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    Mario DE STEFANO

    Insegnamento di BIOLOGIA VEGETALE

    Corso di laurea in BIOTECNOLOGIE

    SSD: BIO/01

    CFU: 6,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 48,00

    Periodo di Erogazione: Secondo Semestre

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    ITALIANO

    Contenuti

    La cellula, unità costitutiva dei viventi: composizione elementare e molecolare.

    La dicotomia fondamentale dei viventi: Procarioti vs Eucarioti.

    La cellula eucariotica: ultrastruttura e funzione dei principali organelli cellulari.

    Introduzione alla cellula vegetale: ultrastruttura e funzione della parete cellulare, del vacuolo, e dei plastidi.

    Nozioni di metabolismo cellulare: autotrofia ed eterotrofia, fotosintesi clorofilliana e respirazione cellulare.

    Organizzazione anatomica e fisiologia degli organismi vegetali.
    Istologia vegetale: tessuti meristematici e differenziamento cellulare, organizzazione e funzione dei tessuti definitivi.

    Anatomia degli organismi vegetali: tallofite vs cormofite. struttura primaria e secondaria della radice e del germoglio.

    Le strutture riproduttive nelle piante: morfologia, funzione e aspetti evolutivi del seme, del fiore e del frutto.

    Cenni di Sistematica: caratteri morfologici distintivi, cicli vitali e aspetti ecologici delle principali divisioni di organismi vegetali.

    La biodiversita vegetale: concetto di specie e nomenclatura binomiale.

    Testi di riferimento

    Raven P.H. et al. (2012). Biologia delle piante. Zanichelli, Bologna
    Speranza e Calzoni (2001). Struttura delle piante in immagini. Zanichelli, Bologna

    Obiettivi formativi

    L’insegnamento si prefigge di fornire le conoscenze di base sulle caratteristiche morfologiche, anatomiche e fisiologiche degli organismi vegetali. Saranno altresì fornite le conoscenze di base sulla sistematica dei vegetali a partire dagli organismi unicellulari fino alle piante superiori.

    Al termine del corso, lo studente avrà acquisito le conoscenze di base relative alla morfologia, fisiologia e classificazione tassonomica degli organismi vegetali e la capacità di utilizzare il linguaggio specifico proprio dei vari argomenti e delle stesse discipline specialistiche.
    Nello specifico lo studente sarà in grado di:
    • comprendere ed argomentare gli aspetti citologici, istologici, anatomici fisiologici e tassonomici degli organismi vegetali,
    • di valutare le implicazioni e i risultati di studi e pubblicazioni a carattere botanico,
    • di esporre i risultati degli stessi insegnamenti anche ad un pubblico non esperto,
    • di seguire discipline affini nonché corsi d’approfondimento e seminari specialistici di Biologia vegetale.

    Prerequisiti

    Non sono previste propedeuticità, tuttavia sono richiese nozioni di base di biologia e degli elementi di chimica e fisica utili per l'introduzione allo studio della biologia.

    Metodologie didattiche

    Il corso è strutturato in 40 ore di lezioni teoriche frontali (5 CFU) e 8 ore di esercitazioni guidate nel laboratorio di Botanica del Dipartimento o in campo (1CFU).
    Le lezioni si svolgono settimanalmente in aula, supportate dalla proiezione di presentazioni e dall’utilizzo della lavagna classica. Al termine di ciascuna unità tematica, il docente propone una revisione dei contenuti. Nel suo lavoro personale lo studente dovrà assimilare conoscenze e concetti alla base della Biologia vegetale.
    Il corso prevede la frequenza obbligatoria che verrà certificata mediante la raccolta delle firme all’inizio della lezione o dell’esercitazioni.
    Lo studente non potrà assentarsi dalle attività di lezione e laboratorio per più del 25% delle ore.

    Metodi di valutazione

    La prova 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 è espressa in trentesimi con voto minimo 18/30.
    La modalità d’esame consiste in una prova scritta e una orale.
    La prova scritta sottopone allo studente 40 domande a risposta multipla incentrate sui principali contenuti del programma trattato (citologia vegetale, istologia, anatomia, cicli ontogenetici, fisiologia e sistematica). Si ritiene superata la prova scritta se si ottiene una valutazione uguale o superiore a 20 risposte esatte. Il superamento della prova scritta consente l’accesso alla prova orale avente lo scopo di accertare il livello di conoscenza dei contenuti, le capacità di analisi, di sintesi e di collegamenti interdisciplinari, le capacità di senso critico e di formulazione di giudizio nonché le abilità comunicative e la chiarezza di esposizione in relazione all'utilizzo del linguaggio specifico.
    La valutazione finale sarà espressa in trentesimi e terrà conto dell’esito della prova orale (50%) e della prova scritta (50%).

