SylabUZ

Wygeneruj PDF dla tej strony

Ekologia i biotechnologia ekosystemów - opis przedmiotu

Informacje ogólne
Nazwa przedmiotu Ekologia i biotechnologia ekosystemów
Kod przedmiotu 13.9-WB-BTD-Ekol_ek-S18
Wydział Wydział Nauk Biologicznych
Kierunek Biotechnologia / Biotechnologia ogólna
Profil ogólnoakademicki
Rodzaj studiów drugiego stopnia z tyt. magistra
Semestr rozpoczęcia semestr zimowy 2020/2021
Informacje o przedmiocie
Semestr 2
Liczba punktów ECTS do zdobycia 4
Typ przedmiotu obowiązkowy
Język nauczania polski
Sylabus opracował
  • dr hab. Piotr Kamiński, prof. UZ
Formy zajęć
Forma zajęć Liczba godzin w semestrze (stacjonarne) Liczba godzin w tygodniu (stacjonarne) Liczba godzin w semestrze (niestacjonarne) Liczba godzin w tygodniu (niestacjonarne) Forma zaliczenia
Wykład 15 1 - - Zaliczenie na ocenę
Laboratorium 30 2 - - Zaliczenie na ocenę

Cel przedmiotu

Cel przedmiotu:

Istotą ekologii i biotechnologii ekosystemów jest przetwarzanie materii i kontrolowanie jej obiegu w skali ekosystemu i krajobrazu dla ograniczenia degradacji i odbudowy struktury biotycznej oraz odtwarzaniu ewolucyjnie ukształtowanych procesów. Zatem przedmiot obejmuje wszelkie zagadnienia odnowy biologicznej i naprawy różnych typów ekosystemów antropogenicznych.

Obecnie postęp wiedzy w dziedzinie ekologii i biotechnologii środowiska, a szczególnie w hydrobiologii, ekologii krajobrazu i hydrologii, upoważnia do rozpoczęcia fazy integracji tej wiedzy i wdrażania jej do praktyki rekultywacji i ochrony ekosystemów wodnych, glebowych i agroekosystemów, a także zdegradowanych ekosystemów morskich, przez podjęcie wielkoskalowych i zróżnicowanych (interdyscyplinarnych) działań.

Celem przedmiotu jest przedstawienie możliwości biotechnologicznego przetwarzania materii i kontrolowania jej obiegu w skali ekosystemów i krajobrazów antropogenicznych, w celu ograniczenia degradacji i odbudowy struktury biotycznej oraz odtwarzania ewolucyjnie ukształtowanych procesów. Dlatego konieczne jest zapoznanie i wdrożenie podstawowych wiadomości z zakresu nie tylko wszechstronnych możliwości zastosowania i wykorzystania biotechnologii w środowiskach zdegradowanych, ale także z zakresu ich ekologii. Studenci zapoznają się więc nie tylko z metodami biotechnologicznymi ochrony atmosfery, litosfery, hydrosfery, poznają testy toksyczności, ale także łącza z nimi możliwości stosowania prawidłowości ekologicznych, jakie rządzą poszczególnymi typami ekosystemów.

Zamierzeniem kursu jest ponadto zaznajomienie z podstawowymi aspektami wiedzy w zakresie tych działań wobec ekosystemów antropogenicznych, tj. ekologicznym i biotechnologicznym: Biotechnologiczna ocena wykorzystania odpadów w środowisku. Oczyszczanie ścieków, wody i naturalnych ekosystemów z nimi związanych. Usuwanie żelaza i manganu z wód głębinowych. Zastosowanie biosensorów i filtrów biologicznych w biologicznym oczyszczaniu ścieków. Złoża fluidalne w warunkach naturalnych. Metody enzymatyczne stosowane w biotechnologii ścieków w krajobrazie naturalnym. Chemiczno-fizyczna i biologiczna eliminacja fosforu z wód zanieczyszczonych i ekosystemów zeutrofizowanych. Usuwanie i wykorzystanie substancji biogennych w kompleksowych oczyszczalniach komunalnych. Uzdatnianie ścieków i wysypisk tłuszczowo-białkowych w środowisku naturalnym. Naturalne oczyszczalnie glebowo-roślinne. Unieszkodliwianie odpadów komunalnych, organicznych, przemysłowych, niebezpiecznych w ekosystemach lądowych.

