Biochimica e fisiologia vegetale

A.A. 2019/2020
6
Crediti massimi
56
Ore totali
SSD
AGR/13
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.
Tali competenze saranno acquisite mediante lezioni frontali ed esercitazioni in classe inerenti la risoluzione di problemi inerenti la biochimica ed in laboratorio inerenti il dosaggio di composti biochimici atti a definire la qualità di un prodotto agrario.
Risultati apprendimento attesi
Lo studente acquisirà la conoscenza dei meccanismi che regolano le trasformazioni energetiche e della materia negli organismi vegetali, e dei fattori biochimici e fisiologici alla base della produttività delle specie coltivate, anche in ambienti sfavorevoli. Al termine dell'Insegnamento, le conoscenze acquisite saranno utili per affrontare problemi pratici in un contesto agrario, utilizzando le aumentate capacità critiche e di giudizio. La partecipazione ad esercitazioni in classe prove di laboratorio e la modalità di esame, che prevede anche la risposta ad una domanda aperta inerente un tema fondamentale fra gli argomenti sviluppati nell'Insegnamento, concorreranno a sviluppare le abilità di comunicare quanto si è appreso. Inoltre, l'utilizzo di strumenti di studio diversificati (manuali, materiale on line messo a disposizione dalla Docente, appunti personali, Internet) contribuirà a sviluppare la capacità di reperire autonomamente informazioni e spunti utili anche per una futura attività lavorativa.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
Principi di bioenergetica e termodinamica. 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 (0,5 CFU frontali).
Gli enzimi come catalizzatori biologici: aspetti termodinamici e cinetici della catalisi enzimatica. L'equazione di Michaelis-Menten. Inibizione e regolazione delle reazioni catalizzate da enzimi. (0,5 CFU frontali).
Il metabolismo: concetti di catabolismo ed anabolismo. 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. La trasformazione dei lipidi di riserva in carboidrati nelle piante: cenni al ciclo del gliossilato. (0,8 CFU frontali).
La fotosintesi. 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 fotoossidativi. La fase di organicazione del carbonio:cicli C3 e C4, metabolismo CAM. La fotorespirazione. (0,8 CFU)
Risposte alla luce ed alla temperatura: il punto di compensazione per la luce, il punto di compensazione per la CO2. (0,1 CFU frontali).
L'acqua e la pianta. 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, turgore. 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. (0,85 CFU frontali).
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. Organi "source" ed organi "sink". (0,1 CFU frontali).
La nutrizione minerale: 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. 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)
Ormoni vegetali e fitoregolatori. Cenni generali sulle caratteristiche peculiari delle sostanze regolatrici di crescita dei vegetali. Valutazione dell'attività biologica: i test biologici. Auxine, gibberelline, citochinine, acido abscissico ed etilene: descrizione di alcuni effetti fisiologici specifici e di alcune pratiche agronomiche ad essi correlati. Fisiologia dello stress. Il concetto di stress. Gli stress abiotici: stress da bassa temperatura, stress idrico, stress da acidità del suolo, stress ossidativi e da irraggiamento. Aspetti biochimici e fisiologici delle risposte delle piante a tali stress. (0,35 CFU frontali).
Specifici argomenti verranno integrati con lo svolgimento di esercizi ad hoc (esercitazione).
Prerequisiti e modalità di esame
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, video registrazioni delle lezioni).
La docente utilizzerà: a) lezioni frontali; b) esercitazioni in aula; c) esercitazioni in laboratorio disciplinare. Tutte le attività concorreranno al raggiungimento dei Risultati di Apprendimento Attesi.
La frequenza all'Insegnamento è fortemente consigliata.
Materiale didattico e bibliografia
Nelson D., Cox M. "Introduzione alla biochimica di Lehninger", Zanichelli (prima metà dell'Insegnamento, Biochimica).
R. Pinton et al., Fondamenti di Biochimica Agraria, Patron Editore, Bologna. D'Andrea G. Biochimica Essenziale EdiSES (prima metà dell'Insegnamento, Biochimica).
N. Rascio, "Elementi di Fisiologia Vegetale", Edises (seconda metà dell'Insegnamento, Fisiologia Vegetale).
R.F. Evert, S.E. Eichhorn, Biologia delle piante di Raven, Zanichelli (prima e seconda metà dell'Insegnamento, Biochimica e Fisiologia Vegetale).
