ITALIANO

Motivazioni scientifiche e applicative dello studio della biologia vegetale. Relazioni tra piante e acqua. La cellula vegetale e il significato funzionale della compartimentazione cellulare. Struttura e funzione delle membrane biologiche. Assorbimento e ruolo fisiologico dei macroelementi e dei microelementi. Metabolismo del carbonio, con particolare riferimento alla fotosintesi e alla respirazione. Metabolismo dell’azoto e dello zolfo. Comunicazione cellulare nelle piante, con particolare riferimento ai meccanismi di percezione e trasduzione del segnale e al ruolo degli ormoni vegetali. Risposte delle piante alla luce e alla gravità, con approfondimenti su fotoperiodismo, piante brevidiurne e longidiurne, fototropismo e gravitropismo. Orologio biologico e ritmi circadiani. Il seme, con particolare riferimento a dormienza e germinazione.

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

RASCIO - ELEMENTI DI FISIOLOGIA VEGETALE- EDISES 2021

Per gli studenti ERASMUS è consigliato anche il seguente testo in lingua inglese: Heldt H.W., Piechulla B., Plant Biochemistry and Molecular Biology, 4th ed., Oxford University Press, 2010.

L’insegnamento di Fisiologia vegetale si propone di fornire allo studente le conoscenze di base relative ai principali meccanismi fisiologici e molecolari che regolano il differenziamento, lo sviluppo e il funzionamento delle piante in ambienti naturali e agrari.
Al termine dell’insegnamento, lo studente dovrà essere in grado di:
-descrivere i principali aspetti della fisiologia vegetale, con particolare riferimento alle relazioni tra struttura e funzione;
-comprendere i concetti chiave dei principali processi fisiologici;
-analizzare gli aspetti fisiologici, metabolici ed energetici associati ai diversi stadi di sviluppo della pianta;
-comprendere i meccanismi di percezione e trasduzione dei segnali endogeni e ambientali e il loro ruolo nel differenziamento e nello sviluppo vegetale.

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 è verificare il livello di conoscenza e approfondimento maturato dallo studente sugli argomenti previsti dal programma del corso, nonché la capacità di ragionamento e di applicazione consapevole dei concetti acquisiti. In coerenza con i descrittori di Dublino, la valutazione si concentra principalmente su due dimensioni: la conoscenza e comprensione dei contenuti (descrittore 1) e la capacità di applicare tali conoscenze in contesti noti o nuovi (descrittore 2). La valutazione complessiva non si basa esclusivamente su una prova finale, ma include anche due verifiche in itinere, pensate per permettere agli studenti, che hanno maturato almeno il 65% delle presenze, di monitorare progressivamente il proprio livello di preparazione. Per coloro che non partecipano alle prove in itinere, l’esame finale consiste in una prova scritta, propedeutica all’ammissione all’orale, e in una successiva prova orale. La votazione finale è espressa in trentesimi, con un minimo di 18/30 per il superamento dell’esame. La prova scritta, pur essendo superata con 16/30, non dà accesso diretto all’idoneità ma solo alla prova orale. La qualità dell’apprendimento sarà valutata considerando non solo l’esattezza delle risposte, ma anche la profondità dell’elaborazione concettuale, la capacità di collegare in modo critico i diversi argomenti del corso e l’appropriatezza del linguaggio utilizzato. Un risultato sufficiente (18–20/30) corrisponde a una conoscenza essenziale e talvolta frammentaria dei contenuti, con capacità limitate di applicazione e una esposizione incerta. Livelli discreti o buoni (21–26/30) indicano una comprensione più solida degli argomenti e una capacità di applicazione coerente in situazioni note, con una esposizione generalmente chiara. Un risultato molto buono o eccellente (27–30 e lode/30) riflette una padronanza approfondita della materia, la capacità di analizzare criticamente le informazioni, di risolvere problemi in modo autonomo e di argomentare con precisione e padronanza terminologica.

Per supportare lo studente nella verifica in itinere del proprio livello di preparazione, a ogni lezione viene fornito il syllabus dettagliato dell’argomento trattato, comprensivo di domande analoghe a quelle previste per l’esame scritto e/o orale. È inoltre attiva una classe virtuale sulla piattaforma Microsoft Teams, che consente l’interazione diretta tra docente e studenti. Sulla piattaforma vengono caricati materiali didattici relativi alle lezioni, sotto forma di file PDF, immagini e video. Le presenze in aula sono registrate mediante appello nominale. Solo gli studenti che abbiano frequentato almeno il 65% delle lezioni sono ammessi a sostenere le prove intermedie.

