Scienze Naturali, Scienze dei Sistemi Naturali,
Evoluzione del comportamento animale e dell’uomo

L'insegnamento concorre al raggiungimento degli obiettivi formativi del Corso di Studi in Scienze Naturali che si propone di fornire una approfondita conoscenza degli organismi viventi, sia dal punto di vista morfologico e fisiologico, che dal punto di vista ecologico. Questo insegnamento in particolare vuole fornire agli studenti le chiavi di lettura indispensabili a comprendere le basi strutturali e funzionali dei vegetali, evidenziando dapprima le differenze nello stile di vita tra organismi animali e vegetali. Il percorso formativo proposto si focalizza sulle proprietà delle cellule vegetali, sul passaggio dalla cellula al tessuto ed all'individuo e sui cicli vitali. Vengono anche illustrati alcuni concetti di fisiologia vegetale (fotosintesi, ormoni vegetali, nutrizione minerale). L'insegnamento è integrato dalla parte di laboratorio che approfondisce la morfologia e l'anatomia vegetale (tessuti ed organi). L'insegnamento concorre alla formazione della figura del naturalista sia in vista di un possibile impiego nei settori della docenza nella scuola secondaria, della divulgazione scientifica e della ricerca naturalistica sia in vista della continuazione degli studi nelle lauree magistrali di orientamento naturalistico, biologico e biotecnologico.

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE. Al termine della fruizione di questo insegnamento lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito competenze teoriche e pratiche in riferimento alla biologia degli organismi vegetali. In particolare lo studente dovrà dimostrare di: (a) aver compreso le caratteristiche citologiche, anatomiche, fisiologiche e funzionali degli organismi vegetali ed essere in grado di correlare struttura e funzione; (b) conoscere i meccanismi riproduttivi e saper interpretare il ciclo vitale degli organismi fotosintetici.

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Le conoscenze teoriche e pratiche acquisite in seguito alla fruizione di questo insegnamento permetteranno allo studente di svolgere specifiche attività finalizzate allo studio della biologia, dell'anatomia e della fisiologia degli organismi vegetali. In particolare, in seguito allo svolgimento delle attività pratiche, lo studente dovrà dimostrare di: (a) essere in grado di allestire diversi tipi di preparati a fresco (in toto, spellature e sezioni); (b) saper utilizzare correttamente il microscopio ottico; (c) riconoscere ed interpretare preparati anatomici di campioni vegetali sulla base delle conoscenze teoriche acquisite a lezione.

A causa dell'emergenza sanitaria dovuta a COVID 19 le modalità di insegnamento dell'intero Corso di Laurea sono state riorganizzate per l'anno accademico 2020-21. Le lezioni teoriche di questo insegnamento, previste per il secondo semestre dell'anno accademico 2020-21, si svolgeranno in modalità telematica in sincrono tramite la piattaforma webex. Il giorno prima di ciascuna lezione tutti gli studenti registrati a questo insegnamento riceveranno, nella casella di posta elettronica istituzionale, l'invito per il collegamento webex alla lezione in sincrono.

Le videoregistrazioni delle lezioni saranno rese disponibili agli studenti sulla pagina moodle di questo insegnamento.

Sono previste 59 ore di lezione frontale e 5 esercitazioni (di due ore ciascuna) di laboratorio morfologico in presenza di un docente e di un tutor. Per le lezioni frontali la docente si avvale di presentazioni power point che vengono messe a disposizione degli studenti sulla piattaforma moodle di Scienze Naturali (Botanica generale con Laboratorio - corso A). Durante le esercitazioni gli studenti: (a) preparano vetrini a partire da materiale vegetale fornito dalla docente, utilizzando diverse tecniche (preparati in toto, spellature, sezioni), con o senza l'uso di coloranti; (b) osservano i preparati al microscopio ottico avvalendosi della spiegazione data dalla docente che proietta lo stesso preparato sul monitor collegato al microscopio docente; (c) chiariscono eventuali dubbi relativi ai preparati direttamente con la docente che passa tra gli studenti; (d) eseguono semplici esperimenti (es. plasmolisi)

Modalità di esame alternative

L'attuale situazione di emergenza sanitaria richiede lo svolgimento degli esami in modalità a distanza. Per l'esame di Botanica generale sono stati mantenuti i test in forma scritta su Moodle, che vengono svolti in videoconferenza (via Webex). Gli studenti iscritti agli esami ricevono, qualche giorno prima dell'appello, un messaggio da parte della docente con l'indicazione del turno nel quale sono stati inseriti per lo svolgimento dell'esame e con il link da utilizzare per collegarsi alla piattaforma Webex il giorno dell'esame. Rimane valida la suddivisione dell'esame in due parti (prima parte o esonero e seconda parte).