    Altre informazioni

    Lo studente potrà avvalersi del materiale didattico (dispense, esercizi, ecc.) messo a disposizione sul sito web di Ateneo (sharepoint) e sulla pagina personale del Docente.
    Il docente è disponibile per ricevimento studenti nei giorni indicati sulla scheda insegnamento e su richiesta inoltrata via email.

    Programma del corso

    Unità e diversità dei viventi - La cellula: unità costitutiva dei viventi; Composizione elementare e molecolare della cellula: acidi nucleici, proteine, lipidi, carboidrati; Gli enzimi; i legami "ricchi d'energia" nell'economia energetica della cellula; eterotrofia e autotrofia, basi molecolari dell’ereditarietà: nozione di gene, mutazione ed evoluzione per selezione natural, La dicotomia fondamentale dei viventi: Procarioti e Eucarioti. I virus.

    Biologia della cellula - Membrane biologiche; Il plasmalemma e il movimento delle sostanze: diffusione, trasporto passivo, trasporto attivo primario e secondario; sistema di endomembrane, endo- ed esocitosi; citoscheletro; Ciglia e flagella; mitocondri; nucleo, ciclo cellulare, mitosi e citodieresi, nozioni di cariologia; nozioni di metabolismo cellulare: la respirazione cellulare.Caratteri distintivi della cellula vegetale - La cellula vegetale: caratteri distintivi rispetto alla cellula animale; Introduzione alla parete cellulare, al vacuolo e ai plastidi.

    Plastidi e fotosintesi - Plastidi fotosintetici: ultrastruttura e funzione dei tilacoidi e della matrice plastidiale; pigmenti fotosintetici e loro spettro di assorbimento: clorofille, carotenoidi, xantofille, ficobiline; fotosintesi clorofilliana: fase luminosa, funzione e bilancio energetico; fase oscura: funzione e bilancio energetico; plastidi non fotosintetici e loro localizzazione istologica: amiloplasti, cromoplasti, proplastidi; ipotesi endosimbiontica dei plastidi.

    Vacuolo e osmosi - Ultrastruttura e funzioni del vacuolo; movimenti dell’acqua e dei soluti nella cellula vegetale: potenziale idrico, flusso di massa, diffusione e osmosi; Bilancio idrico della cellula vegetale: emolisi, pressione di turgore, plasmolisi.

    Parete cellulare - Parete procariotica; parete eucariotica: parete propriamente detta e involucri (in alghe e protisti), funzioni della parete cellulare; piano strutturale della parete delle piante superiori: componente microfibrillare, ultrastruttura, arrangiamento e ruolo delle microfibrille di cellulosa e di emicellulosa, componente amorfa, arrangiamento e ruolo delle pectine; biogenesi della parete cellulare: parete primaria, parete secondaria, modificazioni della parete durante la distensione cellulare, ultrastruttura e funzione dei plasmodesmi.

    Struttura e sviluppo dello sporofito - Dall’organizzazione unicellulare a quella multicellulare: concetto di tessuto, organo ed apparato; embriogenesi: organizzazione anatomica e germinazione dell’embrione nelle dicotiledoni e monocotiledoni, tessuti meristematici e differenziamento cellulari; meristemi primari e loro localizzazione; sviluppo di una pianta: crescita, differenziamento, morfogenesi e organizzazione del corpo primario; organizzazione e funzione dei tessuti definitivi: tessuti tegumentali, tessuti parenchimatici, vascolari e secretori.

    Struttura primaria e secondaria della radice - Funzioni della radice; tipi di apparati radicali; organizzazione del meristema radicale; anatomia del corpo primario della radice (epidermide, corteccia, cilindro centrale); crescita secondaria nella radice: anatomia del corpo secondario della radice.

    Struttura primaria e secondaria del germoglio - Funzioni del fusto e delle foglie; organizzazione del meristema apicale del germoglio; anatomia del corpo primario del germoglio; crescita secondaria nel fusto; anatomia del corpo secondario del fusto; morfologia e istologia della foglia; fillotassi e specializzazioni.

    Cicli vitali nelle piante - Cariotipo e concetto di ploidia; riproduzione vegetativa e sessuata; significato biologico del sesso; moltiplicazione vegetativa: tipi e modalità, meiosi e cicli vitali degli organismi aplonti, diplonti e aplodiplonti; gametofito e sporofito e loro relazioni nei cicli vitali.

    Le strutture riproduttive nelle piante - Spore e gameti; iso e eterosporia; iso e eterogamia; microsporogenesi e microgametogenesi, macrosporogenesi, e macrogametogenesi.

    Il fiore, morfologia, evoluzione e funzione - Ciclo vitale delle Angiosperme, impollinazione; fecondazione; autogamia e allogamia.

