• На главную
• О Центре
• Контакты
• Карта сайта
• Расширенный поиск

• Eng
• Rus

• Система тестирования знаний

Библиотека НОЦ

ДС.02 - ВВЕДЕНИЕ В БИОХИМИЧЕСКУЮ ЭКОЛОГИЮ

ПРОГРАММА КУРСА

Основная образовательная программа подготовки специалиста - эколога

Направление: специальность 013100 «Экология»;
Курс: 4;
Форма обучения: очная;
Семестр: 7;
Количество часов на дисциплину: 52;
Количество аудиторных часов: 36;
Лекции: 18 часов;
Практические занятия: 18 часов
Самостоятельная работа студентов: 16 часов;

Иркутск - 2007

I. Пояснительная записка

Общая характеристика дисциплины

Биохимическая экология является одним из наиболее современных разделов общей экологии, которая, в числе прочего изучает взаимоотношения между живыми организмами. Эти взаимоотношения можно разделить на два типа. Первый протекает с участием веществ, служащих источником энергии или строительных компонентов для организмов, второй - с участием молекул, которые служат посредниками при передаче экологически значимой информации. Именно эти вещества являются объектами исследований в биохимической экологии.

С другой стороны, биохимическая экология изучает воздействие человека на биосферу, связанное с химическим загрязнением окружающей природной среды и разрабатывает биохимические подходы увеличения способности природных экосистем к самоочищению и саморегуляции.

Предметом данного курса являются экологические взаимодействия между организмами, опосредуемые веществами, которые являются регуляторами экологических процессов.

Основной объект изучения дисциплины - вещества, опосредующие взаимодействия между организмами и биохимические реакции, в которых они участвуют.

Объем дисциплины и виды учебной работы

Цель дисциплины

Изучить экологические взаимодействия между организмами, опосредуемые веществами, которые являются регуляторами экологических процессов.

Задачи дисциплины

• Изучить эколого-биохимические взаимодействия с участием организмов, относящихся к различным систематическим группам;
• Изучить различные типы природных и синтетических веществ, которые являются информационными регуляторами экологических процессов;
• Рассмотреть процессы химической коммуникации организмов на молекулярном уровне;
• Рассмотреть современные методы выделения, анализа структуры и выявления экологических функций природных соединений;
• Изучить влияние ксенобиотиков на химическую коммуникацию в экосистемах;
• Рассмотреть на молекулярном уровне природные процессы биодеградации поллютантов;
• Оценить практическую значимость биохимической экологии.

Требования к уровню освоения содержания дисциплины:

Студент должен знать:

• Типы и проявления биотических отношений, опосредуемых природными химическими посредниками;
• Основные группы природных веществ, участвующих в химической коммуникации между организмами, их структуру и биохимические реакции, в которых они участвуют;
• Молекулярные механизмы воздействия химических поллютантов на организмы и экосистемы;
• Процессы, реакции и механизмы биотрансформации ксенобиотиков;
• Механизмы воздействия и тонкого управления экосистемами и экологическими процессами путем использования природных и синтетических регуляторных веществ.

Текущий контроль качества усвоения знаний:

• устный опрос
• реферативные работы

Промежуточный контроль качества усвоения знаний

• Тест
• Контрольная работа

Итоговая аттестация

Зачет

II. Основное содержание

Введение

Предпосылки возникновения и развития биохимической экологии. Предмет, объекты и методы биохимической экологии. Практическая значимость дисциплины. Основные понятия биохимической экологии. Аллелохемик. Эк-зометаболиты. Семиохемик. Экологические функции информационных посредников химической природы, их биохимические особенности.

Тема 1. Эколого-биохимические взаимодействия с участием грибов и водорослей.

Внутривидовые взаимодействия. Половые феромоны водорослей и грибов, их значение для репродуктивного цикла. Хемоаттрактанты клеточных слизевиков. Роль цАМФ в жизненном цикле Dictyostelium. Модель эволюционного перехода от одноклеточности к многоклеточности с участием цАМФ. Аутоинги-бирование фитопланктона.

