Corso di Laurea in Scienze forestali e ambientali - SFA

L'insegnamento integrato si inserisce nelle tematiche dell'area ambientale del corso di studio, che si prefiggono il generale obbiettivo di fornire le competenze per la conservazione e difesa dell'ecosistema forestale e per la difesa del suolo per quanto riguarda modulo di Chimica forestale; il modulo di Elementi di fisiologia vegetale, inoltre, contribuisce a fornire conoscenze propedeutiche.

Nello specifico, il modulo di Chimica forestale ha l'obiettivo di trasmettere le conoscenze di base sulle proprietà chimico-fisiche del suolo e sulle principali modalità di determinazione, sui cicli biogeochimici degli elementi nutritivi (e contaminanti), le loro interrelazioni e implicazioni per lo sviluppo delle piante e dei biomi forestali e per la qualità dell'ambiente. Il modulo di Elementi di fisiologia vegetale si prefigge di far capire ed interpretare le relazioni fra la fisiologia e la produzione delle piante dell'ambiente forestale, e  in particolare comprendere i meccanismi di adattamento delle piante in risposta a diversi stimoli ambientali.

 Conoscenza e capacità di comprensione

Il modulo di Chimica Forestale permetterà agli studenti di acquisire la conoscenza di base dei processi che regolano le dinamiche degli elementi nel sistema suolo, con particolare riferimento agli elementi nutritivi per le piante. Gli studenti acquisiranno la capacità di comprendere e interpretare sistemi complessi, come il sistema suolo-pianta, e le interconnessioni tra i processi chimici, fisici, biologici e fisiologici che ne governano le dinamiche. Gli studenti saranno in grado di integrare le lezioni teoriche del programma con conoscenze acquisite dalla letteratura scientifica del settore. In questa parte, gli studenti svilupperanno abilità di comprensione di lingua inglese sia orale che scritta e indagini su banche date di letteratura scientifica.

 Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Al termine dell'insegnamento gli studenti saranno in grado di:

-      Collegare la conoscenza delle proprietà chimiche del suolo con le esigenze delle piante e le modalità di nutrizione vegetale (apprese con il modulo di Elementi di Fisiologia Vegetale dell'insegnamento);

-      Saper richiedere, interpretare criticamente e utilizzare i dati analitici circa le principali proprietà chimiche di un suolo ed estenderne le implicazioni in ambito forestale e ambientale;

-      saper analizzare i meccanismi che permettono lo svolgersi dei principali processi fisiologici ed ecofisiologici delle piante in risposta agli stimoli ambientali dell'ambiente forestale.

Autonomia di giudizio

Al termine dell'insegnamento gli studenti saranno in grado di:

-      Saper giudicare le caratteristiche e le attitudini di un suolo in base alle proprietà chimiche

-      Saper discernere eventuali fattori di rischio ambientale derivanti dalle proprietà chimiche di un suolo

-      Saper prevedere le risposte delle piante al variare degli stimoli ambientali

 Abilità comunicative

Al termine dell'insegnamento gli studenti saranno in grado di trasmettere le informazioni acquisite, nonché eventuali relazioni tecniche riguardanti tematiche oggetto di questo insegnamento con proprietà di linguaggio

  L'insegnamento consiste di circa 50 ore di lezione frontale integrate con circa 10 ore di esercitazioni in laboratorio per ciascuno dei due moduli. Le lezioni frontali includono anche test di autovalutazione periodici, semplici esercizi e brevi riassunti in inglese sulla base di dati originali provenienti dalla letteratura scientifica. 

 Per le lezioni frontali il docente si avvale di presentazioni e slides che saranno a disposizione degli studenti sul sito Campusnet. Le discussioni riassuntive in inglese utilizzano banche dati della letteraura scientifica internazionale disponibili on line al docente ed agli studenti che vogliano collegarsi con il proprio portatile. Le autovalutazioni fissano gli argomenti periodicamente e allenano gli studenti all'esame finale.

L'insegnamento fa esplicito e continuo riferimento ai libri di testo consigliati.

Sarà verificato l'apprendimento dei contenuti di entrambi i moduli, la capacità di interpretare i dati e di impostare la risoluzione di semplici problemi. Il voto finale sarà dato dalla media delle valutazioni (sufficienti) dei due moduli.

