4 Тематика практических занятий…………………………………... 219

5 Глоссарий ………….……………………..……………………........ 254

Литература …………………………………………………….......... 280

148

ВВЕДЕНИЕ

Биотехнология – стремительно развивающаяся и интегрирующая

наука, пронизывающая все биологические науки и направления

исследований.

Современная биотехнология – это междисциплинарная наука и

отрасль производства, которая базируется на использовании

биологических объектов и систем при получении пищевых

продуктов, энергии, медицинских препаратов; при очистке сточных

вод, переработке отходов и др. Междисциплинарная природа

биотехнологии выражается в ее связи с такими науками, как генетика,

микробиология, биохимическая и химическая технология и механика

систем и аппаратов катализа. На развитие биотехнологии

существенное влияние оказывают открытия в области генетической

инженерии, иммунологии, технологии ферментации,

биоэлектрохимии. Первое место в современной биотехнологии

принадлежит генетической инженерии. Она предоставила

исследователям новую, исключительно ценную возможность –

изменять генетическую программу бактериальных, растительных и

животных клеток, и тем самым как бы завершила формирование

биотехнологии. Особенность развития многих перспективных

направлений биотехнологии в значительной степени определяется

необходимостью тесного международного сотрудничества.

Использование биотехнологических принципов и биологических

процессов в производстве может существенно изменить многие

направления развития промышленности и сельского хозяйства.

Интерес к этой науке и отрасли человеческой деятельности в

последние годы растет очень быстро.

Цель преподавания состоит в ознакомлении студентов с

биологическими объектами и их применением в народном хозяйстве,

здравоохранении и науке, возможностями генетической и клеточной

инженерии (получение высокоэффективных штаммов

микроорганизмов, новых сортов растений и пород животных),

устройством и принципами действия биореакторов, с основами

технологической биоэнергетики. Знания и навыки, приобретаемые

студентами, могут использоваться для решения задач сельского

хозяйства, медицины и различных отраслей народного хозяйства.

Учебно-методический комплекс по курсу "Основы

биотехнологии" адресован студентам биологических специальностей.

Авторы выражают искреннюю благодарность И.Д.

Волотовскому, Л.В. Хотылевой, Н.А. Картелю, А.В. Кильчевскому и

О.Г. Давыденко за всестороннюю поддержку данной работы, а также

рецензентам В.В. Валетову, В.Г. Митрофанову и сотрудникам кафедр

149

биологического факультета БГУ за ряд полезных советов и

предложений, направленных на улучшение данного учебного

пособия.

150

1 Требования образовательного стандарта

(Руководящий документ Республики Беларусь

РД РБ 02100. 5. 040-98)

ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Дисциплина «Основы биотехнологии»

Практические задачи и важнейшие этапы развития

биотехнологии. Связь биотехнологии с биологическими,

химическими, техническими и другими науками. Основные объекты

биотехнологии: клетки про- и эукариот, их характеристика и область

применения. Понятие о модельных и базовых объектах

биотехнологии, принципы конструирования промышленных

продуцентов. Сырьевая база биотехнологии. Типы и режимы

ферментационных процессов. Основные направления биотехнологии.

Генетическая инженерия и технология рекомбинантных ДНК.

Производство продуктов для пищевой, медицинской,

фармацевтической промышленности, сельского хозяйства и т.д.

ТРЕБОВАНИЯ К ЗНАНИЯМ И УМЕНИЯМ

Специалист должен:

иметь представление:

- о роли биологического многообразия как ведущего

фактора устойчивости живых систем и биосферы в целом;

- о природе основных физиологических процессов в

живых организмах, о механизмах регуляции и основных

закономерностях взаимоотношений организмов с окружающей

средой;

- о структуре и функциях гена, принципах и методах

генетического анализа, о теории и практике мутагенеза,

мутагенных эффектах природных и антропогенных факторов;

- о принципах генетической инженерии и ее

использовании в биотехнологии;

- о современных проблемах и перспективах развития

биологии и биотехнологии в частности;

- о роли объектов профессиональной деятельности в

биосфере, их хозяйственном и медицинском значении;

