ITALIANO

Motivazioni che rendono attuale lo studio della biologia vegetale. Le piante e l'acqua. Cellula vegetale, caratteristiche generali e funzione della compartimentazione cellulare. Membrane biologiche: struttura e funzione. Assorbimento di macro e microelementi. Metabolismo fotosintetico e respiratorio del carbonio. Metabolismo dell’azoto e dello zolfo. Comunicazione cellulare: percezione e trasduzione del segnale, ormoni vegetali. Piante brevidiurne e longidiurne. Fototropismo e gravitropismo. Orologio biologico e ritmi circadiani. Il seme, dormienza e germinazione.

TAIZ et al. FISIOLOGIA E SVILUPPO VEGETALE – PICCIN, PADOVA , 2020

RASCIO - ELEMENTI DI FISIOLOGIA VEGETALE- EDISES 2021

Gli studenti ERASMUS potranno anche utilizzare il testo in lingua inglese: HELDT, PIECHULLA - PLANT BIOCHEMISTRY AND MOLECULAR BIOLOGY 4TH ED. –OXFORD UNIVERSITY PRESS. 2010

Il corso di Fisiologia vegetale ha lo scopo di fornire le conoscenze di base dei principali meccanismi fisiologici e molecolari che regolano il differenziamento e sviluppo delle piante in ambienti naturali e agrari. Al termine del corso, gli studenti dovranno saper descrivere i principali aspetti della fisiologia vegetale, con maggior enfasi sulle relazioni esistenti tra struttura e funzione; i concetti-chiave dei principali processi fisiologici; gli aspetti fisiologici, metabolici ed energetici associati ai diversi stadi di sviluppo delle piante; percezione e trasduzione di segnali endogeni e ambientali e loro impatto sul differenziamento e sviluppo delle piante.

Lo studente deve possedere conoscenze di base di biologia cellulare, botanica, chimica generale e chimica organica.

Il corso è strutturato in lezioni teoriche frontali e di laboratorio In particolare sono previste 64 ore di didattica frontale (8 cfu) e 16 ore di laboratorio (1 cfu). Le lezioni si svolgono trisettimanalmente in aula e l’esposizione avviene mediante l’utilizzo di diapositive power-point. Le lezioni di laboratorio hanno luogo in laboratori didattici appositamente attrezzati.

L’obiettivo delle prove d’esame consiste nel verificare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti del programma del corso e la capacità di ragionamento sviluppata dallo studente. La valutazione avverrà non solo sulla base di un singolo esame alla fine del corso, ma saranno offerte due valutazioni in itinere per verificare il livello di conoscenza e comprensione dello studente. Per gli studenti che non partecipano alla valutazione in itinere, l'esame finale consisterà in uno scritto, propedeutico all’orale, e una prova orale. La valutazione sarà espressa in trentesimi (voto minimo 18/30). Nella prova scritta propedeutica all’ orale il voto minimo di superamento è 16/30.

Per aiutare lo studente a verificare in itinere il proprio livello di preparazione, il syllabus della lezione comprensivo di domande simili a quelle che costituiranno l’esame scritto e/o orale viene fornito di volta in volta. E’ stato inoltre creato un gruppo facebook per l’interazione degli studenti con il docente, e continuamente contenuti inerenti le lezioni, sotto forma di pdf, foto e video vengono caricati sulla pagina del gruppo. Le presenze in aula viene registrata mediante appello nominale. Solo coloro che hanno più del 65% delle presenze è ammesso a sostenere le prove intercorso.

