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Botanica generale con Laboratorio

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Anno accademico 2012/2013

Codice dell'attività didattica
MFN0688
Docenti
Prof. Paola Bonfante
Dott. Elena Martino
Corso di studi
Laurea Triennale in Scienze Naturali D.M. 270
Anno
1° anno
Periodo didattico
Secondo semestre
Tipologia
Di base
Crediti/Valenza
8
SSD dell'attività didattica
BIO/01 - botanica generale
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Lezioni facoltative e esercitazioni obbligatorie
Tipologia d'esame
Scritto
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Programma

1) LA CELLULA VEGETALE

Introduzione al corso. Scopi della Botanica nel nuovo millennio. Le contraddizioni tra natura/agricoltura, ambiente/biodiversità/sviluppo; conoscere le piante per l’uomo e per l’ambiente. La specificità del vegetale, le differenze con il mondo animale. Le basi su cui si fonda la sistematica. La cellula vegetale, generalità. Membrana plasmatica: definizione, composizione, permeabilità, trasporto. Nucleo: significato di archivio, separazione temporale e spaziale dei processi di traduzione e trascrizione. Organizzazione morfologica, relazioni tra morfologia e composizione della cromatina; DNA e istoni. I genomi vegetali. I processi di sequenziamento, piante sequenziate. Mitosi: il confronto tra cellula animale e vegetale. Ciclo cellulare: dove avviene (apici meristematici), le diverse fasi, i tempi. Il nucleolo: organizzazione e significato, cenni sui geni ribosomali. Parete cellulare: il significato evolutivo, la deposizione: un'organizzazione temporo spaziale. Parete primaria, parete secondaria. I componenti molecolari fondamentali: cellulosa, pectine, emicellulose, proteine. Parete secondaria: trasformazioni molecolari, morfologiche e strutturali. Composizione e sintesi della lignina. Cuticolarizzazione: cere e cutine. Sintesi e deposizione. Sporoderma. I plasmodesmi e le modalità di trasporto. Citoscheletro: microtubuli e microfilamenti, ruolo e funzioni. Microfilamenti e movimenti degli organelli. Microtubuli: la dinamica delle strutture durante il ciclo cellulare. Le relazioni con la formazione della parete e la divisione cellulare. Il Flusso di membrane. Reticolo endoplasmico e Golgi. Il vacuolo: un comparto cellulare polifunzionale e dinamico. I valori del potenziale idrico. Il vacuolo come osmometro, la plasmolisi. Il vacuolo come comparto di accumulo di sostanze di riserva e detossificazione. Il tonoplasto e le molecole proteiche. Il contenuto del succo vacuolare. Il saccarosio. I flavonoidi e i colori dei vegetali, gli antociani. Microbodies. I plastidi: tipi di plastidi e loro relazioni. Come è fatto un cloroplasto; i sistemi di membrane esterne e quelle interne, tilacoidi granali e non granali, il DNA plastidiale: organizzazione ed espressione genica. Cenni sulle morfologie di amiloplasti e cromoplasti. La molecola dell’amido. Amido primario e secondario.

2) I TESSUTI

Dalla cellula alla pianta. Come cresce la pianta: divisione cellulare e distensione. Esempi. Le differenze, i siti dei due eventi. Il ruolo dell'acqua, del vacuolo, della parete, dell'auxina e delle pompe sulla membrane per il processo di distensione. Le basi molecolari dell'estensione. L'albero genealogico dei tessuti: presentazione e classificazione dei tessuti vegetali. Tessuti parenchimatici: di riserva, aerifero, fotosintetico, acquifero. Tessuti tegumentali: cellule banali, stomi, tricomi, litocisti.

ESERCITAZIONE 1: preparazione di vetrini da materiale vegetale: i parenchimi (foglie di elodea, foglie di aloe, picciolo di ninfea, patata). L'epidermide(spellature da foglie di trevigiana, clivia, singonium, sezioni trasversali di foglie di salvia e di ficus). Montaggio in acqua e osservazione al microscopio ottico.