Verifiche in itinere (senza attribuzione di valutazione): Il grado di apprendimento sarà verificato durante lo svolgimento delle lezioni con domande o brevi esercizi relativi agli argomenti precedentemente trattati, prove scritte anonime periodiche.  L'interazione continua con gli studenti in aula, nel corso delle lezioni frontali e specialmente delle esercitazioni pratiche, viene inoltre utilizzata per verificare lo sviluppo dell'autonomia di giudizio e della capacità di apprendimento.

- Esame finale del modulo di Chimica Forestale: costituito da una prova preliminare scritta e dalla prova orale. La prova scritta ha la finalità di: (i) compiere un rapido screening circa il grado di acquisizione delle conoscenze con un test a domande aperte; (ii) risolvere problemi pratici numerici, applicando le competenze acquisite. La prova orale, in presenza dei docenti dei due moduli, e a cui si accede con una valutazione sufficiente della prova scritta preliminare di entrambi i moduli, è finalizzata ad approfondire la verifica della padronanza delle conoscenze, la capacità di collegamento e di ragionamento critico, nonché la proprietà di linguaggio. La valutazione complessiva del modulo tiene conto dell'esito di entrambe le prove.

- Esame finale del modulo di Elementi di Fisiologia Vegetale: costituito da una prova scritta della durata di 75 minuti durante la quale i punti del programma saranno affrontati in forma di domande aperte e dalla successiva prova orale comprensiva di entrambi i moduli.

-      Esame finale dell'insegnamento: La valutazione complessiva dell'insegnamento (espressa in trentesimi), è attribuita al termine della prova orale comprensiva di entrambi i moduli, ed è calcolata in base alla media dei voti ottenuti per le prove scritte dei due moduli e all’esito della prova orale.

Non sono previste attività di supporto

Questo insegnamento si inserisce tra quelli dell'Area ambientale e permette agli studenti di ottenere le basi professionali per la gestione, la difesa, la conservazione, il recupero dei sistemi forestali.

Modulo: Chimica forestale

Il programma prevede di fornire le basi conoscitive circa il ruolo del suolo nell'ambiente, le sue componenti abiotiche e biotiche e le loro interazioni a livello chimico-fisico. Esperienze in laboratorio inerenti gli argomenti chiave sono intese a renderne più approfondito, pratico  e attivo l'apprendimento. 

Introduzione. Il suolo come comparto naturale; ruolo nell'ambiente. Descrizione del suolo. Fasi solida, liquida e gassosa e composizione elementare. Fattori di formazione del suolo. 

Le proprietà fisiche del suolo.  La tessitura, la struttura, la densità, la porosità, il colore, il calore. Determinazione delle principali proprietà fisiche.

I componenti minerali del suolo.  Le rocce. I minerali silicatici. I fillosilicati argillosi. Minerali non silicatici: ossidi, carbonati, fosfati, solfuri, solfati. Degradazione fisica e alterazione chimica dei minerali. 

La sostanza organica. Origini e costituzione della sostanza organica. Gli organismi del suolo e la biomassa microbica. Le sostanze umiche. Cenni al ciclo del carbonio. Determinazione della sostanza organica del suolo

Le proprietà chimiche del suolo. I colloidi del suolo. Lo scambio cationico. Reazioni di adsorbimento e desorbimento. Il potere tampone. Il pH e la sua regolazione. Suoli acidi e suoli alcalini. L'Eh e la sua regolazione. Suoli sommersi. Determinazione della capacità di scambio cationica, del pH, del P assimilabile. 

Interazione suolo-pianta. La soluzione del suolo. Composizione chimica e mobilità dei nutrienti. Il suolo rizosferico.

Il ciclo biogeochimico di alcuni elementi. Elementi macronutritivi. Azoto. Fosforo. Microelementi. Elementi contaminati.

Esercitazioni in laboratorio. Preparazione del campione. Determinazione della tessitura apparente; determinazione di: pH, C organico, N totale, capacità di scambio cationico. Estrazione della sostanza organica.