    Il frutto – Morfologia; tipi differenti di frutti; strategie di dispersione.

    Il seme - Morfologia, strategie di disseminazione e germinazione.

    Cenni di Sistematica -
    Protisti e tallofite: caratteri generali, cicli vitali ed ecologia dei principali gruppi di alghe.
    Briofite: caratteristiche generali di Epatiche, Muschi e Antocerote; Ciclo vitale.
    Crittogame vascolari: morfologia generale, cicli vitali, e aspetti filogenetici di Lycophyta, Psilotophyta, Sphenophyta e Pteridophyta.
    Gimnosperme: morfologia generale, cicli vitali e aspetti filogenetici di Coniferophyta, Cycadophyta, Ginkgophyta e Gnetophyta.
    Angiosperme: morfologia generale, cicli vitali, e aspetti filogenetici di Dicotiledoni e Monocotiledoni.

    La biodiversità vegetale - Concetto di specie e nomenclatura binomia; metodi di classificazione; la variabilità genetica ed il processo dell’evoluzione nelle piante; le leggi di Mendel in relazione al meccanismo riproduttivo; gli elementi della biodiversità vegetale e la sua misura; fitogeografia e comunità vegetali: foreste pluviali, foreste decidue, savane e praterie, deserti; adattamenti delle piante alle diverse comunità.

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    The cell as constitutive unit of living beings: elementary and molecular composition.

    The fundamental dichotomy of the living: prokaryotes vs eukaryotes.

    The eukaryotic cell: ultrastructure and function of the main cell organelles.

    Introduction to the plant cell: ultrastructure and function of the cell wall, vacuole, and plastids.

    Notions of cellular metabolism: autotrophy and heterotrophy, chlorophyll photosynthesis and cellular respiration.

    Anatomical organization and physiology of plant organisms.
    Plant histology: meristematic tissues and cell differentiation, organization and function of definitive tissues.

    Anatomy of plant organisms: thallophytes vs cormophytes. primary and secondary structure of the root and shoot.

    Reproductive structures in plants: morphology, function and evolutionary aspects of the seed, flower and fruit.

    Elements of Systematics: distinctive morphological characters, life cycles and ecological aspects of the main divisions of plant organisms.

    Plant biodiversity: concept of species and binomial nomenclature.

    Textbook and course materials

    Raven P.H. et al. (2012). Biologia delle piante. Zanichelli, Bologna
    Speranza e Calzoni (2001). Struttura delle piante in immagini. Zanichelli, Bologna

    Course objectives

    The course aims to provide basic knowledge on the morphological, anatomical and physiological characteristics of plant organisms. Basic knowledge on plant systematics will also be provided, starting from unicellular organisms up to higher plants.

    At the end of the course, the student will have acquired the basic knowledge relating to the morphology, physiology and taxonomic classification of plant organisms and the ability to use the specific language of the various topics and of the specialized disciplines themselves.
    Specifically, the student will be able to:
    • understand and argue the cytological, histological, anatomical, physiological and taxonomic aspects of plant organisms,
    • evaluate the implications and results of botanical studies and publications,
    • expose the results of the same teachings also to a non-expert public,
    • attend related disciplines as well as in-depth courses and specialized seminars in Plant Biology.

    Prerequisites

    There are no prerequisites, however basic notions of biology and the elements of chemistry and physics are required for the introduction to the study of biology.

    Teaching methods

    The course is structured in 40 hours of theoretical lectures (5 CFU) and 8 hours of guided exercises in the Department's Botany laboratory or in the field (1 CFU). Lessons are held weekly in the classroom, supported by the projection of presentations and the use of the classic blackboard. At the end of each thematic unit, the teacher proposes a review of the contents. In his personal work the student will have to assimilate knowledge and concepts at the base of plant biology.
    The course provides for compulsory attendance which will be certified by collecting signatures at the beginning of the lesson or exercises.
    The student cannot be absent from lesson and laboratory activities for more than 25% of the hours.

    Evaluation methods

    The exam consists in verifying the level of knowledge and depth of the topics of the course program and the reasoning skills developed by the student. The evaluation is expressed out of thirty with a minimum score of 18/30.
    The exam method consists of a written and an oral test.
    The written test subjects the student to 40 multiple choice questions focused on the main contents of the program (plant cytology, histology, anatomy ontogenetic cycles, physiology and systematics). The written test is considered to have been passed if an evaluation equal to or greater than 20 correct answers is obtained. Passing the written test allows access to the oral test with the aim of ascertaining the level of knowledge of the contents, the ability to analyze, synthesize and interdisciplinary connections, the skills of critical sense and formulation of judgment as well as communication skills. and clarity of presentation in relation to the use of specific language.
    The final evaluation will be expressed out of thirty and will take into account the outcome of the oral exam (50%) and the written exam (50%).