Tessuti meccanici: collenchima e sclerenchima. Tessuti conduttori: xilema (tracheidi e trachee), floema (cellule e tubi cribrosi). Tessuti secretori. Secrezione intracellulare: laticiferi, idioblasti secretori. Secrezione extracellulare: canali secretori, tasche secretorie, tricomi ghiandolari, ghiandole saline, nettari.

ESERCITAZIONE 2: preparazione di vetrini da materiale vegetale. Tessuti meccanici (picciolo di ninfea, picciolo di prezzemolo, sedano, polpa di pera, fusto di papiro), tessuti conduttori (picciolo di papiro, picciolo di Liriodendron). Colorazione con floroglucina acida e osservazione al microscopio ottico.

3) GLI ORGANI: FUSTO, FOGLIA, RADICE

Apice vegetativo e meristema vegetativo: organizzazione istologica: tunica e corpus e/o organizzazione a settori. Cellula iniziale unica nelle felci. Dal meristema vegetativo si originano le gemme, le foglie e i rami: una struttura a moduli. Transizione apice vegetativo-apice fiorale.

Il Fusto. Morfologia esterna. Differenziamento del corpo primario del fusto: epidermide, corteccia, cilindro centrale. Struttura, organizzazione e disposizione dei fasci vascolari: eustele e atassostele. Specializzazioni ed adattamenti del fusto. La struttura delle piante legnose: il passaggio dalla struttura primaria alla struttura secondaria. I meristemi secondari. Formazione, struttura, organizzazione e funzionamento del cambio cribro-vascolare: origine dal procambio. Processo di differenziamento: caratteristiche citologiche delle iniziali fusiformi e delle iniziali dei raggi. Come si divide la cellula cambiale: attività dipleurica. Attività del cambio subero fellodermico: formazione del periderma, lenticelle. Xilema secondario nelle dicotiledoni e nelle gimnosperme: sistema longitudinale e sistema assiale, legno eteroxilo e legno omoxilo, cerchie annuali, legno primaverile e legno estivo. Floema secondario. Cenni di dendrocronologia.

ESERCITAZIONE 3: preparazione di vetrini da materiale vegetale. Fusto in struttura primaria: sezioni trasversali e longitudinali di fusto di Ruscus hypoglossum e di fusto di Chelidonium. Fusto in struttura secondaria: sezioni trasversali e longitudinali del fusto di una dicotiledone (tiglio) e del fusto di una gimnosperma (abete). Colorazione con floroglucina acida e osservazioni al microscopio ottico.

La Foglia: funzioni e struttura esterna. Struttura interna delle foglie: cuticola, epidermide, mesofillo (tessuto a palizzata e lacunoso), nervature (tessuti vascolari). Tipi di foglie: foglia dorsoventrale, foglia equifacciale, foglia unifacciale, foglia centrica. Adattamenti delle foglie a particolari condizioni ambientali: foglie succulente, foglie di sclerofite, perule, spine, cirri, foglie di sole e foglie d'ombra, foglie di piante carnivore.

ESERCITAZIONE 4: preparazione di vetrini da materiale vegetale. Sezioni trasversali di fogliedi magnolia, achmea, iris, gimnosperma, ninfea. Colorazione con floroglucina acida e osservazione al microscopio ottico.

La Radice: funzioni e struttura esterna (radici a fittone e radici avventizie). Il meristema radicale. Struttura interna delle radici: cuffia, meristema apicale, zona di distensione, zona di maturazione. L'endoderma. La disposizione dei tessuti vascolari: actinostele. Modelli di organizzazione nelle monocotiledoni e nelle dicotiledoni. Formazione delle radici laterali. Accrescimento secondario delle radici. Radici specializzate: radici tuberizzate, radici di sostegno, radici aeree delle orchidee epifite, radici contrattili, pneumatofori, radici micorrizate, noduli radicali, radici parassite (austori).

