Программа прикладного курса "Микробиология с основами вирусологии"
элективный курс (биология, 10 класс) по теме

Программа прикладного курса

«Микробиология с основами вирусологии».

Составитель: Таксымбаева Э.С. - учитель биологии

Рубежинской СОШД

Зеленовского района ЗКО

Направление: естественно-математическое.

Профиль: биологический.

Пояснительная записка.

        Программа прикладного курса «Микробиология с основами вирусологии» составлена на основе ГОСО РК и соответствует целям и задачам школьного курса биологии на старшей ступени образования.

        Настоящий курс предназначен для углубленного изучения биологических явлений и закономерностей, свойственных микроорганизмам, расширения базовых знаний, развития практических умений и навыков.

Цель курса: - дать учащимся глубокие современные представления о микроорганизмах;

                       - показать значимость микроорганизмов в природе и науках;

                       - ориентировать учащихся на получение профессий биологического профиля.

Задачи курса: - привить интерес учащихся к изучению проблем микробиологии клонирования генов, поиска причин возникновения злокачественных опухолей,

направленного изменения наследственности;

                             - формирование понятий о микроорганизмах как важных объектов биоценозов планеты и их роли в процессах трансформации основных элементов в биосфере;

                            - раскрыть связь микробиологии с генетикой, медициной, агрохимией, биотехнологией.

        Курс «Микробиология с основами вирусологии» является актуальным, так как к настоящему времени по уровню развития теоретических и практических исследований микробиология заняла ведущее место среди других биологических наук. Развитие микробиологии идет в тесной связи с общим научным прогрессом и запросами практики.

        Введение данного курса позволит раскрыть перед учащимися путь решения глобальных проблем человечества - недостаток пищевого белка, дефицит природных ресурсов, антропогенное загрязнение окружающей среды.

        Введение курса связано с потребностью людей в знании вирусной природы многих заболеваний, методах их диагностики и лечения.

        Настоящий курс рассчитан на 34 часа и соответствует для преподавания учащимся в 10  и (или) 11 классах естественно-математического направления.

        Курс изучается с раздела «Введение», где формируются понятия о предмете изучения микробиологии, развитии и современных достижениях микробиологической науки.

        В разделе «Структурная организация микроорганизмов» изложены темы об особенностях строения микроскопических организмов. Здесь изучение организации микроорганизмов  предполагается теоретически и практически. Объекты и оборудование лабораторного практикума доступны и уместны для школьного курса.

        В разделе «Жизнедеятельность микроорганизмов» учебный материал раскрывает закономерности физиологических процессов, показано применение знаний процессов жизнедеятельности микроорганизмов в медицине, сельском хозяйстве, в быту. Учащиеся наблюдают основные физиологические процессы в ходе практических занятий.

        В разделе «Микроорганизмы и окружающая среда» рассматриваются способы взаимовлияний микроорганизмов и окружающей среды: действие внешних факторов среды на прокариот, взаимоотношение микроорганизмов с отдельными видами и группами организмов.

        Изучение достижений генной инженерии, молекулярной генетики происходит в разделе «Генетика микроорганизмов и генная инженерия». Школьники узнают об успехах

и неудачах наук, открытиях в области исследования ДНК, клонирования гeнов, а также о перспективах развития этой отрасли в современной биологии.

        Раздел «Основы вирусологии» содержит научно-познавательную информацию о роли вирусов в жизни живых существ, причинах большой подверженности заболеваниям культурных особей, новейших методах борьбы с болезнями. Учащиеся при изучении курса получают современные сведения о различных теориях возникновения злокачественных опухолей.

Требования к уровню подготовки учащихся:

Учащuеся должны знать:

- современные методы исследования биологических свойств и явлений;

- особенности строения микроорганизмов, закономерности их размножения, питания,

роста;

- роль микроорганизмов в различных экосистемах;

- сущность изменчивости и наследственности микроорганизмов, особенности

регуляции работы генов;

- виды иммунитета, способы вакцинации;

- важнейшие открытия и труды Л. Пастера, Э. Дженнера, С. Н. Виноградского, И. И.

Мечникова;

- современное состояние и. достижения биотехнологии, селекции, медицины,

агрономии.

