85862 - MICROBIOLOGIA NELLA NUTRIZIONE VEGETALE

Conoscenze e abilità da conseguire

Gli studenti al termine dell’insegnamento sono in grado di elaborare in modo scientifico e tecnico interventi basati sull’impiego di microrganismi per migliorare la fertilità del suolo e di trasferire le informazioni acquisite ad operatori del settore agrario. La profonda conoscenza dei processi microbiologici della rizosfera e dell’interazione microrganismi-pianta rappresenta una base scientifica indispensabile per una gestione efficiente della nutrizione vegetale in ambito agricolo.

Contenuti

Modulo 1: ASPETTI MICROBIOLOGICI DELLA NUTRIZIONE tenuto da Diana Di Gioia (30 ore)

• Richiamo di alcuni concetti di base di microbiologia generale: sarà gestito in base alle conoscenze di microbiologia generale della coorte di studenti.
• Attività dei microrganismi nel suolo e ruolo nei cicli biogeochimici: Il suolo come risorsa da tutelare; ruolo dei microrganismi nel ciclo del carbonio nel suolo; degradazione dei polimeri complessi nel suolo (amido, emicellulosa, pectina, chitina, cellulosa, lignina); formazione dell’humus; ruolo dei microrganismi nel ciclo dell’azoto nella biosfera (proteolisi e ammonizzazione, assimilazione dell’ammonio, nitrificazione, riduzione assimilativa o dissimilativa del nitrato, denitrificazione, azotofissazione); ciclo dello zolfo; ciclo del fosforo.

• La rizosfera e le associazioni microrganismo pianta: La rizosfera e le comunità microbiche in essa presenti; Associazioni positive e negative fra i microrganismi del suolo; metodi per lo studio della diversità microbica nel suolo; Micorrize; Attinorrize.

• L’azotofissazione: Batteri azotofissatori liberi (non simbionti) non fotosintetizzanti; batteri azototofissatori e rapporti di biocenosi; batteri azotofissatori liberi fotosintetizzanti; batteri chemiolitotrofi azotofissatori; batteri azotofissatori simbionti; la nitrogenasi; meccanismi di protezione dall’ossigeno attuati dai diversi microorganismi.

• I batteri che promuovono la crescita delle piante: Definizione di PGPR e loro ruolo nella fertilità del suolo; azione dei PGPR nella promozione della crescita della pianta.

• Il processo di compostaggio: Definizione di compost e substrati utilizzabili; successioni microbiche nel processo di compostaggio; parametri microbiologici e chimico fisici coinvolti nel processo di compostaggio; stabilità del compost. Requisiti di sicurezza microbiologica del compost.

• Competenze acquisite nel modulo 1: Struttura e funzione dei principali gruppi microbici del suolo e ruolo dei microorganismi nel ciclo della sostanza organica nel suolo

 

 

Modulo 2: BIOTECNOLOGIE APPLICATE ALLA NUTRIZIONE VEGETALE tenuto da Daniele Alberoni (30 0RE)

Lo studente che accede a questo insegnamento è in possesso di una buona preparazione nei fondamenti biochimica e microbiologia acquisiti nelle lauree triennali nei corsi L-25 R - SCIENZE E TECNOLOGIE AGRARIE E FORESTALI; L-13 R - SCIENZE BIOLOGICHE e affini. Nello specifico:

- Struttura e funzione di proteine
- Attività enzimatiche: cofattori e meccanismi catalitici
- Struttura del DNA/RNA e principi di estrazione
- Tecniche molecolari di base: PCR end‑point, elettroforesi
- Morfologia e fisiologia di batteri e funghi
- Familiarità con software scientifici (ad es. Excel, R o simili)

Contenuti del Modulo 2: 

 

• Richiamo di alcuni concetti di base di biotecnologie microbiche (~ 1 ora): sarà gestito in base alle conoscenze di biotecnologie di base della coorte di studenti.
  

• Associazioni e interazioni tra microrganismi del suolo e la pianta ( ~ 3 ore): I biofilm; il quorum sensing: generalità, i mediatori chimici, esempi di quorum sensing in batteri Gram-positivi e Gram-negativi.
  

• Biologia molecolare alla nutrizione vegetale:
  • qPCR o Real-Time PCR ( ~ 6 ore): studio della qPCR applicata alla quantificazione totale di specifici generi microbici presenti nel suolo o nell'apparato radicali. Espressione genica dei microorganismi del suolo impiegati nella fissazione dell'azoto, e 
  • Primer design (~ 3 ore - attività teorico/pratica): per rilevare specifiche funzioni/tratti dei microrganismi nella nutrizione vegetale
    
  • Next Generation Sequencing (NGS) (~ 3 ore): tecniche di sequenziamento del DNA e RNA di seconda e terza generazione (illumina e Oxford Nanopore). Applicazione di queste tecniche allo scopo di delineare  le comunità microbiche del suolo. 

