Laboratorio ambientale

A.A. 2019/2020
Insegnamento per
18
Crediti massimi
216
Ore totali
SSD
AGR/13 AGR/16 CHIM/06
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Il corso si propone di fornire allo studente le conoscenze dei principali aspetti della contaminazione ad opera di composti chimici nei diversi comparti ambientali (acque, aria, suolo) e dei principali inquinanti organici ed inorganici. Far conoscere le tecniche strumentali di misura utilizzate in ambito ambientale, quali quelle spettroscopiche e separative. Definire le principali tecnologie chimiche per l'ambiente relative al trattamento dei rifiuti, alla bonifica dei siti ed al recupero dei materiali, con cenni alla normativa vigente.
L'insegnamento intende fornire conoscenze scientifiche e tecniche per comprendere il ruolo dei microrganismi ambientali , la natura dei diversi ambienti in cui sono presenti e per e dell'attività microbica sull'ambiente e sulle attività umane.Parte teorica:
a) definire i processi fisiologici e molecolari alla base dell'adattamento delle piante agli stress ambientali abiotici;
b) fornire gli elementi per la comprensione dei fenomeni di distribuzione delle sostanze xenobiotiche nell¿ambiente, dei processi che ne determino l'accumulo negli organismi vegetali e dei loro effetti tossici sulle biocenosi;
c) fornire elementi per l'utilizzo delle piante (biondicatori) o di loro funzioni (biosensori) per il monitoraggio e il risanamento (phytoremediation) ambientale.
Parte sperimentale:
a) fornire competenze di base e abilità pratiche a proposito di tecniche analitiche strumentali per l¿effettuazione di valutazioni chimiche e fisiologiche su suolo e matrici vegetali: spettrometria visibile-UV, spettrometria di massa (GC-MS; HPLC-MS), analisi elementale (C/H/N/S) e ionomica (ICP-MS), conduttimetria, termografia IR, misure di scambi gassosi per misure di fotosintesi e traspirazione, fluorimetria.
b) fornire competenze per la definizione di tecniche di campionamento di suolo, acque e biomasse in pieno campo;
c) sviluppare analisi statistiche adeguate per linterpretazione di dati ambientali.
Lo studente conseguirà la capacità di sviluppare ed applicare metodologie per la gestione dei dati ambientali acquisendo un'adeguata autonomia di giudizio. Deve inoltre saper applicare le conoscenze acquisite per la comprensione e valutazione dei fenomeni e delle criticità derivanti dall'interazione tra attività antropiche e matrici ambientali.Strumenti conoscitivi per lo studio delle popolazioni microbiche nei diversi ambienti, per l' identificazione e la coltivazione dei microrganismi di interesse e per il monitoraggio della loro presenza ed attività in diversi ambienti.Conoscenze di base di fisiologia vegetale utili alla definizione di strategie di low-input per una produzione agricola sostenibile anche in termini ambientali e alla possibilità di ricorrere alle piante per attività di monitoraggio e di risanamento ambientale.

Struttura insegnamento e programma

Edizione attiva
Responsabile
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

