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Oggetto:
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LABORATORIO DI BIOLOGIA VEGETALE APPLICATA

Oggetto:

LABORATORY OF APPLIED PLANT BIOLOGY

Oggetto:

Anno accademico 2022/2023

Codice attività didattica
MFN0429
Docenti
Prof. Cinzia Margherita Bertea (Titolare)
Prof. Andrea Genre
Dott.ssa Alessandra Salvioli Di Fossalunga
Dr. Giuseppe Mannino
Corso di studio
Scienze Biologiche D.M. 270
Anno
3° anno
Periodo
II semestre
Tipologia
Affine o integrativo
Crediti/Valenza
8
SSD attività didattica
BIO/01 - botanica generale
BIO/04 - fisiologia vegetale
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Lezioni facoltative e esercitazioni obbligatorie
Tipologia esame
Scritto
Prerequisiti


Conoscenze di base di biologia vegetale e di biochimica


Basic knowledge on plant biology and biochemistry
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

L'insegnamento concorre alla realizzazione degli obiettivi formativi delle aree morfologico-funzionale e biochimico-molecolare del Corso di Laurea in Scienze Biologiche. Fornisce agli/alle studenti/studentesse capacità di esecuzione con autonomia di: procedure analitico-strumentali connesse alle indagini biologiche; procedure tecnico-analitiche in ambito biotecnologico, biomolecolare, anche finalizzate ad attivita' di ricerca.

L'insegnamento ha come finalità di fornire, nel primo modulo, una preparazione teorico-pratica sulla biochimica e sulle principali tecniche utilizzate nello studio dei metaboliti secondari vegetali impiegati nell'industria farmaceutica e alimentare. Il secondo modulo si propone di fornire le conoscenze teoriche di base sulle colture in vitro di cellule e tessuti vegetali e sulla trasformazione genetica di funghi e piante, oltre alle competenze specifiche di procedure sperimentali relative agli argomenti trattati.

The course contributes to the realization of the training objectives of the Biological Sciences Study Course concerning the morphological-functional and biochemical-molecular area. The course provides the students with the ability to perform: instrumental procedures related to biological investigations; technical procedures related to biotechnological and biomolecular studies, including research applications.

The course will provide:

- knowledge on the biochemistry of secondary metabolites

- specific competence of the main experimental techniques and procedures related to the study of plant secondary metabolites of industrial interest

- knowledge on the in vitro cultures of plant cells and tissues and on the genetic transformation of plants and fungi

- specific competence of the experimental procedures of in vitro culture and plant and fungal genetic trasformation

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE

Competenze teoriche sulla biologia di organismi vegetali e fungini (aspetti molecolari e chimici/biochimici) e sulle loro applicazioni biotecnologiche

Conoscenza delle classi principali di metaboliti secondari delle piante (terpenoidi, composti fenolici e alcaloidi)

Conoscenza delle tecniche di estrazione e di analisi di metaboliti secondari

Conoscenza delle tecniche di colture di cellule e tessuti vegetali

Conoscenza delle principali metodologie di trasformazione genetica di piante e funghi

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE

Capacità di interpretare ed eseguire protocolli di base per analisi biochimiche volte alla caratterizzazione di metaboliti secondari e per esperimenti di trasformazione genetica di piante e funghi.

Capacità di applicare norme di sicurezza di laboratorio, eseguire procedure sperimentali in condizione di sterilità e di manipolazione di organismi geneticamente modificati.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO

Acquisizione di consapevole autonomia di giudizio con riferimento: al riconoscimento dei principali metaboliti secondari delle piante e alla valutazione dell'adeguatezza delle diverse tecniche analitiche, all'interpretazione di protocolli di trasformazione genetica, all'interpretazione di dati sperimentali di laboratorio, ad aspetti di sicurezza in laboratorio.

