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Oggetto:
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Piante e Microorganismi per la Sostenibilità Ambientale e dei Cicli Produttivi (annuale)

Oggetto:

Plants and Microorganisms for Environmental Sustainability

Oggetto:

Anno accademico 2024/2025

Codice attività didattica
STE0057
Docenti
Alessandra Salvioli Di Fossalunga (Titolare)
Valeria Paola Prigione (Titolare)
Corso di studio
[2102M21] MONITORAGGIO AMBIENTALE, TUTELA E RIPRISTINO
Anno
2° anno
Periodo
Da definire
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
12
SSD attività didattica
BIO/01 - botanica generale
BIO/02 - botanica sistematica
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Scritto con orale a seguire
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

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.

 

This course shares the general goal of providing a detailed knowledge of the systemic analysis of the natural environment.
The module "Plant-Microbe Interactions for environmental sustainability" aims to provide students with an overview of the main plant-microbe associations, which will be analyzed from evolutionary, ecological, anatomical and cellular perspectives. At the end of the course the student should have learned the concepts and methodologies to identify i) the plant as a specialized niche of microbial communities; ii) the symbiosis and its ecological significance and application, also in terms of sustainability and environmental restoration, iii) the importance of the biological component of soils and its relevance in sustaining the ecosystems functionality and vi) some of the mechanisms and environmental factors that influence plant responses to beneficial and non-beneficial microorganisms.

The "Microbial biodiversity: environmental sustainability and biotechnological applications" module aims to provide theoretical and practical skills on the presence and roles of microorganisms (bacteria, fungi, algae) in the environmental (eg bioremediation of soils and waters), and industrial (eg: biocatalytic processes, biogas production) sectors. In particular, during the lessons and exercises, the process phases will be evaluated (selection and identification of the organisms, process optimization, purification of any metabolites, etc.) with examples regarding different environmental and biotechnological processes. More specifically, at the end of the course the student will be able to understand the biotechnological processes involved in the environmental bioremediation and industrial production processes.

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

 

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.

 

Plant-Microbe Interactions for environmental sustainability module

Knowledge and understanding
At the end of the course the student will:
1. know the meaning of the term symbiosis;
2. have knowledge on the diversity of plant-microbe interactions in natural and altered conditions

Ability to apply knowledge and understanding
At the end of the course the student will be able to:
1. use an appropriate terminology in the description of symbiosis;
2. recognize the different symbioses based on anatomical and taxonomic criteria;
3. assign the analyzed symbioses to a specific context of plant evolution;

Autonomous assessments
At the end of the course the student will be able to assess:
1. for a given symbiosis, a possible application in environmental restoration / sustainable agriculture / forestry;
2. the quality of literature data and to interpret and elaborate scientific data;

Ability to communicate
At the end of the course the student will:
1. use the correct terminology of plant biology referred to the plant-microbe interactions;
2. be able to present to an audience, individually or in groups, a review of recent scientific articles.

Learning ability
At the end of the course the student will be able to:
1. recognize in other plant-microbe interactons, not described in the course, the main feature of mutualistic relationships.
2. Identify features of plant symbioses useful for specific field applications.

Microbial biodiversity: environmental sustainability and biotechnological applications Module

Knowledge and understanding
At the end of the course the student will:
- learn about the main microorganisms that can be used in bioremediation and industrial process processes
- describe the biotechnological processes underlying bioremediation processes and industrial processes using appropriate terminology; identify the main problems related to bioremediation processes and industrial processes;
- discuss the methods of traditional and molecular microbiological analysis to study bioremediation processes and industrial processes.

Ability to apply knowledge and understanding
At the end of the course the student will know:
- interpret the data of a microbiological analysis of natural and contaminated environments;
- analyze the possible ecotoxicological analyzes;
- make a bibliographic search on the topics concerning this teaching, evaluate the quality, interpret and re-elaborate literature data.

Autonomous assessments
At the end of the course the student will know:
- interpret the data of a microbiological analysis of natural and contaminated environments;
- analyze the possible ecotoxicological analyzes;
- make a bibliographic search on the topics concerning this teaching, evaluate the quality, interpret and re-elaborate literature data.

Ability to communicate
At the end of the course the student will need to know:
1. - express oneself with a correct technical terminology in the field of microbiology and ecotoxicology with particular reference to bioremediation and industrial biocatalysis processes
2. to present in public, individually or in groups, the results of an elaboration on recent scientific articles

Learning ability
At the end of this course the student will have the ability to:
1. recognize applying the potential of microorganisms in other systems in relation to their metabolic capacities and the abiotic characteristics of the environment in which they must operate;
2. identify useful features in the different groups of microorganisms in specific application fields.

