Mikrobiologija tla i voda (296329)
Course description
Tlo i voda predstavljaju složene ekosustave u kojima mikroorganizmi imaju ključnu ulogu u održavanju biogeokemijskih procesa, kruženju hranjiva, razgradnji organske tvari i očuvanju kvalitete okoliša. Sastav, struktura i funkcionalna aktivnost mikrobnih zajednica tla i voda određeni su fizikalno-kemijskim i biotskim čimbenicima, ali i antropogenim utjecajima, uključujući različite agrotehničke mjere, onečišćenje i promjene svojstava staništa. U okviru ovog predmeta obrađuju se značaj i funkcije mikroorganizama u tlu i vodama te njihova uloga u održavanju stabilnosti i funkcionalnosti agroekosustava.
Posebna se pozornost posvećuje ključnim mikrobiološkim procesima u tlu, uključujući razgradnju organske tvari, mineralizaciju i kruženje hranjiva, te njihovoj ulozi u održavanju plodnosti tla. Obrađuju se i čimbenici koji utječu na aktivnost i funkcionalnost mikrobnih zajednica te njihov doprinos emisiji stakleničkih plinova i procesima ublažavanja klimatskih promjena. S obzirom na povezanost kopnenih i vodenih ekosustava, obrađuje se i utjecaj svojstava i kvalitete tla na kvalitetu voda, kao i mikrobiološki procesi u vodenim ekosustavima. Prirodni procesi samopročišćavanja voda i biološka filtracija obrađuju se kao važni mehanizmi održavanja kvalitete voda i ekološke stabilnosti vodenih ekosustava.
Jedna od cjelina predmeta obuhvaća utjecaj različitih oblika onečišćenja i eutrofikacije na mikrobne zajednice tla i voda, kao i mogućnosti primjene mikroorganizama u biološkoj sanaciji i kontroli onečišćenja. Posebno se obrađuje širenje patogenih mikroorganizama i mikroorganizama rezistentnih na antibiotike u okolišu te načela procjene rizika povezanih s njihovom pojavom i širenjem. U kontekstu održivog upravljanja tlom i vodnim resursima obrađuje se i europski i nacionalni zakonodavni okvir te mogućnosti primjene mikrobioloških pokazatelja u procjeni kvalitete okoliša.
U praktičnom dijelu predmeta studenti će svladati klasične mikrobiološke metode i suvremene molekularne tehnike za detekciju i identifikaciju indikatorskih mikroorganizama u uzorcima tla i vode.
Type of course
- Diplomski studij / Agroekologija / Agroekologija (Elective course, 2 semester, 1 year)
- Diplomski studij / Agroekologija / Mikrobna biotehnologija u poljoprivredi (Elective course, 2 semester, 1 year)
ECTS: 6.00
Teaching hours: 60
Lectures: 42
Auditory exercises: 2
Laboratory exercises: 12
Seminar: 4
Lecturer
Associate teacher for exercises
Associate teacher for seminars
Grading
Sufficient (2): 60 %
Good (3): 71 %
Very good (4): 81 %
Excellent (5): 91 %
Conditions for obtaining signature
Odslušana predavanja. Odrađene laboratorijske i auditorne vježbe. Predan i prezentiran projektni izvještaj.
General competencies
Studenti stječu znanja o mikrobiologiji tla i voda te razvijaju analitičke sposobnosti, kritičko razmišljanje i vještine interpretacije mikrobioloških podataka za primjenu u održivom upravljanju tlom i vodnim resursima.
Types of instruction
- Predavanja
- Auditorne vježbe
Izvode se u manjim skupinama do 10 studenata u kojima se studenti upoznaju s osnovama bioinformatičke analize strukture, raznolikosti i funkcije mikrobnih zajednica. - Laboratorijske vježbe
Izvode se u manjim skupinama do 10 studenata u kojima studenti samostalno provode osnovne mikrobiološke i molekularne analize tla i vode kojima se određuje brojnost i zastupljenost mikroorganizama u tlu, uspoređuju mikrobiološka obilježja rizosfernog i čistog tla te određuju mikrobiološki pokazatelji kvalitete vode. - Seminari
Studenti na temelju rezultata laboratorijskih vježbi izrađuju i prezentiraju projektni izvještaj, uspoređuju i interpretiraju rezultate te procjenjuju stanje tla i voda i izrađuju preporuke za održivo upravljanje tlom i vodnim resursima.