Kurs przewiduje ponadto poznanie innych możliwości wykorzystania biotechnologii w środowiskach antropogenicznych, w powiązaniu z ich ekologią, np. zwalczanie pasożytów i ich identyfikację w wodzie i glebie, zastosowanie metod biotechnologicznych w ochronie i rekultywacji ekosystemów zdegradowanych (oczyszczalnie ścieków, oczyszczalnie wody, zakłady utylizacji odpadów komunalnych, zakłady przetwórstwa paszowego, agrocenozy, fermy i stawy hodowlane, odkrywki węgla, odkrywki i hałdy kopalniane, rafinerie, zanieczyszczone akweny morskie), wykorzystanie biotechnologii w ochronie stabilizacji ekosystemów sztucznych, stworzonych dla potrzeb ochrony naturalnych środowisk zdegradowanych.

Wymagania wstępne

Wymagania wstępne:

Wymagane jest wstępne zapoznanie się z podstawowymi wiadomościami z zakresu wszechstronnych możliwości biotechnologicznego przetwarzania materii i kontrolowania jej obiegu w skali ekosystemów i krajobrazów, dla ograniczenia degradacji i odbudowy struktury biotycznej oraz odtwarzania ewolucyjnie ukształtowanych procesów. Wymagane są podstawowe wiadomości z dziedziny ekologii, biogeochemii, chemii środowiska, chemii organicznej, chemii fizycznej, biotechnologii.

Zakres tematyczny

WYKŁADY:

- Zarys ekologii biocenoz z uwzględnieniem uwarunkowań ochrony ich środowisk; Kryteria klasyfikacji. Struktury. Poziomy troficzne. Piramidy ekologiczne; aspekty ochrony środowisk. Procesy biocenotyczne. Sprawność układów ekologicznych. Gospodarka energią i materią w biocenozach. Sukcesje ekologiczne. Kształtowanie biotopu przez biocenozę. Homeostaza biocenoz; ekologiczne uwarunkowania ochrony środowisk.

- Zarys ekologii ekosystemów z uwzględnieniem uwarunkowań ochrony środowisk; struktura i funkcjonowanie i produktywność ekosystemów. Biomy Ziemi i uwarunkowania ich ochrony.

- Podstawy biogeochemii z elementami ochrony środowiska. Budowa Ziemi i skład jej zewnętrznych stref. Klasyfikacja biogeochemiczna pierwiastków. Migracje pierwiastków; prawa i ekologiczne uwarunkowania ochrony środowisk.

- Biosfera i aspekty jej ochrony. Biomasa i produktywność ekosystemów. Fotosynteza. Chemosynteza. Skład chemiczny żywej materii; biogeochemiczna rola biosfery i ekologiczne uwarunkowania jej ochrony.

- Antroposfera i ekologiczne uwarunkowania jej ochrony; równowaga chemiczna.

- Środowiska nie zniekształcone działalnością człowieka; aspekty ekologiczne.

- Główne składniki środowiska; krótki zarys z elementami sozologii.

- Substancje mineralne gleb. Materia organiczna gleb. Żywe organizmy glebowe. Woda glebowa. Powietrze glebowe. Ekologiczne uwarunkowania ochrony środowisk glebowych.

- Zasoby wody jako składnika środowiska. Ekosystemy wodne. Skład chemiczny wód. Organizmy żywe w wodach. Klasyfikacja wód powierzchniowych. Ekologiczne aspekty ochrony środowisk wodnych.

- Transport wody i składników pokarmowych w roślinach. Rośliny jako składniki środowisk. Skład pierwiastkowy roślin. Ekologiczne wymagania ochrony roślin.

- Zwierzęta jako składniki środowiska (odżywianie; oddychanie; rola krwi). Ekologiczne uwarunkowania ochrony zwierząt.

