Fondamenti metabolici e fisiologici in ambito agrario

A.A. 2023/2024
10
Crediti massimi
88
Ore totali
SSD
AGR/13 AGR/16
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
L'Insegnamento si propone di:
- fornire agli studenti le conoscenze di base relative ai processi biochimici e fisiologici fondamentali delle piante superiori, con l'obiettivo generale di comprendere i meccanismi maggiormente coinvolti nella determinazione della produttività delle specie coltivate, anche in ambienti sfavorevoli;
- fornire le nozioni fondamentali riguardanti la Microbiologia Generale e Agroalimentare e le tecniche microbiologiche di base per le analisi alimentari.
Tali competenze saranno acquisite sia mediante lezioni frontali ed esercitazioni in classe riguardanti la risoluzione di problemi di biochimica, sia mediante esercitazioni di laboratorio inerenti analisi biochimiche e microbiologiche atte a definire la qualità di prodotti agro-alimentari.
Risultati apprendimento attesi
Lo studente acquisirà la conoscenza dei meccanismi che regolano le trasformazioni energetiche e della materia negli organismi vegetali e nei microrganismi, e dei fattori biochimici e fisiologici alla base della produttività in ambito agro-alimentare, anche in ambienti sfavorevoli. Al termine dell'Insegnamento, le conoscenze acquisite saranno utili per affrontare problemi pratici in un contesto agrario, anche tramite l'applicazione di tecniche biochimiche e microbiologiche di base per l'analisi di campioni agro-alimentari. La partecipazione ad esercitazioni in classe, a prove di laboratorio, e la modalità di esame, orale o scritto con domande aperte, concorreranno a sviluppare le abilità di comunicare e traferire le conoscenze acquisite. Inoltre, l'utilizzo di strumenti di studio diversificati (manuali, materiale on line messo a disposizione dai Docenti, appunti personali, risorse in rete) contribuirà a sviluppare la capacità di reperire autonomamente informazioni e spunti utili alla futura attività lavorativa.
Corso singolo

Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.

Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Periodo
Secondo semestre

Programma
U.D. 1 - Biochimica e Fisiologia Vegetale; Gian Attilio Sacchi - LEZIONI FRONTALI 6 CFU
BREVE DESCRIZIONE DELL'INSEGNAMENTO
L'Insegnamento descrive i principali processi biochimici e fisiologici delle piante superiori, la cui conoscenza è indispensabile per la comprensione dei più importanti meccanismi coinvolti nella determinazione della resa produttiva delle colture anche in ambienti marginali.
Il programma dell'Insegnamento prevede, in sintesi, la presentazione e trattazione dei seguenti argomenti: BIOENERGETICA E DI BIOCHIMICA: 1) Bioenergetica e termodinamica (0,75 CFU). 2) Catalisi enzimatica (0,75 CFU). 3) Metabolismo energetico: Glicolisi, fermentazione, ciclo TCA, altre vie del metabolismo del C. Fosforilazione ossidativa (1,5 CFU).
FISIOLOGIA VEGETALE; 1) Fotosintesi: fase luminosa e fase di assimilazione, ecofisiologia (1,5 CFU); 2) Rapporti pianta-acqua. Traspirazione, regolazione stomatica, ascesa della linfa grezza. Traslocazione dei fotosintati e relazioni source-sink (1CFU). 3) Nutrizione minerale. Potenziali chimici ed elettrochimici, assorbimento ed assimilazione di soluti (0,5 CFU).
PROGRAMMA DETTAGLIATO DELL'INSEGNAMENTO
BIOENERGETICA E DI BIOCHIMICA
-Principi di bioenergetica e termodinamica (0,75 CFU frontali): sistemi termodinamici e loro relativi ambienti; prima e seconda legge della termodinamica; entropia ed energia libera; reazioni esoergoniche ed endoergoniche; reazioni energeticamente accoppiate; ATP e trasferimento di gruppi fosforici; altri composti ad alta energia; gli stati di ossidazione del carbonio nelle molecole di interesse biologico; il potenziale di ossidoriduzione; reazioni di ossidoriduzione; relazione fra delta E e variazione di energia libera (delta G); coenzimi di ossidoriduzione; reazioni di ossidoriduzione di interesse biologico
-Gli enzimi come catalizzatori biologici (0,75 CFU frontali): aspetti termodinamici e cinetici della catalisi enzimatica; l'equazione di Michaelis-Menten; inibizione e regolazione delle reazioni catalizzate da enzimi.
-Il metabolismo, concetti di catabolismo ed anabolismo (1,5 CFU frontali): metabolismo del carbonio, degradazione dei polisaccaridi di riserva (amido); glicolisi; fermentazione lattica ed alcoolica; rendimento energetico della degradazione del glucosio in condizioni anaerobiche; il ciclo di Krebs; il flusso degli elettroni e la fosforilazione ossidativa; la teoria chemioosmotica per l'accoppiamento della sintesi di ATP alla forza proton-motrice del gradiente di H+; rendimento energetico della degradazione del glucosio in condizioni aerobiche; cenni alla presenza di altri meccanismi per il consumo di O2 nelle cellule vegetali; altre vie per l'ossidazione del glucosio: la via dei pentosi-fosfati; cenni agli aspetti fondamentali del metabolismo dei lipidi di riserva; rendimento energetico della degradazione degli acidi grassi.
FISIOLOGIA VEGETALE
La fotosintesi (1,5 CFU): lo spettro della radiazione solare; contenuto energetico delle radiazioni di diversa lunghezza d'onda; radiazione fotosinteticamente attiva; spettri di assorbimento e spettri d'azione, pigmenti fotosintetici; fenomeni di eccitazione e deeccitazione; fotosistemi, complessi antenna, centri di reazione; trasferimento di energia dai complessi antenna al centro di reazione; funzione dei pigmenti accessori; flusso di elettroni e fosforilazione fotosintetici: lo schema a Z; fotofosforilazione non ciclica e ciclica; erbicidi che interferiscono con il trasporto fotosintetico di elettroni (cenni); danni foto-ossidativi; la fase di assimilazione del carbonio: cicli C3 e C4, metabolismo CAM; la fotorespirazione (1 CFU); ecofisiologia della fotosintesi: risposte alla luce ed alla temperatura, il punto di compensazione per la luce, il punto di compensazione per la CO2.
L'acqua e la pianta (1 CFU): il potenziale dell'acqua: definizione, fattori che lo influenzano: pressione, temperatura, presenza di soluti; le componenti del potenziale idrico nella cellula vegetale: potenziale di soluto, potenziale di matrice, potenziale di pressione; fenomeni osmotici; la legge di Van't Hoff; soluzioni isotoniche, ipotoniche, ipertoniche; plasmolisi e turgore cellulare; la crescita per distensione della cellula vegetale; il sistema continuo suolo-pianta-atmosfera; assorbimento dell'acqua da parte delle radici: via apoplastica e via simplastica; la traspirazione; la forza traente per il movimento della linfa grezza nello xilema: teoria della tensione-adesione-coesione; perdita di acqua dagli stomi; meccanismi di regolazione dell'apertura stomatica; la traslocazione dei fotosintati nel floema; meccanismi di caricamento e scaricamento del saccarosio nel e dal floema, ruolo del trasporto attivo degli H+; la teoria del flusso da pressione osmoticamente generato per il trasporto dei fotosintati nel floema. Relazione tra organi sink e organi source.

La nutrizione minerale (0,5 CFU): esigenze nutrizionali delle piante (macro e micronutrienti); disponibilità dei nutrienti e crescita della pianta; meccanismi di trasporto nelle cellule vegetali; le membrane cellulari ed il plasmalemma e loro ruolo nella fisiologia della cellula; permeabilità selettiva; potenziali chimici ed elettrochimici e loro ruolo nel determinare la direzione del movimento di una sostanza; equazione di Nernst; fenomeni diffusionali, trasporto attivo e passivo; proteine di trasporto e canali ionici; cenni al ruolo della H+-ATPasi di membrana nella generazione del gradiente di potenziale elettrochimico dei protoni transmembrana e conseguenze sul movimento degli altri soluti; assorbimento ed assimilazione di azoto, zolfo e fosforo; assorbimento di micronutrienti: l'esempio del ferro; esempi di tossicità da minerali pesanti: l'alluminio; meccanismi di resistenza a metalli pesanti: esclusione e detossificazione. (1 CFU)

