ECTS - University of Pisa
Il corso ha lo scopo di fornire le basi teoriche e pratiche per lo studio della diversità e dell'evoluzione nelle piante, con particolare riferimento alla flora del Mediterraneo e d'Italia. Verranno valutati approcci cladistici e fenetici allo studio di caratteri morfologici, cariologici e molecolari.
The course aims to give the theoretical and practical bases for the study of plant diversity and evolution, with particular reference to the flora of the Mediterranean and of Italy. Cladistic and phenetic approaches to the study of morphological, karyological and molecular data will be evaluated. Moreover, the students will learn the identification techniques of Italian plants and will realize a small thematic herbarium. In the laboratory activity the students will learn the basic techniques for the study of chromosomes in plants and the use of software for phylogenetic and biometric analysis
Gli studenti apprenderanno le tecniche di identificazione di piante della flora italiana e dovranno realizzare un piccolo erbario tematico. Nell'attività di laboratorio gli studenti apprenderanno le tecniche di base per lo studio dei cromosomi nelle piante e l'utilizzo di software per l'analisi filogenetica e biometrica.
The student will be assessed on his/her demonstrated ability to discuss the main course contents using the appropriate terminology. The student must also demonstrate the ability to put into practice and to execute, with critical awareness, the activities illustrated or carried out under the guidance of the teacher during the course.
Methods:
Further information:
final oral exal 50%; final laboratory practical demonstration 50% the practical demonstration consists in the preparation of a personal small herbarium.
La conoscenza delle problematiche relative alla tassonomia e sistematica, concetti di specie, sistemi di classificazione e corretta interpretazione di ricostruzioni filogenetiche è fondamentale per acquisire capacità critica nello studio dei fenomeni evolutivi, in ecologia e in biologia della conservazione.
Knowledge of taxonomy and systematics, species concepts, classification systems, phylogenetic reconstructions. These are crucial skills to critically interpret evolutionary phenomena in ecology and conservation biology.
Nozioni di Botanica generale
Basic knowledge of Botany
Lezioni frontali e seminari; studio individuale e di gruppo; attività di laboratorio. Frequenza consigliata. Apprendimento della metodologia standard dello schiacciamento di materiale meristematico vegetale. Osservazione e conteggio dei cromosomi al microscopio ottico. Elaborazione di cariogrammi, idiogrammi. Elaborazione dei principali indici di asimmetria. Produzione ed analisi di matrici di dati per studi cladistici tramite algoritmi di massima parsimonia e per studi morfometrici. Caratteri generali delle principali famiglie della flora italiana. Identificazione di piante della flora italiana mediante flore analitiche e l’osservazione di caratteri morfologici con stereoscopi. Gli studenti dovranno allestire un erbario tematico di almeno venti specie della flora italiana. Una esercitazione sarà dedicata in modo specifico ai metodi di raccolta delle piante e di preparazione dell’erbario.
Sono previste escursioni sul campo per illustrare dal le peculiarità adattative della flora, le principali famiglie di angiosperme della flora italiana e specie di interesse fitogeografico.
Delivery: face to face
Learning activities:
Attendance: Advised
Teaching methods:
Sistematica e tassonomia. Definizioni. Il concetto di specie.
Sistemi di classificazione e nomenclatura: dai sistemi artificiali a quelli filogenetici.
L'organizzazione dei dati biosistematici: principi di tassonomia. Il Codice Internazionale di Nomenclatura per Alghe, Funghi e Piante. Il processo di tipificazione a livello di specie e taxa supraspecifici. Esempi. La variabilità ed i processi di speciazione.
Il ruolo dei cambiamenti cromosomici nell'evoluzione delle piante. Mutazioni geniche, cromosomiche e genomiche. Autopoliploidia, Allopoliploidia, Aneuploidia, Disploidia, Serie Euploidi. Cromosomi politenici e B-cromosomi. Cromosomi omologhi, eterologhi ed omeologhi. Numero gametico (n) e numero cromosomico di base (x), livelli di ploidia. La variazione del numero cromosomico nelle piante. L’interpretazione dell’endemismo tramite l’analisi citogenetica: utilità e limiti. Il cariotipo: definizioni e caratteristiche. Formule cariotipiche. Cariotipi bimodali. Gli indici di asimmetria. L’evoluzione del cariotipo. Tecniche di colorazione, bandeggio (fluorocromi, Giemsa, segmenti allociclici). Lo studio delle figure meiotiche. La citogenetica molecolare: ibridazione in situ (ISH, FISH, GISH). La quantità di DNA ed i metodi per misurarla. Variabilità della quantità di DNA nelle piante a livello di popolazione, specie e ranghi tassonomici superiori.