Modulo: Elementi di Fisiologia Vegetale

Funzioni dell'acqua nella cellula e nella pianta; variazioni di potenziale idrico nel continuum suolo-pianta-atmosfera; psicrometro; camera a pressione trasporto xilematico; forze di tensione/coesione ed embolismi (danni e recupero); ruolo delle acquaporine; traspirazione fogliare: biofisica del fenomeno (umidità relativa, temperatura); conduttanza stomatica; movimenti degli stomi; biochimica della cellula di guardia; fattori ambientali che condizionano la regolazione stomatica: luce, CO₂; regolazione stomatica idropassiva e idroattiva; azione dell'ABA mediata dal Ca⁺⁺; sintesi e redistribuzione dell'ABA; la tecnica del PRD (partial root drying).

Cenni sulla sintesi proteica; cinetica enzimatica; potenziale elettro-chimico di un soluto - equazione di Nernst; permeabilità delle membrane; potenziale di membrana; trasporto passivo: diffusione semplice e facilatata; trasporto attivo primario; H⁺-ATPasi; trasporto attivo secondario (simporto, antiporto).

Fotosintesi: fase luminosa e fase oscura, fotosistemi, regolazione dell'organicazione del carbonio                   

Lo spettro dell'energia solare; eccitazione dei pigmenti, riemissione di energia: dissipazione e trasferimento; assorbimento energetico della clorofilla; i fotosistemi del cloroplasto; schema Z della fotosintesi, trasporto di elettroni; trasporto transmembrana di H⁺ e sintesi dell'ATP nel cloroplasto; fotoinibizione, formazione de radicali liberi dell'H₂O;

Confronto fotosintesi/respirazione per la sintesi di ATP; la RUBISCO; sintesi di amido primario nel cloroplasto; sintesi di saccarosio nel citosol; ripartizione del trioso-P tra cloroplasto e citosol; sintesi dell'amido secondario (amiloplasti).

Metabolismo respiratorio

Elementi strutturali del floema: funzioni; floema: modello di flusso di massa da organi sorgenti a organi sink; caricamento floematico (simportatore di zuccheri); scaricamento floematico; ripartizione dei prodotti della fotosintesi, forza di un sink; effetti delle variazioni del rapporto sorgente/sink; transizione sorgente/sink.  

Assorbimento, trasporto e assimilazione di sostanze minerali

Modificazioni di soluzioni nutritive per valutare gli effetti di elementi minerali; movimento dei soluti nel terreno; trasporto apoplastico e cellulare degli elementi minerali; funzioni del trasporto di membrana nell'assorbimento ionico di sost. minerali

Auxina: esperimenti di inizio '900 e risvolti funzionali; saggio biologico e radio-immunologico delle auxine; forma libera e forma coniugata (implicazioni su trasporto ed utilizzo); trasporto apolare (floematico) e polare (parenchimatico) ; effetti dell'auxina: allungamento di fusti e radici; auxine e fototropismo; auxine e gravitropismo in fusti e radici; effetti fisiologici dell'auxina; effetti fisiologici delle gibberelline; effetti fisiologici delle citochinine; etilene; acido abscisico.

Aspetti ecofisiologici: risposta allo stress:

Stress idrico. Meccanismi di difesa delle piante allo stress idrico.  Risposta isodrica ed anisoidrica allo stress idrico.

Ruolo del messaggio ormonale e chimico. Limitazioni alla crescita della piante ascrivibili a squilibri del potenziale idrico. Osmoregolazione.

Stress e shock da calore; stress da freddo; stress da congelamento; stress salino.

Esercitazioni pratiche su misura dello stato idrico della pianta, della fotosintesi e della traspirazione.  Esercitazioni pratiche di Microscopia: densita' stomatica di diverse specie.

Altri testi consigliati sono:

Per il modulo di Chimica Forestale:

P. Violante - Chimica del Suolo e della nutrizione delle Piante. Edagricole (2002);

G. Sposito - The chemistry of soils. Oxford University Press (2008)

Per il modulo di Elementi di fisiologia vegetale:

Rascio N., Elementi di fisiologia vegetale, EdiSES, Napoli, 2017.

Taiz L., Zeiger E., Fisiologia vegetale, PICCIN, Padova, 2012.

Siti internet di interesse: http://5e.plantphys.net

Le modalità di svolgimento dell'attività didattica potranno subire variazioni in base alle limitazioni imposte dalla crisi sanitaria in corso. In ogni caso è assicurata la modalità a distanza per tutto l'anno accademico.