Scienze Biologiche

LAURA FATTORINI
LAURA FATTORINI

Obiettivi principali
L’insegnamento riguarda la biologia cellulare, l’istologia, l’anatomia, la riproduzione e la sistematica degli organismi vegetali. Obiettivo principale del corso è far acquisire allo studente le conoscenze fondamentali dell’organizzazione strutturale e funzionale di cellule, tessuti e organi vegetali. Conoscenza e comprensione dei metodi di classificazione. Concetto di specie, ranghi tassonomici e nomenclatura. Caratteri con valore tassonomico degli organismi vegetali e criteri di identificazione (Alghe, Briofite, Pteridofite, Gimnosperme, Angiosperme e Funghi). Il corso richiede conoscenze di base di chimica e biochimica acquisite nella scuola superiore, che si ritengono accertate con il superamento del test d’ingresso. I contenuti iniziali del corso si raccordano con quelli dell’insegnamento di Chimica generale e inorganica, per le conoscenze sulle proprietà di atomi e molecole. Il corso comprende lezioni frontali e laboratori didattici, dedicati all’apprendimento delle tecniche istologiche di base e all’uso del microscopio ottico per il riconoscimento di cellule e tessuti.

Obiettivi specifici
A) Conoscenze e capacità di comprensione
-Conoscenza delle peculiarità strutturali dei procarioti fotosintetici e della cellula vegetale eucariotica con riferimento a: cianobatteri, alghe, funghi, briofite, pteridofite, gimnosperme ed angiosperme
-Conoscenza e comprensione dei vari livelli di organizzazione degli organismi vegetali: cellulare, tissutale, di organo e di organismo
-Conoscenza e comprensione dei principali metodi di studio in citologia, istologia, organografia.
-Conoscenza e comprensione dei metodi di identificazione e classificazione degli organismi vegetali

B) Capacità di applicare conoscenza e comprensione
-Saper usare la terminologia specifica della materia
-Saper identificare le giuste procedure per risolvere i quesiti di Biologia vegetale
-Saper riconoscere cellule e tessuti vegetali al microscopio ottico, in base alle loro caratteristiche strutturali e ai metodi istologici impiegati
-Saper individuare e riconoscere i principali caratteri morfologici ed utilizzare strumenti (chiavi analitiche dicotomiche) per il riconoscimento delle piante
C) Autonomia di giudizio
-Acquisire capacità di riconoscere le interrelazioni tra struttura e funzione ai diversi livelli di organizzazione, da quello subcellulare a quello di organo
- Imparare a porsi domande per l’elaborazione e approfondimento delle conoscenze apprese

D) Abilità comunicative
-saper esporre, nel corso dell’esame orale, le conoscenze acquisite nel corso delle lezioni frontali, dei laboratori didattici e durante lo studio

E) Capacità di apprendimento
- apprendere la terminologia specifica della materia
- connettere in modo logico le conoscenze acquisite
- identificare i temi più rilevanti delle materie trattate.

Gli studenti acquisiranno conoscenza delle caratteristiche della cellula vegetale, con particolare riferimento agli organelli e alle strutture peculiari. Sapranno, inoltre, riconoscere, descrivere e classificare sia organismi fotoautotrofi (cianobatteri, alghe, piante) che i Funghi, nonchè descriverne i cicli biologici e i meccanismi riproduttivi. Infine, sapranno riconoscere e descrivere micrografie di tessuti vegetali e di sezioni di organi delle piante vascolari e allestire campioni istologici a fresco da fusto, foglia e radice per l'osservazione al microscopio ottico.

L'insegnamento richiede conoscenze di base di chimica e biochimica acquisite nella scuola secondaria di secondo grado, che si ritengono accertate con il superamento del test d’ingresso. I contenuti iniziali del corso si raccordano con quelli dell’insegnamento di Chimica generale e inorganica (impartito nel primo semestre dello stesso anno di corso) per le conoscenze sulle proprietà di atomi e molecole.

BOTANICA GENERALE E DIVERSITA' VEGETALE (8 CFU, 64 ore)

INTRODUZIONE. Cellula procariotica ed eucariotica. Autotrofia ed eterotrofia. Principali differenze fra cellula animale e vegetale.
CITOLOGIA VEGETALE. Membrane biologiche. Parete cellulare. Vacuolo. Plastidi. Perossisomi. Citoscheletro. Sistema di endomembrane. Ciclo cellulare, mitosi e meiosi nella cellula vegetale.
ISTOLOGIA. Tessuti meristematici primari e secondari. Tessuti definitivi: tegumentali, parenchimatici, meccanici, conduttori e secretori. MORFOLOGIA ED ANATOMIA DEGLI ORGANI VEGETATIVI DELLA PIANTA. Fusto. Foglia. Radice.
RIPRODUZIONE. La riproduzione vegetativa. Il fiore. Il seme. Il frutto. Cicli biologici di funghi, alghe e piante.