- Rozmieszczenie pierwiastków w środowisku. Podstawowe pierwiastki w organizmach żywych. Współzależności pomiędzy związkami chemicznymi organizmów żywych i ich pierwiastkami śladowymi; uwarunkowania ekologiczne ochrony środowisk. Cykle obiegu makroelementów. Tlenki azotu. Nawozy azotowe. Siarka. Dwutlenek siarki. Fosfor. Ekologiczne aspekty ochrony środowisk.

- Główne pierwiastki w skorupie ziemskiej. Cykle biogeochemiczne. Krzem i minerały krzemianowe. Wietrzenie. Minerały ilaste. Ekologiczne aspekty ochrony litosfery.

- Drugorzędne pierwiastki i problemy środowiskowe. Pierwiastki podstawowe i związki toksyczne (cykle obiegu). Osady ściekowe. Aspekty ekologiczne.

- Niebezpieczne związki organiczne skażające środowiska i problemy ich usuwania. Dioksyny. Furany. DDT i związki pochodne. Polichlorowane bifenyle. Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne. Azotany. Azotyny. Nitrozoaminy. Mykotoksyny. Metale i metaloidy. Tworzywa sztuczne. Pestycydy. Aspekty i zależności ekologiczne.

- Przekształcenia chemiczne w środowisku spowodowane antropopresją. Degradacja gleb. Erozja wodna i eoliczna. Chemizacja gleb. Odpady ciekłe i stałe. Zmiany stosunków wodnych w glebach. Rekultywacja gleb. Uwarunkowania ekologiczne.

- Zanieczyszczenie wód. Rezerwy czystej wody. Ścieki miejskie. Zatrucia ołowiem. Erozja gleb. Żyzność gleb. Zasolenie gleb. Nawozy mineralne. Pestycydy. Przemysłowe środki toksyczne. Rtęć. Skażenia cieplne. Skażenia wód podziemnych. Składowiska odpadów. Kwaśne deszcze. Transport powietrzny toksyn. Aspekty i zależności ekologiczne.

- Skażenie powietrza atmosferycznego. Pyły. Gazy. Chemia atmosfery. Mgły inwersyjne. Motoryzacja. Cykle obiegu substancji zanieczyszczających. Miejskie źródła toksykantów. Tlenek węgla. Tlenki siarki. Tlenki azotu. Węglowodory. Spalarnie odpadów. Wysokie kominy. Ekologiczne uwarunkowania ochrony środowisk i ochrony zdrowia.

- Warstwa ozonowa w stratosferze i jej znaczenie dla ochrony środowiska i zdrowia.

- Emisje dwutlenku węgla i zmiany klimatyczne. Aspekty i zależności ekologiczne.

- Metody biotechnologiczne ochrony atmosfery, litosfery, hydrosfery, testy toksyczności.

- Biotechnologiczna ocena wykorzystania odpadów. Uzdatnianie wody. Usuwanie żelaza i manganu z wód głębinowych.

- Zastosowanie biosensorów w biologicznym oczyszczaniu ścieków. Filtry biologiczne. Złoża fluidalne. Mikro- i biosensory. Metody enzymatyczne. Ekosystemy ochronne.

- Oczyszczanie ścieków, wody i ekosystemów z nimi związanych. Chemiczno-fizyczna i biologiczna eliminacja fosforu. Usuwanie substancji biogennych w oczyszczalniach komunalnych. Uzdatnianie ścieków tłuszczowo-białkowych.

- Naturalne oczyszczalnie glebowo-roślinne.

- Utylizacja odpadów. Unieszkodliwianie odpadów komunalnych, organicznych, przemysłowych, niebezpiecznych. Ekosystemy komunalne.

- Zwalczanie pasożytów i ich identyfikacja w wodzie i glebie, zastosowanie biokatalizatorów w zwalczaniu pasożytów w środowisku. Zastosowanie biokatalizatorów w metodach z użyciem bakterii przy oczyszczaniu ścieków i wód.

- Zanieczyszczenia roślin. Uszkodzenia aparatu asymilacyjnego. Asymilacja substancji toksycznych. Ekologiczne uwarunkowania ochrony roślin środowisk skażonych.

- Oddziaływanie zanieczyszczeń środowiska na zwierzęta.