ABILITÀ COMUNICATIVE

Acquisizione di adeguate competenze e strumenti per la comunicazione con riferimento a: elaborazione e presentazione dati, capacità di lavorare in gruppo

CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO

Acquisizione di capacità autonome di apprendimento e di autovalutazione della propria preparazione, atte ad intraprendere gli studi successivi con un alto grado di autonomia

 

KNOWLEDGE & UNDERSTANDING

Theoretical knowledge on the biology of plant and fungal organisms (molecular and chemical/biochemical aspects) and their biotechnological applications

Knowledge on the main classes of plant secondary metabolites (terpenoids, phenolic compounds and alkaloids)

Knowledge of the extraction and analytical techniques applied to secondary metabolites

Knowledge of cell and plant tissue culture techniques

Knowledge of plant and fungal genetic transformation methods

APPLYING KNOWLEDGE & UNDERSTANDING

Ability to understand and apply basic protocols for biochemical analysis related to the characterization of secondary metabolites and for plant and fungal genetic transformation experiments.

Ability to apply safety laboratory rules, follow

MAKING JUDGMENTS

Acquisition of conscious judgment independence with respect to: identification of the main plant secondary metabolites and evaluation of the suitability of different analytical techniques, interpretation of protocols for genetic transformation, interpretation of experimental data,  laboratory safety aspects.

COMMUNICATION SKILLS

Acquisition of appropriate skills and tools to present processed data, ability to work in a team

LEARNING SKILLS

Acquisition of autonomous learning capacity and self-assessment of the own preparation, in order to undertake subsequent studies with a high degree of autonomy

Oggetto:

Programma

Modulo: Metaboliti secondari delle piante

Introduzione generale riguardante i metaboliti secondari: tecniche di estrazione e di analisi

I terpenoidi: ruolo ecologico, importanza in campo farmaceutico ed alimentare. Tecniche di estrazione e di analisi dei terpenoidi

Laboratorio: Distillazione in corrente di vapore ed estrazione con solvente organico di oli essenziali da piante aromatiche (lavanda, menta). 

Laboratorio: analisi quali-quantitativa tramite gascromatografia abbinata alla spettrometria di massa (GC-MS) e cromatografia su strato sottile (TLC)

I composti fenolici: ruolo ecologico, importanza in campo medico ed alimentare. Tecniche di estrazione e di analisi dei composti fenolici.

Laboratorio: Estrazione di composti fenolici da materiale fresco (foglie, frutti, ecc.), essiccato (foglie e frutti essiccati) o da prodotti alimentari (cioccolato, the, ecc,)

Laboratorio: Analisi quantitativa dei composti fenolici tramite spettrofotometria (saggio di Folin-Ciocalteu). Costruzione di una curva di calibrazione per l'analisi dei campioni incogniti

Laboratorio: Analisi quali-quantitativa dei composti fenolici tramite cromatografia su strato sottile (TLC)

Laboratorio: Estrazione degli antociani da foglie di cavolo rosso e relativo viraggio del colore in ambiente basico ed acido

Laboratorio: Estrazione degli antociani da campioni di origine vegetale e relativa quantificazione attraverso il saggio del salto del pH

Laboratorio: Estrazione delle proantocianidine da campioni di origine vegetale e relativa quantificazione attraverso il saggio colorimentrico DMAC (4-dimetilamminocinnamaldeide)

Gli alcaloidi: ruolo ecologico, importanza in campo farmaceutico. Tecniche di estrazione e di analisi

Laboratorio: Estrazione ed analisi quali-quantitativa tramite cromatografia su strato sottile (TLC) della caffeina dal caffè (normale, decaffeinato e prodotti a base di caffè)

Laboratorio: discussione finale dei dati. Preparazione di una minireview riguardante i metaboliti secondari con presentazione powerpoint finale.

 

Modulo: Biotecnologie Vegetali

Introduzione alle Biotecnologie Vegetali

Tecniche di colture di cellule e tessuti vegetali
Miglioramento genetico tradizionale e biotecnologie

Trasformazione genetica di organismi vegetali: metodi di trasformazione, costrutti, marcatori di selezione
Laboratorio: Trasformazione con Agrobacterium rhizogenes (espianto, co-cultura, rigenerazione su terreno selettivo, verifica dell'avvenuta trasformazione tramite saggio GUS/GFP).

