Laurea magistrale in Biologia dell'Ambiente

Ecofisiologia (dalla coorte 2011/2012)

Ecophysiology

Anno accademico 2013/2014

Sommario insegnamento

• Obiettivi formativi
• Risultati dell'apprendimento attesi
• Programma
• Testi consigliati e bibliografia
• Strumenti didattici

Obiettivi formativi

L’allievo dovrà essere in grado di:

• Comprendere quali sono i principali fattori ambientali che hanno effetto sugli organismi viventi
• Discutere sulle diverse tipologie di risposte delle piante a stress biotici e abiotici;
• Discutere in maniera approfondita su come la variabilità ambientale influisca su fotosintesi, conduttanza stomatica, traspirazione e bilancio idrico
• Acquisire le conoscenze sulle risposte fisiologiche vegetali alla base delle interazioni fra piante e altri organismi;
• Acquisire le conoscenze pratiche per lo studio delle risposte metaboliche degli organismi viventi.
• Discutere sull’impatto dei cambiamenti globali presenti e future e comprendere come possano influire sulla fisiologia degli organismi viventi e sull’ambiente che li circonda
• Discutere sulla capacità di modulazione dei geni e sulle espressioni fenotipiche di natura plastica
• Comprendere i vincoli dovuti alla comune origine evolutiva degli animali e alle comuni esigenze metaboliche e in generale alla chimica e fisica dei viventi e degli ambienti
• Discutere le differenti problematiche per gli animali un ambienti aerei, acquatici e altri
• Comprendere i motivi che limitano gli ambienti per i diversi animali

Legame fra adattamenti sensoriali e motori in ambienti e per animali diversi

Risultati dell'apprendimento attesi

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE
Il corso si propone di fornire agli studenti conoscenze sulle risposte fisiologiche all’ambiente degli organismi, animali e vegetali

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
In particolare, il corso si propone di fornire allo studente le conoscenze delle metodologie di indagine sia teoriche che pratiche per effettuare una valutazione scientifica sull’argomento.

Programma

Introduzione alla fisiologia ambientale vegetale.
Risposte delle piante alla temperature (meccanismi di risposta al freddo e al calore).
Relazioni idriche nelle piante: meccanismo di risposta alla siccità.
Risposte delle piante alla radiazione solare UV-B e conseguenze della diminuzione dell’ozono stratosferico.
Effetto dell’aumento globale della CO2 e della temperatura.
Fotosintesi e fattori biotici.
Respirazione e fattori ambientali.
Stress nutritivo e tossicità.
Effetti ambientali sui cicli vitali.
Biochimica ecologica. Fitochimica ecologica. Ecosistemi ed ecofisiologia vegetale.
Risposte degli organismi vegetali a fattori biotici.
Competizione: competizione fra piante.
Relazioni tritrofiche piante-erbivoro-predatore/parassita.
Interazioni delle piante con l’ecosistema esterno.
Ricerca di base e applicata per la valutazione dell’interazione di fattori ambientali e di sistemi di colture sull’efficienza fisiologica delle piante.
Effetto dei parametri ambientali sulla via di trasduzione del segnale. Analisi molecolare dell’adattamento delle piante all’ambiente.
Valutazione delle risposte fisiologiche tramite tecniche analitiche avanzate

Introduzione alla fisiologia ambientale (ecofisiologia) degli animali: Hochachka e Somero, la unità biochimica e la diversità organismica. Limiti fisici, chimici, evolutivi e ambientali.
Processi sulla scala dell’individuo: acclimatamenti e variazioni all’interno della life-history.
Processi sulla scala di popolazione: separazione di popolazioni differenti con variazioni geniche e adattamenti evolutivi.
Come si riconosce un adattamento ambientale: il problema del “trascinamento” di adattamenti non sotto pressione selettiva da parte di quelli evolutivi diretti.
I grandi problemi generali: limiti assoluti e relativi della biologia animale.
I concetti di relazioni dimensionali e le allometrie.
Regolazione e conformità: costi, limiti e vantaggi.
Metabolismo aerobico e non, ossigeno e problemi di scala.
Disponibilità di ossigeno in aria, acqua e in ambienti ipogei.
La risposta ipossica come esempio generale di insieme di meccanismi conservati: adattamenti all’altitudine e alla vita ipogea.
Temperatura: limiti termici, conseguenze dell’endotermia.
Aria-acqua-terra costi del movimento e risorse ottenibili.
Adattamenti sensoriali Luce, ritmi, visione e fare luce.

English program

Introduction to plant envitronmental physioloigy
Plant response to temperature: mechanisms of plant response to cold and heat stress.
Plant water relations: mechanisms of plant response to drought stress.
Plant response to solar ultraviolet-B radiation: Consequences of stratospheric ozone depletion.
Effects of global change in atmospheric CO2 and temperature.
Photosynthesis and biotic factors.
Respiration and environmental factors.
Nutrient stress and toxicity.
Environmental influences on life cycles.
Ecological biochemistry. Ecological phytochemistry. Ecosystems and plant ecophysiology.
Responses of plant to biotic factors.
Competition: Plant response to competition from neighboring plants.
Tritrophic relations: plant-herbivore-predator/parasite.
Basic and applied research that evaluates the interaction of environmental factors and cropping systems on the physiological efficiency of crop plants.
Influence of environmental parameters on signal transduction pathways. Molecular analysis of plant adaptation to environment.
Plant ecological responses with the use of field instrumentation.

Introduction to Animal environmental physiology. Hochachka and Somero and the principles of biochemical unity within organism.
Limits from physics, chemistry. Evolution and environments.
Process on the individual scale: acclimatation and variations within life-histories.
Population scale processes: separations of populations with genic variations, adaptations and exaptations.
 Hot to recognize environment driven adaptations. The great general problems principal physiological issues and the internal and external limits.
The scale problem and the concept of allometry.
Regulation or conformity limits and advantages of regulation.
Aerobic metabolism, oxygen, performance and size. Availability and extraction of oxygen in air and water, and special cases.
Oxygen cascade and the hypoxic response as a major example of conserved mechanisms from development to cancer. Adapatations to high altitude and hypogeic life.
Environmental and body temperature. Limits and special adaptations: endotermy.
Water, air and ground life, cost of movement and availability of resources.
Sensory systems and the environment. Light, rhythms, vision and luminescence.

Modulo ecofisiologia vegetale: il materiale didattico presentato a lezione è disponibile presso: il Laboratorio di Fisiologia Vegetale e Metaboliti Secondari delle Piante. I riferimenti bibliografici sugli argomenti trattati sono riportati nel materiale didattico fornito.

Modulo ecofisiologia animale: dispense e CD con i files delle lezioni.
Fisiologia Ambientale degli Animali, P. Willmer, G.Stone, I. Johnston, Zanichelli
Per consultazione Biochemical Adaptation: Mechanism and Process in Physiological Evolution byPeter W. Hochachka and George N. Somero

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