Laboratorio ambientale

A.A. 2020/2021
18
Crediti massimi
216
Ore totali
SSD
AGR/13 AGR/16 CHIM/06
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
L'insegnamento di Laboratorio Ambientale è composto da tre moduli (Chimica Ambientale, Microbiologia Ambientale e Biochimica Ambientale ed Ecotossicologia) che prevedono attività di laboratorio e lezioni frontali volte ad affrontare casi reali di contaminazione e ripristino ambientale. Gli studenti imparano ad affrontare i casi studio reali con il metodo della ricerca (problem solving) e dell'esperienza diretta. Le attività delle tre materie sono fortemente integrate e portano gli studenti a lavorare in gruppo e ad affrontare i problemi con ottica multidisciplinare e spirito critico. L'insegnamento fornisce gli strumenti culturali e tecnico-scientifici per affrontare la problematica della contaminazione ambientale, integrando così la preparazione degli studenti del Corso di Laurea. Gli studenti prendono contatto con il mondo del lavoro grazie all'organizzazione di seminari con esperti di gestione ambientale e sviluppano capacità di comunicazione grazie all'applicazione di metodi di flipped learning.
Risultati apprendimento attesi
Gli studenti imparano a:
· determinare la diffusione della contaminazione da composti organici ed inorganici nei diversi comparti ambientali (acque, aria, suolo, piante) e a comprenderne le cause;
· utilizzare tecniche analitiche strumentali in ambito ambientale;
· valutare il ruolo di piante e microrganismi nei processi ambientali;
· applicare analisi statistiche di base per l'interpretazione di dati ambientali;
· inquadrare i casi di contaminazione nei termini della legislazione ambientale vigente.
Al termine del corso lo studente avrà acquisito abilità pratiche nell'utilizzo di strumentazioni analitiche per la quantificazione di: composti organici e inorganici, microflora connessa ai processi ambientali, stato fisiologico delle piante. Gli studenti svilupperanno competenze trasversali quali il lavoro di gruppo, la comunicazione in pubblico, la discussione critica dei dati scientifici. Le competenze acquisite in merito alle tecnologie di bonifica ambientale, trattamento dei rifiuti e recupero dei materiali, permetteranno agli studenti di interagire con le figure professionali che operano nel settore del ripristino ambientale.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Periodo
Primo semestre
Le lezioni frontali saranno erogate sia in presenza che da remoto sulla piattaforma Microsoft Teams, secondo l'orario pubblicato sul sito del corso. Il codice di accesso alla classe LABORATORIO AMBIENTALE è presente sul sito Ariel dell'insegnamento.
Le esercitazioni pratiche saranno svolte presso i laboratori didattici della sede di via Mangiagalli 25, piano terra (Chimica Ambientale) e primo piano (Microbiologia Ambientale) e presso il laboratorio del Prof. Sacchi (Biochimica Ambientale ed Ecotossicologia). Il distanziamento sanitario richiesto verrà garantito. Nel caso fosse necessario, gli studenti potranno assistere alle esercitazioni da remoto sulla piattaforma Microsoft Teams, classe LABORATORIO AMBIENTALE.
Le uscite didattiche saranno condotte in ottemperanza alle regole di distanziamento sanitario.
Gli esami orali saranno condotti da remoto sulla piattaforma Microsoft Teams. Il codice di accesso è presente sul sito Ariel dell'insegnamento.
Questa sezione è in costante aggiornamento. Si invitano gli studenti a contattare i docenti.
Prerequisiti
Conoscenze di base di chimica inorganica ed organica, biochimica e fisiologia vegetale, microbiologia generale, chimica del suolo.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
Gli studenti frequentanti dovranno presentare un report in formato PDF contenente i risultati ottenuti nel corso delle esercitazioni delle tre discipline riguardanti il caso-studio esaminato. Sentiti i docenti, gli studenti si suddividono il lavoro riferendosi ad una delle attività di ricerca svolte. La prova d'esame consiste nella presentazione e discussione del contenuto del report. La seduta è congiunta per i tre moduli e da adito ad un unico voto e all'acquisizione di 18 CFU.
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.
Gli studenti non frequentanti svolgeranno tre esami separati per le tre discipline. Il voto sarà mediato e da adito a 18 CFU complessivi.
chimica ambientale
Programma
Lezioni: (CFU 1) Unità di misura, equivalenze 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. (CFU 2) 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. (CFU 3) Spettrometria di massa: teoria, strumentazione, applicabilità. Quadrupolo e ICP-MS. Cromatografia: teoria della separazione cromatografica, utilizzo di GC e HPLC in ambito ambientale.