 

Oggetto:

Programma

 

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

 

 

Plant-Microbe Interactions for environmental sustainability module:

  • Biological interactions among living beings. Diversity and terminology of nutritional relationships between plants and microorganisms. Definition of symbiosis: permanent and cyclical symbioses. The symbiosis at the origin of the eukaryotic cell.
  • The “microbiome” concept and the importance of interactions between plants and microbial communities: the rhizosphere concept
  • Nitrogen-fixing symbioses. General framework and biochemical basis of nitrogen fixation. Description of the most important nitrogen-fixing associations. For each symbiosis, the steps leading to its formation, the level of cell integration, the metabolic interactions and the ecological aspects are illustrated.

- Legume root nodules. Extraradical and intraradical stages. Molecular signals exchanged between partners, and their perception. Nodule organogenesis. Metabolic exchanges.

- Actinorhiza. Mode of infection. Comparison with the legume symbiosis.

- Plant-cyanobacteria associations. Taxonomic spectrum of the host plant.
Regulation of the symbiont differentiation.

  • Description of the most important associations between fungi and photosynthetic organisms. For each symbiosis, the steps leading to its formation, the level of cell integration, the metabolic interactions and the ecological aspects are illustrated.

- The mycorrhizal symbiosis. General characteristics and mycorrhizal types: ectomycorrhiza and endomycorrhiza (arbuscular, orchid, ericoid) and ectoendomicorriza.

- Ecological aspects of mycorrhizas

- Functional and cellular aspects of mycorrhizas

  •  Modern methods to study the taxonomic and functional diversity of bacterial and fungal communities that interact with plants.

Microbial biodiversity: environmental sustainability and biotechnological applications module:

  • Presentation of the teaching. Overview of the main applications of microorganisms in environmental and industrial biotechnologies. Notes on the most modern classification systems of organisms with particular reference to the microorganisms used in biotechnologies: Archea, Bacteria, fungi, Algae.
    • Presentation of Archea Bacteria, Fungi and microalgae from the morphological, physiological point of view and their systematic classification.
    • The determinants of success of microorganisms from the morphological, genetic and physiological point of view.
    • Competition mechanisms between microorganisms, "exploitation competition" and "interference competition".
    • Concept of biological control agents; advantages and problems to be addressed. Examples of microorganisms as biological control agents of different types of diseases in agronomic and forestry fields.
    • Microorganisms in environmental bioremediation: biodegradation and bioabsorption of organic and inorganic pollutants.
    • Criteria for the selection of algal strains for the production of biofuels and evaluation of the different processing steps. Coupling of the production of biofuels to other treatments to make the projects sustainable (water purification, exhaust fumes absorption, production of molecules of interest).
    • The concept of biorefinery. Production of bioethanol and other molecules through the use of food waste. Different types of processes. Types of enzymes used. Current problems also linked to land management.
    • Biogas production. Involved micro-organisms and available technologies. Issues to be addressed.
    • Ecotoxicology
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Modalità di insegnamento

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…).

Teaching is based for each module on:
lectures 44 hrs
exercises in laboratory 6 h

Plant-Microbe Interactions for environmental sustainability module is held during the first semester, Microbial biodiversity: environmental sustainability and biotechnological applications module during the second semester.

The teaching will include moments of interaction between Students and the Teacher, to discuss case studies and stimulate problem solving skills. The practical lab activities will be held in person. The students will be asked to present a case study issued from literature papers.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

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.

 

 

Plant-Microbe Interactions for environmental sustainability module:

Final grade will be determined through a written test, followed by an oral discussion.
WRITTEN TEST. The written test will consist of about 10 questions (mainly open questions, that may include identification of schemes and images). The normal duration of the test is 75 minutes.
ORAL DISCUSSION. The answers provided by the student in the written test will be discussed in a colloquium.  The final score takes into account the evaluation of the written test and of the oral discussion. 

Microbial biodiversity: environmental sustainability and biotechnological applications module:

During the lessons critical discussions will be conducted on the main topics. The lab classes will offer the opportunity of  verifying the knowledge acquired. The final exam is an oral interview (20 minutes) aimed at verifying the level of detail of the subject and the ability to reason and connect the acquired knowledge. Grades are given on the basis of 30 points.

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

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

Plant-microorganism interactions module for environmental sustainability:
As there are no specific texts on the subject, learning is mainly based on lecture slides and notes. In-depth scientific articles will be provided during the course.
The teaching material presented in class is made available on the Moodle platform.

Microbial biodiversity module: environmental sustainability and biotechnological applications:
- Microbial Biotechnologies (Donadio & Marino, eds), 2008. Ambrosiana Publishing House
- Slides presented during the lessons
- Scientific articles indicated by the teacher



Oggetto:

Note

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

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

Plant-microorganism interactions module for environmental sustainability - First semester

Microbial biodiversity module: environmental sustainability and biotechnological applications - second semester

Registrazione
  • Chiusa
    Apertura registrazione
    01/03/2023 alle ore 00:00
    Chiusura registrazione
    31/12/2023 alle ore 23:55
    Oggetto:
    Ultimo aggiornamento: 10/10/2023 18:35
    Location: https://www.monitoraggioambientale.unito.it/robots.html
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