Учащuеся должны уметь:

- проводить наблюдения, эксперименты, систематизировать полученные данные;

- пользоваться лабораторным оборудованием, изготавливать гербарий, временные

препараты;

- сравнивать, выявлять главное, обосновывать собственные идеи;

- характеризовать основные идеи ученых-микробиологов, развивать их;

- работать с научной литературой и обобщать знания в виде докладов, рефератов,

сообщений.

Ориентация на профессию: врач-инфекционист, агроном, микробиолог, генетик, почвовед, эпидемиолог, онколог, ветеринар.

Межпредметная интеграция: общая биология, анатомия, физиология, химия, геология, история, география.

Формы организации прикладного курса: лекции, семинары, творческие работы учащихся, лабораторный практикум.

Формы завершения прикладного курса: защита научных проектов, конференция.

Тематический план.

Введение – 2 часа.

        Предмет изучения микробиологии. Объекты исследования науки- бактерии, грибы, водоросли, простейшие, вирусы, цианеи. Этапы формирования и развития микробиологии. Открытие микроорганизмов А.Левенгуком. Эксперименты М.Тереховского, Л.Пастера. Работы И.Мечникова, С.Виноградского. Открытие вирусов Д.Ивановским.  Исследования биохимии и генетики микроорганизмов 20 века: А.Клюйвера, К.Ниля, О.Эйвери, К. Мак-Леода, М.Мак-Карти, Д.Уотсона, Ф.Крика.         Достижения современной микробиологической науки – развитие биотехнологии, генной инженерии. Вклад ученых Казахстана в развитие микробиологии: А. Илялетдинова, Д. Шамиса, М. Шигаевой.

Структурная организация микроорганизмов – 8 часов.

        Прокариоты и эукариоты. Положение микроорганизмов в общей системе органического мира. Форма, величина и строение бактериальной клетки. Грамположительные и грамотрицательные бактерии.         

        Цианеи: строение и разнообразие.

            Одноклеточные водоросли.

        Особенности организации плесневых грибов и дрожжей. Грибы- паразиты.          

        Простейшие.

Практические занятия. Получение культур сенной палочки, молочно- кислых бактерий и бактерий зубного налета. Ознакомление с цианобактериями. Рассмотрение дрожжевых грибов, выращивание плесневых грибов. Изучение растительных объектов, пораженных паразитическими грибами. Рассмотрение пробы воды с диатомовыми водорослями, спирогирой, кладофорой. Получение культуры инфузории.

Жизнедеятельность микроорганизмов – 5 часов.

        Движение, питание, дыхание, размножение прокариот. Автотрофное и гетеротрофное питание бактерий.  

        Брожение: спиртовое, молочно- кислое, масляно- кислое. Размножение и спорообразование прокариот.

        Особенности физиологии микроскопических эукариот. Типы питания, дыхание и размножение.

Практические занятия. Получение кефирной закваски. Выращивание дрожжевых грибов в сахарной среде и их наблюдение. Наблюдение размножения плесневых грибов.

Микроорганизмы и окружающая среда – 9 часов.

        Участие грибов и бактерий в круговороте биогенных элементов: образовании гумуса, усвоении молекулярного азота. Деятельность клубеньковых и других азотфиксирующих бактерий (азотобактер, клостридиум), фото- и хемосинтезирующих бактерий. Санитарная роль микроорганизмов – расщепление токсинов (аммиака, сероводорода, метана, угарного газа) и поддержание газового состава озонового экрана. Участие микроорганизмов в формировании месторождений нефти, меди, марганца, железа, серы и фосфоритов. Цианеи – первые обитатели планеты, их роль в образовании первичной атмосферы.

        Влияние физических и химических факторов среды на бактерии (влажность, температура, лучистая энергия, ультразвук, реакция среды, кислород). Метод сублимации как средство длительного хранения живых вакцин. Отношение бактерий к температуре: психрофилы, мезофиллы, термофилы. Использование метода холодной стерилизации(действие УФ лучей) для инактивации вирусов и фагов, обработки биологических препаратов – вакцин и сывороток, обеззараживание продуктов питания, лабораторных питательных сред, посуды, дезинфекции помещений. Бактерицидное действие ультразвука. Отношение бактерий к кислотности среды: нейтрофилы, ацидофилы, алкалофилы. Облигатные аэробы и анаэробы, микроаэрофилы, аэротолеранты, факультативные аэробы и анаэробы.