STUDENTI FREQUENTANTI
Informazioni sul programma
Il 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. In fase di avvio delle attività sono previste attività di campionamento che si svolgeranno con uscite sul campo. In queste occasioni le problematiche di caratterizzazione chimica, vegetale e microbiologica del sito in esame verranno contestualizzate in stretta collaborazione con operatori pubblici (ASL, assessorati regionali e/o provinciali all'ambiente, alla salute, alla agricoltura; servizi territoriali comunali, ecc) e privati (associazioni professionali, associazioni di produttori, ecc.) a diverso titolo interessati.
Ogni problematica analizzata verrà ricondotta anche a situazioni analoghe in contesti naturali e/o produttivi nazionali ed internazionali. A questo scopo potranno essere programmati anche lezioni specifiche o seminari di esperti esterni.
Le attività dei tre laboratori saranno tra loro fortemente integrate poiché per i casi di studio verranno approfonditi gli aspetti chimici, microbiologici e biochimici-fisiologici che li caratterizzano. In termini metodologici verrà privilegiato il metodo della ricerca (problem solving) e della esperienza diretta. Soprattutto le attività di laboratorio vedranno un coinvolgimento attivo degli studenti che in piccoli gruppi, e talvolta anche a livello di singoli, opereranno il più possibile in modo autonomo. Sarà sempre garantita comunque la presenza del docente e di suoi collaboratori.
Agli studenti verranno fornite, attraverso esperienze dirette di campo e di laboratorio, oltre alle competenze di base abilità analitiche strumentali che includeranno:
spettrometria visibile-UV, IR, NiR; spettrometria di massa (GC-MS; HPLC-MS); cromatografia liquida ad alta prestazione (HPLC); analisi elementale (C/H/N/S) e ionomica (ICP-MS); risonanza magnetica nucleare (NMR); metodi microbiologici; metodi molecolari (PCR, sequenziamento di acidi nucleici, PCR quantitativa); bioinformatica; conduttimetria; termografia IR; fluorimetria.
Ampio spazio sarà dedicato alla elaborazione statistica dei dati ottenuti. Le attività preliminari di campionamento saranno precedute da una serie di lezioni frontali nelle quali verranno approfondite le basi statistiche e le ragioni analitiche sulle quali si fondano le diverse tecniche di campionamento di suolo, acque e/o materiale vegetale.
Durante tutte le attività sarà cura del singolo studente la redazione di un quaderno di laboratorio nel quale verranno puntualmente riportate le diverse attività.
Propedeuticità
Chimica inorganica-Chimica organica-Biochimica e fisiologia vegetale agraria-Microbiologia generale
Prerequisiti e modalità di esame
Conoscenze di base di chimica, fisiologia vegetale e microbiologia.
Presentazione e discussione dei risultati del laboratorio ambientale congiunto.
Metodi didattici
Lezioni frontali.
Esercitazioni.
Uscite didattiche.
Seminari.
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 e gestione ambientale (ARPA, CNR, Enti Parco).
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. Allestimento di reazioni di polimerizzazione a catena (PCR) e di PCR quantitativa: 16S rRNA e geni funzionali. Corsa elettroforetica su gel di agarosio. Analisi delle sequenze nucleotidiche. Analisi dei dati e discussione. Come preparare la relazione di gruppo.
Metodi didattici
Lezioni frontali.
Esercitazioni.
Uscite didattiche.
Seminari.
Materiale didattico e bibliografia
Lucidi delle lezioni.
Articoli forniti dal docente.
Testi consigliati:
Brock Biologia dei microrganismi 1 - Microbiologia generale, Pearson ed.
Brock Biologia dei microrganismi 2 - Microbiologia ambientale ed industriale, Pearson ed.
Microbiologia generale e agraria, a cura di Bruno Biavati e Claudia Sorlini, casa editrice Ambrosiana
Microbiologia agroambientale, a cura di Bruno Biavati e Claudia Sorlini, casa editrice Ambrosiana.
STUDENTI NON FREQUENTANTI
Prerequisiti e modalità di esame
Conoscenze di base di chimica, fisiologia vegetale e microbiologia.
Esame orale nelle tre discipline.
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.
Materiale didattico e bibliografia
Lucidi delle lezioni.
Articoli forniti dal docente.
Testi consigliati:
Brock Biologia dei microrganismi 1 - Microbiologia generale, Pearson ed.
Brock Biologia dei microrganismi 2 - Microbiologia ambientale ed industriale, Pearson ed.
Microbiologia generale e agraria, a cura di Bruno Biavati e Claudia Sorlini, casa editrice Ambrosiana
Microbiologia agroambientale, a cura di Bruno Biavati e Claudia Sorlini, casa editrice Ambrosiana.
Periodo
Primo semestre
Periodo
Primo semestre
Modalità di valutazione
Esame
Giudizio di valutazione
voto verbalizzato in trentesimi
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