ESERCITAZIONE 5: preparazione di vetrini da materiale vegetale. Radici avventizie di Iris: sezione trasversale e colorazione con floroglucina acida. Esperimento sulla plasmolisi (spellature da foglie di trevigiana). Esperimento sui pigmenti della cellula vegetale: antociani, carotenoidi e clorofille. Estrazione di DNA da cavolfiore.

ESERCITAZIONE 6: preparazione di vetrini da materiale visto nelle precedenti esercitazioni, compilazione di una scheda che, se positiva, darà un punto per l’esame finale.

4) LA RIPRODUZIONE

Strategie riproduttive. Riproduzione asessuata e sessuata. Esempi di riproduzione asessuata. I cicli vitali: cicli aplonti, cicli diplonti, cicli aplo-diplonti. Il ciclo nelle angiosperme: i verticilli fiorali, il differenziamento dell' androceo e del gineceo; la formazione del gametofito maschile. La formazione del gametofito femminile (il sacco embrionale); la doppia fecondazione. La dispersione del polline. Il ciclo nelle gimnosperme: strobili maschili, formazione del gametofito maschile; strobili femminili, formazione del gametofito femminile; fecondazione. La formazione del fiore: il controllo molecolare, la determinazione del sesso; piante monoiche e dioiche; il significato ecologico. I fenomeni di incompatibilità: eteromorfica, omomorfica (gametofitica, sporofitica). I controlli ambientali della fioritura. Cenni sul fotoperiodo: piante longidiurne e brevidiurne. L'importanza del periodo di buio. Identificazione del florigeno? Dallo zigote all'embrione. Le divisioni cellulari a partire dallo zigote. Le caratteristiche morfologiche. Sospensore e gli stadi di sviluppo: Arabidopsis. Le tre componenti: embrione, tegumenti, riserve. La composizione molecolare, gli eventi di mobilizzazione. Il significato delle riserve. La trasformazione da ovulo a seme.

5) I PROCARIOTI

Morfologia, citologia, biologia e fisiologia dei Procarioti.

6) LA FOTOSINTESI E CENNI ALLA RESPIRAZIONE

Cloroplasti e mitocondri: gli organelli dell’energia messi a confronto. Le basi della fotosintesi: la reazione generale e il confronto con la respirazione. Reazioni endoergoniche ed esoergoniche. Il ruolo dell’ATP e del NADP. Il processo della compartimentazione. Le caratteristiche della luce richiesta per la fotosintesi. Fotosintesi: le reazioni dipendenti dalla luce; i pigmenti; i complessi macromolecolari e la loro disposizione sulle membrane. Le caratteristiche essenziali della fotosintesi ossigenica. Lo schema a zeta. Fotolisi dell’acqua; riduzione del NADP, significato del gradiente del potenziale ossido riduttivo. Le reazioni di ossido riduzione. della fotorespirazione. Basi cellulari, il significato. Le reazioni che avvengono nello stroma: la fase oscura, lo schema generale del ciclo di Calvin, la produzione degli zuccheri, la stechiometria della reazione, il ruolo della ribulosiodifosfatocarbossilasi. Piante C4 e Piante CAM: un loro confronto rispetto alle C3 e all'ambiente. Cenni sulla biochimica del processo. Evoluzione della Fotosintesi.

7) IL TRASPORTO XILEMATICO E FLOEMATICO

Il trasporto dell'acqua a breve ed a lunga distanza. Apertura e chiusura degli stomi, traspirazione. Il processo di tensione e coesione, la base anatomica, il passaggio dell'acqua dal suolo alla radice, il valore del potenziale idrico. Il sistema di circolazione nelle piante: il passaggio di zuccheri lungo il sistema floematico, il ruolo degli afidi, il contenuto del succo floematico, flusso di massa.

8) LA NUTRIZIONE MINERALE

Le basi della Nutrizione minerale, come si valuta la presenza degli elementi minerali, macro e micronutrienti. Il ruolo del fosforo e dell'azoto nella crescita delle piante. Le piante non agiscono da sole, ma vivono in simbiosi con funghi e batteri. Illustrazione delle principali simbiosi nel mondo vegetale.

