FISIOLOGIA VEGETALE
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2022/2023
- Docente
- GIUSEPPE FORLANI
- Crediti formativi
- 9
- Periodo didattico
- Primo Semestre
- SSD
- BIO/04
Obiettivi formativi
- La Fisiologia vegetale è una disciplina che appartiene alle scienze della vita e affronta lo studio delle basi molecolari delle funzioni della pianta, con particolare attenzione al metabolismo fotosintetico. Sono pertanto trattati aspetti generali, quali la morfofisiologia, l’ecofisiologia, la biochimica e la biologia molecolare dei vegetali, e altri più specifici, quali la fotobiologia, la bioenergetica, i regolatori di crescita e il metabolismo secondario dei vegetali. La materia affronta lo studio sia dei meccanismi di base del funzionamento delle piante, sia aspetti applicativi, quali le basi del controllo della produttività e le biotecnologie vegetali.
L’obiettivo principale del corso consiste nel fornire agli studenti le basi per la comprensione del funzionamento di un organismo vegetale, caratterizzato da una natura autotrofa, sessile e a crescita aperta, dotato di una struttura priva di un organo centrale di rielaborazione delle informazioni e di un sistema circolatorio chiuso. Viene quindi posto l'accento sulla diversità delle funzioni che garantiscono la crescita e il completamento del ciclo vitale di una pianta rispetto a quanto visto in altri corsi per gli organismi animali.
Lo studente è guidato lungo il percorso, perché arrivi alla comprensione della relazione tra le strutture e le funzioni degli organismi vegetali, con particolare attenzione all'ontogenesi (lo sviluppo di organi e tessuti, fino alla transizione fiorale) e alle interazioni (sia abiotiche, in funzione delle condizioni climatiche e della disponibilità di nutrienti, che biotiche, con predatori e competitori) tra pianta e ambiente.
Le attività di laboratorio hanno il compito di far meglio comprendere agli studenti alcuni degli argomenti trattati nell'ambito del corso, e contestualmente di far acquisire manualità nell'esecuzione di protocolli sperimentali, e impratichirsi in alcune delle tecniche basilari per lo studio della materia vivente a livello biochimico, molecolare e cellulare.
CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Lo studente:
- apprenderà la corretta terminologia scientifica
- acquisirà conoscenza dei meccanismi molecolari alla base dei principali processi fisiologici della pianta
- comprenderà le modalità attraverso cui la pianta è in grado di trasformare l’energia luminosa in energia chimica;
- conoscerà i meccanismi che consentono alla pianta di recuperare dall’ambiente i nutrienti minerali;
- comprenderà le interazioni tra le principali vie metaboliche della pianta, sia nel metabolismo basale che in quello secondario
- comprenderà come la pianta possa reagire alle variazioni ambientali per mezzo di ormoni e fotorecettori.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Lo studente acquisirà le capacità di:
- usare la corretta terminologia scientifica;
- comprendere i principali processi che rendono possibile lo sviluppo della pianta;
- capire e prevedere I meccanismi attraverso cui la pianta reagisce al cambiamento delle condizioni ambientali;
- utilizzare la conoscenza delle tecniche scientifiche di base per studiare i principali processi fisiologici della pianta, pianificando semplici protocolli sperimentali;
- usare le più semplici tecniche alla base delle biotecnologie vegetali, come la stabilizzazione di colture cellulari e la crescita di plantule in condizioni axeniche. Prerequisiti
- Sebbene non vi siano propedeuticità, lo studente deve possedere conoscenze di base di chimica generale, chimica organica, biofisica e biochimica, e una adeguata padronanza delle nozioni di base della biologia cellulare, con particolare attenzione a quella vegetale, e del metodo e della terminologia scientifica.
Contenuti del corso
- Il corso prevede lezioni frontali ed esercitazioni in laboratorio.
Le lezioni in aula affronteranno i seguenti argomenti:
Motivazioni che rendono attuale lo studio della biologia vegetale (2h).
Relazioni tra struttura e funzioni nella cellula vegetale: parete cellulare; vacuolo e tonoplasto; plasmalemma; plastidi, mitocondri, microcorpi e citoscheletro; nucleo e via di secrezione (5 h).
Il metabolismo fotosintetico: i pigmenti fotosintetici e il meccanismo di cattura della luce; fotosistema II, fotosistema I e la catena di trasporto degli elettroni; riduzione del NADP+ e fotofosforilazione non ciclica; ciclo dei chinoni e fotofosforilazione ciclica; fissazione della CO2: ciclo di Calvin e sua regolazione; fotorespirazione e ciclo C2; metabolismo C4 e metabolismo CAM; fotodanno e meccanismi di dissipazione dell'eccesso di energia; adattamenti fotosintetici (12 h).