L'importanza dello studio della biologia della riproduzione nelle piante: implicazioni evolutive, ecologiche e conservazionistiche con particolare riferimento alle angiosperme. Sistemi di incrocio e loro variabilità (ercogamia, dicogamia, autocompatibilità), polimorfismi nella lunghezza dello stilo. I cromosomi sessuali nelle piante.
Introduzione all'analisi filogenetica e biometrica. Marcatori molecolari nucleari e loro utilizzi a fini tassonomici. Relazione tra marcatori molecolari nucleari e organellari.
Valutazione della diversità genetica e della diversità tassonomica (floristica) nelle piante.
I grandi gruppi di diversità vegetale: “Imperi” e Regni. Il Regno Plantae caratterizzato da plastidi derivanti da endosimbiosi primaria.
Caratteri generali, cicli biologici, ecologia, filogenesi, sistematica ed esempi del Regno Plantae con particolare riferimento al Phylum Charophyta.
La classe Embryopsida (piante terrestri).
Sottoclassi Marchantiidae, Bryidae, Anthocerotidae (“briofite”: epatiche, muschi e specie affini). Adattamenti morfo-funzionali all’ambiente terrestre e loro caratteristiche generali, cicli biologici, ecologia, filogenesi, sistematica ed esempi.
Evoluzione del ciclo aplodiplonte con predominio della generazione sporofitica (“polisporangiofite”). Le “pteridofite”: sottoclassi Lycopodiidae (crittogame vascolari con microfilli), Psilotidae, (Ophioglossidae), Equisetidae, Marattiidae e Polypodiidae (crittogame vascolari con megafilli): loro caratteristiche generali, cicli biologici, ecologia, filogenesi e sistematica. Importanza e significato dei reperti fossili. Organizzazione dei tessuti vascolari primari e origine di radici e foglie.
Origine dei semi e evoluzione delle “spermatofite”. Principali processi di speciazione.
Sottoclasse Pinidae (“gimnosperme”): caratteri generali, cicli biologici, ecologia, filogenesi e sistematica. Tendenze evolutive nelle generazione gametofitica, con particolare riferimento alla riduzione dell’archegonio. Ordini Cycadales, Ginkgoales, Pinales, Gnetales.
Sottoclasse Magnoliidae (“angiosperme”): caratteri generali, cicli biologici, ecologia, filogenesi e sistematica. Scomparsa dell’archegonio e altre peculiarità dello sviluppo del megagametofito. Tendenze evolutive a carico del fiore e degli organi vegetativi e costruzione di sistemi di classificazione filogenetici. Principali ipotesi sull’origine delle angiosperme. Dicotiledoni (superordini Amborellanae, Nymphaeanae, Austrobaileyanae, Magnolianae (“magnoliide” e “paleoerbe”), monocotiledoni (superordine Lilianae), vari superordini di “eudicotiledoni”.
Key features of the main land plant groups, with an evolutionary/phylogenetic approach: class Embryopsida, subclasses Marcantiidae, Anthocerotidae, Bryidae ["briophytes"]; Lycopodiidae, Psilotidae, Ophioglossidae, Equisetidae, Marattiidae, Polypodiidae ["pteridophytes"]; Pinidae and Magnoliidae [spermatophytes]. Key fossils in the evolutionary transitions from not-vascular to vascular plants and from cryptogams to phanerogams. The organization of biosystematic data: principles of taxonomy. The importance of reproduction biology of plants: evolutionary, ecological and conservation implications, with particular reference to angiosperms. The role of chromosomal change in plant evolution. Introduction to phylogenetic and biometric analysis. Evaluation of the genetic and taxonomic (floristic) plant diversity.
Testi di riferimento
Cleal C.J. & Thomas B.A., 2009 – Introduction to Plant Fossils. Cambridge University Press.
Falistocco Sardegna E., 1998 – Citogenetica vegetale. Patron Editore, Bologna.
Gensel P.G. & Edwards D., 2001 – Plants Invade the Land. Columbia University Press.
