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Oggetto:
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LABORATORIO DI BIOLOGIA VEGETALE APPLICATA

Oggetto:

LABORATORY OF APPLIED PLANT BIOLOGY

Oggetto:

Anno accademico 2016/2017

Codice dell'attività didattica
MFN0429
Docenti
Prof. Cinzia Margherita Bertea (Titolare)
Prof. Luisa Lanfranco
Prof. Andrea Genre
Corso di studi
Scienze Biologiche D.M. 270
Anno
3° anno
Periodo didattico
II semestre
Tipologia
Affine o integrativo
Crediti/Valenza
8
SSD dell'attività didattica
BIO/01 - botanica generale
BIO/04 - fisiologia vegetale
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Lezioni facoltative e esercitazioni obbligatorie
Tipologia d'esame
Scritto ed orale
Prerequisiti


Conoscenze di base di biologia vegetale e di biochimica


Basic knowledge on plant biology and biochemistry
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

Il corso ha come finalità di fornire, nel primo modulo, una preparazione teorico-pratica 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.

To 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

 

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

INDIPENDENCE IN JUDGMENT

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

Oggetto:

Modalità di insegnamento

Il corso 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 slide presentate a lezione sono fornite agli studenti nei materiali didattici online.

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.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L’esame finale del modulo “Metaboliti secondari delle Piante” è orale e consiste di tre domande: una sulla parte teorica del corso e due sui protocolli utilizzati e sulla discussione dei dati ottenuti. Questi 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 gli argomenti trattati, ii) organizzare ed interpretare i risultati ottenuti nelle diverse esperienze di laboratorio.  Ogni risposta viene valutata con un voto da 0 a 30 e la valutazione complessiva per questo modulo viene calcolata come media matematica.

L'esame finale del modulo “Biotecnologie Vegetali” è una prova scritta di un'ora e mezza e consiste di cinque domande aperte con le quali 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 gli argomenti trattati. Ogni risposta viene valutata con un voto da 0 a 6 e la valutazione complessiva per questo modulo viene calcolata come somma delle valutazioni delle singole risposte.

La media tra le valutazioni dei due moduli darà la valutazione finale per il corso.

 

The final examination of the “Plant Secondary Metabolites” module is an oral test consisting of three questions: one related to the theory and the other two related to methodology and data discussion. These questions are asked in order to 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 as a mark between 0 and 30 and the mathematical average is used as the global evaluation of this module.

The final exam of the “Plant Biotechnology” module is a written test (1.5 hour) consisting of five open questions that have the aim to evaluate i) the acquisition of knowledge of plant tissue culture techniques and of genetic transformation methods of plants and fungi and ii) the ability to apply experimental procedures in sterility conditions and genetic transformation protocols. Each reply is assigned a grade between 0 and 6 and their sum is used as the global evaluation for this module.

The average between the grades obtained in each module gives the final evaluation for the course.

 

 

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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)

Laboratorio: estrazione di composti volatili tramite SBSE (stir bar sorptive extraction) ed SPME (solid phase microextraction) e successiva analisi in GC-MS

Laboratorio: Preparazione di un sapone naturale

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)

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

Laboratorio: Estrazione ed analisi quali-quantitativa tramite cromatografia su strato sottile (TLC) della caffeina dal caffè

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

Laboratorio: analisi degli alcaloidi da campione biologico: saggio con reattivo di Bouchardat.

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

Laboratory: volatile organic compound extraction and analysis by SBSE (stir bar sorptive extraction), SPME (solid phase microextraction) and GC-MS analysis

Laboratory: Preparation of a natural soap

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)

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

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

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

Laboratory: detection of alkaloids in biological samples using the Bouchardat reagent

 

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)

 

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

Pasqua, Biologia cellulare e 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

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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Orario lezioni

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

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Note

Curriculum Cellulare Biomolecolare, curriculum Tecnico Analitico

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Moduli didattici

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Ultimo aggiornamento: 22/06/2016 13:22