Wybrane zagadnienia z fitoremediacji - BIOL

Wybrane zagadnienia z fitoremediacji
SYLABUS
A. Informacje ogólne
Elementy sylabusu
Nazwa jednostki
prowadzącej kierunek
Nazwa kierunku studiów
Poziom kształcenia
Profil studiów
Forma studiów
Kod przedmiotu
Język przedmiotu
Rodzaj przedmiotu
Rok studiów/semestr
Wymagania wstępne
Liczba godzin zajęć
dydaktycznych z podziałem
na formy prowadzenia zajęć
Opis
Uniwersytet w Białymstoku, Wydział Biologiczno -Chemiczny, Instytut Biologii
biologia, ochrona środowiska
studia drugiego stopnia
ogólnoakademicki
stacjonarne
0200-OS-1PDW31
polski
przedmiot do wyboru
I i II rok
Student powinien spełniać efekty kształcenia dla studiów I st. w obszarze nauk
przyrodniczych
Wykład – 30 godz.
Założenia i cele przedmiotu
Celem przedmiotu jest zapoznanie studentów z mechanizmami tolerancji roślin na
substancje zanieczyszczające, ewolucją tych mechanizmów oraz z różnymi sposobami
zastosowania roślin w celu oczyszczaniu środowiska.
Metody dydaktyczne oraz
ogólna forma zaliczenia
przedmiotu
Metody dydaktyczne: wykład, prezentacja multimedialna, dyskusja
Formy zaliczenia przedmiotu: zaliczenie na ocenę
Odniesienie do kierunkowych
efektów kształcenia
Efekty kształceniai
Student opisuje zagrożenia wynikające z narażenia organizmów żywych na działanie
metali ciężkich.
Student posługuje się terminologią fachową do opisu mechanizmów transportu jonów
metali niezbędnych i balastowych w roślinach.
Student opisuje podstawowe mechanizmy tolerancji roślin na toksyczne działanie
metali ciężkich.
Student wyjaśnia zalety i wady stosowania biologicznych, chemicznych oraz
fizycznych technik oczyszczania środowiska.
Student charakteryzuje różnorodne sposoby oczyszczania środowiska za pomocą
roślin.
Punkty ECTS
Bilans nakładu pracy
studentaii
Wskaźniki ilościowe
Data opracowania:
K_U12, K_K08
K_W03
K_W02, K_K05
K_W09, K_K01
K_W05, K_U04
2
Ogólny nakład pracy studenta: 50 godz. w tym: udział w wykładach: 30 godz.; udział w
zajęciach pozawykładowych: 0 godz.; przygotowanie się do zajęć, zaliczeń: 16.3 godz.;
udział w konsultacjach, zaliczeniach: 3.8 godz.
Nakład pracy studenta związany z zajęciamiiii:
Liczba godzin
Punkty ECTS
33.8
1.4
wymagającymi bezpośredniego udziału nauczyciela
20
0.8
o charakterze praktycznym
20.05.2013
Koordynator
przedmiotu:
dr Ewa Oleńska
SYLABUS
B. Informacje szczegółowe
Elementy składowe sylabusu
Nazwa przedmiotu
Kod przedmiotu
Nazwa kierunku
Nazwa jednostki prowadzącej
kierunek
Język przedmiotu
Rok studiów/ semestr
Opis
Wybrane zagadnienia z fitoremediacji
0200-OS-1PDW31
biologia, ochrona środowiska
Wydział Biologiczno-Chemiczny UwB, Instytut Biologii
polski
I i II drugiego stopnia/semestr letni
Liczba godzin zajęć
dydaktycznych oraz forma
prowadzenia zajęć
Prowadzący
30 godz., wykład
Treści merytoryczne
przedmiotu:
1. Fitoremediacja jako technologia oczyszczania środowiska
Rodzaje i źródła zanieczyszczeń. Metale śladowe. Aktualny stan
zanieczyszczenia metalami śladowymi składowych środowiska w Polsce i na
świecie. Konsekwencje toksyczności metali śladowych na funkcjonowanie
zwierząt i człowieka. Sposoby zmniejszania zanieczyszczenia środowiska.
Pojęcie i rodzaje fitoremediacji.
2. Transport jonów metali śladowych w komórce
Pobieranie metali i ich transport wewnątrz komórki roślinnej. Wybrane
przejawy toksyczności metali w komórce roślinnej – wpływ na poziomie
molekularnym i cytologicznym.