        Взаимоотношения микроорганизмов. Ассоциативные (взаимно благоприятствующие) отношения: метабиоз, комменсализм, сателлизм. Конкурентные взаимоотношения: антагонизм (открытие данного явления Л.Пастером), антибиоз, паразитизм.

        Взаимоотношения микроорганизмов с растениями. Микрофлора ризосферы – микроорганизмы зоны корня. Эпифитная микрофлора растений. Фитопатогенные микроорганизмы.

        Взаимоотношения микроорганизмов с человеком. Нормальная микрофлора. Стрептококки, лактобациллы, простейшие и дрожжевые грибы ротовой полости. Обитатели толстого кишечника бактероиды, бифидобактерии, кишечная палочка, молочнокислые бактерии. Микрофлора верхних дыхательных путей: стафилококки, стрептококки, капсульные грамотрицательные бактерии. Микроорганизмы кожи – стафилококки, бациллы, микобактерии, дрожжевые грибы. Роль нормальной микрофлоры  в формировании естественного иммунитета. Дисбактериоз.

        Патогенные микроорганизмы – факультативная микрофлора. Кишечная и синегнойная палочка, энтеро- и спорообразующие бактерии ротовой полости. Sarcina ventriculi, Bacillus subtilis, дрожжи желудка. Аденовирусы верхних дыхательных путей. Золотистый стафилококк и кишечная палочка кожи. Условно- патогенные бактерии и дрожжи кишечника.

        Инфекционные заболевания, вызываемые бактериями (дифтерия, туберкулез, коклюш, гонорея, сифилис, тиф, столбняк, холера, сальмонеллез).

        Иммунитет. Виды иммунитета. Обоснование значения фагоцитоза И.Мечниковым. Антитела и антигены. Вакцины и сыворотки. Работы Э.Дженера, Л.Пастера.    

        Антибиотики. Устойчивость бактерий к антибиотикам. Использование фитонцидов и некоторых препаратов животного происхождения.

 Генетика микроорганизмов и генная инженерия – 3 часа.

        Открытие ДНК у пневмококков, сыпнотифозной палочки.

        Фенотипическая и генотипическая изменчивость микроорганизмов. Генные, хромосомные и геномные мутации бактерий.

        Трансформация, трансдукция и конъюгация генетического материала прокариот. Работы Ф. Гриффитса, О. Эйвери, К. Мак- Леода, М. Мак-Карти, Н. Циндера, Д. Ледерберга, Э. Тейтума.

        Значение мутаций. Достижения и перспективы генной инженерии. Клонирование генов.

Основы вирусологии -  6 часов.

        Структурная организация вирусов. Специфичность и происхождение вирусов.

        Вирусные заболевания растений, животных и человека. Вирус СПИДа. Вирусный канцерогенез. Теория Зильберга. Лечение и профилактика вирусных инфекций.

        Интерфероны, их защитные свойства.

Итоговое занятие. Защита проектов – 1 час.

Календарно- тематический план курса.

ПРИЛОЖЕНИЕ.

Практическое занятие № 1.

Получение культур сенной палочки, молочно- кислых бактерий и бактерий зубного налета.

        1. За 5 дней до занятия небольшое количество сенной трухи или измельченного сена поместить в пробирку или колбу, залить водой , нагреть. Полученный настой светло –чайного цвета профильтровать через бумажный фильтр. Фильтрат прокипятить , заткнув колбу ватой. Оставить в теплом месте(+ 200). Через несколько дней жидкость помутнеет, затем на ее поверхности появится пленка.

        Небольшой участок пленки и каплю сенного настоя рассмотреть под микроскопом.

        2. В чашку Петри поместить соленый огурец, оставить на несколько дней до появления скользкого налета. Кончиком препаровальной иглы взять пробу пленки, покрывающей огурец. Нанести каплю воды, накрыть покровным стеклом. Рассмотреть при малом, среднем и большом увеличении.