Cellula vegetale - Caratteristiche generali e funzione della compartimentazione cellulare. Membrane biologiche: ruolo nell’omeostasi, nel trasporto, nel riconoscimento e trasduzione del segnale. Simplasto e apoplasto. Plasmodesmi. Trasportatori selettivi. Trasportatori attivi primari e secondari. Carrier del fosfato.
Parete cellulare - Struttura e funzione. Componente fibrillare e matriciale. Struttura e funzione della cellulosa sintasi e della saccarosio sintasi. Modello di Lamport. Modificazioni secondarie di parete.
La pianta e l'acqua - Proprietà dell'acqua. Potenziale chimico dell'acqua e sue componenti: osmosi e potenziale o pressione osmotica, potenziale di matrice, potenziale di pressione. Potenziale idrico nell'atmosfera e nel suolo. La traspirazione. Struttura di radice, tessuti xilematici e foglia. Flusso dell'acqua dal suolo all'aria. La teoria della coesione. Forza motrice della traspirazione. Meccanismi stomatici e controllo della traspirazione. Effetto della luce e della CO2. Significato della traspirazione: scambi energetici; il trasporto di soluti.
Nutrizione minerale - Macronutrienti e micronutrienti. Esigenze quantitative e qualitative di nutrienti minerali. Il trasporto dei nutrienti nella pianta. Assorbimento radicale. Struttura e selettività delle membrane: trasporto attivo e passivo. Pompa protonica e potenziale di membrana. Ruolo degli elementi essenziali e carenze nutrizionali. Competizioni tra ioni e stress da sali. Terreni nutritivi. Colture idroponiche, aeroponiche e a pellicola nutritiva.
Fase luminosa della fotosintesi - Batteriorodopsina. Proteorodopsina. Cloroplasti e fotobiologia. Energia radiante. Luce visibile. Cromofori. Orbitali e dislocazione elettronica. Struttura e funzione di clorofilla e carotenoidi. Ciclo delle xantofille. Biliproteine. Folding delle proteine del fotosistema II. Fotosistemi I e II e loro stechiometria. Complesso di fotolisi dell’acqua. Trasporto di elettroni. Proteina HBP. Regolazione molecolare dei processi fotosintetici. Danni alla proteina D1. ROS e sistemi di riparo.
Metabolismo riduttivo e ossidativo del carbonio -RUBISCO: struttura e regolazione. Ciclo di Calvin. Regolazione redox degli enzimi del ciclo di Calvin: tioredoxine plastidiche e transizione luce-buio. Fotorespirazione. Piante ad alta efficienza fotosintetica. Integrazione delle reazioni anaboliche e cataboliche dei fotosintati nel citoplasma. Sintesi e degradazione di saccarosio e amido. Respirazione cellulare. Ciclo di Krebs: anfibolismo e anabolismo. Fosforilazione ossidativa: deidrogenasi interne ed esterne e ossidasi alternative. Ciclo dei pentosi fosfati.
Metabolismo dell’azoto e dello zolfo – Assorbimento, trasporto, riduzione e assimilazione di composti inorganici dell’azoto. Biosintesi di metaboliti azotati. Fissazione biologica dell’azoto. Assorbimento, trasporto, riduzione e assimilazione di composti inorganici dello zolfo. Biosintesi di composti solforati.
Comunicazione cellulare - Percezione e trasduzione del segnale: ruolo degli ormoni vegetali. Sintesi, trasporto, azione fisiologica e degradazione delle principali classi ormonali: auxine, citochinine, gibberelline, etilene e acido abscissico.
Fotorecettori e fotomorfogenesi - Effetto della luce sull’accrescimento vegetativo e riproduttivo. Fotorecettori. Il tempo in Biologia. Orologi biologici. Fotoperiodo. Fioritura. Il florigeno. Seme, dormienza e germinazione – Sviluppo e struttura del seme. Modulazione della dormienza in funzione di fattori ormonali e ambientali. Germinazione. Utilizzo delle riserve. Ciclo del gliossilato.
Orientamento delle piante nello spazio – fototropismo, gravitropismo, nastie e nutazioni.

ESPERIENZE PRATICHE DI LABORATORIO
Preparazioni da tessuti vegetali; analisi e proprietà della clorofilla; analisi di proteine e amminoacidi. Analisi statistica dei dati.

Italian

Reasons to study plants. Plants and water. Plant cell, general characteristics and function of cellular compartmentalization. Biological membranes: structure and function. Uptake of macro and microelements. Photosynthetic and respiratory carbon metabolism. Metabolism of nitrogen and sulfur. Cellular communication: signal perception and transduction, plant hormones. Short-day and long-day plants. Phototropism and gravitropism in plants. Biological clock and circadian rhythms. Seeds, dormancy and germination.

TAIZ et al. FISIOLOGIA E SVILUPPO VEGETALE – PICCIN, PADOVA , 2020

RASCIO - ELEMENTI DI FISIOLOGIA VEGETALE- EDISES 2021

ERASMUS students will be able to use also the English book: HELDT, PIECHULLA - PLANT BIOCHEMISTRY AND MOLECULAR BIOLOGY 4TH ED. –OXFORD UNIVERSITY PRESS. 2010

The course of Plant physiology aims to provide the basic knowledge of the main molecular and physiological mechanisms regulating the differentiation, growth and development of plants in natural environments as well as agricultural systems. At the end of the course, students will have to be able to describe the main aspects of plant physiology, and in particular the relationship between structure and function; the key concepts of physiological processes; the physiological, metabolic and energetic aspects associated to plant growth and development; perception and transduction of endogenous and environmental signals and their contributions in regulating plant growth and development.

The student should have basic knowledge of cell biology, botany, general chemistry and organic chemistry.