Learning outcomes
| Learning outcome | Evaluation methods |
|---|---|
| Kritički analizirati značaj mikrobiologije tla i voda u razvoju suvremene poljoprivrede te procijeniti ulogu mikrobioloških procesa u funkcioniranju agroekosustava. | Aktivno sudjelovanje u raspravama tijekom predavanja, radni zadaci, testovi znanja, usmeni ispit |
| Sistematizirati i usporediti glavne skupine mikroorganizama u tlu i vodi obzirom na njihovu ulogu u biogeokemijskom kruženju makro i mikronutrijenata, te evaluirati njihovu distribuciju u odnosu na fizikalno-kemijske karakteristike staništa, biotske i antropogene čimbenike. | Aktivno sudjelovanje u raspravama tijekom predavanja, radni zadaci, testovi znanja, usmeni ispit |
| Procijeniti i kritički analizirati utjecaj agrotehničkih mjera na sastav i funkcionalnu dinamiku mikrobiote tla, te interpretirati njihove učinke na dugoročnu plodnost tla, emisiju stakleničkih plinova i ublažavanje klimatskih promjena. | Aktivno sudjelovanje u raspravama tijekom predavanja, radni zadaci, testovi znanja, usmeni ispit |
| Procijeniti utjecaj zagađenja, eutrofikacije te širenja patogena i antibiotski rezistentnih mikroorganizama na strukturu i funkcionalnu dinamiku mikrobnih zajednica. | Aktivno sudjelovanje u raspravama tijekom predavanja, radni zadaci, testovi znanja, usmeni ispit |
| Vrednovati učinkovitost mikrobioloških metoda sanacije i kontrole zagađenja te predložiti mjere za smanjenje rizika od patogena i širenja antibiotičke rezistencije kao dio održivih mjera upravljanja tlom i vodnim resursima. | Aktivno sudjelovanje u raspravama tijekom predavanja, radni zadaci, testovi znanja, usmeni ispit |
| Kritički usporediti i primijeniti odgovarajuće biokemijske i fiziološke, kao i klasične i molekularne metode, za procjenu pokazatelja biogenosti tla, uključujući mikrobnu biomasu, mikrobiološku aktivnost i raznolikost, te za detekciju i identifikaciju mikroorganizama u tlu i vodi. | Aktivno sudjelovanje u raspravama tijekom predavanja, radni zadaci, testovi znanja, usmeni ispit |
| Analizirati i kritički interpretirati rezultate mikrobioloških analiza tla i voda u cilju procjene stanja te predviđanja promjena i sukcesijskih procesa u agroekosustavu. | Aktivno sudjelovanje u raspravama tijekom predavanja, radni zadaci, testovi znanja, usmeni ispit |
| Interpretirati i primijeniti relevantne EU i nacionalne standarde i zakonodavni okvir u području zaštite tla i voda. | Aktivno sudjelovanje u raspravama tijekom predavanja, radni zadaci, testovi znanja, usmeni ispit |
Working methods
Teachers' obligations
Održavanje predavanja, organizacija i izvedba laboratorijskih i auditornih vježbi, priprema i organizacija izrade i prezentacije projektnog izvještaja, evidencija prisutnosti studenata na predavanjima, seminarima i vježbama, praćenje aktivnosti studenata tijekom predavanja, seminara i vježbi, priprema nastavnih materijala, konzultacije, održavanje pismenih i usmenih ispita tijekom semestra i ispitnih rokova
Students' obligations
Redovito pohađanje predavanja i vježbi, izrada i obrana projektnog izvještaja, polaganje pismenih ispita u tijeku semestra ili u ispitnom roku, polaganje usmenog ispita
Methods of grading
| Evaluation elements | Maximum points or Share in evaluation | Grade rating scale | Grade | Direct teaching hours | Total number of average student workload | ECTS |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Prvi parcijalni ispit | 20 % |