3. Mechanizmy odporności komórek roślinnych na stres spowodowany
obecnością metali śladowych
Mechanizmy: unikania i tolerowania stresu. Strategie unikania realizowane
dzięki: mikoryzie, chelatowaniu w obrębie rizosfery, właściwościom
chemicznym ściany komórkowej, kallozie. Strategie tolerowania – chaperony,
metalotioneiny klasy I i II, fitochelatyny, glutation, kwasy organiczne,
nikotianamina, aminokwasy.
4. Adaptacje roślin na stres spowodowany obecnością metali śladowych
Pojęcie tolerancji. Klasyfikacja tolerancji: konstytutywna, współtolerancja,
tolerancja wielokrotna. Stabilność tolerancji. Kultury tkankowe w badaniach
tolerancji. Indukcja tolerancji w warunkach laboratoryjnych. Indeks tolerancji.
Tolerancja a stężenie metalu w roślinie. Skład chemiczny gleby a tolerancja.
5. Fitoekstrakcja na podstawie hiperakumulacji
Definicja hiperakumulacji. Mechanizmy hiperakumulacji metali w roślinach.
Mechanizm pobierania metali przez hiperakumulatory. Bioaktywacja metali w
rizosferze. Transport metali w roślinie. Lokalizacja metali ciężkich w
tkankach hiperakumulatorów. Odporność na metale – detoksyfikacja.
6. Ekologia i tolerancja na metale hiperakumulatorów.
Przykłady gatunków roślin wyższych tolerujących konkretne metale, np. Co,
Cu, Zn, Cr, Pb, Ni. Geografia hiperakumulatorów.
7. Fitostabilizacja
Metalofity. Kategorie metalofitów. Tereny metalonośne w Polsce i na świecie.
Ekologia metalofitów.
8. Hałdy cynkowo-ołowiowe, jako przykład zastosowania roślin w
rekultywacji terenów zdegradowanych.
Sukcesja na hałdzie: aktualny i dawny skład florystyczny hałd. Deszcz i bank
nasion. Typy rekultywacji hałd pogórniczych. Przystosowania wybranych
roślin do wzrostu na hałdach cynkowo – ołowiowych.
9. Genetyczne podłoże tolerancji i hiperakumulacji metali śladowych
Genetyczne podłoże tolerancji i akumulacji metali śladowych u roślin
wyższych. Ewolucja tolerancji. Genetyczne podłoże hiperakumulacji.
Ewolucja hiperakumulacji.
10. Bioaugmentacja (rizoremediacja) – optymalizacja synergistycznego
wpływu roślin i mikroorganizmów w zmniejszaniu zanieczyszczenia
dr Ewa Oleńska
środowiska.
Zastosowanie bioaugmentacji w usuwaniu zanieczyszczeń organicznych oraz
metali śladowych. Wpływ mikroorganizmów na pobieranie metali z podłoża.
Wybór optymalnego układu roślina – mikrosymbiont w ochronie środowiska.
11. Bioremediacja. Rola bakterii.
Pojęcie bioremediacji. Rodzaje bioremediacji. Czynniki sprzyjające o
ograniczające efektywność bioremediacji. Rola biosurfaktantów.
Zanieczyszczenia podatne na bioremediację. Przykłady zastosowań.
Bioługowanie metali z rud i odpadów przez Procaryota. Mechanizmy
bioługowania i czynniki wpływające na ten proces. Przemysłowe technologie
bioługowania metali. Bioługowanie jako technologia w ochronie środowiska
naturalnego.
12. Mechanizmy oporności bakterii na metale śladowe obecne w
środowisku naturalnym
Plazmidowe sekwencje oporności bakterii Gram+ i Gram-. Operon ars, czc,
cnr, ncc, mer. Metalotioneiny.
13 Bioremediacja. Rola grzybów.
Mikoryza i jej rola w środowisku. Wykorzystanie mikroorganizmów w
fotoremediacji. Mikoryza a fitostabilizacja. Mikoryza a fotodegradacja i
fitoekstrakcja. Mikoryzy jako wskaźniki toksyczności podłoża oraz tempa
procesu remediacji.
14. Inżynieria genetyczna a fitoremediacja
Cechy idealnego fitoremediatora. GMO a bio- i fitoremediacja.
