisms in ecosystem responses to global change: current state of research and future outlooks. Biogeochemistry. 2011. DOI 10.1007/s10533-011-9614-y
  8. Miltner A., Bombach P., Schmidt-Brucken B., Kastner M. SOM genesis: microbial biomass as a significant source. Biogeochemistry. 2011. DOI 10.1007/s10533-011-9658-z
  9. Prescott C.E.        Litter decomposition: what controls it and how can we alter it to sequester more carbon in forest soils? Biogeochemistry. 2010. V. 101. P. 133–149
  10. Sardans J., Rivas-Ubach A., Pe˜nuelas J. Review The C:N:P stoichiometry of organisms and ecosystems in a changing world: A review and perspectives. Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics. 2012. V. 14. P. 33– 47
  11. Kuzyakov Y., Blagodatskaya E. Review paper Microbial hotspots and hot moments in soil: Concept & review. Soil Biology & Biochemistry. 2015. V. 85. P. 184-199
  12. Schmidt M.W.I., Torn M.S., Abiven S. et al. Persistence of soil organic matter as an ecosystem property. Nature. 2011. V. 478. P. 49-56
  13. Hartmann A., Rothballer M., Schmid M. Lorenz Hiltner, a pioneer in rhizosphere microbial ecology and soil bacteriology research. Frontiers in Microbiology 2008. V. 312. P. 7–14

 

Современные методы почвенной микробиологии и биохимии (практика) (156 часов)

Авторы: д.б.н., профессор Л.В. Лысак, к.б.н., доц. Н.В. Костина, к.б.н. М.В. Горленко

Практика знакомит магистров с современными методами почвенной микробиологии и биохимии. В рамках данной практики учащиеся осваивают методы оценки актуальной (реальной) и потенциальной биологической активности почв при помощи прямого люминесцентного метода (определение показателей численности и биомассы отдельных групп почвенных микроорганизмов), биохимических методов определения  активности почвенных ферментов (оксидазы и гидролазы), газохроматографических методов (определение  интенсивности протекания в почвах процессов трансформации соединений углерода и азота), метода оценки физиологического разнообразия микробных сообществ (метод МСТ). Практика позволяет получить целостное представление о современных методах биологического мониторинга микробных сообществ в природных и антропогенных экосистемах. Практика знакомит магистров с методами хемотаксономии бактерий, широко использующихся в настоящее время в идентификации и полифазной таксономии некоторых групп прокариот. Изучение методов выделения микробов-антагонистов из почвы и методов определения антибиотической активности микроорганизмов знакомит магистров с возможностями использования почвенных микроорганизмов в целях биотехнологии.

Содержание дисциплины по разделам и темам:

Тема 1. Введение. Отбор и подготовка образцов для определения биологической активности почв.

Тема 2. Методы определения активности почвенных ферментов (каталаза, дегидрогеназа, инвертаза, уреаза).

Тема 3. Прямой люминесцентный метод определения численности и биомассы почвенных микроорганизмов (водоросли, грибы, бактерии, актиномицеты).

Тема 4. Газохромато-графические методы определения азотфиксирующей и денитрифицирующей активности почвы, активности эмиссии диоксида углерода и метана из почвы. Кинетический метод определения биомассы микроорганизмов.

Тема 5. Применение радиоизотопных методов в почвенной микробиологии.

Тема 6. Метод определения функционального разнообразия микробных сообществ почвы (метод МСТ).

Тема 7. Методы статистической обработки полученных данных. Подходы к интерпретации результатов.

Тема 8. Знакомство с методами хемотаксономии бактерий.

Тема 9. Методы изучения синтеза физиологически активных веществ почвенными микроорганизмами (на примере антибиотиков).

