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PLANT BIOFACTORIES
LAURA PISTELLI
Academic year2020/21
CoursePLANT AND MICROBE BIOTECHNOLOGIES
Code473EE
Credits9
PeriodSemester 1
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
BIOFABBRICHE VEGETALIBIO/04LEZIONI84
ADRIANA CIURLI unimap
LAURA PISTELLI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Gli studenti acquisiranno conoscenza sulle principali tecniche di propagazione delle piante di interesse agrario, officinale e medicinale, dalla propagazione in vitro allo scale uo in bioreattori Il corso fornirà le conoscenze su alcuni aspetti biotecnologici per lo studio dei processi fisiologico-molecolari che regolano la produzione e la composizione organolettica, con particolare riferimento alla produzione dei metaboliti di interesse alimentare (nutraceutico e biofortification), farmaceutico. 

Fornire le conoscenze  per il risanamento ambientale (phytoremediation) e sulla coltivazione di alghe per phycoremediation e per la produzione di metaboliti.

Knowledge

The student who completes the course successfully will be able to demonstrate a solid knowledge of the main issues related to crop productions and biotechnologies applied along the whole processes of crop production. He or she will acquire basic knowledge of agricultural systems, field crops, fundamental of agro-ecosystem structure and operating principles, differences among agricultural techniques, cropping system and farming systems, physical components of the agro-ecosystem, agricultural input management, principles on architecture and life cycle of fruit trees and relative plant propagation techniques, fruit development and control of fruiting and production, molecular markers for fruit trees varietal, genetic improvement and functional characterization of genes involved in fruit organoleptic composition, alternative cropping systems for the production of metabolites of interest in food, pharmaceutical and for environmental remediation, main techniques of in vitro cultures.

The student who completes the course successfully will be able to demonstrate a solid knowledge of the main issues related to crop productions and biotechnologies applied along the whole processes of crop production. He or she will acquire basic knowledge of agricultural systems, field crops, fundamental of agro-ecosystem structure and operating principles, differences among agricultural techniques, cropping system and farming systems, physical components of the agro-ecosystem, agricultural input management, principles on architecture and life cycle of fruit trees and relative plant propagation techniques, fruit development and control of fruiting and production, molecular markers for fruit trees varietal, genetic improvement and functional characterization of genes involved in fruit organoleptic composition, alternative cropping systems for the production of metabolites of interest in food, pharmaceutical and for environmental remediation, main techniques of in vitro cultures.

Modalità di verifica delle conoscenze

Iniziale discussione in classe sugli argomenti trattati nelle lezioni precedenti. In sede di esame finale si verificheranno le conoscenze acquisite con interrogazione orale e con  la 'esposizione di un lavoro di approfondimento concordato col docente

  

 

Assessment criteria of knowledge

Final oral exam with oral discussion on the eventual student report on specific research activities relevant for the subject of the course unit.

During the oral exam the student must be able to demonstrate his/her knowledge of the course material and be able to discuss the reading matter thoughtfully and with propriety of expression. With the eventual oral discussion on the report the student must demonstrate the ability to approach a circumscribed research problem, and organise an effective exposition of the results.

During the oral exam the student must be able to demonstrate his/her knowledge of the course material and be able to discuss the reading matter thoughtfully and with propriety of expression. With the eventual oral discussion on the report the student must demonstrate the ability to approach a circumscribed research problem, and organise an effective exposition of the results.

Methods:

  • Final oral exam

 

Further information:
Oral discussion on the eventual student report on specific research activities relevant for the subject of the course unit.