< 60 % 60 - 70 % 71 - 80 % 81 - 90 % 91 - 100 % |
Insufficient (1) Sufficient (2) Good (3) Very good (4) Excellent (5) |
22 | 45 | 1,5 |
| Drugi parcijalni ispit | 20 % |
< 60 % 60 - 70 % 71 - 80 % 81 - 90 % 91 - 100 % |
Insufficient (1) Sufficient (2) Good (3) Very good (4) Excellent (5) |
20 | 45 | 1,5 |
| Integrirani projektni izvještaj | 20 % |
< 60 % 60 - 70 % 71 - 80 % 81 - 90 % 91 - 100 % |
Insufficient (1) Sufficient (2) Good (3) Very good (4) Excellent (5) |
18 | 36 | 1,2 |
| Usmeni ispit | 40 % |
< 60 % 60 - 70 % 71 - 80 % 81 - 90 % 91 - 100 % |
Insufficient (1) Sufficient (2) Good (3) Very good (4) Excellent (5) |
54 | 1,8 |
| Evaluation elements | Description | Deadline | Recoupment |
|---|---|---|---|
| Prvi parcijalni ispit | Nema nadoknada | ||
| Drugi parcijalni ispit | Uvjet za pristupanje 2. parcijalnom ispitu je položeni 1. parcijalni ispit | Nema nadoknada | |
| Usmeni ispit | Uvjet za pristupanje usmenom ispitu su položeni 1. i 2. parcijalni ispit tijekom semestra ili položeni cjeloviti pismeni ispit tijekom ispitnih rokova |
Weekly class schedule
- Značaj mikrobiologije tla i vode u poljoprivrednoj proizvodnji. Povijesni razvoj mikrobiologije tla i voda. Uloga mikrobnih zajednica u održavanju plodnosti i zdravlja vodenih i terestrijalnih ekosustava. Ključna otkrića i njihov utjecaj na razumijevanje mikrobioloških procesa u agroekosustavima i razvoj suvremene poljoprivrede.
- Tlo kao stanište mikroorganizma. Raznolikost i distribucija mikroorganizama u tlu. Utjecaj fizikalno-kemijskih karakteristika tla na sastav i aktivnost mikrobnih zajednica u tlu te utjecaj klimatskih promjena i devastacije tla na mikrobne zajednice. Interakcije mikroorganizama s biljkama i interakcije među mikroorganizmima.
- Mikrobiološki procesi u tlu i transformacija biljnih hranjiva. Glavne skupine i klasifikacija mikroorganizama u tlu s obzirom na njihovu ulogu u biogeokemijskom kruženju makro- i mikronutrijenata. Doprinos mikrobiote tla održivom upravljanju biljnim hranjivima (N, P, K, S, Fe, Mn).
- Mikroorganizmi i održivo upravljanje ugljikom u tlu. Uloga mikrobiote tla u razgradnji organske tvari i mineralizaciji. Utjecaj agrotehničkih mjera na mikrobiotu tla i dugoročnu plodnost tla, smanjenje emisije stakleničkih plinova i ublažavanje klimatskim promjena.
- Primjena autohtonih i alohtonih mikroorganizama u sanaciji onečišćenih tala. Poljoprivreda kao izvor onečišćenja. Uloga mikroorganizama u razgradnji pesticida, plastike i drugih agrokemikalija. Mehanizmi adaptacije autohtone mikrobiote tla na onečišćenja. Selekcija adaptirane autohtone i alohtone mikrobiote te umnažanje njezine biomase radi primjene u uklanjanju kontaminanata iz tla.
- Mikrobiološki kriteriji u kontroli, zaštiti i održivom upravljanju tlom. Mikroorganizmi i sastav mikrobnih zajednica kao biološki indikatori zdravlja, plodnosti i zagađenja tla. Zakonodavni okvir te EU i nacionalni standardi za zaštitu tla, monitoring i održivo upravljanje poljoprivrednim tlom s obzirom na mikrobiološke kriterije.
- Vodeni ekosustavi kao stanište mikroorganizama. Utjecaj fizikalno-kemijskih karakteristika te abiotskih i biotskih čimbenika na preživljavanje, rast, sastav i aktivnost mikrobnih zajednica u vodenim ekosustavima. Raznolikost mikroorganizama u vodenim ekosustavima. Glavne skupine i klasifikacija mikroorganizama. Distribucija mikroorganizama u površinskim i podzemnim vodama. Interakcije mikroorganizama i formiranje biofilmova u vodenim ekosustavima.