Appunti delle lezioni dell'Insegnamento. Copia delle slides mostrate a lezione saranno messe a disposizione degli studenti del CdS nel sito Ariel 2.0 di UniMi (Biochimica e Fisiologia Vegetale) dalla Docente, dove sono presenti anche videoregistrazioni delle lezioni.
Il materiale didattico è lo stesso per studenti frequentanti e non frequentanti.
Modalità esame
Non c'è nessuna propedeuticità obbligatoria. Tuttavia, il superamento degli esami del primo anno (Biologia Vegetale, Fisica, Chimica Inorganica e Chimica Organica) è fortemente raccomandato prima di affrontare la preparazione all'esame. L'esame consisterà in due verifiche scritte (ciascuna della durata di 2 ore), da svolgersi in due date diverse, una riguardante la prima parte dell'Insegnamento (Biochimica Vegetale) e l'altra riguardante la seconda metà dell'Insegnamento (Fisiologia Vegetale). È previsto lo svolgimento di una prova in itinere (poco dopo la metà dello svolgimento dell'Insegnamento). Materiale consentito per lo svolgimento della prova: calcolatrice personale (NON inserita nello smartphone!). Per la prova di Biochimica, la verifica consterà di 1 domanda aperta (0-9/30), 24 domande chiuse (0,75/30 ciascuna se esatta, 0/30 se assente e -0,25/30 se errata) ed un esercizio (0-3/30). L'esercizio è volto ad accertare la capacità di risolvere tipologie di problemi tipici della pratica di laboratorio biochimico. La prova di Fisiologia Vegetale consterà di 1 domanda aperta (per un totale di 9/30) e 28 domande chiuse (per un totale di 21/30) valutate con il criterio sopra descritto. Le domande aperte saranno valutate sulla base di parametri quali la capacità di organizzare discorsivamente la conoscenza, la qualità dell'esposizione, la competenza nell'impiego del lessico specialistico, eccetera). La prova di Fisiologia Vegetale non potrà essere affrontata qualora non si sia superata la prova di Biochimica. L'esame si intenderà superato avendo riportato la sufficienza (punteggio uguale o maggiore di 17,5/30) in entrambe le prove. In caso di insufficienza grave (punteggio minore di 15/30) la prova non potrà essere ripetuta prima di 30 giorni. Le modalità di verifica saranno identiche per studenti frequentanti e non frequentanti. I risultati di ogni appello saranno pubblicizzati tramite la bacheca presso la Sede del Corso di Studi (Edolo) e tramite la bacheca elettronica del sito Ariel 2.0 dell'Insegnamento. Gli esami si svolgeranno presso la sede di Edolo se gli studenti iscritti saranno almeno 5; in caso contrario, si svolgeranno presso la sede della Facoltà di Scienze Agrarie ed Alimentari, via Celoria 2, Milano. Studenti DSA: per poter usufruire delle facilitazioni previste è necessario aver comunicato la propria situazione al Servizio Disabili e DSA di UniMI (Serv.Interventi Assistenza,Integrazione Sociale,Diritti Persone Handicap; (http://www.unimi.it/studenti/serviziodisabiliedsa.htm). Il referente del CdS in Facoltà è la prof.ssa Raffaella Zanchi (raffaella.zanchi@unimi.it). Inoltre, si richiede agli studenti con certificazione DSA di dare tempestiva comunicazione alla Docente per concordare le modalità di esame. Gli studenti iscritti ad un appello d'esame e che non desiderino più sostenerlo sono tenuti a darne tempestiva comunicazione alla docente; in caso di inadempienza, non potranno presentarsi all'appello successivo. Sulla base di specifiche e documentate esigenze degli studenti Fuori Corso si potranno attivare, previo accordo con la Docente, appelli d'esame aggiuntivi anche presso la Sede di Milano.
AGR/13 - CHIMICA AGRARIA - CFU: 6
Esercitazioni: 16 ore
Lezioni: 40 ore
Docente: Morgutti Silvia
Docente/i
Ricevimento:
su appuntamento tramite E-mail
Dipartimento di Scienze Agrarie ed Ambientali