Capacità

Al termine del corso  gli studenti saranno in grado di affrontare discussioni sulle principali problematiche delle produzioni vegetali e individuare le possibili soluzioni di tipo biotecnologico per poter migliorare i sistemi agricoli. Inoltre sartà in grado di:

  • lo studente saprà utilizzare il software office o iwork per la progettazione della relazione scritta e presentazione orale dell'argomento concordato con il docente;
  • lo studente sarà in grado di svolgere una ricerca e analisi delle fonti : utilizzo di motori di ricerca scientifici scopus, pubmed, sci finder, google scholar;
  • lo studente sarà in grado di presentare in una relazione scritta i risultati dell'attività progettuale svolta nell'ambito del progetto concordato con il docente

 

Skills

At the end of the course the student will be able to discuss the main issues plant production and identify possible biotechnological solutions to improve agricultural systems.

The student will be to conduct research and analysis of the sources (use of search engines, scopus, pubmed, sci finder, google scholar) and to present in a written report the results of the project activity carried out within the project agreed with the teacher.

Modalità di verifica delle capacità

Discussione con lo studente su casi pratici al fine di verificare la sua capacità di individuare le problematiche di un sistema agricolo e suggerirne un possibile supporto di tipo biotecnologico, la sua capacità a documentarsi, preparare, scrivere e presentare una relazione che riporti i risultati dell'attività di progetto concordato con il docente. La presentazione verrà effettuata con l'ausilio di mezzi audiovisivi

Assessment criteria of skills

Discussion about a practical case studies in order to verify its ability to identify the problems of an agricultural system and suggest a possible biotechnological support, its ability to document, prepare, write and present a report that reports the results of the " Project activities agreed with the teacher.

Comportamenti

Lo studente potrà acquisire e/o sviluppare sensibilità alle problematiche inerenti le applicazioni delle biotecnologie verdi: sviluppo in campo farmaceutico,  applicazioni in campo nutraceutico, di  alimentazione e biofortification, di bonifica ambientale

Behaviors

The student will be able to acquire and / or develop sensitivity to issues related to agricultural system issues and possible low environmental impact biotechnology solutions.

Modalità di verifica dei comportamenti

Durante l'esame finale e le sessioni di laboratorio saranno valutati il grado di padronandza, accuratezza e precisione delle attività svolte.

 

Assessment criteria of behaviors

During the final exam and laboratory sessions, the degree of accuracy and precision of the activities will be evaluated

Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Non è richiesta l'indicazione di eventuali propeduticità consigliate o obbligatorie ma un elenco di argomenti ritenuti utili/necessari: fisiologia vegetale, biologia vegetale, nozioni di base di biologia molecolare.

Prerequisites

It is not required to indicate any recommended or mandatory propedeutics but a list of topics considered useful / necessary: plant physiology, plant biology, molecular biology basics.

Indicazioni metodologiche
  •  lezioni frontali, con ausilio di slides/filmati
  •  le esercitazioni in laboratorio si effettuano in laboratorio specifico: per laboratorio di colture in vitro per la micropropagazione e infiltrazione con Agrobacterium ogni singolo studente effettua il proprio piano sperimentale. Piccoli gruppi sono formati per prove di laboratorio su biofortification e su phytoremediation .
  • tipo di strumenti di supporto: sono organizzati seminari di appronfondimento con docenti e ricercatori di altre istituzioni, nazionali e/o straniere, lezioni fuori sede per visite aziende 
  • sono impiegati siti web per la ricerca bibliografica er approfondimento 
  • Un personale interno di supporto per sviluppare la tematica di phytoremediation
  • il sito di elearning del corso viene prevalentemente impiegato per scaricamento materiali didattici, comunicazioni docente-studenti
  • l' interazione tra studente e docente è assicurata mediante posta elettronica  per concordare appuntamenti, calendarizzaione orario di ricevimento)
  • non sono previste prove intermedie
  • uso parziale  di lingua inglese : per la consultazione di riviste necessarie alla preparazione del progetto concordato. Uso di slides in inglese qualora tratte da articoli pubblicati sui riviste internazionali 
Teaching methods

Delivery: face to face

Learning activities:

  • attending lectures
  • participation in seminar
  • preparation of oral/written report
  • participation in discussions
  • individual study
  • Laboratory work
  • Bibliography search