- Skażenie radioaktywne. Typy promieniowania jonizującego. Źródła promieniowania. Efekty biologiczne promieniowania. Wolne rodniki. Wrażliwość na promieniowanie. Energia jądrowa. Paliwo jądrowe. Reaktory. Odpady radioaktywne. Awarie jądrowe. Aspekty ochrony środowisk i zdrowia.

ĆWICZENIA I KONWERSATORIA:

- Ochrona powietrza atmosferycznego. Zapobieganie zanieczyszczeniom powietrza.

- Ochrona wód. Metody oceny jakości wód. Wskaźniki zanieczyszczeń. Klasy czystości wód. Stan czystości wód. Sposoby ochrony wód. Uwarunkowania ekologiczne i biotechnologiczne.

- Ochrona i rekultywacja gleb. Ekologiczne uwarunkowania ochrony środowisk.

- Biotechnologiczne aspekty ochrony środowisk przed odpadami.

- Hałas i wibracje w środowisku. Źródła hałasu i wibracji. Wpływ na środowisko i człowieka. Ekologiczne aspekty zdrowotne.

- Współczesne problemy promieniowania (rodzaje, właściwości i źródła promieniowania: negatywne skutki promieniowania; wpływ promieniowania jonizującego na środowisko; skażenie radioizotopami. Oddziaływanie elektromagnetycznego promieniowania niejonizującego na środowisko. Ochrona środowisk przed promieniowaniem. Ekologiczne uwarunkowania środowiska i zdrowia.

- Znaczenie lasów dla środowiska. Przyczyny niszczenia lasów. Stan lasów. Możliwości ochrony zasobów leśnych.

- Kontrola zanieczyszczeń w ekosystemach. Biotechnologie czystego węgla. Oczyszczanie gazów kominowych. Kontrola emisji zanieczyszczeń z pojazdów mechanicznych. Kontrola emisji tlenków azotu. Oczyszczanie wód ściekowych. Składowanie odpadów i odzyskiwanie surowców. Odpady niebezpieczne. Ekologiczne uwarunkowania ochrony środowisk i zdrowia.

- Problemy ekotoksykologiczne środowisk zdegradowanych, wykorzystanie metod biotechnologicznych.

Metody kształcenia

Metody kształcenia i weryfikacji:

Wykłady i konwersatoria. Podczas semestru odbywają się stałe kolokwia ustne (=indywidualne rozmowy ze studentami), podczas konwersatoriów, seminariów i zajęć praktycznych. Pod koniec cyklu zajęć kolokwium końcowe (koniec semestru) ze znajomości zagadnień obejmujących treści wykładów i zajęć konwersatoryjnych. Końcowy egzamin ustny z zakresu merytorycznego tematyki wykładów i konwersatoriów. Podczas realizacji wykładów i zajęć praktycznych przeprowadzane są systematycznie kolokwia (rozmowy), co pozwoli na ciągłą rejestrację i ocenę bieżącego przygotowania do zajęć i aktywności studenta podczas ich trwania. Stanowi to podstawę do zaliczenia poszczególnych zajęć, w tym treści wykładów.

W celu zwiększenia efektywności nauczania przedmiotu prowadzący:

- przed rozpoczęciem zajęć praktycznych, oprócz sprawdzenia przygotowania merytorycznego studentów do zajęć wyjaśnia wszystkie niezrozumiałe kwestie, zarówno dotyczące zagadnień merytorycznych, jak i praktycznych,

- zwraca uwagę na kwestie najbardziej istotne w danym podstawowym temacie konwersatorium, w celu uniknięcia ew. błędów przez uczestniczących w zajęciach oraz podkreślenia stopnia istotności danych zagadnień,

- odpowiada na pytania studentów dotyczące realizacji zakresu danego konwersatorium (ćwiczenia) i analizy danych, jednak studenci samodzielnie przeprowadzają dyskusję, wyciągają wnioski i wykonują sprawozdania z każdorazowo odbytego seminarium (konwersatorium, ćwiczenia), gdyż praktyczne podejście do danego zagadnienia jest najbardziej efektywnym, w kwestii sukcesu nauczania.