Основная литература:

  1. Методы почвенной микробиологии и биохимии      (под ред. Д.Г. Звягинцева). М.: «Изд-во МГУ». 1991
  2. Практикум по агрохимии (под ред. В.Г. Минеева). М.: «Изд-во МГУ». 2001
  3. Лысак Л.В., Костина Н.В., Воробьева Е.А., Горленко М.В., Грачева Т.А.. Руководство к практикуму «Методы почвенной микробиологии и биохимии» (подготовлено к печати)

Дополнительная литература:

  1. Звягинцев Д.Г., Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. М.: «Изд-во МГУ». 2005
  2. Лысак Л.В., Добровольская Т.Г., Скворцова И.Н. Методы оценки бактериального разнообразия почв и идентификации почвенных бактерий (учебное пособие). М.: «МАКС Пресс». 2003
  3. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии.         М.: «Наука». 2005
  4. Лысак Л.В., Лихачева А.А., Алферова И.В. Методы выделения и изучения почвенных актиномицетов, продуцентов антибиотиков (учебное пособие). М.: «МАКС Пресс». 2005
  5. Степанов А.Л., Лысак Л.В. Методы газовой хроматографии в почвенной микробиологии (учебное пособие). М.: «МАКС Пресс». 2002
  6. Горленко М.В., Кожевин П.А. Мультисубстратное тестирование природных микробных сообществ. М.: «МАКС Пресс». 2005
  7. Умаров М.М., Кураков А.В., Степанов А.Л. Микробиологическая трансформация азота в почвах. М.: «ГЕОС». 2007
  8. Благодатская Е.В., Семенов М.В., Якушев А.В. Активность и биомасса почвенных микроорганизмов в изменяющихся условиях окружающей среды. М.: «Товарищество научных изданий КМК». 2016

 

Цитология микроорганизмов (36 часов)

Автор: к.б.н.  В.С. Соина

Курс направлен на изучение постулатов клеточной теории, методов, применяемых в современной цитологии, включая микроскопические, цитохимические и сравнительно-цитологические методы. Рассматриваются системы функционирования клеток микроорганизмов, симбиотическая теория происхождения органелл эукариотной клетки, процессы эволюции клеток, строение и функциональные особенности клеточных структур эукариотных и прокариотных микроорганизмов. Изучаются жизненные циклы микроорганизмов, процессы дифференциации клеток, гетерогенность микробных популяций, причины полиморфизма клеток, типы метаболизма, которыми характеризуются покоящиеся клетки, способы переживания неспорообразующих микроорганизмов в природных условиях. Рассматриваются особые состояния микробных клеток — некультивируемые формы и нанноформы в природных условиях и модельных опытах, а также системы межклеточного взаимодействия и ауторегуляции роста и развития микробных клеток, позволяющие обеспечивать мультивариантность стратегии переживания микроорганизмов в природной среде и высокую степень биоразнообразия в экстремальных условиях. Рассматривается также природа фагов и их влияние на функционирование микробных клеток в природных условиях.

Содержание дисциплины по разделам и темам:

Тема 1. Клеточная теория. Клетка — элементарная единица живого.

Тема 2. Методы клеточной биологии.

Тема 3. Общий план строения эукариотных и прокариотных  клеток.

Тема 4. Опорно-двигательная система (цитоскелет)  эукариотных клеток.

Тема 5. Строение клеточной стенки эукариотных микроорганизмов.

Тема 6. Генетический аппарат эукаритных и прокариотных клеток.

Тема 7. Цитоплазма: системы энергообеспечения эукариотической клетки и включения.

Тема 8. Отличительные особенности прокариотных клеток.

Тема 9. Движение и жизненные циклы прокариотных клеток.

Тема 10. Система ауторегуляции роста и развития микробных культур.

Тема 11. Программированная клеточная смерть.

Тема 12. Основные свойства фагов и их роль в природе.

Основная литература:

  1. Верещагина В.А. Основы общей цитологии. М.: «Издательский центр "Академия"». 2007
  2. Дерябин Д.Г. Функциональная морфология клетки. М.: «Книжный дом "Университет"». 2005
  3. Ченцов Ю.С. Введение в клеточную биологию. М.: «ИКЦ "Академкнига"». 2004

Дополнительная литература:

  1. Камзолкина О.В., Дунаевский Я.Е. Биология грибной клетки. М.: «Товарищество научных изданий КМК». 2015
  2. Клетки (под ред. Б. Льюина, Л. Кассимериса и др.). М.: «Бином. Лаборатория Знаний». 2011
  3. Мотавкина Н.С., Артемкин В.Д. Атлас по микробиологии и вирусологии. М.: «Медицина». 1976
  4. Ролан Ж.-К, Селоши А, Селоши Д. Атлас по биологии клетки. М.: «Мир». 1987
  5. Волошин С.А., Капрельянц А.С. Межклеточные взаимодействия в бактериальных популяциях. Биохимия. 2004. Т. 69. № 11