93677 - STRESS BIOTICI E ABIOTICI DELLE PIANTE E CAMBIAMENTO CLIMATICO

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente acquisisce conoscenze per comprendere le interazioni fra piante e microrganismi patogeni e fra piante e ambiente, e per conoscere l'influenza che il cambiamento climatico esercita su di essi.Lo studente sarà in grado di utilizzare mezzi diagnostici idonei, di approntare ed applicare strategie avanzate ed innovative di prevenzione e di cura. La presentazione e la discussione di casi di studio relativi ad alcuni dei principali stress in relazione ai cambiamenti climatici arricchirà la sua preparazione professionale e stimolerà il suo spirito critico.

Contenuti

A) Prerequisiti

Lo studente che accede a questo insegnamento è in possesso di una buona preparazione nei fondamenti della fisica, della biologia vegetale, della patologia vegetale, della chimica agraria e della agronomia generale. Questi prerequisiti sono forniti dagli insegnamenti di base ed applicati, erogati nei primi due anni di corso.

Unità didattiche

Insegnamento di STRESS BIOTICI E ABIOTICI DELLE PIANTE E CAMBIAMENTO CLIMATICO

1. Informazioni generali inerenti l'insegnamento (Totale unità didattica 1 ore)

Presentazione e discussione del programma, lezioni frontali, esercitazioni, seminari, visite di studio, materiale didattico, ricevimento studenti, esami. Finalità dell'insegnamento, importanza della disciplina nell'ambito del corso di laurea e della professione di agronomo, con particolare riferimento ai cambiamenti climatici in atto. Sono recepiti suggerimenti e richieste da parte degli studenti.

2. Effetti dei cambiamenti climatici sulle piante ed il loro microbioma. Cenni di base relativi alla fisiologia dello stress (Totale unità didattica 2 ore)

Cenni sui cambiamenti climatici di maggiore impatto sull'agricoltura (riscaldamento globale, eventi meteorologici estremi) Definizione di stress biotico e abiotico, strategie di resistenza agli stress, acclimatazione, adattamento, tipi di adattamenti, alterazioni del metabolismo, modificazioni del microbioma, risposte cellulari e genomiche. Metodi di diagnosi, diagnosi differenziale delle malattie biotiche e abiotiche.

Conoscenze acquisite nella unità didattica 2

Conosce gli effetti dei cambiamenti climatici e degli stress da loro indotti sulle piante e sul loro microbioma

Conosce le principali strategie attuate dalle piante e dal loro microbioma per adattarsi ai vari ambienti e ai mutamenti in atto

Conosce i principali metodi di diagnosi delle malattie biotiche e abiotiche indotte da stress ambientali

3. Fitopatie da inquinanti fitotossici dell’aria (Totale unità didattica 3 ore)

Cenni sulle principali fonti di inquinamento dovute ad attività antropiche e possibili conseguenze dell’impatto degli inquinanti fitotossici dell’aria (IFA). Alterazione della qualità dei prodotti e sintomi provocati dalla presenza dalle principali sostanze inquinanti. Piante indicatrici degli IFA. Effetti degli inquinanti sui funghi fitopatogeni

Conoscenze acquisite nella unità didattica

Conosce i principali inquinanti dell’aria e il loro effetto sulle piante

4. Fitopatie da stress termico (Totale unità didattica 10 ore)

Ruolo dell'innalzamento della temperatura terrestre sull'esacerbarsi degli stress termici. Effetti sulle piante e sulla loro interazione con microrganismi patogeni e non. Le piante sono in grado di misurare la temperatura?

Stress da calore (da caldo)

Definizione, influenza della disponibilità idrica del terreno e della traspirazione; suscettibilità allo stress da caldo, soglie termiche delle specie coltivate e di alcuni agenti patogeni. Strategie di acclimatazione delle piante e dei microrganismi, effetti sulla fotosintesi, sulle membrane cellulari, sulla sintesi di proteine da shock termico (HSP). Modificazioni del microbioma e della attività patogena. Principali malattie abiotiche ed alterazioni.

