Corso di laurea magistrale Monitoraggio Ambientale, Tutela e Ripristino LM-75

L'insegnamento si inserisce nel generale obiettivo del corso di studio di fornire un'approfondita preparazione culturale nell'analisi sistemica dell'ambiente naturale. 
Il modulo "Piante e microorganismi per la sostenibilità ambientale e dei cicli produttivi" si propone di fornire una panoramica delle principali associazioni piante-microorganismi, che saranno analizzati dal punto di vista evolutivo, ecologico, anatomico e cellulare. Alla fine del modulo gli studenti/le studentesse avranno acquisito le competenze per identificare e riconoscere i) la pianta come nicchia specializzata di comunità microbiche; ii) le simbiosi e il loro significato ecologico e applicativo, anche in un'ottica di sostenibilità e di ripristino ambientale, iii) l'importanza della componente biologica del suolo nel mantenimento della funzionalità degli ecosistemi e vi) alcuni dei meccanismi e dei fattori ambientali che influenzano le risposte delle piante a microrganismi benefici e parassiti.

Il modulo "Biodiversità microbica: sostenibilità ambientale e applicazioni biotecnologiche" si prefigge di fornire competenze teoriche e pratiche sulla presenza e i ruoli dei microrganismi (batteri, funghi, alghe) nel settore ambientale (es. biorisanamento di suoli e acque) ed industriale (es. processi biocatalitici, produzione di biogas). In particolare, durante le lezioni e le esercitazioni si valuteranno le fasi di processo (selezione ed identificazione degli organismi, ottimizzazione del processo, purificazione di eventuali metaboliti, ecc.) con esempi riguardanti differenti applicazioni biotecnologiche. Più specificatamente, alla fine dell'insegnamento lo studente/la studentessa sarà in grado di comprendere i processi biotecnologici coinvolti nei processi di biorisanamento ambientale e di produzione industriale.

 

Modulo Interazioni piante-microrganismi per la sostenibilità ambientale 

Conoscenza e capacità di comprensione
Alla fine del modulo si dovrà conoscere:
1. Il significato della simbiosi come fonte di innovazione biologica;
2. Nozioni sulla diversità delle interazioni nelle pianta in condizioni naturali e alterate;

Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Alla fine del modulo si saprà:
1. utilizzare una terminologia appropriata nel descrivere le simbiosi vegetali;
2. distinguere fra di loro i differenti tipi di simbiosi in base a criteri anatomici e tassonomici;
3. in base al tipo di associazione simbiotica, saperle inserire nel contesto dell’evoluzione delle piante;

Autonomia di giudizio
Al termine del modulo si saprà:
1. in base al tipo di associazione simbiotica, valutare possibili applicazioni in campo ambientale;
2. valutare la qualità, interpretare e rielaborare dati di letteratura.

Abilità comunicative
Alla fine del modulo si dovrà sapere:
1. utilizzare il linguaggio tecnico della biologia vegetale in riferimento alle interazioni pianta-microrganismi;
2. presentare in pubblico, individualmente o in gruppo, i risultati di una elaborazione su articoli scientifici recenti.

Capacità di apprendimento
Alla fine di questo modulo si avrà la capacità di:
1. riconoscere in altri sistemi di interazione pianta-microrganismo non illustrati a lezione le principali caratteristiche di una relazione mutualistica.
2. identificare caratteristiche utili delle simbiosi vegetali in specifici campi applicativi

Modulo Biodiversità microbica: sostenibilità ambientale e applicazioni biotecnologiche:

Conoscenza e capacità di comprensione
Al termine del modulo si dovrà possedere le competenze teoriche e pratiche per esplorare e sfruttare le potenzialità di utilizzo di differenti gruppi di microrganismi, in particolare funghi lievitoidi e filamentosi e microalghe, per diverse applicazioni biotecnologiche in processi industriali e a livello ambientale. Finalità del modulo sarà anche quelle di illustrare i rudimenti delle differenti metodologie utilizzate per isolare e identificare i differenti gruppi di microrganismi attraverso esercitazioni pratiche.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Alla fine del modulo si saprà:
- conoscere i principali microrganismi che possono essere utilizzati nei processi di biorisanamento e industriali
- descrivere i processi biotecnologici alla base del biorisanamento e dei processi industriali utilizzando una terminologia appropriata;
- individuare le principali problematiche legate al biorisanamento e ai processi industriali;
- discutere delle metodiche di analisi microbiologiche tradizionali e molecolari per studiare processi di biorisanamento e processi industriali.