Efekty kształcenia i metody weryfikacji osiągania efektów kształcenia:

1. Student zna i rozumie podstawowe wiadomości z zakresu wszechstronnych możliwości zastosowania i wykorzystania biotechnologicznego przetwarzania materii i kontrolowania jej obiegu w skali ekosystemów i krajobrazów zdegradowanych, dla podejmowania działań ograniczenia degradacji i odbudowy struktury biotycznej oraz odtwarzania ewolucyjnie ukształtowanych procesów.

2. Student ma pogłębioną wiedzę z zakresu biotechnologicznej oceny wykorzystania odpadów, poprawy stanu ekosystemów wodnych, usuwania żelaza i manganu z wód głębinowych. Potrafi podać metody zastosowania biosensorów w biologicznym oczyszczaniu ścieków i wody oraz ekosystemów z nimi związanych. Student zna możliwości wykorzystania ekosystemów glebowo-roślinnych, utworzonych dla potrzeb usuwania substancji biogennych w zlewniach, wysypiskach i utylizacji odpadów oraz unieszkodliwiania odpadów komunalnych, organicznych i przemysłowych, niebezpiecznych. Ponadto student zna inne możliwości wykorzystania biotechnologii w ochronie stabilizacji ekosystemów sztucznych, stworzonych dla potrzeb ochrony środowisk zdegradowanych, zgodnie z zasadami ekologii tych ekosystemów.

3. Student objaśnia zasady stosowania zróżnicowanych technik biotechnologicznych w dziedzinie ekologii i biotechnologii, ekologii krajobrazu i hydrologii, dzięki czemu ma świadomość konieczności zastosowań integracji tej wiedzy i wdrażania jej do praktyki rekultywacji i ochrony ekosystemów wodnych, glebowych i agroekosystemów, poprzez podjęcie wielkoskalowych działań.

4. Student ma wiedzę w zakresie stosowania i wykorzystania zróżnicowanych metod biotechnologicznych w środowiskach zdegradowanych, zapoznaje się z technologiami ochrony atmosfery, litosfery, hydrosfery (w tym akwenów morskich), zna testy toksyczności.

5. Student zaznajamia się z podstawowymi aspektami wiedzy w omawianym zakresie przedmiotu i posługuje się metodami ekologicznymi i biotechnologicznymi, poznanymi podczas realizacji kursu przedmiotu.

6. Student korzysta ze źródeł literaturowych i innych źródeł (e-learning), potrafi interpretować i łączyć w spójną całość uzyskane informacje dotyczące tematyki przedmiotu.

7. Student stosuje metodę samokształcenia i dostrzega potrzebę uczenia się i doskonalenia swoich umiejętności w zakresie całokształtu problematyki związanej z zakresem przedmiotu.

8. Student potrafi działać w aktywnej grupie i organizuje pracę w określonym zakresie, słucha uwag prowadzącego zajęcia i stosuje się do jego zaleceń.

Po ukończeniu przedmiotu (cyklu wykładów oraz serii konwersatoriów i zajęć praktycznych) student powinien analizować, definiować, formułować, identyfikować, interpretować, koordynować, nazywać, objaśniać, podsumowywać, opisywać, rozpoznawać, rozróżniać, stosować, sporządzać, szacować, tworzyć, tłumaczyć, wyjaśniać procesy i zagadnienia ekologii i biotechnologii ekosystemów, zwłaszcza antropogenicznych, z zakresu programu przedmiotu.

Efekty uczenia się i metody weryfikacji osiągania efektów uczenia się

Opis efektu Symbole efektów Metody weryfikacji Forma zajęć

Warunki zaliczenia

Warunki zaliczenia:

Ocenę z czynnego uczestnictwa w wykładach i na zajęciach praktycznych (konwersatoria, zajęcia praktyczne) stanowi średnia arytmetyczna ocen z poszczególnych kolokwiów,

przeprowadzonych podczas tych form zajęć lab. oraz oceny prezentacji ustnej wybranego zagadnienia z zakresu przedmiotu. Ponadto każdy ze studentów może zdobyć punkty dodatkowe z rozmów sprawdzających przygotowanie do zajęć. Punkty te zostają doliczone do punktów zdobytych na kolokwium, a tym samym dają szanse na wyższą ocenę z zajęć i stanowią motywację do systematycznego zdobywania wiedzy.