знать:

- особенности морфологии, физиологии и

151

воспроизведения; географическое распространение и экологию

представителей основных таксонов, уметь планировать

мероприятия по их охране и рациональному использованию в

хозяйственных и медицинских целях;

- основные группы вирусов бактерий, растений и

животных, особенности их организации как неклеточных форм

жизни, репликацию разных типов вирусов и их

распространение в природе, а также меры профилактики

наиболее опасных вирусных инфекций;

- особенности организации прокариотических клеток,

разнообразие метаболических активностей прокариот и их роль

в различных биологических системах;

- особенности культивирования различных биологических

объектов, типы и режимы ферментации и устройство

ферментера;

- основные черты физиологии растительной клетки,

механизмы фотосинтеза, дыхания, водообмена, роста и

развития растений, устойчивости растений к неблагоприятным

факторам;

- современное учение о клетке, уметь использовать

экспериментальные модели на клеточном и субклеточном

уровне;

- основные черты строения, метаболизма, физиологии и

закономерностей воспроизведения и специализации клеток;

клеточный цикл и его регуляцию; основные черты строения,

развития, функционирования и эволюции тканей животных и

растений; типы тканей;

- биохимические и структурные характеристики основных

субклеточных компонентов, метаболические пути и их

регуляцию; иметь представление о матричных

макромолекулярных синтезах, термодинамических

особенностях живых систем и биоэнергетике, о современных

методологических подходах в области биологии клетки;

- биофизические закономерности биологических

процессов, основы фотобиологии и термодинамики

биологических систем;

- технологию производств при получении биологически

активных веществ;

- особенности биотехнологических продуктов на основе

первичных и вторичных метаболитов клетки, а также

закономерности их синтеза;

152

- способы очистки, концентрирования и получения

товарной формы биопрепаратов;

- основные закономерности биологии размножения

животных и растений;

- основные этапы онтогенеза, морфологические

функциональные и биохимические изменения в ходе развития у

представителей различных таксонов;

- понимать механизмы роста, морфогенеза и

дифференцировки, причины появления аномалий развития;

- принципы формирования и функционирования

надорганизменных систем различных уровней;

- принципы и методы биотехнологии, этапы и становление,

основные современных направления и достижения;

- основы дидактики биологии, содержание и структуру

школьных учебных планов, программ и учебников и уметь их

анализировать;

- требования к минимуму содержания и уровню

подготовки учащихся по биологии, устанавливаемые

государственным общеобразовательным стандартом;

- проблемы и тенденции развития биологического

образования и пути их решения;

- уметь использовать новые технологии обучения;

- фундаментальные аспекты, современные

методологические подходы и актуальные проблемы науки в

избранном направлении специализации;

- требования техники безопасности и приемы оказания первой

помощи при несчастных случаях;

владеть:

- навыками и методами анатомических, морфологических

и таксономических исследований биологических объектов;

- физико-химическими методами изучения клеток и

тканей, иметь представление о методах выделения и

исследования субмикроскопических структур;

- методами функциональной диагностики, исследования и

анализа живых систем, математическими методами обработки

результатов, понимать принципы построения и использования

математических моделей биологических процессов;

- основами психолого-педагогических знаний и методикой

преподавания биологии;

- методами наблюдения, описания, культивирования,

классификации, экспериментального анализа

153

биотехнологических объектов;

уметь использовать:

- знания о развитии биотехнологии и биологии.

- выбор форм и методов обучения;

- планирование учебных занятий в соответствии с учебным

планом и на основе его стратегии; организовывать и

контролировать различные по форме обучения занятия;

- методический анализ дидактического материала;

- новые технологии обучения;

иметь опыт:

- наблюдения, описания, идентификации, классификации

живых организмов;

- работы с растительными и животными объектами с

использованием методов физиологии растений и животных,

гибридизации и молекулярной биологии;

- работы с классическими объектами генетических

исследований, проводить анализ результатов, решать задачи по

генетике;

- преподавания биологии;

- проведения полевых и лабораторных работ.

154