ECTS - University of Pisa
Si attende che a completamento del corso, gli studenti siano in grado di dimostrare una solida conoscenza dei principi fondamentali della fisiologia che correlano struttura e funzione. Gli studenti avranno competenza dei concetti chiave coinvolti in processi fisiologici cruciali (es. trasporto di acqua e nutrienti, fotosintesi, produzione dei fotosintetati e loro trasporto, nutrizione e crescita), con particolare attenzione ad alcuni aspetti biochimici e molecolari (es. fotosintesi e ormoni principali).
The student who successfully completes the course will be able to demonstrate a solid knowledge of the major principles of plant physiology with links between structure and function. The student will be aware of the key concepts involved in understanding crucial processes (e.g. water and nutrient transport, photosynthesis, photosynthate production and transport, nutrition and growth), with focus on molecular aspects (e.g. photosynthesis, key regulatory hormones). Finally, the student will be able to integrate the processes that contribute to the growth and development of plants.
E' raccomandabile che gli studenti abbiano adeguate conoscenze di anatomia vegetale e chimica biologica al fine della piena comprensione degli argomenti affrontati nel corso (anche dal punto di vista biochimico)
Il corso fornisce le basi di fisiologia vegetale per affrontare corsi avanzati di biologia delle piante tra cui i seguenti sono offerti dal dipartimento di biologia stesso: Composti bioattivi delle piante, Strategie di resistenza negli organismi vegetali, Ecofisiologia vegetale, Plant molecular physiology and transformation of plants, Interazioni pianta-ambiente
Delivery: face to face
Learning activities:
Attendance: Advised
Teaching methods:
Introduzione: lo scopo della fisiologia vegetale.
Le piante e l’acqua. Il potenziale idrico e le sue componenti. Determinazione del potenziale idrico e del potenziale osmotico.
Le relazioni idriche della pianta. Meccanismi di apertura e chiusura stomatica: il ruolo della pompa protonica; il controllo ambientale suapertura e chiusura stomatica. Il trasporto dell'acqua attraverso lo xilema. La teoria della coesione-adesione. Fenomeni di cavitazione, di embolia e rispettivi meccanismi di recupero. L'acqua nel suolo. Il potenziale idrico del suolo. L'assorbimento radicale dell'acqua. Il movimento dell'acqua nella radice. La pressione radicale.
Le piante ed i nutrienti inorganici. L'assorbimento radicale dei sali minerali: accumulo, selettività, irreversibilità. La pompa protonica. Il potenziale di membrana. I canali ionici ed i carriers. Il trasporto attivo primario e secondario (uniporto cationico, simporto anionico, antiporto cationico, uniporto anionico).
La nutrizione minerale. I macro ed i micronutrienti. Gli elementi accidentali. Le colture idroponiche. Fenomeni di carenza e tossicità. Meccanismi di assorbimento del ferro. Il ruolo fisiologico delle micorrizze.
Le piante e l’azoto. Il ciclo dell'azoto. La riduzione assimilativa del nitrato e l’assimilazione dell’ammoniaca. Il ruolo delle aminotransferasi nella sintesi dei principali aminoacidi. La fissazione dell'azoto nelle alghe azzurre e nelle Leguminose. La nitrogenasi.
La fotosintesi. I pigmenti fotosintetici: le clorofille ed i carotenoidi. Meccanismi di assorbimento della luce. Il cloroplasto ed i fotosistemi. La fotofosforilazione non ciclica e la fotofosforilazione ciclica. I principali erbicidi che bloccano la fase luminosa della fotosintesi.
Il metabolismo fotosintetico del carbonio. Il ciclo di Calvin. La modulazione da parte della luce degli enzimi del ciclo di Calvin. La fotorespirazione. La sintesi di saccarosio e la sintesi di amido.
La fotosintesi C4. Cenni sulla tassonomia di C4. Confronto anatomico tra C3 e C4. Il metabolismo C4 con particolare riferimento alle piante con enzima malico NDP-dipendente. Comparazione tra fotosintesi C3 e C4 in varie condizioni ambientali. Il punto di compensazione per l’anidride carbonica. L’evoluzione di C4.
La fotosintesi CAM. L’evoluzione di CAM in ambienti desertici ed acquatici. Confronto tra il metabolismo CAM e quello C4. I vari tipi CAM: obbligato, facoltativo, idling e cycling. La discriminazione isotopica delle piante CAM, C4 e C3.
La traslocazione dei fotoassimilati attraverso il floema. L’influenza dei sources e dei sinks sul trasporto floematico. Il caricamento e lo scaricamento del floema. La traslocazione a lunga distanza dei fotoassimilati.
Le auxine. Storia, struttura delle auxine naturali e sintetiche, biosintesi e catabolismo. Il trasporto polare. I recettori auxinici ABP1 e SCFTIR1. Dettagli su SCFTIR1e sulle modalità con cui è influenzata l’espressione genica. L’effetto delle auxine sulla crescita per distensione: la teoria della crescita acida. Il fototropismo ed il gravitropismo: esperimenti storici e dimostrazione a livello molecolare del trasporto unilaterale dell’ormone. Perché l’auxina è un agente morfogeno. Effetti dell’auxina sulla dominanza apicale, sulla maturazione dei frutti e sulla caduta fogliare.
Le gibberelline. Storia, struttura, biosintesi e catabolismo. I mutanti gid1 e la scoperta del recettore delle gibberelline. Alcuni effetti fisiologici delle gibberelline: regolazione dell'allungamento del caule e dell'idrolisi delle sostanze di riserva nei semi germinanti. Le antigibberelline e le loro applicazioni.
Le citochinine. Storia, struttura, biosintesi e catabolismo. I recettori delle citochinine in Arabidopsis ed il signaling ormonale. Ruolo delle citochinine nella morfogenesi, nell’abolizione della dominanza apicale e nel ritardo della senescenza.
L'etilene. Storia, struttura, biosintesi e catabolismo. I recettori dell’etilene e la via di signaling ormonale. Effetti dell’etilene sulla maturazione dei frutti climaterici e non climaterici. Strategie usate per limitare la produzione di etilene durante la conservazione dei frutti climaterici e la conservazione dei fiori recisi. L’etilene e lo stress. Ruolo dell’etilene nelle risposte di difesa delle piante.
L'acido abscissico. Struttura, biosintesi e catabolismo. I recettori e la via di trasduzione del segnale. Il ruolo dell’acido abscissico nella regolazione dei movimenti stomatici e nel controllo dello sviluppo dei semi. Altri ruoli legati alla risposta allo stress idrico.
The course covers: the relationship between plants and water (water potential, water movement in the soil and across the root, stomatal movements and mechanisms of survival to water stress, movement of water through the whole plant, mineral nutrition (ion uptake by roots, ions metabolism), photosynthesis (light reactions and carbon fixation), photorespiration, phloem transport, phytohormones and their action.
L. Taiz e E. Zeiger, Fisiologia Vegetale, Quarta edizione italiana (2012) Piccin Nuova Libraria S.p.A., ISBN 978-88-299-2157-7
L'esame consiste in una prova orale ovvero un colloquio tra il candidato, il docente e i suoi collaboratori (cultori della amteria e/o docenti co-titolari).