Межвидовые взаимодействия. Взаимодействие разных видов плантенных водорослей. Воздействие харовых водорослей на фитопланктон. Взаимодействие водорослей и грибов. Эколого-биохимические взаимодействия между разными видами грибов - паразитизм, аллелопатия, симбиоз.

Тема 2. Эколого-биохимические взаимодействия высших растений с грибами.

Биохимические аспекты симбиоза грибов и растений. Биохимические особенности грибов — микризообразователей. Значение грибных метаболитов для повышения устойчивости растений фитофагам.

Биохимические аспекты паразитизма грибов на растении. Биохимические средства нападения грибов на растения. Патотоксины. Гормоны роста. Ферменты: пектиназы, полисахаридгидролазы и т.д. Вещества, закупаривающие сосуды. Воздействие грибов на накопление в растениях токсичных метаболитов. Химические средства защиты растений от грибов. Преинфекционные соединения. Проингибитины и ингибитины. Постинфекционные соединения. По-стингибитины. Фенолы и цианогенные гликозиды. Фитоалексины. Элиситоры. Ингибиторы грибных ферментов. Органические кислоты. Химическая модификация молекулы токсина. Коэволюция грибов и растений. Практическая значимость антифунгальных метаболитов растений.

Тема 3. Эколого-биохимические взаимодействия высших растений.

Аллелопатические взаимодействия между растениями. Примеры. Роль животных. Значение растительной аллелопатии для развития сукцессии. Значение аллелопатии в прикладной экологии. Аллелопатические взимодействия культурных растений и сорняков. Фитотоксическое действие пожнивных остатков. Аллелопатия и растений интродуценты.

Тема 4. Эколого-биохимические взаимодействия высших растений и животных.

Концепция биохимической коэволюции растений и животных. Регуляция химическими веществами растений пищевого поведения животных-фитофагов. Азотсодержащие токсины растений. Небелковые аминокислоты. Цианогенные гликозиды. Глюкозинолаты. Алкалоиды. Пептиды и белки. Токсины растений, не содержание азот. Негликозидные токсины. Сердечные гликозиды. Пищевые детерренты и репелленты. Танниины. Алкалоиды. Белковые ингибиторы протеаз. Пищевые аттрактанты, их особенности. Взаимосвязь аттрактантов и репеллентов. Ольфакторные, байтинг- и глотательные факторы. Практическая значимость хеморегуляторов пищевого поведения фитофагов.

Растительные хеморегуляторы онтогенеза и плодовитости фитофагов. Воздействие веществ растений на беспозвоночных. Гормоны линьки членистоногих. Фитоэкдизон. Ювенильные гормоны. Работы К. Слама. Хемостериллянты. Хеморегуляторы, воздействующие на позвоночных животных. Ингибиторы плодовитости гормональной и негормональной природы. Каннабиоиды. Госси-пол. Мутагены и канцерогены. Кверцетин. Пирролизидиновые алкалоиды. Антиканцерогенное действие растительных метаболитов. Стимуляторы плодовитости. Антиовипозитанты. Вторичные метаболиты растений, используемые животными. Вещества, привлекающие опылителей. Синомоны.

Тема 5. Эколого-биохимические взаимодействия между животными.

Внутривидовые взаимодействия. Феромоны: релизеры и праймеры. Феромоны беспозвоночных. Половые феромоны — аттрактанты и афродизиаки. Экологические функции половых феромонов. Феромоны тревоги. Агрегационные феромоны. Феромоны следа. Феромоны метки. Феромоны со множеством функций. Феромоны позвоночных, их экологические функции. Особенности состава и биосинтеза феромонов. Практическое использование феромонов.

Межвидовые взаимодействия. Алломоны: токсины, репелленты, приманки, вещества с несколькими функциями. Особенности состава и метаболизма алломонов. Практическая значимость алломонов. Кайромоны: вещества, привлекающие к пище, индукторы адаптации, факторы роста, сигналы опасности.

Тема 6. Влияние поллютантов на экосистемы.