Cellula vegetale -Caratteristiche generali della cellula vegetale e significato funzionale della compartimentazione cellulare. Membrane biologiche e loro ruolo nell’omeostasi, nel trasporto, nel riconoscimento e nella trasduzione del segnale. Simplasto e apoplasto. Plasmodesmi. Trasportatori selettivi. Trasporto attivo primario e secondario. Carrier del fosfato.
Parete cellulare - Struttura e funzione della parete cellulare. Componente fibrillare e componente matriciale. Struttura e funzione della cellulosa sintasi e della saccarosio sintasi. Modello di Lamport. Modificazioni secondarie della parete.
La pianta e l’acqua -Proprietà dell’acqua. Potenziale chimico dell’acqua e sue componenti: osmosi, potenziale o pressione osmotica, potenziale di matrice e potenziale di pressione. Potenziale idrico nell’atmosfera e nel suolo. Traspirazione. Struttura della radice, dei tessuti xilematici e della foglia. Flusso dell’acqua dal suolo all’atmosfera. Teoria della coesione. Forza motrice della traspirazione. Meccanismi stomatici e controllo della traspirazione. Effetti della luce e della CO₂. Significato fisiologico della traspirazione negli scambi energetici e nel trasporto dei soluti.
Nutrizione minerale - Macronutrienti e micronutrienti. Esigenze quantitative e qualitative dei nutrienti minerali. Trasporto dei nutrienti nella pianta e assorbimento radicale. Struttura e selettività delle membrane. Trasporto attivo e passivo. Pompa protonica e potenziale di membrana. Ruolo fisiologico degli elementi essenziali e sintomi di carenza. Competizione tra ioni e stress salino. Terreni nutritivi. Colture idroponiche, aeroponiche e a film nutritivo.
Fase luminosa della fotosintesi - Batteriorodopsina e proteorodopsina. Cloroplasti e fotobiologia. Energia radiante e luce visibile. Cromofori, orbitali e dislocazione elettronica. Struttura e funzione di clorofille 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 fotosintetico degli elettroni. Proteina HBP. Regolazione molecolare dei processi fotosintetici. Danni alla proteina D1. Specie reattive dell’ossigeno 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, tioredossine plastidiche e transizione luce-buio. Fotorespirazione. Piante ad alta efficienza fotosintetica. Integrazione tra 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 dei composti inorganici dell’azoto. Biosintesi dei metaboliti azotati. Fissazione biologica dell’azoto. Assorbimento, trasporto, riduzione e assimilazione dei composti inorganici dello zolfo. Biosintesi dei 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 - Effetti della luce sull’accrescimento vegetativo e riproduttivo. Fotorecettori. Tempo biologico e orologi biologici. Fotoperiodo, fioritura e florigeno.
Seme, dormienza e germinazione - Sviluppo e struttura del seme. Modulazione della dormienza in relazione a fattori ormonali e ambientali. Germinazione. Utilizzazione 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. Elementi di analisi statistica dei dati.

Italian

Scientific and applied motivations for studying plant biology. Plant–water relations. The plant cell and the functional significance of cellular compartmentalization. Structure and function of biological membranes. Uptake and physiological role of macroelements and microelements. Carbon metabolism, with particular reference to photosynthesis and respiration. Nitrogen and sulfur metabolism. Cellular communication in plants, with particular reference to signal perception and transduction and the role of plant hormones. Plant responses to light and gravity, including photoperiodism, short-day and long-day plants, phototropism, and gravitropism. Biological clock and circadian rhythms. Seeds, with particular reference to dormancy and germination.

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

RASCIO - ELEMENTI DI FISIOLOGIA VEGETALE- EDISES 2021

ERASMUS students may also use the following English-language textbook: Heldt H.W., Piechulla B., Plant Biochemistry and Molecular Biology, 4th ed., Oxford University Press, 2010.

The course in Plant Physiology aims to provide students with the basic knowledge of the main physiological and molecular mechanisms regulating plant differentiation, development, and functioning in natural and agricultural environments.
At the end of the course, students are expected to be able to:
-describe the main aspects of plant physiology, with particular reference to structure–function relationships;
-understand the key concepts underlying the major physiological processes;
-analyse the physiological, metabolic, and energetic aspects associated with the different stages of plant development;
-understand the mechanisms of perception and transduction of endogenous and environmental signals and their role in plant differentiation and development.

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.

