PROGRAMMA DEL CORSO di
Fisiologia e Principi di
Biotecnologie vegetali
Prof. Renato D’Ovidio
tel: 0761 357323
email: [email protected]
Scopo del corso
•Come ‘funziona’ una pianta
• Come le biotecnologie possono contribuire a
far funzionare meglio la pianta nell’ambiente
agrario
Riso
~ 3.9 x 108 bp
~ 28.000 geni
Arabidopsis thaliana
~ 120.000 bp
~ 26.000 geni
Pioppo
~ 420.000 bp
~ 41.000 geni
Uomo: 3.3 x 109 bp
~21.000 geni
1. Alcune peculiarità della cellula vegetale
• Parete cellulare
• Vacuolo
• plasmodesmi
Vacuolo
Parete cellulare: primaria,
secondaria e lamella mediana
Plasmodesmi
2. Come assorbe l’acqua e i sali minerali?
• Caratteristiche dell’acqua;
• Processi di trasporto dell’acqua: diffusione,
flusso di massa e osmosi;
• Potenziale idrico; componenti del potenziale
idrico;
• Teoria della tensione-coesione e il ruolo
primario della traspirazione;
• Stomi e regolazione stomatica;
• La nutrizione minerale;
• Movimento delle sostanze attraverso la
membrana plasmatica: trasporto attivo e
passivo;
• Proteine di trasporto: canali, carrier e
pompe. Potenziale elettrochimico.
Potenziale di membrana.
• Micorrize.
Traspirazione
3. Come vengono prodotti e distribuiti i
fotosintetati ?
Fotosintesi
• La natura luce;
• Spettro di assorbimento e spettro d’azione;
• Reazioni alla luce e reazioni del carbonio.
• Piante C3, C4 e CAM.
• Il trasporto dei fotosintetati: definizione di sorgente e pozzo;
caricamento e scaricamento del floema; ipotesi del flusso da
pressione.
4. Come cresce e si sviluppa?
• Gli ormoni vegetali: auxine;
gibberelline; citochinine; acido
abscissico; etilene.
• Alcuni aspetti fisiologici delle attività
ormonali.
• Fotorecettori: fitocromo e
criptocromo.
• Ruolo del fitocromo nella germinazione
dei semi, nella percezione dell’ombra in
piante eliofile, e nella fioritura
(fotoperiodismo); vernalizzazione;
fotomorfogenesi.
• Ruolo del criptocromo nell’apertura
stomatica e nel fototropismo
5. Come interagisce e si adatta
all’ambiente circostante?
Gravità
Cenni sui meccanismi di
difesa della pianta agli
stress biotici e abiotici.
Luce fotosintetica
Luce
fotomorfogenica
Temperatura
Vento
Fotoperiod
o Umidità
Erbivori
Patogeni
Microragnismi del suolo
Parassiti
Qualità del
Minerali tossici
Hsuolo
2
Composti
Nutrien
O
allelopatici
ti
minerali
6. Come si può «migliorare»? Uso
delle Biotecnologie vegetali
Produzione di piante transgeniche
e loro coltivazione.
•L’ambiente agrario è un ambiente
artificiale.
•Le piante coltivate sono organismi
manipolati dall’uomo per le proprie
«necessità».
•Ciò si ottiene mediante l’uso di
tecniche convenzionali
(Miglioramento genetico classico) o
innovative (es. BiotecnologieTrasformazione genetica)
•Metodi di trasformazione genetica
(biolistico e Agrobacterium)
•Piante GM in commercio
Esercitazioni in aula:
• Esercizi per comprendere i concetti relativi al
movimento dell’acqua nella pianta
• Esercizi per comprendere il meccanismo della
fotosintesi
• Esercizi sulla crescita e sviluppo della pianta
Laboratorio:
• Estrazione dei pigmenti fotosintetici e determinazione
del loro spettro di assorbimento
• Esperienza sul procedimento di trasformazione genetica
e di de-differenziamento tissutale mediante ormoni
Materiale didattico
• Taiz L. e Zeiger E., Elementi di Fisiologia Vegetale.
2013 Piccin
• Diapositive delle lezioni
• Dispensa del docente: Biotecnologie e Piante
Geneticamente modificate
Modalità esame:
• Compito scritto con domande a risposta multipla (10) e
descrittiva (16)
•
•
•
•
•
Caratteristiche generali della pianta (1)
Movimento acqua e i sali minerali (8)
Fotosintesi (8)
Crescita e sviluppo (6)
Biotecnologie (3)
Universita' degli Studi della Tuscia
Programma del corso di Fisiologia e Principi di Biotecnologie vegetali
Prof. Renato D’Ovidio 0761 357323 – 0761 357228 – [email protected]
Dipartimento di Scienze e Tecnologie per l'Agricoltura, le Foreste, la Natura e l'Energia (DAFNE)
Argomenti delle lezioni
1. Caratteristiche generali della pianta:
Parete cellulare: Composizione, struttura e funzioni.