U.D. 2 - Microbiologia Generale e Agro-alimentare Agraria - Manuela Silvia Rollini - LEZIONI FRONTALI 3 CFU, ESERCITAZIONI 1 CFU
BREVE DESCRIZIONE DELL'INSEGNAMENTO
L'insegnamento fornisce le nozioni fondamentali riguardanti morfologia, fisiologia, metabolismo e funzione in natura dei microrganismi, in riferimento alla loro utilizzazione nelle biotecnologie agrarie riguardanti la tutela dell'ambiente, la produzione animale e vegetale, la trasformazione degli alimenti. Il programma dell'Insegnamento prevede, in sintesi, la presentazione e trattazione dei seguenti argomenti:
1) Morfologia e citologia di procarioti e eucarioti (0,25 CFU). 2) Crescita microbica, sua valutazione e controllo (0,35 CFU). 3) I virus batterici (0,15 CFU). 4) Metabolismo microbico (0,5 CFU). 5) Elementi di genetica dei procarioti. (0.5 CFU). 6) Ecosistemi microbici: interazioni tra microrganismi, animali e piante (0,7 CFU). 7) Gruppi microbici coinvolti nelle principali trasformazioni alimentari (0,75 CFU). 8) Esercitazioni in laboratorio (1 CFU): colture batteriche, microscopia, analisi microbiologiche.
PROGRAMMA DETTAGLIATO DELL'INSEGNAMENTO
MICROBIOLOGIA GENERALE
Il mondo microbico: la cellula procariote: struttura, funzioni e comparazione con la cellula eucariote; morfologia delle cellule batteriche e degli eumiceti; esigenze nutrizionali dei microrganismi; fattori che influenzano la crescita microbica: pH, temperatura, disponibilità di acqua libera, presenza di ossigeno.
I batteriofagi: ciclo litico e lisogeno; il metabolismo microbico: correlazioni tra catabolismo e anabolismo; le principali vie metaboliche energetiche (respirazione aerobia, respirazione anaerobia, fermentazione).
La ricombinazione genetica: trasformazione, coniugazione, trasduzione ed i principi della mutazione; i principali concetti della filogenesi e della classificazione microbica: definizione di genere, specie e ceppo microbico; i criteri della identificazione.
MICROBIOLOGIA AGRO-ALIMENTARE
Interazioni tra microrganismi in ecosistemi microbici: neutralismo, competizione, amensalismo, predazione, commensalismo, parassitismo, mutualismo.
Interazioni tra microrganismi e piante: simbiosi mutualistiche.
I principali gruppi batterici coinvolti nella produzione e conservazione degli alimenti. La classificazione e la identificazione dei principali eumiceti convolti nel settore alimentare