Non appena la situazione di emergenza sarà rientrata e sarà nuovamente possibile lo svolgimento degli esami in presenza ne verrà data immediata comunicazione su questa piattaforma.

L'apprendimento viene verificato attraverso un esame scritto, un esonero ed una verifica di laboratorio svolta al termine delle esercitazioni. 

ESAME SCRITTO - E' costituito da una serie di domande di varie tipologie che riguardano tutti gli argomenti svolti a lezione (tranne i punti 1 e 2 del programma - Cellula vegetale e Fotosintesi - che vengono richiesti nel test dell'esonero). La prova comprende:

30 domande a risposta multipla: ogni risposta giusta vale 0,6 punti. Le domande a risposta multipla sono volte a verificare l'abilità acquisita dallo studente di rispondere con esattezza a questioni puntuali inerenti i diversi argomenti (riproduzione, anatomia, fisiologia vegetale) affrontati a lezione.

5 domande che richiedono il riconoscimento di immagini e/o schemi proiettati a lezione: ogni risposta ha un valore massimo di 2 punti. Con queste domande s'intende valutare la capacità dello studente di riconoscere un processo partendo da uno schema illustrato a lezione ed anche la sua capacità di riconoscere un tessuto o un organo vegetale a partire dall'osservazione dell'immagine di un preparato microscopico.

2 domande aperte: a ciascuna delle due domande aperte viene attribuito un punteggio massimo di 2,5 punti. Le domande aperte richiedono per esempio l'illustrazione di un processo (es. un ciclo riproduttivo), la descrizione di un tessuto o di un organo. Con queste domande s'intende valutare, oltre a proprietà di linguaggio e capacità di sintesi, la comprensione teorica delle basi dell'organizzazione anatomico/funzionale dei vegetali, la capacità dello studente di descrivere un processo, un organo o un tessuto partendo da uno schema illustrato a lezione.

Punteggio massimo totale = 0,6*30 + 2*5 + 2.5*2 = 33 (30 e lode). Il tempo a disposizione è di 1 ora e 30 minuti.

ESONERO - E' previsto un esonero facoltativo (che viene fissato indicativamente l'ultima settimana del periodo didattico) relativo ai punti 1 e 2 del programma (Cellula vegetale e Fotosintesi). L'esonero comprende 40 domande a risposta multipla ed una domanda aperta facoltativa. Ogni risposta giusta vale 0,75 punti, la domanda aperta vale massimo 3 punti. Il tempo a disposizione è di 40 minuti (più 20 minuti aggiuntivi se viene svolta anche la domanda aperta). Il punteggio massimo ottenibile è 30/30, l'esito della domanda aperta consente di integrare il punteggio ottenuto e di ottenere eventualmente la lode L'esonero è riservato esclusivamente agli studenti immatricolati al primo anno ed ha una validità di un anno.

N.B. Gli studenti che non sosterranno l'esonero, quando si presenteranno agli appelli d'esame dovranno sostenere sia il test corrispondente agli argomenti dell'esonero che quello corrispondente all'esame scritto di cui sopra.

VERIFICA DI LABORATORIO - Al termine di ogni esercitazione viene proposto agli studenti un questionario di autovalutazione su moodle, per verificare la comprensione degli argomenti trattati durante l'esercitazione e delle caratteristiche morfologiche dei tessuti e degli organi esaminati. Il questionario consiste in un test che comprende domande a risposta multipla e immagini di preparati microscopici da riconoscere. Il punteggio ottenuto da ciascuno di questi questionari consente di ottenere piccoli bonus che verranno aggiunti al voto finale dell'esame.

Il VOTO FINALE COMPLESSIVO deriverà dalla media ponderata degli esiti ottenuti in seguito allo svolgimento dell'esonero e dell'esame scritto (coefficiente 1 e 1,5 rispettivamente). Per poter sostenere l'esame finale è obbligatorio aver seguito 4 esercitazioni.

Gli studenti con DSA che lo desiderano possono sostenere l'esame in forma orale o richiedere tempi supplementari per l'esame scritto inviando una mail alla docente secondo le procedure fissate dall'ufficio DSA di ateneo

Introduzione allo studio della Botanica. Definizione degli organismi vegetali e loro importanza nello studio della biologia. Piante ed animali a confronto.