Basi di classificazione e nomenclatura degli organismi.
Sistematica, caratteristiche generali, evoluzione e riproduzione dei taxa in studio. Cianobatteri. Alghe. Funghi. Briofite. Pteridofite. Gimnosperme. Angiosperme. Esempi di simbiosi tra organismi fotoautotrofi e organismi eterotrofi.
Le principali famiglie di angiosperme della flora italiana. Nympheaceae. Magnoliaceae. Eudicotiledoni: Apiaceae, Asteraceae, Brassicaceae, Fabaceae, Fagaceae, Ranunculaceae, Oleaceae, Rosaceae, Euphorbiaceae, Lamiaceae. Angiosperme Monocotiledoni: Liliaceae, Orchidaceae, Poaceae, Arecaceae.

LABORATORI DIDATTICI (1 CFU, 12 ore)

Allestimento di preparati. Osservazione della cellula vegetale al microscopio ottico: parete, plastidi, vacuolo. Preparati istologici da campioni di radice, fusto e foglia e loro analisi al microscopio ottico. Osservazione di alcuni cianobatteri, funghi e alghe al microscopio ottico. Uso delle chiavi analitiche dicotomiche per il riconoscimento delle specie vegetali, mediante stereomicroscopio. Visita all'Orto Botanico di Roma.

La parte di Botanica Generale sarà svolta nei mesi di marzo e aprile, mentre il mese di maggio sarà dedicato alla parte sulla diversità vegetale. I laboratori didattici avranno inizio ad aprile e si concluderanno alla fine di maggio.

- Botanica. Fondamenti di biologia delle piante – IV edizione italiana - J.D. Mauseth – Ed. IDELSON-GNOCCHI

- Botanica generale e Diversità Vegetale – V edizione - G. Pasqua, G. Abbate, C. Forni – PICCIN

- La biologia delle piante di Raven – VII edizione italiana - R.F. Evert, S.E. Eichhorn - Zanichelli

- Botanica: test di verifica. G. Pasqua, G. Abbate, C. Forni, M. Iberite – PICCIN

- Plant anatomy - A. Fahn - Pergamon Press

- Plant anatomy - R. Crang, S. Lyons-Sobaski, R. Wise - Springer

- Famiglie di Piante Vascolari italiane - P. Marchi, E. Pepe D'Amato, G. Bianchi - Università "La Sapienza" Roma

L'insegnamento prevede lezioni frontali e laboratori didattici. Attraverso le lezioni frontali gli studenti apprendono le conoscenze fondamentali della disciplina. I laboratori didattici sono invece rivolti all’allestimento e all’osservazione di preparati vegetali. Mediante questi laboratori, oltre all’uso del microscopio ottico, gli studenti applicano alcune tecniche di colorazione e osservano tipi cellulari, tissutali ed organi descritti nel corso delle lezioni in aula. Inoltre, mediante l’uso di uno stereomicroscopio, identificano i caratteri diagnostici utili per il riconoscimento delle specie.

Modalità di svolgimento preferenzialmente tradizionale, ossia lezioni frontali in aula. Le lezioni si svolgeranno a distanza solo in casi eccezionali, coerentemente con le indicazioni ufficiali date dall'Ateneo.
Gli studenti e le studentesse sono invitati a usufruire del materiale didattico inserito in Moodle Sapienza.

La frequenza delle lezioni in aula e dei laboratori didattici non è obbligatoria ma fortemente consigliata.

L'esame consiste in una prova orale in cui sarà richiesto al candidato: (1) di dimostrare di aver acquisito e compreso gli argomenti di questo insegnamento; (2) di saper riconoscere e descrivere immagini macroscopiche di organismi vegetali e micrografie di tessuti e organi delle piante. Le due parti dell'esame hanno approssimativamente lo stesso peso nella valutazione finale.