 

Attendance: Advised

Teaching methods:

  • Lectures
  • Seminar
  • Task-based learning/problem-based learning/inquiry-based learning
  • laboratory

Delivery: face to face

Attendance: Advised

Learning activities:

  • attending lectures
  • participation in seminar
  • preparation of oral/written report
  • participation in discussions
  • individual study
  • Laboratory work
  • Bibliography search

 

Teaching methods:

  • Lectures
  • Seminar
  • Task-based learning/problem-based learning/inquiry-based learning
  • laboratory

 

Programma (contenuti dell'insegnamento)

1- Peculiarità delle cellule vegetali  per la proliferazione di tessuti e organi: concetto di totipotenza, multipotenza, unipotenza e differenziamento.

2-nozioni sulle principali tecniche di colture in vitro di cellule, tessuti e organi di specie vegetali, 

3-Metodi per incrementare la produzione di metaboliti secondari dalle colture cellulari,

4- scale-up  di colture in vitro: i bioreattori.

5- Biotrasformazioni: metodologie per la trasformazione genica di cellule vegetali;  infezione con Agrobacterium .

6- uso di colture in vitro vegetali per produrre  metaboliti di interesse nutraceutico, farmacologico, cosmetico  

7- nozioni fondamentali sui sistemi colturali alternativi per la produzione di metaboliti di interesse alimentare:  

8-  la biofortificatio: casi studio-

9- uso di cellule vegetali o alghe per "biofactory" e loro applicazioni in campo farmaceutico, nutraceutico-

-la plasticità delle piante nella risposta agli stress (tolleranza, resistenza, resilienza): caratterizzazione fisiologico-molecolare per la selezione di proprietà utili.

- Uso delle piante nella salvaguardia ambientale: biomonitoraggio e bioindicatori. Saggi eco- e fito-tossicologici, le guide OECD.

- La capacità di assorbimento, degradazione e metabolizzazione di metalli e xenobioti (biomitigazione e bonifica mediante la biotecnologia “phytoremediation”), dalla singola cellula alla pianta intera.

- peculiarità delle alghe

-  L'uso delle alghe per lil risanamento ambientale (phycoremediation

- le alghe come nuove biofabbriche

Le esercitazioni prevedono la realizzazione di protocolli colturali con scopo:

 micropropagazione di piantine

colture in vitro di biomasse indifferenziate (callo , sospensioni cellulari)

produzione di hairy roots per produzione di metaboliti specifici,

tecniche idroponiche per la biofortification

phytoremediation e phycoremediation (colture di piante erbacee o alghe)

 

pianificazione di test e biosaggi ecotossicologici,

determinazione di alcuni indici e/o biomarkers utili per il monitoraggio ambientale.

Uso di tecnologie informatiche per approfondire lo studio sugli argomenti trattati.

Syllabus

MODULO: Agricultural systems and Fundaments of plant productions

Agricultural systems. The course will deal with: (i) national agricultural systems; (ii) field crops: cultivation areas, productivity, quality and final utilization; (iii) fundamental of agro-ecosystem structure and operating principles; differences among agricultural techniques, cropping system and farming systems; (iv) physical components of the agro-ecosystem (soil, water and climate); (v) agricultural input management: crop rotation, soil tillage, mineral and organic fertilization, weed control, irrigation.

Fundaments of plant productions. Principles on the structure, architecture and life cycle of fruit trees. Main plant propagation techniques of agricultural interest, with particular reference to vegetative propagation, including nursery activities, and the use of in vitro cultures as an instrument for clonal propagation (micropropagation, recovery of immature embryos, somatic embryogenesis, artificial seed germplasm preservation). Fruit development and control of fruiting and production. Some aspects of molecular genetics applied to fruit tree species: molecular markers for varietal and clonal identification, QTL, genetic improvement and functional characterization of genes involved in fruit organoleptic composition. Will be examined case studies of which will be highlighted objectives, advantages and possible problems arising from the application of the different procedures.