        3. Концом препаровальной иглы снять немного зубного налета с коренных зубов, ближе к деснам. Снятую массу положить на предметное стекло, узкой стороной другого предметного стекла сделать мазок. Если снятый мазок густой, то можно добавить каплю воды, а затем делать мазок.

        Чтобы бактерии были видны лучше, необходимо их окрасить чернилами. Для этого взять пинцетом предметное стекло с мазком, подсушить его, быстро проведя несколько раз над пламенем спиртовой горелки. При этом бактерии погибают и плотно приклеиваются к стеклу. Стеклянной палочкой нанести каплю чернил. Излишки смыть чистой водой.

Практическое занятие № 2.

Ознакомление с цианобактериями.

        Сине- зеленые водоросли для занятий можно собрать в стоячей воде(лужах, речках с загрязненной водой), в аквариуме или на стенках цветочного горшка. Материал нужно собрать за несколько дней до занятий, чтобы они обжились и начали расти.

        Если субстрат , содержащий в числе других сине- зеленых водорослей также осцилляторию, поместить на блюдце или белую тарелку, то уже на следующий день можно заметить, что по дну как бы расползаются синевато- зеленая пленка. Она растет по направлению к краям тарелки.

        Небольшой участок растущей пленки положить на предметное стекло в каплю воды. Осторожно, чтобы не порвать препарат, расправить нити, накрыть покровным стеклом и рассмотреть при малом увеличении микроскопа. Найти место, где нити заканчиваются верхушечными клетками, перевести на большое увеличение. Заметить движение водоросли.

Практическое занятие № 3.

Рассмотрение пробы воды с диатомовыми водорослями, спирогирой, кладофорой.

        Диатомовые водоросли появляются с ранней весны на подводных камнях, бревнах, сваях. Материал можно собрать глубокой осенью и даже зимой из- под льда. Пиннулярию всегда можно найти на илистом дне в прудах и озерах, в заводях рек или около мостов, старых барж.

        Набрать пипеткой немного воды или ила на предметное стекло и, добавив чистой воды, накрыть покровным стеклом. Кроме живых пиннулярий, желательно иметь в препарате отмерших организмов, от которых остались лишь оболочки(кремниевые панцири).

        При наблюдении заметно движение водоросли. Строение оболочки(вид с «пояска», вид со «створки») лучше рассматривать на отмершей особи.         

        Спирогира наиболее распространенная водоросль пресных водоемов. Ярко- зеленые тонкие нити образуют большие слизистые скопления, всплывающие на поверхность воды. Спирогира хорошо живет в аквариуме или банке.

        Разрезав нить водоросли на несколько отрезков, поместить на предметное стекло, рассмотреть при малом и большом увеличении.

        Кладофора- водоросль пресных проточных вод. Живет, прикрепляясь к различным подводным предметам, или свободно плавает в воде, образуя скопления «тины». Отличительные признаки кладофоры: темно- зеленая окраска нитей и шероховатость их на ощупь. Собранный для занятий материал довольно долго хранится в аквариуме, если часто менять воду.

        Поместив кладофору на предметное стекло, можно без микроскопа заметить дихотомическое ветвление. Клетки кладофоры имеют вытянутую цилиндрическую форму. Оболочки толстые, пластинчатый хроматофор темно- зеленого цвета.

Практическое занятие № 4.

Рассмотрение дрожжевых грибов, выращивание плесневых грибов. Изучение растительных объектов, пораженных паразитическими грибами.

        Приготовление культуры дрожжей. В стакан с теплой, сладкой водой поместить сухие дрожжи. При рассмотрении данной пробы видны многочисленные одиночные клетки грибов округлой формы.         

        Выращивание хлебной плесени- мукора. За 5-6 дней до занятий кусочек хлеба смочить и накрыть стеклянным колпаком, поместить в теплое, темное место. Приготовить микропрепарат: взять иглой фрагмент мицелия, положить на предметное стекло. Обратить внимание на отсутствие перегородок в гифах гриба.

        Рассмотрение кистистой плесени. Голубовато- сизая плесень пенициллума появляется на разнообразных субстратах: хлебе, варенье, долго неиспользуемых акварельных красках, в углах рам подоконников.