1) LA CELLULA VEGETALE. Comparti comuni alla cellula animale e vegetale: membrana plasmatica, nucleo, mitocondri, sistema di endomembrane, citoscheletro. Ciclo cellulare. Comparti specifici della cellula vegetale. Parete: caratteristiche generali. Parete primordiale. Parete primaria: componenti di matrice (pectine, emicellulose, proteine) e componente fibrillare (cellulosa). Cellulosa-sintasi. Modello di Carpita e Gibeaut. Le tappe della distensione cellulare. Parete secondaria: composizione. Modificazioni della parete secondaria: cuticolarizzazione, lignificazione, suberificazione, mineralizzazione. Vacuolo. Dinamismo, omeostasi ionica, omeostasi idrica. Ruolo litico e ruolo di riserva. Accumulo di metaboliti primari e secondari. Funzione detossificante (metalli pesanti). Cellula e osmosi. Plastidi. Origine, genoma plastidiale, morfologia generale. Interconversione plastidiale. Proplastidi. Cloroplasti. Amiloplasti. Cromoplasti. Ezioplasti.

2) FOTOSINTESI. Fase luminosa e fase oscura. Interazione luce-materia. Pigmenti fotosintetici: clorofille e carotenoidi. Trasferimento di energia per risonanza e meccanismo di separazione delle cariche. Fotosistemi. Lo schema a Z della fase luminosa. I complessi macromolecolari della fase luminosa. I complessi LHC. Sintesi dell'ATP (meccanismo chemio-osmotico). Fase oscura. Il ciclo di Calvin-Benson. Fotosintesi e fotorespirazione. Fotosintesi CAM, cenno alla fotosintesi C4 (vedere anche Foglia).

3) DIVERSITÀ DEGLI ORGANISMI VEGETALI E STRATEGIE RIPRODUTTIVE. Le diverse classificazioni degli organismi viventi. Cicli vitali: diplonte, aplonte, il ciclo aplo-diplonte delle piante. Dalle Crittogame alle Spermatofite: evoluzione del rapporto gametofito-sporofito. Aspetti riproduttivi nelle Crittogame: sporogonia, isosporia, comparsa dell'eterosporia. Briofite: fase vegetativa e fase riproduttiva. Cicli vitali di Marchantia e di un muschio. Pteridofite: fase vegetativa e fase riproduttiva. Il ciclo vitale di una felce isosporea (Polypodium) e di una felce eterosporea (Selaginella). Passaggio dalle Crittogame alle Spermatofite: abbandono della sporogonia, formazione dell'ovulo, dispersione per disseminazione. Il seme: embrione, endosperma, tegumenti. Gimnosperme: strobilo femminile, differenziamento dell'ovulo; strobilo maschile, formazione dei granuli pollinici. Fecondazione. Il seme di una gimnosperma. Ciclo vitale di una Gimnosperma. Angiosperme, Dicotiledoni e Monocotiledoni. Verticilli fiorali. Formazione del gametofito maschile (il granulo pollinico). Sviluppo dell'ovulo: formazione del gametofito femminile (sacco embrionale). Vettori di impollinazione. Doppia fecondazione. Ciclo vitale di una Angiosperma. Meccanismi di controllo della riproduzione sessuale nelle Angiosperme. Autoincompatibilità omomorfica gametofitica e sporofitica. Autoincompatibilità eteromorfica.

Sviluppo dell'embrione. Maturazione e germinazione del seme. Formazione e ruolo biologico del frutto. Esempi di disseminazione. Dimensione dei semi e strategie riproduttive. Piante epiparassite.

4) TESSUTI. Definizione e classificazione. Plasmodesmi e simplasto. Tessuti meristematici. Tessuti parenchimatici (parenchima fondamentale, fotosintetico, aerifero, di riserva). Tessuti tegumentali. Stomi: funzione, formazione, morfologia, meccanismo di apertura e chiusura. Tricomi. Tessuti meccanici (collenchima e sclerenchima). Tessuti conduttori. Xilema. Il trasporto della linfa grezza nello xilema: meccanismo della tensione-coesione-adesione. Floema. Il movimento della linfa elaborata nel floema: flusso di massa secondo il modello del doppio osmometro proposto da Münch.  

5) ORGANI.

Radice. Ruoli ed organizzazione. L'apice radicale. Ruoli della cuffia. Il centro quiescente. Regioni anatomiche della radice primaria. Ruolo dell'endoderma. Arche xilematiche e floematiche, actinostele. Radici laterali. Radici specializzate.

Fusto. Ruoli ed organizzazione. Meristemi intercalari. Apice vegetativo: teoria tunica-corpus, zone radiali. Differenziamento dei tessuti di conduzione. Fusto in struttura primaria. Organizzazione del cilindro centrale: atassostele ed eustele. Fusti specializzati.

Struttura secondaria: meristemi secondari. Passaggio da struttura primaria a secondaria nel fusto e nella radice. Formazione del cambio cribro vascolare nel fusto e nella radice. Xilema e floema secondari. Cerchie annuali e dendrocronologia. Periderma: cambio subero- fellodermico, sughero e felloderma.