 

MODULO: Biotechnological applications

Peculiarities of plant cells for the proliferation of tissues and organs: concept of totipotency, multipotency, unipotency and differentiation. 2- in vitro culture: main techniques (use of solid and suspension cultures, including bioreactor scale-ups) 3 - methods of genetic modification for plant cells; the role of vir genes  for the infection with Agrobacterium 4 - Provide basic knowledge on alternative crop systems for the production of metabolites of food interest 5. Cultivation and biotechnology systems for biofortification- 6 use of plant cells or algae for biofactory and their pharmaceutical, nutraceutical purposes 7 systems for Environmental phytoremediation: use of plants and algae.

The exercise in the laborarotry provide the production of culturing protocols for the purpose of biofortification, phytoremediation (herbaceous plant cultures or algae) of micropropagation and biomass (calluses, cellular suspensions) production of hairy rotos for the production of specific metabolites. Use of computer technology to deepen the study on the topics discussed.

The couse provides the main knowledge related to cropping systems, factors of production and agronomic techniques, with particular reference to crop rotation, soil tillage, mineral and organic fertilization, weed control, irrigation, in order to provide guidance on cultivation techniques and programs for genetic improvement of specific agronomic characters strong implication and food. Educate students on the main plant propagation techniques for plants of agricultural interest, including in vitro propagation and utilization of plants as "biofactory" highlighting the purposes, problems, procedures and benefits. Provide knowledge on some biotechnological aspects to study molecular genetic processes that regulate the production and organoleptic composition of products, with particular reference to the production of metabolites of interest for nutrition (nutraceutical and biofortification), pharmaceutical and environmental remediation (phytoremediation).

Bibliografia e materiale didattico

Testi consigliati

- Rao R, Leone A- Biotecnologie e genomica delle piante. Idelson –Gnocchi ed. 2014.

- Pasqua G. et al. Biologia cellulare & biotecnologie vegetali, Padova, Piccin. 2011.

- articoli scientifici indicati dal docente al termine delle lezioni tratti dalle principali riviste internazionali: 

Pdf delle lezioni disponibili sulla piattafroma e-alearning

 

Bibliography

MODULO: Sistemi agricoli e Fondamenti di produzioni vegetali

Testi consigliati

Arboricoltura generale. Pàtron. Ottobre 2012

 

MODULO: Applicazioni biotecnologiche Sitemi agricoli e Fondamenti di produzioni vegetali

Testi consigliati

Rao R, Leone A- Biotecnologie e genomica delle piante. Idelson –Gnocchi ed. 2014.

Pasqua G. et al. Biologia cellulare & biotecnologie vegetali, Padova, Piccin. 2011.

 

 

Recommended reading includes the following works: pdf of face-to-face lectures. Further bibliography will be indicated.

 

 

Recommended reading includes the following works: pdf of face-to-face lectures. Further bibliography will be indicated.

Indicazioni per non frequentanti

Pdf delle lezioni disponibili sulla piattafroma e-alearning

Modalità d'esame

Verifica finale orale obbligatoria  Voto in trentesimi.

L'esame finale prevede un colloquio orale  ed è prevista  la presentazione orale con ausilio di mezzi audiovisivi inerente il progetto scritto presentato, su un argomento specifico concordato con il docente.

Il docente si riserva di porre domande di approfondimento sull'argomento scelto.

Assessment methods

Mandatory final oral examination Voting in thirty-eight.

The final exam is for an oral interview of the AGRICULTURAL SYSTEMS AND BASICS OF VEGETABLE PRODUCTION.

For the BIOTECHNOLOGICAL APPLICATION module, the oral presentation will be provided with audiovisual media on the written project submitted, on a specific topic agreed with the teacher. The teacher reserves the right to ask questions about the topic chosen.

Updated: 14/04/2021 15:40