4.2 Stress da raffreddamento (da freddo)

Definizione. Influenza del freddo sulla distribuzione geografica dei microrganismi patogeni e delle piante. Effetti sull'epoca di coltivazione, sulla tecnica (es. colture protette), sul trasporto e la conservazione dei prodotti vegetali freschi. Soglie termiche di piante e microrganismi in relazione a: composizione delle membrane cellulari (acidi grassi insaturi/saturi), alterazione della permeabilità delle membrane (cellulari, mitocondriali e dei cloroplasti), squilibrio enzimatico, ROS. Acclimatazione: aumento rapporto acidi grassi insaturi/saturi, sintesi isoenzimi, resistenza incrociata freddo-caldo. Principali malattie biotiche e abiotiche su piante in vegetazione e su prodotti vegetali freschi in conservazione refrigerata (catena del freddo). Effetti del freddo nel controllo malattie biotiche. Definizione di 'Stress da carenza di freddo'. Influenza del freddo sul ciclo biologico dei patogeni

Stress da congelamento (da gelo)

Definizione, ruolo di specie, organo, stadio vegetativo e periodo stagionale. Formazione di ghiaccio nei tessuti e scongelamento, curva di congelamento, nucleazione ad opera di batteri criogeni. Strategie di acclimatazione (esempi di alcune specie), ruolo ABA, proteine antigelo (AFP). Interruzione acclimatazione. Danni da gelo su organi in riposo vegetativo e su organi in vegetazione, soglie termiche. Effetti dei danni da gelo sulla recrudescenza delle malattie biotiche. Tipi di gelate, metodi di prevenzione passivi e attivi.

Conoscenze acquisite nella unità didattica 4:

Conosce gli effetti degli stress da alte temperature

Conosce le strategie di acclimatazione delle piante e dei microrganismi patogeni alle alte temperature

Conosce le principali malattie ed alterazioni indotte dalle alte temperature

Conosce la predisposizione delle piante alle malattie da raffreddamento, in funzione della area geografica di provenienza, della composizione delle membrane cellulari e dei meccanismi di controllo dei ROS

Conosce gli effetti del freddo sul ciclo biologico dei patogeni

Conosce le principali malattie indotte dal raffreddamento in campo e in conservazione

Conosce la suscettibilità al congelamento delle piante e dei loro organi

Conosce il ruolo dei batteri criogeni sull'instaurarsi dei danni da gelo

Conosce le principali strategie di acclimatazione delle piante al gelo

Conosce i metodi passivi ed attivi per la prevenzione dei danni da gelo.

5. Fitopatie da stress idrico (Totale unità didattica 6 ore)

Cenni sul trasporto e il ruolo dell'acqua nella pianta: definizione di potenziale idrico, stato di turgore ed appassimento dei tessuti, trasporto passivo, trasporto attivo, traspirazione, bilancio idrico. Effetti dello stress idrico sulle piante e sulla biologia dei microrganismi, con particolare riferimento a quelli patogeni.

5.1 Stress da carenza idrica

Definizione, acclimatazione ed adattamenti. Adattamenti- fuga dalla siccità, disidratazione ritardata, attività fotosintetica. Tipi di acclimatazioni e adeguamenti dei vari organi della pianta e dei microrganismi simbionti e/o patogeni allo stress. Cause deficit idrico. Effetti sulla crescita, sulla produzione e lo stato sanitario delle piante. Principali malattie biotiche ed abiotiche. Effetti su sindromi ad eziologia complessa (es. deperimento dei boschi). Effetti dello stress igrometrico (bassa umidità relativa) sulla vita e le malattie post raccolta dei prodotti ortofrutticoli.

5.2 Stress da eccesso idrico

Definizione, effetti sulla respirazione delle radici (carenza di O₂); accumulo composti tossici, ROS, solubilizzazione metalli pesanti, risposta all'allagamento, piante idrofite e tolleranti l'allagamento. Effetti sul microbioma in generale e sull'aggressività dei patogeni terricoli. Principali malattie biotiche e abiotiche. Interventi per ridurre gli effetti delle inondazioni.

Conoscenze acquisite nella unità didattica 5:

Conosce i meccanismi messi in atto dalle piante per affrontare gli stress da carenza idrica

Conosce le principali alterazioni e malattie indotte da carenza idrica

Conosce gli effetti dello stress da siccità sulla suscettibilità delle piante alle malattie biotiche

Conosce gli effetti, sui prodotti vegetali freschi, della bassa igrometria ambientale dopo la raccolta

Conosce l'influenza dell'eccesso idrico nel terreno sullo stress da asfissia

Conosce le principali alterazioni e malattie dell'apparato radicale indotte dalla sommersione

Conosce la suscettibilità delle principali piante all'allagamento

6. Fitopatie da stress da illuminazione (Totale unità didattica 3 ore)

Fotoperiodo - Piante longidiurne, brevidiurne, neutrodiurne, effetti di fotoperiodi inidonei su alcune piante (fioritura, crescita, produzione). Effetti carenze di luce: eziolamento, imbianchimento, aduggiamento. Effetti della intensità di illuminazione e della lunghezza d'onda. Effetti della radiazione solare eccessiva. Possibilità di indurre resistenza ai patogeni mediante esposizione a raggi UVC. Inverdimento organi sotterranei e accumulo glicoalcaloidi tossici.