Ingrouille M.J. & Eddie B., 2006 – Plants. Diversity and Evolution. Cambridge University Press.
Jong de T. & Klinkhamer P., 2005 – Evolutionary Ecology of Plant Reproductive Strategies. Cambridge University Press.
Judd W.S. & al., 2019 – Botanica sistematica: un approccio filogenetico, Ed. 3. Piccin, Padova.
Levin D. A., 2002 – The role of Chromosomal Change in Plant Evolution. Oxford University Press.
Mauseth J.D., 2006 – Botanica - Biodiversità. Idelson-Gnocchi, Napoli.
Ranker T.A. & Haufler C.H., 2008 – Biology and Evolution of Ferns and Lycophytes. Cambridge University Press.
Evert R.F., Eichhorn S.E., 2013 – La biologia delle piante di Raven. Zanichelli, Bologna.
Sassi D., 2008 – Elementi di Sistematica Biologica. Aracne Editrice.
Stuessy T., 2009 – Plant Taxonomy. The Systematic Evaluation of Comparative Data. Ed. 2. Columbia University Press.
Thompson J.D., 2020 – Plant Evolution in the Mediterranean, Ed. 2. Oxford University Press.
Willis K.J., McElwain J.C., 2002 – The evolution of plants. Oxford University Press.
Articoli scientifici originali
Peruzzi L., 2013. "x" is not a bias, but a number with real biological significance. Plant Biosyst. 147(4): 1238-1241.
Peruzzi L., Eroğlu H.E., 2013. Karyotype asymmetry: again, how to measure and what to measure? Comp. Cytogen. 7(1): 1-9.
Siljak-Yakovlev S., Peruzzi L., 2012. Cytogenetic characterization of endemics: past and future. Plant Biosyst. 146(3): 694-702.
Banche dati
www.bot/biologia.unipi.it/wpb/toscana/index.html
www.bot.biologia.unpi.it/chrobase
www.iapt-taxon.org/nomen/main.php
Altro
Power point delle lezioni ed altro materiale didattico recuperabile sul sito e-Learning del docente.
Recommended reading includes the following works: Cleal C.J. & Thomas B.A., 2009 – Introduction to Plant Fossils. Cambridge University Press. Falistocco Sardegna E., 1998 – Citogenetica vegetale. Patron Editore, Bologna. Gensel P.G. & Edwards D., 2001 – Plants Invade the Land. Columbia University Press. Ingrouille M.J. & Eddie B., 2006 – Plants. Diversity and Evolution. Cambridge University Press. Jong de T. & Klinkhamer P., 2005 – Evolutionary Ecology of Plant Reproductive Strategies. Cambridge University Press. Judd W.S. & al., 2007 – Botanica sistematica: un approccio filogenetico, Ed. 2. Piccin, Padova. Levin D. A., 2002 – The role of Chromosomal Change in Plant Evolution. Oxford University Press. Mauseth J.D., 2006 – Botanica - Biodiversità. Idelson-Gnocchi, Napoli. Ranker T.A. & Haufler C.H., 2008 – Biology and Evolution of Ferns and Lycophytes. Cambridge University Press. Raven P.H., Evert R.F., Eichhorn S.E., 2002 – Biologia delle Piante. Zanichelli, Bologna. Rost T.L., Barbour M.G., Stocking C.R., Murphy T., 2008 – Biologia delle Piante. Zanichelli, Bologna. Sassi D., 2008 – Elementi di Sistematica Biologica. Aracne Editrice. Stuessy T., 2009 – Plant Taxonomy. The Systematic Evaluation of Comparative Data. Ed. 2. Columbia University Press. Thompson J.D., 2005 – Plant Evolution in the Mediterranean. Oxford University Press. Willis K.J., McElwain J.C., 2002 – The evolution of plants. Oxford University Press.
La frequenza alle attività di laboratorio, nella misura di almeno il 70%, è obbligatoria.
The attendance to at least 70% of the planned laboratory activities is mandatory.
Esame orale, con preparazione di un seminario di ca. 30 minuti su un argomento concordato con il docente, previa preparazione di un erbario a tema (geografico, tassonomico o ecologico), di almeno 20 piante. L'erbario viene consegnato una settimana prima dell'esame e valutato in trentesimi. La votazione ricevuta fa media con quella dell'esame orale.
Oral exam and a laboratory practical demonstration (herbarium)