Факторы, определяющие влияние поллютантов на экосистемы. Свойства ксенобиотиков, определяющие их токсичность: размеры молекулы, её масса и конформация, физико-химические и химические свойства соединений, наличие эпоксигрупп. Значение различных типов химической связи в инициации и протекании токсического процесса. Стабильность поллютантов в окружающей среде. Персистентные и рекальцитронные ксенобиотики. Общие черты токсикантов.

Тема 7. Метаболизм ксенобиотиков.

Общая характеристика процессов биотрансформации ксенобиотиков. Концепция двухфазного метаболизма токсикантов. Биологические системы, осуществляющие биотрансформацию ксенобиотиков. Значение катаболических плазмид в биотрансформации ксенобиотиков микроорганизмами. Взаимодействие ферментных систем макроорганизма и симбиотической микрофлоры при биотрансформации поллютантов. Следствия химической модификации молекулы ксенобиотика: токсификация, детоксикация, изменение характера токсического действия, инициация токсического процесса. Реакции первой фазы метаболизма ксенобиотиков. Ферменты, катализирующих окислительно-восстановительные реакции с участием токсикантов, их виды и механизм действия. Цитохром Р-450-зависимая монооксигеназная система, флавинсодержащие монооксигеназы, пероксидазы, дегидрогеназы, флавопротеинредуктазы. Реакции гидролиза ксенобиотиков – эстеразы, дезаминидазы, эпоксидгидролазы. Реакции второй фазы метаболизма ксенобиотиков. Ацетилирование и метилирование. Конъюгация с глюкуроновой кислотой, сульфатом, глутатионом и цистеином

III. Тематический план по дисциплине

№ п\п	Тема	Кол-во часов
		Лекц.	ЛПЗ	СРС
1.	Тема 1. Эколого-биохимические взаимодействия с участием грибов и водорослей.	2	2	2
2.	Тема 2. Эколого-биохимические взаимодействия высших растений с грибами.	2	2	2
3.	Тема 3. Эколого-биохимические взаимодействия высших растений.	2	2	2
4.	Тема 4. Эколого-биохимические взаимодействия высших растений и животных.	2	2	2
5.	Тема 5. Эколого-биохимические взаимодействия между животными.	4	4	2
6.	Тема 6. Влияние поллютантов на экосистемы.	2	2	2
7.	Тема 7. Метаболизм ксенобиотиков.	4	4	4
	ИТОГО:	18	18	16

IV. Организация самостоятельной работы Типовые задания для самостоятельной работы

1. Чтение и конспектирование материалов по дисциплине.
2. Чтение дополнительной литературы по дисциплине.
   Поскольку рамки лекционного курса позволяют рассматривать только наиболее важные разделы дисциплины, целесообразно проведение студентом самостоятельной работы с учебной и научной литературой. Кроме предложенного списка основной и дополнительной литературы, рекомендуется чтение периодических изданий, отражающих различные аспекты природопользования.
3. Поиск материалов в сети Internet.
   Составление списка ссылок на web-сайты, освещающие различные проблемы дисциплины.
4. Подготовка и защита рефератов
   Реферат позволяет наиболее полно и подробно осветить выбранную тему, проанализировать суть вопроса и высказать свое отношение к описываемой проблеме.
   Реферат должен включать следующие разделы: введение, где указываются цели и задачи работы; основная часть, где дается анализ литературы, раскрывается "история вопроса", излагаются основные положения поставленной проблемы; заключение, где приводятся оценки проделанной работы, дается анализ решения поставленных во введении задач. Обязательный пункт реферата - библиографический список использованной литературы.

Перечень вопросов и заданий для самостоятельной работы студентов

1. Эколого-биохимические взаимодействия между разными видами грибов.
2. Биохимические особенности грибов - микризообразователей.
3. Химическая модификация растением молекул грибных токсинов.
4. Экологическое значение аллелопатии между растениями.
5. Токсины растений и их экологическая роль.
6. Канцерогенное и антиканцерогенное действие растительных метаболитов.
7. Феромональная коммуникация у позвоночных и беспозвоночных животных: сравнительные аспекты.
8. Кайромоны как индукторы адаптации у животных.
9. Механизмы биотрансформации ксенобиотиков, относящихся к различным классам соединений.
10. Роль системы глутатиона в биотрансформации ксенобиотиков. 11. Эколого-биохимическое значение системы цитохрома Р-450.