• Attività sperimentale (~ 6 ore - da svolgersi in laboratorio): Attività di laboratorio mirati all'estrazione di DNA microbico dall'apparato radicale (noduli radicali di leguminose) e  applicazione della qPCR/Real Time PCR sul DNA estratto per quantificare le comunità microbiche presenti. 

• Gli endofiti ed il microbiota del seme (~ 1 ora): Cosa sono i microorganismi endofiti, tipologie di microorganismi endofiti e loro funzione nella promozione della crescita. Accenni sui funghi endofiti. Diversità, filogenesi e meccanismo di colonizzazione degli endofiti del seme. Funzionalità del microbiota del seme
  
  
• Gli inoculanti microbici (~ 2 ore): Descrizione delle diverse tipologie di inoculanti microbici disponibili a livello commerciale, che possono essere usati nelle produzioni agricole e vivaistiche; Tecniche di base per la loro preparazione ed uso.
  

• Ripasso generale in vista del'esame (~ 2 ore).

 

Competenze acquisite nel modulo 2: Comprensione dei meccanismi di interazione microorganismi-pianta e tecniche biochimico-molecolari per la caratterizzazione di microorganismi utili in agricoltura.

Attività in comune tra Modulo 1 e Modulo 2.

• Seminario su progetti SWEET e RELEAF (~ 3 ore): esempio applicato dell'effetto della nutrizione vegetale sull'attrattività verso gli insetti impollinatori (SWEET). Esempio applicato di economia circolare nella produzione di biofertilizzati (RELEAF). 
  
  
• Seminario FOMET (~ 3 ore). Azienda produttrice di Biofertilizzanti microbici 

• Seminario sul biocompost nella nutrizione vegetale (~ 3 ore). Presentazione di test di campo mirati a valutare la nutrizione vegetale.  
  

Il corso (Modulo 1 + Modulo 2) prevede anche una visita didattica in un'azienda che produce inoculanti microbici e/o biofertilizzanti.

Testi/Bibliografia

V. M. Sellitto, I microrganismi utili in agricoltura. 2020 EDAGRICOLE

G.R. Dixon, E.L. Triston Editors Soil Microbiology and Sustainable Crop Production (2010) Springer

M.T. Madigan, JM Martinko, KS Bender, DH Buckley, DA Stahl BROCK Biologia dei Microrganismi Microbiologia generale. ambientale, industriale.14a Edizione,2016 Casa Editrice Pearson.

Articoli scientifici forniti dal docente

Slides presentate a lezione e disponibili in Virtuale.

Metodi didattici

Il corso è diviso in 2 moduli.

Didattica frontale: ha una connotazione specialistica articolata sulle tematiche degli aspetti microbiologici relativi alla nutrizione delle piante. Gli argomenti trattati oltre ad una valenza culturale sono rivolti alle possibili applicazioni con l'intento di trasmettere quanto importante e ampio sia il ruolo della microbiologia nel settore agricolo.

Parte pratica: è articolata per permettere allo studente di poter spendere la laurea magistrale dimostrando conoscenze sull'attualità della ricerca nel settore e sulle tematiche che trovano applicazione nel mondo produttivo.

In considerazione delle tipologie di attività e metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede lo svolgimento da parte di tutti gli studenti (compresi tutti gli studenti internazionali incoming, es. ERASMUS) dei moduli 1 e 2 in modalità e-learning [https://www.unibo.it/it/servizi-e-opportunita/salute-e-assistenza/salute-e-sicurezza/sicurezza-e-salute-nei-luoghi-di-studio-e-tirocinio ] e la partecipazione al modulo 3 di formazione specifica sulla sicurezza e salute nei luoghi di studio. Indicazioni su date e modalità di frequenza del modulo 3 sono consultabili nella apposita sezione del sito web di corso di studio ("studiare"--"formazione obbligatoria su sicurezza e salute").

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Test scritto a scelta multipla (24 domande, di cui 12 di Chimica e Biochimica + 12 di Microbiologia) + 2 domande aperte (1 di Chimica e Biochimica + 1 di Microbiologia).

Esame in presenza ed on-line per richieste giustificate presso il Laboratorio didattico: si richiede l’iscrizione on-line su Almaesami

Strumenti a supporto della didattica

Per la didattica frontale si utilizzeranno i supporti grafici forniti dal testi di "Microbiologia agroambientale" (Biavati e Sorlini) e "Microbiologia ambientale" (Barbieri, Bestetti, Galli, Zannoni) in aule attrezzate con PC e videoproiettore.

La parte pratica avverrà in laboratorio per l'esecuzione di esercitazioni.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Diana Di Gioia

Consulta il sito web di Daniele Alberoni