Bioenergetica: sintesi di amido e di saccarosio; glicolisi, ciclo dei pentosi fosfati, ciclo di Krebs e catena respiratoria nei vegetali; principi biofisici del trasporto di molecole; potenziale idrico e potenziale elettrochimico; trasporto attivo secondario; trasporto xilematico e trasporto floematico; metabolismo lipidico e ciclo del gliossilato nel seme (13 h).
Nutrizione minerale: elementi essenziali; ciclo biogeochimico e assimilazione riduttiva dell'azoto; fissazione simbiontica e non simbiontica dell'azoto; metabolismo del fosforo e simbiosi micorriziche; metabolismo dello zolfo e del ferro; legge del minimo e dei profitti diminuiti e principi di concimazione in agricoltura (7 h).
Metabolismo secondario delle piante: difesa dall'attacco di patogeni e erbivori. Glucosidi cianogenici e glucosinolati; fenoli, terpeni e alcaloidi; uso delle colture in vitro a fini produttivi (5 h).
Gli ormoni delle piante: fototropismo e gravitropismo; auxine, citochinine e gibberelline; colture in vitro e biotecnologie vegetali; etilene e acido abscissico; altre sostanze ad attività ormonale (8 h).
Le piante e l'ambiente: la percezione della luce; le diverse forme di fitocromo e di criptocromo; transizione alla fase riproduttiva; fioritura e ritmi circadiani; cenni di fisiologia dello stress (6 h).
Attività di laboratorio:
Separazione dei pigmenti fotosintetici mediante cromatografia su colonna e caratterizzazione delle loro proprietà
Misurazione della fotosintesi in cloroplasti isolati mediante tecniche spettrofotometriche e valutazione di possibili inibitori del trasporto fotosintetico di elettroni Metodi didattici
- Il corso è strutturato in lezioni teoriche frontali e esercitazioni guidate nel Laboratorio funzionale del Dipartimento SVeB. In particolare sono previste 72 ore complessive di didattica (9 CFU), di cui 64 ore di lezione frontale (8 CFU) e 8 ore di esercitazioni (1 CFU). Le lezioni si svolgono settimanalmente in aula e l’esposizione avviene mediante l’utilizzo di diapositive su power-point.
Per aiutare lo studente a verificare in itinere il proprio livello di preparazione, a intervalli regolari 6 lezioni frontali sono dedicate a prove di autovalutazione: ogni volta il docente proietta 12 domande simili a quelle che costituiranno l'esame finale scritto, invitando a cercare di rispondere; quindi alle domande viene data risposta dal docente, con un breve ripasso del contesto a cui il quesito faceva riferimento, in modo che lo studente possa accertare l'esattezza della risposta che aveva dato.
Per i laboratori gli studenti vengono divisi in turni, e all'interno del turno in gruppi (massimo 3 studenti per gruppo). Modalità di verifica dell'apprendimento
- L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti del programma del corso e la capacità di ragionamento sviluppata dallo studente. La valutazione è espressa in trentesimi (voto minimo 18).
L'esame può essere scritto o orale, a scelta dello studente.
L’esame consistente in un elaborato scritto consta di 66 domande a scelta multipla (5 risposte possibili, di cui 1 sola corretta). Ogni risposta corretta vale 0.5 punti, non ci sono penalizzazioni per le risposte sbagliate.
L'esame orale consta in genere di 3 o 4 domande (una sul metabolismo fotosintetico, una sulla nutrizione minerale, una sugli ormoni e i processi da essi regolati, una su uno dei restanti argomenti affrontati nell'ambito del corso). Non si ritiene superato l’esame se lo studente non riesce ad argomentare sostanzialmente nulla su una delle domande poste, o se nel corso dell'intero esame lo studente si limita a esporre pochi enunciati senza dimostrare una adeguata comprensione degli stessi. La votazione tiene conto dell'insieme delle risposte date e della capacità di ragionamento dimostrata. Testi di riferimento
- A scelta uno dei seguenti testi:
L. Taiz e E. Zeiger, Fisiologia Vegetale, 4a ed. italiana, 2012, Piccin Editore, Padova
L. Taiz e E. Zeiger, Elementi di Fisiologia Vegetale, 1a ed. italiana, 2013, Piccin Editore, Padova
o la corrispondente edizione in inglese (L. Taiz and E. Zeiger, Plant Physiology and Development,
6th edition, 2015, Sinauer Associates Inc, Sunderland MS).