- Composizione chimica del succo vacuolare. Quali trasportatori del tonoplasto consentono una rapida entrata o uscita netta di acqua nel/dal vacuolo?
- Descrivere l'ultrastruttura del cloroplasto nelle piante. Quali plastidi potrebbero derivare da un cloroplasto per interconversione plastidiale?
- Descrivere la composizione e le diverse architetture di deposizione della parete cellulare secondaria degli elementi tracheali. Motivare l'importanza funzionale di cellule con pareti lignificate nelle piante vascolari.
- Quali caratteri hanno contribuito al successo evolutivo delle angiosperme?
- Quali sono le principali differenze tra pteridofite, gimnosperme e angiosperme?
- Descrivere le micorrize e spiegare la loro importanza evolutiva e ambientale.

• Lezioni 1 e 2. Introduzione alla botanica. Composizione chimica dei vegetali. Macromolecole biologiche. Autotrofia ed eterotrofia. Anabolismo e catabolismo. La vita nel tempo.
  • Testi di riferimento: Botanica. Fondamenti di biologia delle piante, J.D. Mauseth. 


• Lezione 3. Classificazione degli organismi in 3 domini. Procarioti ed eucarioti. Procarioti fotoautotrofi per fotosintesi ossigenica: i cianobatteri. Azotofissazione biologica. 
  • Testi di riferimento: Botanica. Fondamenti di biologia delle piante, J.D. Mauseth


• Lezione 4. La cellula vegetale: nucleo, genoma, sintesi proteica. Poliploidia nelle piante. Il ciclo cellulare della cellula vegetale. Assetti microtubulari durante il ciclo cellulare: banda preprofasica, fuso mitotico, fragmoplasto, microtubuli corticali interfasici. Il citoscheletro. Proteine motrici. Le ciclosi citoplasmatiche.
  • Testi di riferimento: Botanica. Fondamenti di biologia delle piante, J.D. Mauseth 


• Lezione 5. La cellula vegetale: il sistema di endomembrane. Trasporto vescicolare. Esocitosi ed endocitosi nella cellula vegetale. Plasmodesmi. 
  • Testi di riferimento: Botanica. Fondamenti di biologia delle piante, J.D. Mauseth


• Lezione 6. Il vacuolo della cellula vegetale: struttura, funzioni, biogenesi. Vacuoli specializzati nella riserva (granuli di aleurone). Metaboliti secondari contenuti nel vacuolo.
  • Testi di riferimento: Botanica. Fondamenti di biologia delle piante, J.D. Mauseth


• Lezione 7. La parete cellulare delle piante. Struttura, composizione, biogenesi della  parete primaria. Parete secondaria. Modificazioni secondarie della parete.
  • Testi di riferimento: Botanica. Fondamenti di biologia delle piante, J.D. Mauseth


• Lezioni 8 e 9. I plastidi delle piante. Proplastidi, cloroplasti, ezioplasti. Interazione genoma-plastoma. Cromoplasti. Gerontoplasti. Amiloplasti. Interconversione plastidiale. Gli statoliti della cuffia radicale.
  • Testi di riferimento: Botanica. Fondamenti di biologia delle piante, J.D. Mauseth


• Lezione 10. Fotosintesi ossigenica: fase di trasduzione dell'energia (fase luminosa) e fase di fissazione del carbonio ("fase oscura"). Fotorespirazione (cenni). Perossisomi delle cellule vegetali.
  • Testi di riferimento: Botanica. Fondamenti di biologia delle piante, J.D. Mauseth


• Lezione 11. Basi di classificazione e nomenclatura dei vegetali. La riproduzione: meccanismi di riproduzione asessuata e sessuata nei vegetali. Mitospore, meiospore e gameti. Cicli biologici aplonte, diplonte e aplodiplonte.
  • Testi di riferimento: Botanica. Fondamenti di biologia delle piante, J.D. Mauseth


• Lezioni 12, 13, 14. Le alghe: caratteristiche generali. Organizzazione del tallo, classificazione, riproduzione. DINOPHYTA (dinoflagellati). Alghe eteroconte: BACILLARIOPHYTA (diatomee) e PHAEOPHYTA (alghe brune). Cicli biologici di Laminaria sp. e Fucus sp. RHODOPHYTA (alghe rosse). Ciclo biologico di Polysiphonia sp. CHLOROPHYTA (alghe verdi). Cicli biologici di Spirogyra sp. e di Ulva lactuca. Origine endosimbiontica dei cloroplasti. Cloroplasti primari e secondari.
  • Testi di riferimento: Botanica. Fondamenti di biologia delle piante, J.D. Mauseth


