Ciclo dei nutrienti nel sistema suolo-pianta

A.A. 2025/2026
10
Crediti massimi
88
Ore totali
SSD
AGR/13 AGR/16
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
L'insegnamento si propone di fornire una conoscenza approfondita delle interazioni fra la pianta e il suolo rizosferico, approfondendo i meccanismi chimici e biologici che influenzano la disponibilità di nutrienti nell'interfaccia suolo-radice e le risposte delle piante alle differenti condizioni nutrizionali e ambientali. L'insegnamento approfondirà i meccanismi alla base della biodisponibilità dei nutrienti per la pianta, gli effetti dell'ambiente e le tematiche relative all'impatto degli inquinanti organici e inorganici sul sistema suolo-pianta con particolare attenzione alla qualità e sicurezza delle produzioni vegetali.
Risultati apprendimento attesi
Verranno acquisite:
- conoscenze dei processi fisici, chimici e biologici che controllano e regolano la disponibilità dei nutrienti e degli inquinanti;
- conoscenze biochimiche e fisiologiche delle relazioni suolo-pianta in risposta ai nutrienti e alla presenza di inquinanti inorganici e organici;
- capacità critica riguardo le tematiche di difesa ambientale in un contesto agro-ambientale.
Corso singolo

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Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Periodo
Secondo semestre

Programma
Il programma sarà svolto alternando lezioni dei docenti per fornire un insegnamento multidisciplinare degli argomenti trattati.
LA RIZOSFERA: INTERAZIONI FRA PIANTA-SUOLO-MICROORGANISMI (CFU=1)
- Lo sviluppo delle radici: caratteristiche, controllo genetico ed ormonale. Risposta della crescita radicale ai fattori ambientali. La rizosfera: caratteristiche e metodi di studio. Attività biochimiche della radice che influenzano la rizosfera. La rizodeposizione.
- Nicchie microbiche nel sistema suolo-pianta. L'effetto rizosfera sulle comunità microbiche. Taxa microbici tipici nella rizosfera e nella pianta.
- Interazioni ecologiche tra microrganismi e con la pianta. Condizioni ambientali che influenzano le popolazioni microbiche. Metodi di studio dei microrganismi nel sistema suolo-pianta.
LA NUTRIZIONE MINERALE DELLE PIANTE: ASPETTI GENERALI, CREAZIONE DELLA FERTILITÀ DEI SUOLI, CICLI BIOGEOCHIMICI DEI NUTRIENTI, ACQUISIZIONE DEI NUTRIENTI DA PARTE DELLE PIANTE (CFU=3,5)
- I nutrienti minerali essenziali e benefici: classificazione e funzioni fisiologiche. Metodi di analisi in laboratorio per la determinazione del contenuto dei nutrienti minerali nelle piante.
- La disponibilità dei nutrienti minerali nel suolo. Le richieste nutrizionali e le interazioni fra nutrienti. Carenza e tossicità dei nutrienti minerali. L'efficienza d'uso dei nutrienti.
- Diversità metabolica dei microrganismi in ambienti ossici e anossici. Attività microbiche che contribuiscono alla creazione della fertilità dei suoli: fissazione del carbonio.
- Mineralizzazione della sostanza organica: metabolismi microbici in aerobiosi e in anaerobiosi. Formazione dell'humus.
- Metabolismo microbico dell'azoto in ambienti ossici e anossici. Diazotrofia. Denitrificazione. Ammonificazione. Nitrificazione. Interventi sul processo di nitrificazione nella formulazione dei concimi ammoniacali.
- L'acquisizione dell'azoto nelle piante. L'assorbimento radicale del nitrato: trasporto e regolazione. Riduzione ed assimilazione dell'azoto: enzimi e regolazione metabolica. La gestione dell'ammonio nelle piante. Il contributo dell'azoto organico alla nutrizione delle piante.
- Metabolismo microbico dello zolfo. Riduzione assimilativa e dissimilativa del solfato. Ossidazione dello zolfo. Solubilizzazione del fosfato inorganico e del potassio. Mineralizzazione del fosfato organico.
- Ruolo dei microrganismi nella biodisponibilità dei micronutrienti delle piante. Metabolismo microbico del ferro. Ossidazione del ferro. Riduzione dissimilativa del ferro.
- L'acquisizione e il metabolismo dello zolfo nelle piante. Il ruolo dello zolfo nella detossificazione di sostanze tossiche nella pianta.
- L'acquisizione del fosforo nelle piante. L'assorbimento e il trasporto del fosfato nelle piante. Le risposte delle piante alla carenza di fosforo: architettura e risposte biochimiche della radice.
- Acquisizione e ruolo dei macronutrienti cationici: magnesio, calcio, potassio. Funzioni in pianta e risposte alla carenza.
- I micronutrienti: ruolo, acquisizione da parte delle piante e risposte alla carenza. Approfondimenti sul ferro: le specie con strategia I e II e le interazioni nutrizionali.
SUOLI A RIDOTTA FERTILITÀ: ASPETTI AMBIENTALI E MICROBIOLOGICI, RISPOSTE FISIOLOGICHE E BIOCHIMICHE DELLE PIANTE (CFU=1,25)
- Effetto dello stress idrico, dell'eccesso di salinità, e dell'acidità nei suoli sulle comunità microbiche rizosferiche.
- Lo stress da carenza idrica: cause ed effetti sulle caratteristiche del suolo, sullo sviluppo radicale e sulla fisiologia della pianta.
- Specie alofite e glicofite. Stress salino: le fasi di stress osmotico e ionico. Effetti fisiologici e metabolici sulle piante. Strategie di risposta delle piante allo stress e adattamento.
- Stress da eccesso idrico. Le risposte metaboliche delle piante e la loro regolazione. I cambiamenti morfologici e di sviluppo. Il ruolo dell'etilene.
- Lo stress indotto dai suoli acidi. La tossicità dell'alluminio: effetti sulla crescita e sullo stato nutrizionale della pianta. Meccanismi di adattamento: detossificazione ed accumulo.
ATTIVITÀ DI PROMOZIONE DELLA CRESCITA DELLE PIANTE: LE RELAZIONI PIANTA-MICROORGANISMI, INOCULI, BIO-FERTILIZZANTI E BIOSTIMOLANTI (CFU=1,75)
- Microrganismi promotori della crescita delle piante: meccanismi diretti (produzione di fitormoni, incremento della fitodisponibilità di nutrienti) e indiretti (competizione con i patogeni, induzione della resistenza sistemica). Comunicazione tra microrganismi e con la pianta: quorum sensing, segnali molecolari e riconoscimento pianta-microrganismo.
- Il metabolismo secondario nelle interazioni radicali: definizione di metaboliti secondari ed esempi sui ruoli di difesa e comunicazione nel suolo.
- Simbiosi pianta-microrganismi: i rizobi e la fissazione dell'azoto e le micorrize.
- Aspetti di fisiologia della pianta inerenti allo stabilirsi delle relazioni di associazione e simbiosi con i microorganismi del suolo.
- Cambiamenti climatici: effetti sulla nutrizione minerale delle piante e sulle interazioni rizosferiche.
- Biostimolanti: definizione, tipologie e utilizzo in agricoltura per la nutrizione minerale e la risposta a stress delle piante.
- Pratiche di bioinoculazione microbica: i bioinoculanti, i suoli soppressivi e il soil transplanting.
IMPATTO DELLE ATTIVITÀ ANTROPICHE: INQUINANTI INORGANICI E ORGANICI ED IMPATTO SULLA CRESCITA DELLE PIANTE, LE TECNICHE DI CONTENIMENTO, I SERVIZI ECO-SISTEMICI DEI MICROORGANISMI PER LA SOSTENIBILITÀ AGRICOLA (CFU=1,5)
- Utilizzo di liquami e fanghi di depurazione in agricoltura: diffusione di patogeni, ruolo dei microrganismi nell'inquinamento per perdite di azoto nell'acqua e nell'aria.
- Reazioni microbiche che influenzano la biodisponibilità dei metalli pesanti e dei metalloidi. Biodegradazione microbica dei contaminanti organici. Fitorisanamento assistito dai microrganismi.
- I metalli pesanti. Fattori coinvolti nella distribuzione dei metalli pesanti nelle piante. I meccanismi di tossicità, detossificazione e tolleranza.
- I metalli pesanti e la phytoremediation: concetti di base ed applicazione. I metalli pesanti e la sicurezza degli alimenti.
- I contaminanti organici: implicazioni per la produttività agricola e la sicurezza.