Tropismi. Gravitropismo: definizione e ruolo. Percezione dello stimolo gravitropico: cuffia, statoliti, meccanismo d'azione.  Risposta gravitropica: ruolo dell'auxina, teoria di Cholodny-Went. Il trasporto polare dell'auxina. Trasportatori PIN. Fototropismo. Gli esperimenti di Darwin. Fototropine e risposte alla luce blu. Ruolo dell'auxina.

Foglia: forma ed organizzazione. Le nervature. Abscissione fogliare. Formazione delle foglie. Fillotassi. Ruolo dell'auxina. Modelli di organizzazione anatomica delle foglie: bifacciali, equifacciali, unifacciali, centriche. Foglia ed adattamenti metabolici: la Fotosintesi C4. Adattamenti anatomici: foglie di piante xerofite e idrofite. Specializzazioni delle foglie: foglie modificate.

Fiore: transizione fiorale. Induzione della fioritura: controllo da parte del fotoperiodo (piante longidiurne, brevidiurne, neutrodiurne). Percezione del fotoperiodo: il fitocromo, scoperta del fitocromo, le due forme del fitocromo (Pr; Pfr), fitocromo e induzione della fioritura, stato fotostazionario. Percezione e risposta al fotoperiodo: foglie e meristema apicale. Il florigeno. Controllo della fioritura da parte di fattori genetici: geni omeotici. Studio dei mutanti con difetti nella fioritura: il modello ABC, il modello ABCDE.

6)      ORMONI VEGETALI. Significato di ormone. Scoperta e ruoli di auxine, citochinine, etilene, acido abscissico, gibberelline e brassinosteroidi. Il movimento degli stomi coinvolge una specifica via di risposta ormonale. Ruolo di acido giasmonico, acido salicilico e sistemina nella risposta ai patogeni. 

7)      NUTRIZIONE MINERALE E SIMBIOSI. Micro- e macronutrienti. Lo scambio cationico. Piante iperaccumulatrici. Cicli dei nutrienti: azoto e fosforo. Il concetto di microbiota. Il microbiota associato alle piante. Simbiosi radicali: noduli e micorrize. La scoperta del Wood-Wide-Web: una rete fisica e funzionale.

ESERCITAZIONI:

Le esercitazioni previste per questo insegnamento per il secondo semestre dell'anno accademico 2020-2021 si svolgeranno, per quanto possibile, in presenza, secondo il programma di seguito riportato e secondo i turni stabiliti sulla pagina moodle di questo insegnamento. Sarà comunque garantito lo svolgimento delle esercitazioni in modalità integrata: le videoregistrazioni delle esercitazioni in presenza saranno rese disponibili agli studenti sulla pagina moodle.

Le esercitazioni prevedono la preparazione di vetrini da materiale vegetale a fresco, la colorazione e l'osservazione al microscopio ottico. Ogni esercitazione è integrata da un questionario di autovalutazione reso disponibile agli studenti sulla piattaforma moodle di questo insegnamento. Esercitazione 1) Il microscopio ottico. La cellula vegetale: come fare i preparati; cloroplasti; amiloplasti; cromoplasti; vacuolo (plasmolisi; pigmenti della cellula vegetale). Esercitazione 2) Tessuto parenchimatico: parenchima fotosintetico; acquifero; aerifero, parenchima di riserva amilifero. Tessuto epidermico: spellature da foglie di monocotiledoni e di dicotiledoni. Idioblasti del tessuto epidermico: stomi; tricomi; litocisti con cistolite. Esercitazione 3) Tessuti meccanici: collenchima; sclerenchima. Tessuti conduttori: vasi dello xilema; fasci vascolari. Esercitazione 4) Fusto in struttura primaria: fusto di monocotiledone – atassostele; fusto di dicotiledone – eustele. Radice in struttura primaria: radice di monocotiledone, radice di dicotiledone. Esercitazione 5) Fusto in struttura secondaria: fusto di Angiosperma dicotiledone, legno eteroxilo; fusto di Gimnosperma, legno omoxilo. Foglia: foglia dorsoventrale o bifacciale; foglia equifacciale; foglia unifacciale; foglia centrica

I testi base consigliati per la preparazione dell'esame sono:

• Evert RF, Eichhorn SE. 2013. Biologia delle piante di Raven. Ed. Zanichelli
• Mauseth JD. 2014. Botanica. Fondamenti di biologia delle piante. Ed. Idelson-Gnocchi
• Pasqua G, Abbate G, Forni C. 2019. Botanica generale e Diversità vegetale. III ed. Ed. Piccin
• Gerlach D, Lieder J. 2014. Atlante di Anatomia Vegetale. Ed. Muzzio

E' fortemente consigliato l'utilizzo del seguente materiale per approfondimenti e integrazioni: appunti presi a lezione

Sito internet di interesse:
Atlante di Botanica