• Lezioni 15, 16, 17, 18. I tessuti delle cormofite. Tessuti meristematici e tessuti definitivi. Meristemi primari e tessuti definitivi primari. Tessuti tegumentali e parenchimatici. Tessuti meccanici. Tessuti conduttori (xilema o legno, floema o libro). Tessuti secretori. Meristemi secondari e tessuti definitivi secondari. Sughero e felloderma.
  • Testi di riferimento: Botanica. Fondamenti di biologia delle piante, J.D. Mauseth


• Lezioni 19 e 20. I funghi (EUMYCOTA): caratteristiche generali, organizzazione del tallo, ruoli ecologici, classificazione. ZYGOMYCOTA (zigomiceti). Ciclo biologico di Rhizhopus stolonifer. ASCOMYCOTA (ascomiceti). BASIDIOMYCOTA (basidiomiceti). I lieviti. GLOMEROMYCOTA (glomeromiceti). Associazioni simbiotiche mutualistiche tra funghi e organismi fotoautotrofi: licheni e micorrize.
  • Testi di riferimento: Botanica. Fondamenti di biologia delle piante, J.D. Mauseth


• Lezione 21. Il germoglio. Il fusto (o caule) delle piante vascolari. Apice del germoglio. Struttura primaria e secondaria del fusto. Caratteristiche e attività dei meristemi secondari cambiali (cambio cribro-vascolare e cambio subero-fellodermico). Modificazioni morfo-funzionali del fusto e del germoglio.
  • Testi di riferimento: Botanica. Fondamenti di biologia delle piante, J.D. Mauseth


• Lezione 22. La foglia: sviluppo, plasticità evolutiva e funzionale, fillotassi. Istologia e simmetria del nomofillo. Nervature fogliari. Adattamenti della foglia per limitare la perdita d'acqua. 
  • Testi di riferimento: Botanica. Fondamenti di biologia delle piante, J.D. Mauseth


• Lezione 23. La radice: sviluppo, struttura, funzioni. Tipi di sistemi radicali. Organizzazione della radice in struttura primaria. La radice in struttura secondaria. Radici specializzate nell'accumulo di riserve; radici aeree e pneumatofori.
  • Testi di riferimento: Botanica. Fondamenti di biologia delle piante, J.D. Mauseth


• Lezione 24. Piante non vascolari (briofite). Muschi ed epatiche. Ciclo biologico di un muschio e di Marchantia sp. (epatica tallosa).
  • Testi di riferimento: Botanica. Fondamenti di biologia delle piante, J.D. Mauseth


• Lezione 25. Piante vascolari che non hanno evoluto il seme: pteridofite (o crittogame vascolari). Isosporia ed eterosporia. Microfille e macrofille. RHYNIOPHYTA estinte. Principali taxa con specie viventi: LYCOPHYTA(generi Lycopodium, Selaginella, Isoetes), MONILOPHYTA (Equisetum, felci). Cicli biologici di Selaginella sp. e delle felci isosporee.
  • Testi di riferimento: Botanica. Fondamenti di biologia delle piante, J.D. Mauseth


• Lezioni 26 e 27. Piante vascolari con seme: SPERMATOPHYTA. Evoluzione dell'ovulo e del seme. GYMNOSPERMAE: caratteri generali. CONIFEROPHYTA (conifere). Ciclo biologico di Pinus sp. CYCADOPHYTA (cicadee), GINKGOPHYTA (Ginkgo biloba), GNETOPHYTA
  • Testi di riferimento: Botanica. Fondamenti di biologia delle piante, J.D. Mauseth


• Lezioni 28, 29, 30. Angiospermae (piante con fiore): caratteri generali. Monocotiledoni ed Eudicotiledoni. Struttura del fiore. Tipi di infiorescenze. Microsporogenesi e microgametogenesi. Macrosporogenesi emacrogametogenesi. Impollinazione. Doppia fecondazione. Embriogenesi. Formazione e dispersione dei semi nelle Angiospermae. Germinazione. Il frutto. Classificazione dei frutti. 
  • Testi di riferimento: Botanica. Fondamenti di biologia delle piante, J.D. Mauseth


• Lezioni 31 e 32. Classificazione delle angiosperme e descrizione di alcune famiglie nell'ambito delle "Famiglie basali", del clade delle Magnoliide, delle Eudicotiledoni. e delle Monocotiledoni. 
  • Testi di riferimento: Botanica. Fondamenti di biologia delle piante, J.D. Mauseth. Presentazione PDF in Moodle Sapienza.