9) GLI ORMONI

Il ruolo degli Ormoni nella biologia vegetale, definizioni, metodi di studio, prove biologiche. Descrizione e identificazione delle principali funzioni svolte da: auxina, gibberelline, citochinine, acido abscissico, etilene.

10) FOTOMORFOGENESI E FOTOTROPISMO

I recettori della luce: recettori per la luce blu e apertura degli stomi, recettori per i movimenti dei cloroplasti, fitocromo: funzionamento, molecola, processi biologici. Regolazione ed integrazione di segnali ambientali e genotipo: regolazione fototropica, recettore per il fototropismo, recettore per la gravità.


Eukaryotic versus Prokaryotic cells. The plant cell: plasmalemma, nucleus, cell wall, cytoskeleton, endoplasmic reticulum, Golgi, vacuole, plastids. Chloroplasts and mitochondria. Principles of the photosynthesis. How a plant grows. Tissues classification. Primary and secondary meristems. Reproductive strategies. Life cycles. The flower: formation, incompatible phenomenon, environment and flowering. From the zygote to the embryo. Xylem and phloem transport. Mineral nutrition. Plant symbioses. Plant hormones. Photosynthesis and environment. C4 and CAM plants. Photorespiration. Phototropic regulation, phototropism receptor, gravity receptor. A glimpse of the structure and functioning of Prokaryotes.  Laboratory, theoretical part: plant tissues (parenchimatic, dermal, vascular, support, secretor) and plant organs (stem, leaf, root, reproductive structures). Practical part: fresh sections of stems, leaves and roots, microscope slides preparation with water or phloroglucin, light microscope observations. Experiments: plasmolysis, plant pigments, DNA extraction.



Il Corso si propone di fornire agli studenti del primo anno le basi strutturali e funzionali dei vegetali, evidenziando dapprima le differenze nello stile di vita tra organismi animali e vegetali. Il corso si focalizza sulle proprietà delle cellule vegetali, sul passaggio dalla cellula al tessuto e all’individuo. Il corso si propone anche di fornire conoscenze di base sugli aspetti fondamentali della biologia dei procarioti, con particolare riferimento al loro ruolo specifico nei cicli biogeochimici. Il corso è integrato dalla parte di laboratorio che approfondisce la morfologia e l’anatomia vegetale. Ci si aspetta che gli studenti acquisiscano una buona conoscenza della biologia vegetale in termini strutturali  (come è fatta una pianta) e funzionali (come funziona).



Il materiale didattico presentato a lezione è disponibile sul sito internet: http://naturali.campusnet.unito.it

 

I testi base consigliati per il corso sono:

Smith et al.  2011, Biologia delle piante, Ed. Zanichelli, edizione italiana a cura di D. Chiatante.

Pasqua, Abbate, Forni. Botanica generale e Biodiversità, Ed. Piccin.

Mauseth. Botanica, Fondamenti di Biologia delle Piante, Edizione Italiana, Nuova Editoriale Grasso.

Speranza-Calzoni. Struttura delle piante in immagini,  Ed. Zanichelli.

 

Gerlach-Lieder. Atlante di Anatomia Vegetale,  Ed. Muzzio.

 

E’ fortemente consigliato l’utilizzo del seguente materiale per approfondimenti e integrazioni:

Appunti presi a lezione

 

Infine sono di seguito indicati altri siti internet di interesse:

http://www.bioveg.unito.it/atlanteme/

http://www.atlantebotanica.unito.it/ 

 

 

Scritto

L'esame  si svolge, di norma, come segue:

La prova scritta consiste nel riconoscimento e commento di immagini e schemi illustrati a lezione, domande a scelta multipla e domande aperte.



La frequenza è consigliata, non obbligatoria

Testi consigliati e bibliografia



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Ultimo aggiornamento: 28/06/2013 13:34
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