Laboratorio ambientale

A.A. 2019/2020
18
Crediti massimi
216
Ore totali
SSD
AGR/13 AGR/16 CHIM/06
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Il corso di Laboratorio Ambientale si compone di tre insegnamenti (chimica ambientale, microbiologia ambientale e biochimica ambientale ed ecotossicologia) che prevedono attività di laboratorio e lezioni frontali volte ad affrontare casi di contaminazione e ripristino ambientale. Il corso insegna agli studenti ad utilizzare il metodo della ricerca (problem solving) e dell'esperienza diretta. Le attività delle tre materie sono fortemente integrate e insegnano agli studenti a lavorare in gruppo e ad affrontare i problemi con ottica multidisciplinare e spirito critico.
Il corso fornirà agli studenti conoscenze relative a:
- aspetti della contaminazione da composti organici ed inorganici nei diversi comparti ambientali (acque, aria, suolo)
- tecniche analitiche strumentali di misura utilizzate in ambito ambientale
- ruolo di piante e microrganismi nei processi ambientali in presenza di stress abiotici
- tecnologie chimiche e biologiche per la bonifica dei siti, per il trattamento dei rifiuti e il recupero dei materiali, con cenni alla normativa vigente
- analisi statistiche per l'interpretazione di dati ambientali
Risultati apprendimento attesi
Al termine del corso lo studente avrà acquisito abilità pratiche nell'utilizzo di strumentazioni analitiche per la quantificazione di: composti organici e inorganici nell'ambiente, microflora connessa ai processi ambientali, stato fisiologico delle piante. Gli studenti saranno portati a sviluppare competenze trasversali come la comunicazione e la discussione dei dati scientifici.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Periodo
Primo semestre
Prerequisiti
Conoscenze di base di chimica, fisiologia vegetale e microbiologia.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
Presentazione e discussione dei risultati del laboratorio ambientale congiunto: la prova finale consisterà nella presentazione pubblica e nella redazione di un report con i risultati ottenuti riferendosi in modo più dettagliato ad una delle diverse attività di ricerca svolte la cui scelta sarà concordata con i docenti.
Gli studenti dovranno dimostrare di conoscere limiti e punti di forza delle tecniche analitiche apprese, saper contestualizzare il caso-studio e discutere i dati ottenuti finalizzandoli in una proposta di intervento di bonifica. Sarà inoltre valutata la capacità di condurre il lavoro multidisciplinare con spirito di gruppo.
chimica ambientale
Programma
Lezioni (3 CFU): Unità di misura, equivalenze, u.d.m. utilizzate in ambito ambientale. I metalli pesanti: chimica e cenni di tossicologia. Il campionamento: pianificazione di un campionamento a seconda del comparto ambientale e degli scopi dell'indagine. Metodiche di prelievo dei campioni, conservazione e vita media dei campioni. I metodi spettroscopici di analisi: UV-Vis, teoria, applicazioni, retta di taratura. Risonanza Magnetica Nucleare (NMR): teoria, chemical shift, nuclei quadrupolari, costanti di accoppiamento. NMR di nuclei diversi da H e C. Spettrometria di massa: teoria, strumentazione, applicabilità. Quadrupolo e ICP-MS. Cromatografia: teoria della separazione cromatografica, utilizzo di GC e HPLC in ambito ambientale.
Laboratorio (3 CFU): la sicurezza nei laboratori chimici. Campionamento nel sito oggetto di studio. Trattamento dei campioni, estrazione, separazione e quantificazione tramite UV-Vis e HPLC di pigmenti vegetali. Mineralizzazione dei campioni e analisi tramite ICP-MMMS per la determinazione di metalli pesanti e di altri elementi di interesse ambientale. Utilizzo dell'NMR in ambito ambientale, acquisizione di spettri del Fosforo e di altri elementi. Analisi dei dati e discussione. Stesura della relazione finale.
Metodi didattici
Lezioni frontali, esercitazioni.
Materiale di riferimento
Lucidi delle lezioni, articoli forniti dal docente.
microbiologia ambientale
Programma
Lezioni (3 CFU): Il campionamento microbiologico. Metodi di analisi e di monitoraggio delle comunità microbiche ambientali. Conte su substrati contaminanti, colture di arricchimento, microcosmi. Genomica ambientale: polymerase chain reaction (PCR), PCR quantitativa Real Time, librerie di cloni, denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE), sequenziamento Sanger, sequenziamento Illumina. Biodegradazione di contaminanti organici e determinanti genetiche: idrocarburi monoaromatici, policiclici aromatici (PAH) ed alifatici. Dealogenazione riduttiva di solventi clorurati. I processi co-metabolici. Meccanismi di resistenza e metabolismo batterico dei metalli pesanti e dell'Arsenico. Microbiologia della rizosfera e dell'endosfera: batteri promotori della crescita delle piante, rhizodegradazione di contaminanti, traslocazione dei metalli in pianta (phytoremediation e piante alimentari). Tecniche di biorisanamento di siti contaminati. Vita microbica in ambienti estremi: i drenaggi acidi di miniera. Sistemi elettrochimici microbici: batteri elettroattivi, celle elettrochimiche microbiche, produzione di composti di interesse da biomasse di scarto. Seminari di società private coinvolte in procedimenti di recupero ambientale e di enti pubblici di controllo, ricerca e gestione ambientale (ARPA, CNR, Enti Parco, ERFAS).