Перечень вопросов для зачета

1. Предмет биохимической экологии. Цели, задачи, методы.
2. Практическое использование достижений биохимической экологии в природопользовании (сельское хозяйство, промышленное лесопользование, деградации загрязнений, промысел и т.д.).
3. Основные типы и экологические функции химических веществ - объектов биохимической экологии.
4. Эколого-биохимические взаимодействия с участием водорослей.
5. Эколого-биохимические взаимодействия с участием грибов.
6. Биохимические механизмы воздействия патогенных грибов на растения.
7. Биохимические средства защиты высших растений от патогенных грибов и их экологическая функция.
8. Пре- и постинфекционные соединения высших растений, их практическое использование.
9. Эколого-биохимические взаимодействия с участием высших растений: общая характеристика.
10. Эколого-биохимические взаимодействия между высшими растениями и их практическая значимость.
11. Биохимическая коэволюция растений и животных.
12. Общая характеристика химических веществ растений, выполняющих защитную функцию.
13. Азотсодержащие токсины растений.
14. Негликозидные токсины и сердечные гликозиды высших растений.
15. Пищевые детерренты и их практическая значимость.
16. Пищевые аттрактанты и их практическая значимость.
17. Растительные хеморегуляторы онтогенеза и плодовитости животных - общая характеристика.
18. Влияние химических веществ растительного происхождения на плодовитость животных.
19. Влияние химических веществ растительного происхождения на онтогенез насекомых.
20. Антивитопозитанты, синомоны и вещества, привлекающие опылителей.
21. Накопление и использование вторичных метаболитов растений животными.
22. Эколого-биохимические взаимодействия с участием животных: общая характеристика.
23. Феромоны беспозвоночных животных, их практическая значимость.
24. Феромоны позвоночных животных, их практическая значимость.
25. Особенности состава и биосинтеза феромонов.
26. Алломны. Их практическая значимость, особенности состава и метаболизма.
27. Кайромоны. Их практическая значимость, особенности состава и метаболизма.
28. Биотрансформация ксенобиотиков: концепция двухфазного метаболизма.
29. Факторы, определяющие токсичность поллютантов и их устойчивость в окружающей среде.
30. Биологические системы, осуществляющие биотрансформацию ксенобиотиков.
31. Ферменты первой фазы метаболизма ксенобиотиков и реакции, катализируемые ими.
32. Реакции и ферменты второй фазы метаболизма ксенобиотиков.

Часто задаваемые вопросы

V. Рекомендуемая литература

Основная

1. Барбье М. Введение в химическую экологию / Пер. с франц. М.: Мир, 1978. - 230 с.
2. А.М. Гродзинский, Э.А. Головко и др. "Экспериментальная аллелопатия" Киев : Наукова думка, 1987. - 236 с.
3. Джекобсон М. Половые феромоны насекомых / Мир.1976.391 c.
4. Исидоров В.А. Экологическая химия: Учебное пособие для вузов. СПб.: Химиздат, 2001.
5. Лебедева К. В., Миняйло В.А., Пятнова Ю. Б. Феромоны насекомых, M., 1984;
6. С.А.Остроумов "Введение в биохимическую экологию" М.: изд-во МГУ. 1986. - 176 с.
7. Скиркявичус А.В. Феромонная коммуникация насекомых. Вильнюс: Мокслас, 1986, - 289 с.
8. Скурлатов Ю.И., Дука Г.Т., Мизити А. Введение в экологическую химию. М.: Высшая школа, 1994.
9. Сударкина А.А., Евсеева И.И., Орлова А.Н. Химия в сельском хозяйстве. М.: Просвещение, 1976.
10. Телитченко М.М., Остроумов С.А. Введение в проблемы биохимической экологии. М.: Мир, 1982. - 420 с.
11. Тинсли И. Поведение химических загрязнителей в окружающей среде. М.: Мир, 1982. 350 с.
12. Шустов С.Б., Шустова Л.В. Химические основы экологии. М.: Просвещение, 1995.
13. Ю.Харборн Д. Введение в экологическую биохимию. М.: Мир, 1985. 176 с.