Podczas semestru odbywają się stałe kolokwia ustne (=rozmowy ze studentem), podczas konwersatoriów, seminariów i zajęć praktycznych. Pod koniec cyklu zajęć odbywa się kolokwium końcowe (koniec semestru) ze znajomości zagadnień obejmujących całość treści wykładów i zajęć konwersatoryjnych. Końcowy egzamin ustny z zakresu merytorycznego tematyki wykładów i konwersatoriów. Podczas realizacji wykładów i zajęć praktycznych przeprowadzane są systematycznie kolokwia (rozmowy), co pozwala na ciągłą rejestrację i ocenę bieżącego przygotowania do zajęć i aktywności studenta podczas ich trwania. Stanowi to podstawę do zaliczenia poszczególnych zajęć, w tym wykładów.

Kolokwia cząstkowe i kolokwium końcowe (koniec semestru) ze znajomości zagadnień obejmujących treści wykładów i konwersatoriów (seminariów). Egzamin ustny z zakresu merytorycznego tematyki wykładów i części praktycznej. Podczas realizacji wykładów i części praktycznej przeprowadzane są systematycznie śródsemestralne rozmowy kontrolne, ustne kolokwia, ocena ciągła (bieżące przygotowanie do zajęć i aktywność), tzw. ustne „wejściówki” oraz końcowe zaliczenie ustne i egzamin ustny. W trakcie semestru odbywa się systematyczne sprawdzanie stopnia znajomości i przygotowania do części praktycznej (kolokwia ustne; =rozmowy ze studentem).

W uzasadnionych przypadkach, za zgodą Dziekana, przewiduje się możliwość wprowadzenia jednorazowego odrobienia zajęć opuszczonych dla grupy studentów, którzy opuścili zajęcia planowe z przyczyn usprawiedliwionych.

Literatura podstawowa

Literatura podstawowa:

1- Renneberg R., Berkling V., Loroch V. 2016. Biotechnology for Beginners. 2nd ed., Elsevier Science & Technology, 458 ss.

2- Klimiuk E., Łebkowska M. 2010. Biotechnologia w ochronie środowiska. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa.

3- Ratledge C., Kristiansen B. 2011. Podstawy biotechnologii. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa.

4- Lewandowski W. M. 2008. Proekologiczne odnawialne źródła energii. Wyd. Nauk.-Techn., Warszawa.

5- Jędrczak A. 2010. Biologiczne przetwarzanie odpadów. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa, 456 ss.

6- vanLoon G.W., Duffy S.J. 2007. Chemia środowiska. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa.

7- Błaszczyk K.M. 2009. Mikroorganizmy w ochronie środowiska. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa.

8- Bednarski W., Fiedurk J. 2009. Podstawy biotechnologii przemysłowej. WNT, Warszawa.

Literatura uzupełniająca

Literatura uzupełniająca:

1- Krebs C.J. 2014. Ekologia. Eksperymentalna analiza rozmieszczenia i liczebności. PWN, Warszawa.

2- Krebs J.R., Davies N.B. 2010. Wprowadzenie do ekologii behawioralnej. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa.

3- Begon M., Mortimer M. 2016. Ekologia populacji. Studium porównawcze zwierząt i roślin. PWRiL, Warszawa.

4- Manahan S.E. 2006. Toksykologia środowiska. Aspekty chemiczne i biochemiczne. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa.

5- Walker C.H., Hopkin S.P., Sibly R.M., Peakall D.B. 2002. Podstawy ekotoksykologii. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa.

6- Wolański N. 2007. Ekologia człowieka. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa, T. I, II.

7- Siemiński M. 2010. Środowiskowe zagrożenie zdrowia człowieka – nowe wyzwania. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa.

8- Skalmowski K. (red.). 2000. Poradnik gospodarowania odpadami. Verlag Dashofer, Warszawa.

Uwagi


Zmodyfikowane przez dr hab. Piotr Kamiński, prof. UZ (ostatnia modyfikacja: 06-05-2020 20:24)