Laboratori (3 CFU): La sicurezza nei laboratori di microbiologia. Campionamento nel sito oggetto d'indagine. Preparazione e conservazione dei campioni per le analisi microbiologiche e molecolari. Conta di batteri totali aerobi e anaerobi, conta MPN di batteri degradanti i composti contaminanti. Analisi fenotipica di isolati batterici ambientali: resistenza ai metalli pesanti e all'arsenico, capacità di mineralizzazione di composti organici, attività di promozione di crescita delle piante (siderofori, IAA, EPS, solubilizzazione dei fosfati, ACC deaminasi, mobilità). Estrazione DNA da campioni ambientali e da ceppi batterici. Allestimento di reazioni di polimerizzazione a catena (PCR) e di PCR quantitativa (qPCR): 16S rRNA e geni funzionali. Corsa elettroforetica su gel di agarosio. Analisi delle sequenze nucleotidiche mediante pacchetti di bioinformatica. Analisi dei dati complessivi e discussione. Come preparare la relazione di gruppo.
Metodi didattici
Lezione frontali (24 h), attività sperimentali di campo e laboratorio, seminari e momenti di rielaborazione (48 h). Alcune delle lezioni frontali sono organizzate secondo metodologie di flipped learning.
Materiale di riferimento
Lucidi delle lezioni caricati sul sito Ariel del corso.
Articoli forniti dal docente a lezione.
Dispense delle esercitazioni distribuite in laboratorio.
Libri di testo:
-M.T. Madigan, J.M. Martinko, K.S. Bender, D.H. Buckley, D.A. Stahl. Brock - Biologia dei microrganismi. Volume unico. 2016, XIV edizione. Ed. Pearson.
- B. Biavati e C. Sorlini, Microbiologia agroambientale, edizione 2012, Casa editrice Ambrosiana.
biochimica ambientale ed ecotossicologia
Programma
Lezioni
Stress abiotici nelle piante: aspetti molecolari, biochimici e fisiologici.
Approcci per l'identificazione delle basi molecolari dei fenomeni di adattamento e di tolleranza delle piante agli stress abiotici
Relazioni tra qualità dell'ambiente su aspetti quantitativi e qualitativi (inclusa la salubrità per i consumatori), delle produzioni vegetali
Interazioni chimiche, biochimiche e fisiologiche che si realizzano nel sistema suolo-pianta
Biosensori e bioindicatori vegetali e loro uso nel monitoraggio della qualità di aria, acque e suoli.
Tecniche di risanamento ambientale che prevedono l'uso delle piante: opportunità e limiti
Attività sperimentali
Tecniche di analisi strumentale per lo studio: a) dello stato fisiologico generale delle piante (conduttanza stomatica attraverso tecniche di imaging termico IR, fluorescenza ed imaging di fluorescenza fogliare, sensori per la determinazione del contenuto in clorofilla delle foglie, fotosintesi e scambi gassosi fogliari, sensoristica multi- e iperspettrale): b) dei livelli di inquinanti organici o inorganici nel suolo e nelle piante (spettrometria UV-Vis, GC/MS-gascromatografia e LC-MS cromatografia liquida di massa, ICP-MS; analizzatori elementali C/H/N/S); d) dei flussi di inquinanti nell'ambito dei sistemi suolo/pianta/aria (spettrometria di massa isotopica IRMS)
Approcci molecolari e biochimici (proteomica, metabolomica e ionomica) per lo studio dello stato fisiologico delle piante e della efficienza delle piante in tecniche di risanamento ambientale
Ogni anno, con la collaborazione degli studenti, viene identificato ed analizzato un caso di studio reale. A titolo di esempio negli scorsi anni le attività sperimentali hanno riguardato: a) un caso di contaminazione di suoli e piante con arsenico in seguito a fenomeni esondazione di un torrente di montagna che lungo il suo percorso attraversa una zona mineraria abbandonata; b) prove preliminari di risanamento con piante di un suolo agricolo contaminato da metalli pesanti in seguito all'uso di fanghi; c) prove preliminari per la messa a punto di programmi di fitostabilizzazione e/o risanamento del suolo di aree urbane inquinate da metalli pesanti e idrocarburi; d) effetti sul suolo e sulle piante di una fuoriuscita accidentale di idrocarburi da un oleodotto in prossimità di un'area agricola e valutazione della possibilità di utilizzare le piante per il contenimento delle consegenze ambientali.
Metodi didattici
Lezione frontali (24 h), attività sperimentali di campo e laboratorio, seminari e momenti di rielaborazione. Alcune delle lezioni frontali sono organizzate secondo metodologie di flipped learning.
Materiale di riferimento
Per ragioni legate alla natura sperimentale del corso non esistono libri di testo specifici. Il materiale necessario (libri, articoli scientifici, manuali di funzionamento, testi legislativi, siti web) saranno segnalati dal docente durante le lezioni frontali e le attività di laboratorio. Verrà messo a disposizione degli studenti tutto il materiale proiettato durante le lezioni.
Moduli o unità didattiche
biochimica ambientale ed ecotossicologia
AGR/13 - CHIMICA AGRARIA - CFU: 6
Laboratori: 48 ore
Lezioni: 24 ore

chimica ambientale
CHIM/06 - CHIMICA ORGANICA - CFU: 6
Laboratori: 48 ore
Lezioni: 24 ore
Docenti: Bedussi Floriana, Scaglia Barbara, Scaglioni Leonardo

microbiologia ambientale
AGR/16 - MICROBIOLOGIA AGRARIA - CFU: 6
Laboratori: 48 ore
Lezioni: 24 ore
Docente: Cavalca Lucia

Docente/i
Ricevimento:
Previo appuntamento
DEFENS-Microbiologia Ambientale, 3° piano, via Mangiagalli 25
Ricevimento:
Tutti i giorni previo appuntamento telefonico o con e-mail
Ufficio presso Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali - Produzione, Territorio, Agroenergia
Ricevimento:
su appuntamento
ufficio della Docente presso DISAA -Edificio 9-I piano
Ricevimento:
giovedì 10:30/12:30
studio c/o DEFENS