Дополнительная

1. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем / Пер. с нем.; Под ред. Р. Шуберта. М.: Мир, 1988. - 350 с.
2. Будников Г.К. Диоксины и родственные соединения как экотоксиканты // Соросовский образовательный журнал. 1997. № 26. С. 38-44.
3. Введение в химию биогенных элементов и химический анализ / Под общей ред. проф. Е.В. Барановского Мн.: Высш. шк., 1997. - 176 с.
4. Винокурова Н.Ф., Трушин В.В. Глобальная экология. М.: Просвещение, 1998. - 270 с.
5. Вронский В.А. Прикладная экология. Ростов н/Д.: Изд-во «Феникс», 1996. - 512 с.
6. Герасимов И.П. Научные основы современного мониторинга окружающей среды // Изв. АН СССР. Сер. географ. 1975. №3. С.13-25.
7. Дажо Р. Основы экологии. М.: Прогресс, 1975. - 416 с.
8. Демина Т.А. Экология, природопользование, охрана окружающей среды. М.: Аспект Пресс, 1995. - 143 с.
9. К. Дерфлинг "Гормоны растений" М.: Мир. 1985. - 303 с.
10. Иванов В.Д. Феромоны насекомых // Соросовский образовательный журнал. № 6, 1998. - с. 29 – 34.
11. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. М.: Гидрометеоиздат, 1984. - 560 с.
12. Исаев А.С., Гирс Г.И. Взаимодействие дерева и насекомых ксилофагоф. Новосибирск, 1975.
13. Исаев А.С., Хлебопрос Р.Г., Недорезов Л.В. и др. Популяционная динамика лесных насекомых. М., 2001
14. Лебедева К.В., Пятнова Ю.Б. Феромоны насекомых и их использование в защите растений // Ж. Всес. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева, 1984, т. 29, № 1, с. 54-63;
15. Майстренко В.Н., Хамитов Р.З., Будников Г.К. Эколого-аналитический мониторинг суперэкотоксикантов. М.: Химия, 1996. - 320 с.
16. Макевнин С.Г., Вакулин А.А. Охрана природы. М.: Агропромиздат, 1991. - 127 с.
17. Мельников Н.Н., Мельникова Г.М. Пестициды в современном мире // Соросовский образовательный журнал. 1997. № 4. С. 33-37.
18. Л.В. Метлицкий, О.Л. Озерецковская "Как растения защищаются от болезней" М. : Наука. 1985. - 189 с.
19. Новиков Г.А. Основы общей экологии и охраны природы. Л.: Изд-во ЛГУ, 1979. - 376 с.
20. Одум Ю. Экология / Пер. с англ. М.: Мир, 1986. - 740 с.
21. Окружающая среда: энциклопедический словарь-справочник / Пер. с нем. М.: Прогресс, 1993. - 640 с.
22. Основы общей промышленной токсикологии / Под. ред. Н.А. Толоконцева, В.А. Филова. Л.: Наука, 1976. - 304 с.
23. Остроумов С.А. Концепция водной биоты как лабильного и уязвимого звена системы самоочищения воды // Докл. РАН. 2000. Т. 372. № 2
24. Остроумов С.А. Биохимическая гидробиология: концептуальное изложение основ новой научной дисциплины / Водные экосистемы и организмы: Труды научной конференции 19 июня 2002 года
25. Путилов А.В., Копреев А.А., Петрухин В.В. Охрана окружающей среды. М.: Химия, 1991. - 224 с.
26. О.Н. Прокофьева "Защита растений: настоящее и будущее" Н.: Наука . 1983. - 159 с.
27. Рамад Ф. Основы прикладной экологии / Пер. с франц. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. - 543 с.
28. Федоров Л.А. Диоксины как экологическая опасность: Ретроспективы и перспективы. М.: Наука, 1993. - 266 с.
29. Эйхмер В. Яды в нашей пище. М.: Мир, 1993. - 188 с.

Программу составил: к.б.н., доцент А.А. Приставка (Иркутский госуниверситет)

Создание сайта: Web-студия ЦНИТ ИГУ