Plasmodesmi: Struttura e funzione.
Vacuolo: struttura e funzioni
Elementi di termodinamica. Energia libera di Gibbs. Potenziale elettrochimico.
2. Trasporto dell' acqua, dei soluti e dei fotosintetati:
L'acqua e la pianta: importanza per la pianta; caratteristiche dell'acqua; Il movimento dell'acqua dal terreno all'atmosfera: diffusione, flusso di massa e osmosi; potenziale elettrochimico dell'acqua e
potenziale idrico; Componenti del potenziale idrico. Comportamento osmotico delle cellule vegetali. Utilizzo del potenziale idrico e metodi sperimentali per la misurazione del potenziale idrico (camera
a pressione).
Il movimento dell'acqua nella pianta: Anatomia dello xilema; assorbimento radicale; pressione radicale; traspirazione; umidità relativa; stomi e regolazione stomatica. Teoria della tensione-coesione.
Assorbimento dei soluti: membrana plasmatica; trasporto attivo e passivo; potenziale di Nerst (cenni); canali, carrier e pompe; canale K+ e carrier saccarosio-protoni.
Il trasporto dei fotosintetati: anatomia del floema; caratteristiche del trasporto floematico; definizione dei tessuti sorgente e tessuti pozzo. Caricamento e scaricamento del floema; Ipotesi del flusso da
pressione; Allocazione e ripartizione degli assimilati.
3. Metabolismo:
Fotosintesi: reazioni alla luce e reazioni del carbonio. Biosintesi di amido e saccarosio. Fotorespirazione. Fotoinibizione. Sito di azione degli erbicidi diuron e paraquat
Meccanismi di concentrazione della CO2: piante C4 e piante CAM. Rapporto di traspirazione.
Metaboliti secondari: Cenni sulla biosintesi, ruolo fisiologico e applicazioni biotecnologiche.
4. Crescita, sviluppo e difesa:
Importanza della luce come segnale ambientale; risposte della pianta regolate dalla luce blu e dalla luce rossa; spettro d'azione e spettro d'assorbimento; Scotomorfogenesi e fotomorfogenesi;
caratteristiche del fitocromo; forme Pr e Pfr del fitocromo; funzione del fitocromo e ruolo nella percezione dell'ombra in piante eliofile; importanza del fitocromo nella germinazione dei semi;
fotoperiodismo; piante longidiurne e brevidiurne; Importanza della lunghezza della notte nella risposta fotoperiodica; dimostrazione del coinvolgimento del fitocromo nella risposta fotoperiodica;
vernalizzazione. Percezione del segnale sulle foglie.
Gli ormoni vegetali: Che cos'è e come agisce un ormone vegetale; aspetti fisiologici delle attività ormonali: le molteplici risposte indotte dai diversi ormoni; auxine: trasporto polare dell'auxina;
distensione cellulare e ipotesi della crescita acida della parete cellulare; fototropismo; gibberelline: induzione di -amilasi nella germinazione dei semi; Meccanismo di traduzione del segnale attivato
dalle gibberelline durante la germinazione; accrescimento del fusto (distensione cellulare) ed effetto sulla parete cellulare; citochinine: stimolazione della divisione cellulare; acido abscissico:
regolazione della chiusura degli stomi; etilene: regolazione della maturazione dei frutti.
5. Pianta e ambiente. Cenni sulla risposta della pianta agli stress biotici e abiotici.
6. Biotecnologie vegetali:
Le biotecnologie vegetali: definizione e cenni storici. Importanza della conoscenza dei processi fisiologici per la manipolazione dei caratteri di interesse: Studio di caso: rallentamento del processo di
ammorbidimento nelle bacche di pomodoro. Importanza delle biotecnologie per la Fisiologia vegetale: verifica in planta del ruolo svolto da specifiche componenti. Importanza della fisiologia vegetale e
delle biotecnologie per il miglioramento delle piante coltivate. Passaggi essenziali per la produzione di piante transgeniche. Elementi essenziali di un costrutto genico (promotore, regione codificanti e
terminatore)
Laboratorio:
-Estrazione dei pigmenti fotosintetici, analisi del loro spettro di assorbimento e loro frazionamento mediantecromatografia su strato sottile.
-Colture cellulari e trasformazione genetica con il metodo biolistico
Testi principali di riferimento:
• Taiz L. e Zeiger E., Elementi di Fisiologia Vegetale. 2013 Piccin
• Diapositive delle lezioni
• Dispensa del docente: Biotecnologie e Piante Geneticamente modificate
