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. A tal fine, lo studente di questo insegnamento.
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 si dovrebbe avere appreso le nozioni e le metodologie per identificare i) la pianta come nicchia specializzata di comunità microbiche; ii) le simbiosi e il loro significato ecologico e applicativo, anche in un'ottica di biosostenibilità e di ripristino ambientale, e iii) alcuni dei meccanismi e dei fattori ambientali che influenzano le risposte delle piante a microrganismi benefici e parassiti.

Il modulo di "Biodiversità microbica: sostenibilità ambientale e applicazioni biotecnologiche" si prefigge di fornire delle competenze teoriche e pratiche sulla presenza e i ruoli di microorganismi (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 ed esercitazioni si valuteranno le fasi di processo (selezione ed identificazione degli organismi, ottimizzazione del processo, purificazione di eventuali metaboliti, etc) con esempi riguardanti differenti processi ambientali e biotecnologici . Più specificatamente, alla fine del corso lo studente sarà in grado di comprendere i processi biotecnologici coinvolti nei processi di biorisanamento ambientale e di produzione industriale e avrà a disposizione strumenti conoscitivi che potranno essere utilizzati per la messa a punto di nuovi processi e/o prodotti.

 

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 dell’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 microorganismi 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 di processi industriali
- descrivere i processi biotecnologici alla base di processi di biorisanamento e di processi industriali utilizzando una terminologia appropriata;
- individuare le principali problematiche legate  ai processi di biorisanamento e di 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;
- analizzare le possibili 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:
1. riconoscere applicare in altri sistemi le potenzialità dei microorganismi in relazione alle loro capacità metaboliche e alle caratteristiche abiotiche dell’ambiente in cui si deve operare;
2. identificare caratteristiche utili nei diversi gruppi di microorganismi in specifici campi applicativi.

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

L'insegnamento sarà tenuto in aula in presenza, ma a causa dell’emergenza sanitaria dovuta a COVID 19 verrà anche erogato on-line in diretta streaming tramite la piattaforma Webex (eventualmente con registrazione) esclusivamente per studenti seriamente impossibilitati a partecipare in presenza.

La didattica frontale verrà intervallata da momenti di interazione tra gli Studenti 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.

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 costituito da 10 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. L'esame scritto potrà essere svolto sulla piattaforma Moodle, soprattutto in caso di limitazioni legate all'emergenza covid-19.

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 all'inizio del quale ad ogni studente/studentessa viene sottoposto ad un test relativo al riconoscimento macro e microscopico di almeno un microorganismo osservato durante le esercitazioni. Si potrà sostenere l'orale qualunque sia l'esito del test iniziale. Il colloquio orale, oltre alla discussione del test iniziale, prevede la verifica della capacità di ragionamento e di collegamento tra le conoscenze acquisite. La valutazione finale terrà conto anche dell'esito del test iniziale prevedendo una penalizzazione di al massimo 3 punti per eventuali identificazioni errate.

 

 

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.
• 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 del wood-wide-web. Il contributo dei progetti di sequenziamento.

• Concetto di microbioma e importanza delle interazioni con le comunità microbiche: dalla salute umana all'ecologia vegetale. Moderne metodologie per studiare la diversità tassonomica e funzionale delle comunità batteriche e fungine che interagiscono con le piante.

Modulo Biodiversità microbica: sostenibilità ambientale e applicazioni biotecnologiche:

• Presentazione dell'insegnamento. Panoramica sulle principali applicazioni dei microorganismi nelle biotecnologie ambientali e industriali. Cenni sui più moderni sistemi di classificazione degli organismi con particolare riferimento  ai microorganismi utilizzati in biotecnologie: Archea, Batteri, funghi, Alghe.
• Presentazione di Archea Batteri, Funghi e microalghe dal punto di vista morfologico, fisiologico e loro inquadramento sistematico.
• I determinanti di successo dei microorganismi dal punto di vista morfologico, genetico e fisiologico.
• Meccanismi di competizione tra microorganismi, “exploitation competition” e “interference competition”.
• Concetto di lotta biologica e di lotta integrata; vantaggi e problematiche da affrontare. Esempi di microorganismi come agenti di controllo biologico di differenti tipologie di malattie in campo agronomico e forestale.
• I microorganismi 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. Accoppiamento della produzione di biocarburanti ad altri trattamenti per rendere sostenibili i progetti (depurazione acque, assorbimento fumi di scarico, produzione molecole di interesse.
• Il concetto di bioraffineria. Produzione di bioetanolo e altrie molecole attraverso l'utilizzo di scarti agroalimentari. Differenti tipologie di processo. Tipologie di enzimi utilizzati. Problematiche attuali anche legate alla gestione del territorio.
• La produzione di biogas. Microoganismi coinvolti e tecnologie disponibili. Problematiche da affrontare.
• Ecotossicologia

 

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
- Slide presentate durante le lezioni
- Articoli scientifici indicati dal docente