I funghi: organismi modello nella ricerca di base e applicata
Il lievito Saccharomyces cerevisiae: dal ciclo cellulare agli studi di post-genomica

La trasformazione di organismi fungini (metodi di trasformazione, marcatori di selezione)

Il saggio della complementazione funzionale
Laboratorio: saggio di complementazione funzionale in cellule di lievito (preparazione dei terreni, allestimento della coltura, preparazione delle cellule di lievito competenti, trasformazione genetica con metodo PEG, crescita su terreni selettivi).

 

Plant Secondary Metabolites

General introduction to plant secondary metabolites: extraction and analysis techniques

Terpenoids: ecological role and application in pharmaceutical and food industry

Terpenoid extraction and analytical techniques

Laboratory: Steam distillation and organic solvent extraction of essential oils from aromatic plants (lavender, mint, etc.)

Laboratory: quali-quantitative analysis by GC-MS and thin layer chromatography (TLC) of essential oils

Phenolic compounds: ecological role and application in pharmaceutical and food industry. Phenolic compound extraction and analytical techniques.

Laboratory: extraction of phenolic compounds from fresh (leaves, fruits, etc.), dry material (leaves and fruits) and food products (chocolate, herbal tea, etc.).

Laboratory: quantitative analysis of phenolic compounds by spectrophotometry (Folin-Ciocalteu assay). Calibration curve construction for the analysis of unknown samples.

Laboratory: quali-quantitative analysis of phenolic compounds by thin layer chromatography (TLC)

Laboratory: Extraction of anthocyans from red cabbage leaves and related colour change in basic and acidic environments

Laboratory: Extraction of anthocyanins from samples of plant origin and relative quantification through the pH differential test

Laboratory: Extraction of proanthocyanidins from samples of plant origin and relative quantification through the DMAC (4-dimethylaminocinnamaldehyde) colorimetric assay

Alkaloids: ecological role and application in medicine. Alkaloid extraction and analytical techniques

Laboratory: extraction and quali-quantitative analysis by thin layer chromatography (TLC) of caffeine from coffee (regular, deca and coffee products)

Laboratory: final discussion of the data. Preparation of a minireview related to plant secondary metabolites with final powerpoint presentation

 

Plant Biotechnology

Introduction to plant biotechnology

Cell and tissue culture techniques
Classical breeding and biotechnology
Genetic transformation of plants (methods, constructs, selection markers)
Laboratory: Genetic transformation with Agrobacterium rhizogenes: explant, co-culture, regeneration on selective media, assay to check transformation events
(GUS/GFP assay)
Fungi as model organisms for basic and applied research

Saccharomyces cerevisiae: from cell cycle to post-genomics studies

Fungal genetic transformation (methods and selection markers)

Functional complementation assays
Laboratory: Yeast complementation assays (culture establishment, preparation of competent cells, PEG-mediated transformation, growth on selective media)

 

Oggetto:

Modalità di insegnamento

L'insegnamento è articolato in 30 ore di lezioni teoriche e 65 ore di esercitazioni in laboratorio. Le lezioni teoriche sono facoltative, le esercitazioni di laboratorio obbligatorie. Le slides presentate a lezione sono fornite agli/alle studenti/esse nei materiali didattici online (piattaforma Moodle).

Tutte le lezioni si terranno in presenza. La modalità a distanza (in streaming) potrà essere introdotta su indicazione dell'Ateneo in base alle misure sanitarie relative allo sviluppo della pandemia di COVID-19.

The course consists of 30 hours of lectures and 65 hours of practical activity in the lab. Lectures are optional, practical activities in the lab are mandatory. The slides presented during lectures are available to students as online materials (Moodle platform).

All lessons will be delivered in presence. Alternative online teaching (by streaming) may be introduced according to the University recommendations related to the status of the COVID-19 pandemic.

 

 

Oggetto:

Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame finale dell’insegnamento di “Laboratorio di Biologia Vegetale Applicata" è una prova scritta di due ore e consiste di otto domande a risposta aperta, quattro relative al modulo di “Metaboliti Secondari delle Piante” e quattro relative al modulo di “Biotecnologie vegetali”.