The aim of the examination is to assess the student’s level of knowledge and understanding of the topics of the teaching programme, as well as the ability to reason and to apply the acquired concepts in a conscious and appropriate way. In accordance with the Dublin Descriptors, the assessment focuses in particular on knowledge and understanding of the contents and on the ability to apply such knowledge in familiar or new contexts.
The overall assessment is not based exclusively on a final examination, but also includes two mid-term tests, reserved for students who have attended at least 65% of the lessons, in order to monitor their level of preparation progressively. For students who do not take the mid-term tests, the final examination consists of a written test, which is required for admission to the oral examination, followed by an oral test.
The final mark is expressed out of thirty, and the examination is passed with a minimum mark of 18/30. The written test is considered passed with a minimum mark of 16/30 and allows admission to the oral test, but does not in itself imply that the examination has been passed.
Assessment will take into account the correctness of the answers, the level of understanding, the ability to critically connect the different topics covered in the teaching, the ability to apply the acquired contents, and the appropriate use of scientific language. A sufficient mark (18–20/30) reflects an essential knowledge of the contents, with limited ability to apply them and a presentation that is not always fully confident. Intermediate marks (21–26/30) reflect a more solid preparation, an adequate ability to apply knowledge in familiar contexts, and a generally clear presentation. Higher marks (27–30 cum laude/30) reflect a thorough command of the subject, critical analysis skills, the ability to apply knowledge autonomously, and precise and rigorous scientific terminology.

To support students in monitoring their level of preparation during the teaching activities, a detailed syllabus of each topic covered is provided at every lesson, including questions similar to those expected in the written and/or oral examination. In addition, a virtual class is active on Microsoft Teams, allowing direct interaction between the lecturer and the students. Teaching materials related to the lessons are uploaded to the platform in the form of PDF files, images and videos. Attendance is recorded by name call. Only students who have attended at least 65% of the lessons are admitted to the mid-term tests

Plant cell - General characteristics of the plant cell and functional significance of cellular compartmentalization. Biological membranes and their role in homeostasis, transport, recognition, and signal transduction. Symplast and apoplast. Plasmodesmata. Selective transporters. Primary and secondary active transport. Phosphate carriers.
Cell wall - Structure and function of the cell wall. Fibrillar and matrix components. Structure and function of cellulose synthase and sucrose synthase. Lamport model. Secondary wall modifications.
Plants and water - Properties of water. Chemical potential of water and its components: osmosis, osmotic potential or osmotic pressure, matric potential, and pressure potential. Water potential in the atmosphere and in the soil. Transpiration. Structure of the root, xylem tissues, and leaf. Water flow from soil to atmosphere. Cohesion theory. Driving force of transpiration. Stomatal mechanisms and control of transpiration. Effects of light and CO₂. Physiological significance of transpiration in energy exchange and solute transport.
Mineral nutrition - Macronutrients and micronutrients. Quantitative and qualitative requirements of mineral nutrients. Nutrient transport in the plant and root uptake. Structure and selectivity of membranes. Active and passive transport. Proton pump and membrane potential. Physiological role of essential elements and deficiency symptoms. Ionic competition and salt stress. Nutrient media. Hydroponic, aeroponic, and nutrient film cultures.
Light phase of photosynthesis - Bacteriorhodopsin and proteorhodopsin. Chloroplasts and photobiology. Radiant energy and visible light. Chromophores, orbitals, and electron displacement. Structure and function of chlorophylls and carotenoids. Xanthophyll cycle. Biliproteins. Folding of photosystem II proteins. Photosystems I and II and their stoichiometry. Water-splitting complex. Photosynthetic electron transport. HBP protein. Molecular regulation of photosynthetic processes. Damage to the D1 protein. Reactive oxygen species and repair systems.

Reductive and oxidative carbon metabolism - RUBISCO, structure and regulation. Calvin cycle. Redox regulation of Calvin cycle enzymes, plastid thioredoxins, and light-dark transition. Photorespiration. Plants with high photosynthetic efficiency. Integration between anabolic and catabolic reactions of photosynthates in the cytoplasm. Sucrose and starch synthesis and degradation. Cellular respiration. Krebs cycle, amphibolism, and anabolism. Oxidative phosphorylation, internal and external dehydrogenases, and alternative oxidases. Pentose phosphate pathway.
Nitrogen and sulfur metabolism - Uptake, transport, reduction, and assimilation of inorganic nitrogen compounds. Biosynthesis of nitrogen-containing metabolites. Biological nitrogen fixation. Uptake, transport, reduction, and assimilation of inorganic sulfur compounds. Biosynthesis of sulfur-containing compounds.
Cellular communication - Signal perception and transduction. Role of plant hormones. Synthesis, transport, physiological action, and degradation of the main hormone classes: auxins, cytokinins, gibberellins, ethylene, and abscisic acid.
Photoreceptors and photomorphogenesis - Effects of light on vegetative and reproductive growth. Photoreceptors. Biological time and biological clocks. Photoperiod. Flowering and florigen.
Seeds, dormancy, and germination - Seed development and structure. Modulation of dormancy in relation to hormonal and environmental factors. Germination. Reserve mobilization. Glyoxylate cycle.
Plant orientation in space - Phototropism, gravitropism, nastic movements, and nutations.

Practical laboratory activities
Preparations from plant tissues. Chlorophyll analysis and properties. Protein and amino acid analysis. Basic statistical analysis of data.