ESERCITAZIONI DI LABORATORIO (CFU=1): attività di laboratorio integrate fra fisiologia della pianta e microbiologia, inerenti ad aspetti della nutrizione minerale e delle risposte a stress abiotici.
Prerequisiti
Sono consigliate conoscenze di base negli ambiti della fisiologia e biochimica delle piante e della microbiologia.
Metodi didattici
- Lezioni frontali: la frequenza non è obbligatoria, ma consigliata.
- Esercitazioni in laboratorio: la frequenza non è obbligatoria, ma consigliata.
Per gli studenti non frequentanti il programma e il materiale didattico sono gli stessi.
Materiale di riferimento
Il materiale proiettato a lezione sarà reso disponibile sulla piattaforma Ariel in PDF.
Sarà fornita dai docenti una raccolta di articoli scientifici su alcune delle tematiche affrontate.
Testi consigliati:
- Marschner's Mineral Nutrition of Plants. 2022- IV edition. Editors: Rengel, Cakmak, White. Academic Press. Paperback ISBN: 9780128197738, eBook ISBN: 9780323853521.
- M.T. Madigan, K.S. Bender, D.H. Buckley, W.M. Sattley, D.A. Stahl. Brock - Biologia dei microrganismi. 2022, XVI edizione. Ed. Pearson.
- B. Biavati e C. Sorlini. Microbiologia Agroambientale. 2008. Casa Editrice Ambrosiana.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
La verifica dell'apprendimento è effettuata mediante prova orale. L'interrogazione si sviluppa attraverso domande su tutti gli argomenti dell'insegnamento e avrà una durata di circa 30 minuti. L'esame è volto ad accertare: il raggiungimento dei risultati di apprendimento attesi; la capacità di esposizione dello studente; la padronanza della terminologia specifica; la capacità dello studente di applicare la conoscenza in contesti ipotetici. Il voto viene espresso in trentesimi (30/30).

Studentesse e studenti con DSA o disabilità sono pregate/i di contattare via mail il docente almeno 15 giorni prima della data di esame prevista per concordare le eventuali misure individualizzate. Nella mail indirizzata al docente è necessario mettere in CC i rispettivi Servizi di Ateneo: [email protected] (per studenti con DSA) o [email protected] (per studenti con disabilità).
AGR/13 - CHIMICA AGRARIA - CFU: 6
AGR/16 - MICROBIOLOGIA AGRARIA - CFU: 4
Laboratori: 16 ore
Lezioni: 72 ore
Docente/i
Ricevimento:
Su appuntamento. Si prega di richiederlo via mail.
Studio. Edificio 21090, Facoltà di Scienze Agrarie e Alimentari, via Celoria 2, Milano. Oppure online sulla piattaforma Teams.
Ricevimento:
Previo appuntamento
Via Mangiagalli 25, 20133 Milano, 3° floor