15. Bio- i fitogórnictwo
Bakterie stosowane do pozyskiwania metali. Aktualny stan biogórnictwa na
świecie. Biochemiczne podstawy biogórnictwa. Technologie biogórnictwa.
Fitogórnictwo. Przyszłość fitogórnictwa.
Efekty kształcenia wraz ze
sposobem ich weryfikacji
- Student opisuje zagrożenia wynikające z narażenia organizmów żywych na
działanie metali ciężkich;
- Student posługuje się terminologią fachową do opisu mechanizmów
transportu jonów metali niezbędnych i balastowych w roślinach;
- Student opisuje podstawowe mechanizmy tolerancji roślin na toksyczne
działanie metali ciężkich;
- Student wyjaśnia zalety i wady stosowania biologicznych, chemicznych oraz
fizycznych technik oczyszczania środowiska;
- Student charakteryzuje różnorodne sposoby oczyszczania środowiska za
pomocą roślin.
Sposoby weryfikacji:
Egzamin pisemny (test zamknięty, pytania otwarte opisowe)
Forma i warunki zaliczenia
przedmiotu
Warunek zaliczenia: Pozytywna ocena z egzaminu pisemnego.
Wykaz literatury podstawowej
i uzupełniającej
Literatura podstawowa:
Wójcik M. 2000. Fitoremediacja – sposób oczyszczania środowiska. Kosmos
49, 1/2: 135-149.
Siwek M. 2008. Biologiczne sposoby oczyszczania środowiska –
fitoremediacja. Wiadomości Botaniczne 52, 1/2: 23-28.
Siwek M. 2008. Rośliny w skażonym metalami ciężkimi środowisku
poprzemysłowym. Część I. pobieranie, transport i toksyczność metali ciężkich
(śladowych). Wiadomości Botaniczne 52, 1/2: 7-22.
Siwek M. 2008. Rośliny w skażonym metalami ciężkimi środowisku
poprzemysłowym. Część II. Mechanizmy detoksyfikacji i strategie
przystosowania roślin do wysokich stężeń metali ciężkich. Wiadomości
Botaniczne 52, 3/4: 7-23.
Błaszczyk M.K. 2007. Mikroorganizmy w ochronie środowiska.
Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.
Literatura uzupełniająca:
Karczewska A. 2008. Ochrona gleb i rekultywacja terenów zdegradowanych.
Wrocław.
Clemens S. 2006. Toxic metal accumulation, responses to exposure and
mechanisms of tolerance in plants. Biochimie 88: 1717-1719.
Krämer U. 2005. Phytoremediation: novel approaches to cleaning up polluted
soils. Current Opinion in Biotechnology 16: 133-141.
Wierzbicka M. 2002. Przystosowania roślin do wzrostu na hałdach cynkowoołowiowych okolic Olkusza. Kosmos 2002, 51: 139 – 150.
Grodzińska K., Szarek-Łukaszewska G., 2002. Hałdy cynkowo-ołowiowe w
okolicach Olkusza – przeszłość, teraźniejszość i przyszłość. Kosmos, 52,
2:127-138.
Baranowska – Morek A., 2003. Roślinne mechanizmy tolerancji na toksyczne
działanie metali ciężkich. Kosmos, 52, 2/3: 283-298.
Liszka J., Świć E.. 2004. Zakłady Górniczo-Hutnicze „Bolesław”. Dzieje Wydarzenia -Ludzie. Bukowno.
……………………………….
podpis osoby składającej sylabus
i
Opis zakładanych efektów kształcenia w zakresie wiedzy, umiejętności i kompetencji społecznych, z uwzględnieniem form zajęć.
Uwzględnia się tylko efekty możliwe do sprawdzenia (mierzalne / weryfikowalne).
ii
Przykładowe rodzaje aktywności: udział w wykładach, ćwiczeniach, przygotowanie do zajęć, udział w konsultacjach,
realizacja zadań projektowych, pisanie eseju, przygotowanie do egzaminu. Liczba godzin nakładu pracy studenta powinna
być zgodna z przypisanymi do tego przedmiotu punktami ECTS wg przelicznika : 1 ECTS – 25÷30 h.
iii
Zajęcia wymagające bezpośredniego udziału nauczyciela są to tzw. godziny kontaktowe (również te nieujęte w rozkładzie
zajęć, np. konsultacje lub zaliczenia/egzaminy). Suma punktów ECTS obu nakładów może być większa od ogólnej liczby
punktów ECTS przypisanej temu przedmiotowi.