- Mikrobiološki procesi u vodi. Uloga mikroorganizama u razgradnji organske tvari, mineralizaciji i kruženju hranjiva u vodenim ekosustavima. Uloga mikroorganizama u samopročišćavanju i biološkoj filtraciji u prirodnim i umjetnim vodenim ekosustavima. Prva parcijalna provjera znanja.
- Mikrobiološka kvaliteta vode i njezin utjecaj na poljoprivrednu proizvodnju. Poljoprivreda kao izvor zagađenja vodenih ekosustava i njezin utjecaj na mikrobiotu voda. Eutrofikacija. Fekalna kontaminacija, širenje patogena i mikroorganizama rezistentnih na antibiotike putem vode. Mikrobiološke metode za uklanjanje anorganskih i organskih kontaminanata iz vodenih ekosustava.
- Mikrobiološki kriteriji u kontroli, zaštiti i održivom upravljanju vodnim resursima. Mikroorganizmi kao biološki indikatori kvalitete vode. Zakonodavni okvir te EU i nacionalni standardi za zaštitu, monitoring i održivo upravljanje vodnim resursima s obzirom na mikrobiološke kriterije.
- Metode u mikrobiologiji tla i voda. Biokemijske i fiziološke (fumigacija, respiracija tla, PLFA) i klasične mikrobiološke metode (CFU, MPN) za procjenu mikrobne biomase, aktivnosti i raznolikosti. Molekularne metode (PCR/qPCR, sekvenciranje) za identifikaciju i kvantifikaciju mikroorganizama te praćenje funkcionalnih gena i indikatora fekalne kontaminacije u tlu i vodi.
- Mikrobiološka analiza uzoraka tla. Uzorkovanje tla za mikrobiološke analize i određivanje brojnosti bakterija (CFU/g tla) te ukupnog broja bakterija i amonifikatora qPCR metodom (broj gena/g tla) u rizosfernom i čistom tlu.
- Mikrobiološka analiza uzoraka vode. Uzorkovanje, određivanje ukupnog broja mikroorganizama u vodi (membranska filtracija, MPN) i detekcija mikrobioloških indikatora fekalne kontaminacije (E. coli, koliformne bakterije).
- Uvod u bioinformatičku analizu strukture i funkcije mikrobnih zajednica. Analiza sastava mikrobnih zajednica na temelju 16S rRNA amplikon-sekvenciranja u tlima na kojima su primijenjene različite agrotehničke mjere. Usporedba i raznolikosti. Analiza funkcionalnih gena (amoA) kod amonifikatora.
- Prezentacija integriranog projektnog izvještaja temeljenog na rezultatima laboratorijskih vježbi. Usporedba dobivenih rezultata s važećim referentnim ili preporučenim kriterijima, njihova interpretacija u regulatornom kontekstu te procjena stanja tla i voda. Izrada preporuka za poboljšanje mikrobiološke raznolikosti, stabilnosti i funkcije u svrhu održivog upravljanja tlom i vodnim resursima. Druga parcijalna provjera znanja.
Preconditions
- Mikrobna ekologija u poljoprivredi (296318)
Obligatory literature
- Paul E. A., Clark F. E. (2009). Soil Microbiology and Biochemistry, Second Edition. Academic Press, London, United Kingdom.
- Mara D., Horan N. (2003). Handbook of Water and Wastewater Microbiology. Academic Press, London, United Kingdom.
Recommended literature
- Madigan M. T., Martinko J. M., Bender K. S., Buckley D. H., Stahl D. A. (2015). Brock Biology of Microorganisms, Fourteenth Edition. Pearson Education, Harlow, United Kingdom.
- Maier R. M., Pepper I. A., Gerba C. P. (2009). Environmental Microbiology, Second Edition. Academic Press, London, United Kingdom.
Similar course at related universities
- Environmental Soil Microbiology, BOKU University, Austria
- Soil and Water Pollution - Concepts and Theory, University of Copenhagen, Denmark
- Molecular Microbial Ecology of Soils, BOKU University, Austria