Esercitazioni in laboratorio
Lavoro in sterilità, tecniche di sterilizzazione. Colture batteriche e terreni colturali. Trapianto, isolamento in coltura pura, ricerca di gruppi microbici specifici in campioni ambientali e alimentari.
Prerequisiti
La comprensione dei contenuti dell'Insegnamento non può prescindere dall'aver assimilato, dai relativi precedenti Insegnamenti, le conoscenze fondamentali di Biologia Vegetale, Fisica, Chimica Inorganica e Chimica Organica. Tali prerequisiti si applicano sia agli studenti frequentanti sia ai non frequentanti.
Metodi didattici
L'Insegnamento si avvale di materiale didattico e-learning presente sulla piattaforma Ariel (diapositive Power Point).
I docenti utilizzeranno: a) lezioni frontali; b) esercitazioni in aula e nel caso di Microbiologia anche in laboratorio disciplinare. Tutte le attività concorreranno al raggiungimento dei Risultati di Apprendimento Attesi (cfr. paragrafo dedicato).
La frequenza all'Insegnamento è fortemente consigliata.
Materiale di riferimento
U.D. 1
Nelson D., Cox M. "Introduzione alla biochimica di Lehninger", Zanichelli (U.D. 1, Biochimica).
Pinton et al., Fondamenti di Biochimica Agraria, Patron Editore, Bologna (U.D. 1 , Biochimica).
D'Andrea G. Biochimica Essenziale EdiSES (U.D. 1, Biochimica)).
N. Rascio, "Elementi di Fisiologia Vegetale", Edises (U.D. 1, Fisiologia Vegetale).
R.F Evert, S.E Eichhorn, Biologia delle piante di Raven, Zanichelli (U.D. 1, Biochimica e Fisiologia Vegetale).
Appunti delle lezioni dell'Insegnamento. Copia delle slides mostrate a lezione saranno messe a disposizione degli studenti nel sito http://ariel.unimi.it (Prof. Gian Attilio Sacchi)

U.D. 2
Testo adottato: B. Biavati e C. Sorlini, 2012: Microbiologia generale e Agraria. Vol. 1, Casa Editrice Ambrosiana, Milano.
E' disponibile sul sito http://ariel.unimi.it (Prof.ssa Manuela Silvia Rollini) il materiale per le esercitazioni, i files con tutte le slides proiettate durante le lezioni e materiale aggiuntivo a integrazione degli argomenti trattati.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
Lo studente deve dimostrare capacità di elaborare i contenuti del corso integrandoli con quelli degli Insegnamenti precedenti. Rispetto ad altri Insegnamenti del CdS non c'è nessuna propedeuticità obbligatoria. Tuttavia, il superamento degli esami del primo anno (Biologia Vegetale e Animale, Fisica, Chimica Generale e Inorganica e Chimica Organica) è fortemente raccomandato prima di affrontare la preparazione all'esame.

PREMESSA: la conoscenza e la comprensione degli argomenti svolti nella prima parte del corso (i primi 3 CFU della U.D.1) sono indispensabili ai fini della comprensione degli argomenti svolti successivamente, inerenti sia la Fisiologia Vegetale (ultimi 3 CFU della U.D.1), sia la Microbiologia agraria (4 CFU, della U.D.2).

In questa logica, e anche per facilitare la preparazione all'esame, al termine delle lezioni relative ai primi 3 CFU della U.D.1 è prevista la possibilità di svolgere una prima prova scritta volta all'accertamento delle conoscenze acquisite dallo studente. Tale prova consisterà in 4/5 domande a risposta aperta relative ad argomenti relativi ai principi di bioenergetica e biochimica. Le domande potranno essere anche corredate con figure e/o tabelle che dovranno essere descritte e discusse.
Sempre nel caso della U.D.1, al termine delle lezioni relative ai secondi 3 CFU (Fisiologia vegetale), sarà programmata una seconda prova scritta. Anche questa prova, che avrà come tema gli argomenti di fisiologia vegetale trattati, consisterà in 4/5 domande a risposta aperta. Le domande potranno essere anche corredate con figure e/o tabelle che dovranno essere descritte e discusse. A questa seconda prova scritta potranno partecipare gli studenti e le studentesse che hanno superato la prima prova scritta.
Per chi ha superato entrambe le prove, è previsto infine un breve colloquio orale nel quale lo/la studente/studentessa potrà eventualmente discutere e approfondire con la commissione alcuni aspetti relativi alle due prove. Nel caso in cui sia stata superata solo la prima prova scritta, il colloquio terminale prevedrà anche 2/3 domande relative agli argomenti propri della seconda prova. Al termine del colloquio finale verrà formulato un punteggio complessivo che terrà conto anche dei punteggi ottenuti nelle prove scritte parziali.
In generale, le risposte delle prove scritte, nonché dell'eventuale colloquio, saranno valutate sulla base di parametri quali; a) la capacità di organizzare discorsivamente la conoscenza; b) la qualità dell'esposizione; c) la competenza nell'impiego del lessico tipico degli argomenti studiati.
Per coloro che non avessero superato, o avessero deciso di non sostenere nessuna delle due prove scritte parziali, è previsto, a partire dalla fine delle lezioni, un colloquio orale complessivo composto di almeno tre domande riguardanti tutto il programma della U.D.1. Anche in questo caso la prova sarà valuta sulla base di parametri quali: a) la capacità di organizzare discorsivamente la conoscenza; b) la qualità dell'esposizione; c) la competenza nell'impiego del lessico tipico degli argomenti studiati.
Al termine di questo colloquio verrà formulato un punteggio complessivo per la U.D.1.
Nel caso della U.D.2 (Microbiologia) la verifica dell'apprendimento avverrà attraverso una prova scritta, che comprenderà tipicamente quattro domande: due di microbiologia generale e due di microbiologia agraria-alimentare nelle quali lo studente dovrà dimostrare la capacità di elaborare i contenuti del corso per affrontare problematiche di natura agro-ambientale in maniera interdisciplinare.