Laboratorio: (CFU 1) La sicurezza nei laboratori chimici. Campionamento nel sito oggetto di studio. (CFU 2) Trattamento dei campioni, estrazione, separazione e quantificazione tramite UV-Vis, HPLC, GC e GC-MS di inquinanti organici, analisi del suolo. (CFU 3) Mineralizzazione dei campioni e analisi tramite ICP-MS per la determinazione di metalli pesanti e di altri elementi di interesse ambientale. Utilizzo dell'NMR in ambito ambientale, acquisizione di spettri di inquinanti organici. Analisi dei dati e discussione. Stesura della relazione finale.
Metodi didattici
Lezioni, esercitazioni di laboratorio e di calcolo, attività di campionamento in campo, seminari.
La frequenza è consigliata ma non obbligatoria.
Le lezioni, le attività di laboratorio e le attività di elaborazione e presentazione dei risultati saranno tendenzialmente svolte in lingua italiana. Nel far ciò tuttavia si terrà conto delle abilità linguistiche dei singoli e se necessario l'insegnamento sarà erogato in lingua inglese. Occorre comunque tener presente che il materiale bibliografico di approfondimento fornito sarà in lingua inglese.
Materiale di riferimento
Lezioni, esercitazioni di laboratorio e di calcolo, attività di campionamento in campo, seminari.
Sito Ariel contenente i lucidi delle lezioni, articoli forniti dal docente e materiale registrato.
microbiologia ambientale
Programma
Lezioni
CFU 1: Cenni di legislazione ambientale. 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.
CFU 2: 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).
CFU 3: Tecniche di biorisanamento di siti contaminati. Vita microbica in ambienti estremi: i drenaggi acidi di miniera. Sistemi elettrochimici microbici: batteri elettro-attivi, 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, ERSAF).
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. Calcoli ed elaborazione dei dati. Analisi dei dati complessivi e discussione. Come preparare la relazione di gruppo.
Metodi didattici
− Lezioni (24 h). Due ore di lezione sono tenute dagli studenti e organizzate secondo metodologie di flipped learning.
− Attività sperimentali di campo e laboratorio, seminari e momenti di rielaborazione (48 h).
La frequenza è consigliata ma non obbligatoria.
Le lezioni, le attività di laboratorio e le attività di elaborazione e presentazione dei risultati saranno tendenzialmente svolte in lingua italiana. Nel far ciò tuttavia si terrà conto delle abilità linguistiche dei singoli e se necessario l'insegnamento sarà erogato in lingua inglese. Occorre comunque tener presente che il materiale bibliografico di approfondimento fornito sarà in lingua inglese.
Materiale di riferimento
Lucidi e registrazioni delle lezioni, articoli scientifici sul sito Ariel del corso.
Dispense delle esercitazioni distribuite in laboratorio (per gli studenti frequentanti).
Testi consigliati
-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. Volume unico. 2008. Casa Editrice Ambrosiana.
biochimica ambientale ed ecotossicologia
Programma
Lezioni frontali (3 CFU)
Aspetti molecolari, biochimici e fisiologici delle risposte delle piante agli stress abiotici (0.75 CFU). Approcci per l'identificazione delle basi molecolari dei fenomeni di adattamento e di tolleranza delle piante agli stress abiotici (0.25 CFU)
Relazioni tra qualità dell'ambiente e aspetti quantitativi e qualitativi (inclusa la salubrità per i consumatori) delle produzioni vegetali (0.5 CFU)
Interazioni chimiche, biochimiche e fisiologiche che si realizzano nel sistema suolo-pianta (0.5 CFU).
Biosensori e bioindicatori vegetali e loro uso nel monitoraggio della qualità di aria, acque e suoli. (0.5 CFU)
Tecniche di risanamento ambientale che prevedono l'uso delle piante: opportunità e limiti (0.5 CFU).
Attività sperimentali (3 CFU)
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
Metodi didattici
Lezione frontali (24 h), attività sperimentali di campo e laboratorio, seminari e momenti di rielaborazione e discussione dei risultati ottenuti e loro rappresentazione per un totale 48 h.
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 conseguenze ambientali.
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 da docente durante le lezioni frontali e le attività di laboratorio. Verrà messo a disposizione degli studenti sul sito ARIEL dedicato all'unità didattica 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

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

Siti didattici
Docente/i
Ricevimento:
Previo appuntamento
DEFENS-Microbiologia Ambientale, 3° piano, via Mangiagalli 25
Ricevimento:
su appuntamento
Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali - Produzione, Territorio, Agroenergia
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