Per quanto riguarda il modulo di “Metaboliti Secondari delle Piante” due domande vertono sulla parte teorica e due sui protocolli utilizzati e sulla discussione dei dati ottenuti. I quesiti sono volti a valutare sia le conoscenze di base riguardanti i) il metabolismo secondario delle piante, ii) le tecniche di estrazione ed analisi impiegate per i composti bioattivi di origine vegetale, iii) il loro utilizzo industriale (industria farmaceutica ed alimentare), sia la capacità dello studente di i) seguire e applicare i protocolli sperimentali inerenti agli argomenti trattati, ii) organizzare ed interpretare i risultati ottenuti nelle diverse esperienze di laboratorio. Ogni risposta viene valutata con un voto da 0 a 8 e la valutazione complessiva per questo modulo viene calcolata come somma delle valutazioni delle singole risposte (voto massimo 32).

Per quanto riguarda il modulo di "Biotecnologie Vegetali" con le quattro domande a risposta aperta si intende valutare sia la conoscenza delle tecniche di colture di cellule e tessuti vegetali e delle principali metodologie di trasformazione genetica di piante e funghi sia la capacità dello studente di applicare protocolli sperimentali inerenti agli argomenti trattati. Ogni risposta viene valutata con un voto da 0 a 8 e la valutazione complessiva per questo modulo viene calcolata come somma delle valutazioni delle singole risposte (voto massimo 32).

La media tra le valutazioni dei due moduli darà la valutazione finale per l'insegnamento (assegnando la lode ai punteggi superiori a 30).

La prova d'esame potrà essere svolta a distanza, tramite la piattaforma Moodle e contemporaneo collegamento video, nei casi e nelle modalità raccomandate dall'Ateneo in base alle misure sanitarie relative allo sviluppo della pandemia di COVID-19.

 

The final examination of the course "Laboratory of Applied Plant Biology" is a written test (2 hours) and consists of eight open questions, four related to the "Plant Secondary Metabolites" module and four related to the "Plant Biotechnology" module. 

With regard to the Plant Secondary Metabolites module two open questions are related to the theory and the remaining two are related to methodology and data discussion. The questions assess both the basic knowledge about i) plant secondary metabolism, ii ) extraction and analytical techniques used for bioactive compounds of plant origin, iii ) their industrial use (pharmaceutical and food industry), and the student ability to i) follow and apply experimental procedures related to the topics and  ii) organize and understand the results obtained in the different lab experiences. Each answer is evaluated with a mark between 0 and 8 and their sum is used as the global evaluation of this module (maximum score 32).

Concerning the Plant Biotechnology module, the four open questions evaluate knowledge of plant cell and tissue culture techniques, the most common methods for the genetic transformation of plant and fungi and the student ability to apply experimental protocols related to the covered topics. Each answer is evaluated with a mark between 0 and 8 and their sum is used as the global evaluation of this module (maximum score 32).

The average between the evaluations of the two modules will represent the final evaluation (laude will be assigned to scores above 30).

Remote examinations may be introduced according to the University recommendations related to the status of the COVID-19 pandemic.

 

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

Pasqua, Biologia cellulare e biotecnologie vegetali. Piccin, Padova

Pasqua e Forni, Biotecnologie vegetali. Piccin Padova

Taiz Zeiger, Elementi di Fisiologia Vegetale, Piccin, Padova

MASSIMO MAFFEI. Molecole Bioattive delle Piante (2015).


Saranno anche fornite: diapositive delle lezioni, protocolli sperimentali e
articoli scientifici inerenti gli argomenti trattati a lezione.

 

Pasqua, Biologia cellulare e biotecnologie vegetali. Piccin, Padova

Pasqua e Forni, Biotecnologie vegetali. Piccin Padova

Taiz Zeiger, Elementi di Fisiologia Vegetale, Piccin, Padova

MASSIMO MAFFEI. Molecole Bioattive delle Piante (2015).

Slides of the lectures, experimental protocols and scientific publications will be provided.



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Moduli didattici

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Orario lezioniV

Nota: Consultare la tabella degli orari pubblicata sull'apposita pagina.

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    Ultimo aggiornamento: 21/07/2022 10:23