    Other information

    All teaching materials used for the frontal lessons (ppt lessons, articles on case studies, review etc.) will be available for students on the University website (Sharepoint) and/or on the personal web page of the Teacher.
    The teacher will be available for meet student during the scheduled student reception hour and on request forwarded via email.

    Course Syllabus

    Unity and diversity of living organisms - The cell: constitutive unity of living organisms; Elemental and molecular composition of the cell: nucleic acids, proteins, lipids, carbohydrates; The enzymes; the "energy-rich" links in the energy economy of the cell; heterotrophy and autotrophy, molecular basis of heredity: notion of gene, mutation and evolution by natural selection, The fundamental dichotomy of living beings: Prokaryotes and Eukaryotes. Viruses.

    Cell Biology - Biological Membranes; The plasmalemma and the movement of substances: diffusion, passive transport, primary and secondary active transport; system of endomembranes, endo- and exocytosis; cytoskeleton; Cilia and flagella; mitochondria; nucleus, cell cycle, mitosis and cyto dieresis, notions of karyology; notions of cellular metabolism: cellular respiration. Distinctive characteristics of the plant cell - The plant cell: distinctive characteristics with respect to the animal cell; Introduction to the cell wall, vacuole and plastids.

    Plastids and photosynthesis - Photosynthetic plastids: ultrastructure and function of thylakoids and plastid matrix; photosynthetic pigments and their absorption spectrum: chlorophylls, carotenoids, xanthophylls, phycobilins; chlorophyll photosynthesis: light phase, function and energy balance; dark phase: function and energy balance; non-photosynthetic plastids and their histological localization: amyloplasts, chromoplasts, proplastids; endosymbiotic hypothesis of plastids.

    Vacuole and osmosis - Ultrastructure and functions of the vacuole; movements of water and solutes in the plant cell: water potential, mass flow, diffusion and osmosis; Water balance of the plant cell: hemolysis, turgor pressure, plasmolysis.

    Cell wall - Prokaryotic wall; eukaryotic wall: wall proper and envelopes (in algae and protists), functions of the cell wall; structural plan of the upper plant wall: microfibrillar component, ultrastructure, arrangement and role of cellulose and hemicellulose microfibrils, amorphous component, arrangement and role of pectins; cell wall biogenesis: primary wall, secondary wall, wall changes during cell distension, ultrastructure and function of plasmodesmata.

    Structure and development of the sporophyte - From unicellular to multicellular organization: concept of tissue, organ and apparatus; embryogenesis: anatomical organization and germination of the embryo in dicotyledons and monocotyledons, meristematic tissues and cell differentiation; primary meristems and their localization; development of a plant: growth, differentiation, morphogenesis and organization of the primary body; organization and function of definitive tissues: tegumental tissues, parenchymatous tissues, vascular and secretory tissues.

    Primary and secondary structure of the root - Functions of the root; types of root systems; organization of the root meristem; anatomy of the primary root body (epidermis, cortex, central cylinder); secondary root growth: secondary root body anatomy.

    Primary and secondary structure of the shoot - Functions of the stem and leaves; organization of the apical meristem of the shoot; anatomy of the primary body of the shoot; secondary growth in the stem; anatomy of the secondary body of the stem; leaf morphology and histology; phyllotaxis and specializations.

    Life cycles in plants - Karyotype and the concept of ploidy; vegetative and sexual reproduction; biological significance of sex; vegetative multiplication: types and modalities, meiosis and life cycles of aplonti, diplonti and aplodiplonti organisms; gametophyte and sporophyte and their relationships in life cycles.

    Reproductive structures in plants - Spores and gametes; iso and heterosporia; iso and heterogamy; microsporogenesis and microgametogenesis, macrosporogenesis, and macrogametogenesis.

    The flower, morphology, evolution and function - Life cycle of Angiosperms, pollination; fertilization; autogamy and allogamy.

    The fruit - Morphology; different types of fruit; dispersion strategies.

    The seed - Morphology, dissemination and germination strategies.

    Hints of Systematics -
    Protists and thallophytes: general characters, life cycles and ecology of the main groups of algae.
    Bryophytes: general characteristics of Liverworts, Musks and Antocerote; Life cycle.
    Vascular cryptogams: general morphology, life cycles, and phylogenetic aspects of Lycophyta, Psilotophyta, Sphenophyta and Pteridophytes.
    Gymnosperms: general morphology, life cycles and phylogenetic aspects of Coniferophyta, Cycadophyta, Ginkgophyta and Gnetophyta.
    Angiosperms: general morphology, life cycles, and phylogenetic aspects of Dicotyledons and Monocotyledons.
     
    Plant biodiversity - Concept of species and binomial nomenclature; classification methods; genetic variability and the process of evolution in plants.

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