Conoscenze acquisite nella unità didattica 6:

Conosce il ruolo e l'importanza del fotoperiodo nella vita e nella produttività delle piante

Conosce le principali alterazioni e malattie indotte da carenza di luce e da lunghezza d'onda inidonea

Conosce l'induzione di resistenza ad opera di raggi UVC

7. Fitopatie da stress nutrizionali (nutrienti minerali) (Totale unità didattica 6 ore)

Cenni sulla nutrizione minerale- definizione di nutrienti e loro funzione, adeguatezza nutritiva, gli elementi nutritivi essenziali, macro e micronutrienti (ruoli e funzioni). Definizione di carenza nutrizionale, legge del minimo, mobilità dei minerali nella pianta, interazione fra nutrienti, disponibilità, carenza cronica e acuta. Influenza della adeguatezza / inadeguatezza nutritiva sulle suscettibilità ai patogeni. Diagnosi della carenza nutrizionale. Principali fitopatie da carenze nutrizionali indotte d: N, P, K, Ca, Fe, B. Influenza di alcuni elementi minerali nell'indurre resistenza alle malattie biotiche. Il trattamento delle carenze nutrizionali.

Conoscenze acquisite nella unità didattica 7:

Conosce il ruolo e le funzioni della nutrizione minerale sulla crescita e sullo stato sanitario della pianta

Conosce i principali metodi e le tecniche di diagnosi delle carenze nutrizionali

Conosce le fitopatie abiotiche indotte da carenze nutrizionali

Conosce l'induzione di resistenza alle malattie biotiche da parte di alcuni elementi minerali

8. Effetti del clima sui patosistemi (Totale unità didattica 3 ore)

Cambiamenti sui range di distribuzione, variazione di virulenza dei patogeni, modifica del gradiente di malattia, mutazione di alcuni individui della popolazione, introduzione e adattamento di specie alloctone.

Conoscenze acquisite nella unità didattica 8:

Conosce gli effetti del clima sui patosistemi ed il rischio dell’introduzione di nuove scpecie patogene alloctone in nuovi continenti

10. Esercitazioni (Totale unità didattica 6 ore)

Vengono organizzati seminari specialistici con esperti del settore (es. sulle patologie della vite) con particolare riferimento agli stress abiotici. Viene organizzata una visita di studio a centri di ricerca e stazioni di biomonitoraggio per mostrare agli studenti l'impatto delle malattie da stress sul mondo operativo attraverso casi di studio, tecniche applicate di diagnosi e metodi di prevenzione.

Testi/Bibliografia

File PPT presentati durante le lezioni e caricati su IOL.

Si consiglia di consultare il testo:

Taiz. L, Zeiger E. (Traduzione Maffei M.) Fisiologia Vegetale. Piccin Nuova Libraria SpA. Padova, 2010. Limitatamente ai capitoli: 5 - La nutrizione minerale e 26 – Risposte e adattamenti allo stress abiotico (reperibile anche c/o Biblioteca centralizzata G. Goidanich).

Metodi didattici

Il corso si suddivide in due parti:

Didattica frontale: le unità didattiche sono presentate allo studente in aula e consistono di parti teoriche integrate da schemi e tabelle e da una ricca iconografia, relativa ad alterazioni e malattie di piante e prodotti, indotte da condizioni ambientali sfavorevoli. Il progredire dello stato di conoscenza e la capacità di recepire le unità didattiche presentate, sono costantemente verificate attraverso una continua interazione tra il docente e lo studente. Il docente stimola l'interesse dello studente verso la disciplina, mediante la presentazione di casi fitopatologici, illustrati dalla proiezione di fotografie o discutendo esempi di “casi", a conoscenza dello studente, relativi agli effetti sulle piante di recenti eventi meteo-climatici.

Esercitazioni e visita di studio: vedi punto 10.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avviene nelle sessioni di esame riportate su Almaesami, tramite una prova scritta senza l'aiuto di appunti o libri. La prova scritta consiste in quesiti in parte a risposta multipla e in parte a risposta aperta. La verifica verte su almeno quattro unità didattiche illustrate nell'ambito dell'insegnamento. Lo scopo della valutazione è di verificare la capacità dello studente di affrontare problematiche inerenti le fisiopatie da stress ambientali e e da stress bioetici legati ai cambiamenti climatici, la loro prevenzione ed imparare a riconoscere i sintomi, da esse indotte, nelle principali colture

Strumenti a supporto della didattica

PC, videoproiettore, Teams, parti di piante danneggiate da stress ambientali. Visita di studio.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Antonio Prodi