        Для занятий лучше вырастить специальную культуру пенициллума. Субстратом для выращивания служат прокипяченная, подсахаренная вода и подсахаренный кусок хлеба. Споры гриба, взятые с любого места произрастания, вносятся в подсахаренную воду за сутки до занятий, а на хлеб- за 3-5 суток. Культуры ставятся в теплое место под стеклянный колпак.

        Изучение паразитических грибов. Изготовление препаратов спорыньи занимает много времени, а в районах, где не сеется рожь, вообще невозможно. Для изучения гриба-паразита лучше воспользоваться готовыми препаратами или гербарием.

        Объектами для изучения головневых грибов могут служить как живые заболевшие растения(пшеница, кукуруза, лук), так и гербарные экземпляры. Можно наблюдать споры головни пшеницы или лука. Перед занятием ссоры головни помещаются в глицерин на несколько часов для удаления воздуха. Объект рассматривать под покровным стеклом при малом и большом увеличении. Для рассмотрения проростков спор, за сутки до занятий поместить споры головни в чашку Петри, налить тонкий слой воды, закрыть крышками. Каплю воды с проросшими спорами поместить на предметное стекло и накрыть покровным, изучить под большим увеличением.

Практическое занятие № 5.

Получение культуры инфузории.

        Репчатый лук глубоко погрузить в воду на 2-3 пальца выше луковицы. Лучше использовать немытую, неочищенную луковицу. Воду использовать проточную из крана. Емкость с луковицами поставить в теплое светлое место. Через две недели вода помутнеет, на поверхности появится белая пленка.

        1-2 капли помутневшей воды нанести на предметное стекло, накрыть покровным стеклом, рассмотреть туфельки.

Практическое занятие № 6.

Получение культур микроорганизмов, наблюдение за их жизнедеятельностью.

        В одном сосуде вырастить дрожжевые грибы в сахарной среде (методика выращивания в ПР№4), вторую культуру грибов  вырастить без сахара. Поставить оба сосуда в теплое место. Через 2 часа в сосуде с сахаром появятся пузыри газа. Поднести зажженную спичку в оба сосуда, наблюдать явление.

        Сделать выводы об особенностях жизнедеятельности дрожжевых грибов. Записать уравнение реакции брожения. Объяснить какой газ выделился.

        Вырастить хлебную плесень мукор (методика описана в ПР№ 4). Через день закладки эксперимента хлеб покрывается белым налетом, на второй- белой плесенью, как пух, на третий день на концах нитей, стоящих вертикально, образуются беловато- серые головки. В следующие дни головки(спорангии) темнеют, становятся черными. Скорость роста мукора зависит от температуры среды. При температуре 25-300 С мукор может вырасти в одни сутки.

        При наблюдении зрелого спорангия, оболочка обычно лопается и многочисленные споры скапливаются на предметном стекле.

Рекомендуемая литература:

1. В.И.Артамонов «Занимательная физиология растений» - М: Агропромиздат-1991г.
2. А.А.Богданов, Б.М. Медников «Власть над геном» - М: Просвещение- 1989г.
3. А.И.Богданов, П.В.Сергеев «Практические занятия по систематике растений»- М: Учпедгиз-1952г.
4. П.А. Генкель «Физиология растений»- М: Просвещение- 1970г.
5. Н.Грин, У.Стаут, Д.Тейлор- Биология 1 том-М: Мир-1990г.
6. Ю.Т.Дьяков «О болезни растений»- М: Агропромиздат- 1985г.
7. В.Т.Емцев «Микробы, почва, урожай»- М: Каюс-1990г.
8. З.П.Карамшук Обработка почвы- Алма-Ата: Кайнар-1979г.
9. И.А.Катин Садоводу-любителю о вирусах- Алма-Ата: Кайнар-1986г.
10. К.А.Луканская Микробиология с основами вирусологии М: Просвещение-1987г.
11. М.Д.Каменецкий Самая главная молекула М: Наука- 1988г.
12. Т.Касымбаева, К.Мухамбетжанов Общая биология Алматы:Мектеп- 2010г.
13. К.Кайым, Р.Сатимбеков, А.Аметов, Ж.Кожантаева Биология Алматы: Атамура 2012г.