Autonomia di giudizio
Al termine del modulo si saprà:
- interpretare i dati di un'analisi microbiologica di ambienti naturali e contaminati;
- interpretare i dati di analisi ecotossicologiche;
- effettuare una ricerca bibliografica sulle tematiche riguardanti questo insegnamento, valutare la qualità, interpretare e rielaborare dati di letteratura.

Abilità comunicative
Alla fine del modulo si dovrà sapere:
- esprimersi con una terminologia tecnica corretta nell'ambito della microbiologia e dell'ecotossicologia, con particolare riferimento a processi di biorisanamento e di biocatalisi industriale;
- presentare in pubblico, individualmente o in gruppo, i risultati di una elaborazione su articoli scientifici recenti.

Capacità di apprendimento
Alla fine di questo modulo si avrà la capacità di:
- riconoscere e applicare in altri sistemi le potenzialità dei microrganismi in relazione alle loro capacità metaboliche e alle caratteristiche abiotiche dell’ambiente in cui si deve operare;
- identificare caratteristiche utili nei diversi gruppi di microorganismi in specifici campi applicativi.

 

Modulo Interazioni piante-microrganismi per la sostenibilità ambientale:

• Le interazioni nel mondo del vivente. Varietà e terminologia delle relazioni nutrizionali tra piante e microrganismi. Definizione di simbiosi: simbiosi permanenti e simbiosi cicliche. La simbiosi come fonte di novità biologica: significato ecologico ed evolutivo.
• Concetto di microbioma e importanza delle interazioni tra piante e  comunità microbiche: concetto di rizosfera
• Le simbiosi azotofissatrici. Inquadramento generale e basi biochimiche e dell’azotofissazione. Descrizione delle più importanti associazioni azotofissatrici illustrando per ciascuna di esse le tappe di formazione, il livello di integrazione cellulare, le interazioni metaboliche e gli aspetti ecologici.

- Noduli radicali delle leguminose. Fase extraradicale e intraradicale. Segnali molecolari scambiati e loro percezione. Processo di organogenesi. Scambi metabolici.

- Attinorize. Modalità di infezione. Confronto con la simbiosi nelle leguminose

- Associazioni tra piante e cianobatteri. Spettro tassonomico dell’ospite vegetale. Regolazione del differenziamento del simbionte.

• Descrizione delle più importanti associazioni tra organismi fotosintetici e funghi illustrando per ciascuna di esse le tappe di formazione, i meccanismi di segnalazione, il livello di integrazione cellulare, le interazioni metaboliche e gli aspetti ecologici.

- La simbiosi micorrizica. Caratteristiche generali e tipologie micorriziche: ectomicorrize ed endomicorrize (arbuscolari, delle Orchidee, delle Ericales) ed ectoendomicorrize.

- Aspetti ecologici delle simbiosi micorriziche

- Aspetti cellulari delle simbiosi micorriziche

-Importanza delle simbiosi micorriziche negli agroecosistemi

• Moderne metodologie per studiare la diversità tassonomica e funzionale delle comunità batteriche e fungine che interagiscono con le piante.
• Applicazioni di inoculi microbici per la salute degli organismi vegetali, il mantenimento e il recupero degli agroecosistemi

Modulo Biodiversità microbica: sostenibilità ambientale e applicazioni biotecnologiche:

• Presentazione dell'insegnamento. Cenni sui più moderni sistemi di classificazione degli organismi con particolare riferimento  ai microrganismi utilizzati in biotecnologie: Archea, Batteri, Funghi, Alghe.
• Presentazione di Archea, Batteri, Funghi e Alghe dal punto di vista morfo-fisiologico.
• I determinanti di successo dei microrganismi dal punto di vista morfologico, genetico e fisiologico.
• Meccanismi di competizione tra microrganismi, “exploitation competition” e “interference competition”.
• Concetto di lotta biologica e di lotta integrata; vantaggi e problematiche da affrontare. Esempi di microrganismi come agenti di controllo biologico di differenti tipologie di malattie in campo agronomico e forestale.
• I microrganismi nel biorisanamento ambientale: biodegradazione e bioassorbimento di inquinanti organici e inorganici.
• Criteri per la selezione di ceppi algali per la produzione di biocarburanti e valutazione delle differenti fasi di lavorazione.
• Il concetto di bioraffineria. Produzione di bioetanolo e altre molecole attraverso l'utilizzo di scarti agroalimentari. Differenti tipologie di processo e di enzimi utilizzati. Problematiche attuali anche legate alla gestione del territorio.
• La produzione di biogas. Microrganismi coinvolti e tecnologie disponibili. Problematiche da affrontare.
• Ecotossicologia

 

La metodologia didattica consiste per ogni modulo in:
lezioni frontali n. 44 ore
esercitazioni in laboratorio n. 6 ore.

Il modulo Interazioni piante-microrganismi per la sostenibilità ambientale si tiene nel primo semestre, mentre il modulo Biodiversità microbica: sostenibilità ambientale e applicazioni biotecnologiche nel secondo semestre.

La didattica frontale verrà intervallata da momenti di interazione tra gli/le studenti/esse e il Docente, in cui verranno presentati casi studio e poste problematiche complesse, in modo da stimolare la discussione e l’abilità di problem solving. E' prevista l'elaborazione da parte degli/le studenti/esse di una breve presentazione basata su un caso studio preso dalla letteratura

Le esercitazioni verranno svolte nella sede di Viale Mattioli n°25 (orto botanico), con modalità e tempistiche che verranno comunicate a lezione.

Le diapositive proiettate verranno registrate e caricate sulla piattaforma Moodle, insieme a materiali di approfondimento (articoli, link a video etc…).

Modulo Interazioni piante-microrganismi per la sostenibilità ambientale:

L’apprendimento viene verificato attraverso una prova scritta e un colloquio orale.
PROVA SCRITTA - La prova scritta è costituita da 8 domande di varie tipologie (principalmente domande a risposta aperta, con eventuale riconoscimento di schemi e immagini). Le domande  intendono valutare le conoscenze acquisite sulle interazioni mutualistiche, la proprietà di linguaggio, la chiarezza espositiva e la capacità di sintesi. Il tempo a disposizione è di circa 75 minuti.
 

COLLOQUIO ORALE -Il colloquio orale consiste in una discussione sulle risposte date nella prova scritta. Il colloquio intende valutare la capacità di ragionamento e il livello di approfondimento della materia. Il voto finale tiene conto della valutazione della prova scritta e del colloquio orale. 

Modulo Biodiversità microbica: sostenibilità ambientale e applicazioni biotecnologiche:

Durante le lezioni verranno condotte discussioni critiche sugli argomenti trattati e spiegati; le esercitazioni in laboratorio consentiranno di verificare ulteriormente l'apprendimento. L'esame finale è un colloquio orale (circa 20 minuti) volto a verificare il livello di approfondimento della materia e la capacità di ragionamento e di collegamento tra le conoscenze acquisite. La valutazione è espressa in trentesimi.

 

Modulo Interazioni piante-microrganismi per la sostenibilità ambientale:
Non essendoci testi specifici sull’argomento, l’apprendimento è basato principalmente sulle diapositive di lezione e gli appunti. Articoli scientifici di approfondimento verranno forniti durante l'insegnamento.
Il materiale didattico presentato a lezione è reso disponibile sulla piattaforma Moodle.

Modulo Biodiversità microbica: sostenibilità ambientale e applicazioni biotecnologiche:
- Biotecnologie Microbiche (Donadio & Marino, eds), 2008. Casa Editrice Ambrosiana
- Diapositive presentate durante le lezioni
- Articoli scientifici indicati dal docente

Modulo Interazioni piante-microrganismi per la sostenibilità ambientale - Primo Semestre.

Modulo Biodiversità microbica: sostenibilità ambientale e applicazioni biotecnologiche - Secondo Semestre.