The course consists of theoretical and practical (laboratory) lessons. In detail, the course load is 64 hours (8 ects) and 16 hours of lab classes (1 ects). The lessons are held three times a week in the classroom using power-point slides. The laboratory lessons take place in specially equipped teaching laboratories.

Assessment aimed to verify the student's level of knowledge and understanding of the subject, and the student's ability to discuss and explain the key concepts shall take place. They will be held not only on the basis of a single examination at the end of the course, but two ongoing assessments of the students' achievement will be offered. For students not participating in the ongoing assessment, the final exam will consist of a written test, preparatory to oral examination, and an oral exam. The evaluation will be expressed in thirtieths (minimum mark 18/30). In the written exam preliminary to the oral exam the minimum passing score is 16/30.

TTo help students to assess their level of preparation, the syllabus of the lesson including questions similar to those will be used for written and/or oral exams is provided from time to time. A facebook group has also been created for the interaction of the students with the professor of the course, and continuously contents related to the lessons, in the form of pdf, photos, and videos, are uploaded to the group page. Classroom attendance is recorded by roll call. Only those who have more than 65% of presences are allowed to take the intercourse tests.

Plant cell - General characteristics and function of cellular compartmentalization. Biological membranes: role in homeostasis, in transport, in signal recognition and transduction. Symplast and apoplast. Plasmodesmata. Selective transporters. Secondary and primary active transporters. Phosphate carrier.
Cell wall - Structure and function. Fibrillary and matrix component. Structure and function of cellulose synthase and sucrose synthase. Lamport model. Secondary wall modifications.
Plant–Water Relations - Water properties. Chemical potential of water and its components: osmosis and potential or osmotic pressure, matrix potential, pressure potential. Water potential in the atmosphere and in the soil. The transpiration. Root structure, xylem tissues and leaf. Water flow from the soil to the air. The theory of cohesion. The driving force of transpiration. Stomata and transpiration control. Effect of light and CO2. Meaning of transpiration: energy exchanges; the transport of solutes.
Mineral nutrition - Macronutrients and micronutrients. Quantitative and qualitative needs of mineral nutrients. The transport of nutrients in the plant. Radical absorption. Membrane structure and selectivity: active and passive transport. Proton pump and membrane potential. Role of essential elements and nutritional deficiencies. Competition between ions and toxic salts. Nutrient media. Hydroponic, aeroponic and nutrient film cultures.
Light reactions of photosynthesis - Bacteriorhodopsin. Proteorhodopsin. Chloroplasts and photobiology. Light energy. Visible light. Chromophores. Orbitals and electronic dislocation. Structure and function of chlorophyll and carotenoids. Xanthophyll cycle. Biliproteins. Folding of photosystem proteins II. Photosystems I and II and their stoichiometry. Oxygen evolving complex. Electron transport. HBP protein. Molecular regulation of photosynthetic processes. Damage to D1 protein. ROS and scavenging systems.
Reductive and oxidative carbon metabolism - RUBISCO: structure and regulation. Calvin cycle. Redox regulation of Calvin cycle enzymes: plastidic thioredoxins and light-dark transition. Photorespiration. High efficient plants. Integration of the anabolic and catabolic reactions of photosynthesis in the cytoplasm. Synthesis and degradation of sucrose and starch. Cellular respiration. Krebs cycle: amphibolism and anabolism. Oxidative phosphorylation: internal and external dehydrogenases and alternative oxidases. Pentose phosphate cycle.
Nitrogen and sulfur metabolism - Uptake, transport, reduction and assimilation of inorganic nitrogen compounds. Biosynthesis of nitrogen metabolites. Biological fixation of nitrogen. Uptake, transport, reduction and assimilation of inorganic sulphur compounds. Biosynthesis of sulphur compounds.
Cell-to-cell signaling and hormones – Signal perception and transduction; role of plant hormons. Synthesis, transport, physiological role and degradation of main plant hormones: auxins, gibberellins, cytokinins, ethylene and abscisic acid.
Photoreceptors and photomorphogenesis - Effect of light on vegetative and reproductive growth. Photoreceptors. Time in Biology. Biological clocks. Photoperiod. Flowering. The florigen. Seed, dormancy and germination.
Seed development and structure. Modulation of dormancy as a function of hormonal and environmental factors. Germination. Use of seed reserves. Glyoxylate cycle.
Plant movement - phototropism, gravitropism, nastic and nutation.

LABORATORY PRACTICAL EXPERIENCES
Plant tissues extracts; analysis and properties of chlorophyll; analysis of proteins and amino acids. Statistical analysis of the data.