In ogni caso, sia per l'U.D.1, sia per l'U.D.2, le modalità di verifica, sulla base degli argomenti oggetto del programma, saranno identiche per studenti frequentanti e non frequentanti.

La votazione finale del corso (10 CFU) risulterà dalla media ponderata del punteggio conseguiti rispetto ai CFU delle due Unità Didattiche.
Gli esami si svolgeranno presso la sede di Edolo se gli studenti iscritti saranno almeno 5; diversamente potranno svolgersi a discrezione dei docenti, presso la sede della Facoltà di Scienze Agrarie ed Alimentari, via Celoria 2, Milano. La sede definitiva per ogni prova di esame sarà dunque comunicata agli studenti iscritti (iscrizioni online) per e-mail alla chiusura delle iscrizioni, cioè di norma due giorni prima dell'appello. Si raccomanda pertanto agli studenti di consultare regolarmente la propria casella e-mail istituzionale ([email protected]) e le bacheche dei siti Ariel 2.0. Gli studenti iscritti ad un appello d'esame che non desiderino più sostenerlo sono tenuti quindi, qualora l'accesso al sistema online risulti chiuso, a darne tempestiva comunicazione ai Docenti. In caso di inadempienza, lo studente non sarà ammesso a presentarsi all'appello successivo.
Studenti DSA: per poter usufruire degli strumenti dispensativi e compensativi previsti è necessario aver consegnato al Servizio Disabili e DSA di UniMI (Serv. Interventi Assistenza, Integrazione Sociale, Diritti Persone Handicap; https://www.unimi.it/it/ugov/ou-structure/cosp-ufficio-servizi-studenti-con-disabilita-e-dsa) l'opportuna certificazione. Il referente DSA per il CdS è la Prof.ssa Fulvia Tambone ([email protected]). È indispensabile che gli studenti DSA concordino tempestivamente (almeno 15 gg prima) con il singolo Docente le modalità di esame ed il materiale ammesso a sostegno (ad esempio schemi logici o tabelle).

Durante l'anno saranno a calendario almeno 6 appelli per ognuna delle due prove orali (U.D.1 e U.D.2) d'esame, distribuiti in accordo con il calendario delle attività didattiche e le settimane di interruzione della didattica. Si ricorda agli studenti che non sono previsti appelli nei periodi di attività didattica. Solo per gli studenti Fuori Corso, sulla base di specifiche e documentate esigenze e previo accordo con i Docenti, si potranno attivare appelli d'esame aggiuntivi, orientativamente presso la Sede di Milano.

Eventuali informazioni aggiuntive sulle modalità d'esame saranno illustrate dai rispettivi Docenti durante lo svolgimento dell'Insegnamento.
AGR/13 - CHIMICA AGRARIA
AGR/16 - MICROBIOLOGIA AGRARIA
Laboratori: 16 ore
Lezioni: 72 ore
Docente/i
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 via email
DeFENS, Sezione Microbiologia degli Alimenti e Bioprocessi, Via Mangiagalli 25 terzo piano