Ciclo dei nutrienti nel sistema suolo-pianta

Il programma sarà svolto alternando lezioni dei diversi docenti per fornire un insegnamento multidisciplinare degli argomenti trattati.
LA RIZOSFERA: INTERAZIONI FRA PIANTA-SUOLO-MICROORGANISMI (CFU=1)
- La crescita della pianta. Lo sviluppo delle radici: caratteristiche, controllo genetico ed ormonale. Risposta della crescita radicale ai fattori ambientali.
- La rizosfera: definizione e caratteristiche. Attività biochimiche della radice che influenzano la rizosfera.
- Habitat rizosferico: nicchie microbiche nel sistema suolo-pianta. Condizioni che influenzano la crescita e la distribuzione microbica.
- Rapporti ecologici tra microrganismi e micro- e macro-organismi. Competizione e cooperazione.
LA NUTRIZIONE MINERALE DELLE PIANTE: ASPETTI GENERALI, CREAZIONE DELLA FERTILITÀ DEI SUOLI, CICLI BIOGEOCHIMICI DEI NUTRIENTI, ACQUISIZIONE DEI NUTRIENTI DA PARTE DELLE PIANTE (CFU=3,5)
- La nutrizione minerale delle piante: elementi essenziali e benefici. La disponibilità dei nutrienti nel suolo.
- La concentrazione critica: carenza, disponibilità e tossicità dei nutrienti minerali. Analisi visiva dei sintomi e metodi di laboratorio. L'efficienza d'uso dei nutrienti nelle piante.
- Diversità metabolica dei microrganismi nel ciclo del carbonio in ambienti ossici e anossici. Attività microbiche che contribuiscono alla creazione della fertilità dei suoli.
- Degradazione delle diverse parti della sostanza organica: metabolismi microbici in aerobiosi e in anaerobiosi. Formazione dell'humus.
- Metabolismo microbico dell'azoto in ambienti ossici e anossici. Diazotrofia. Denitrificazione. Ammonificazione. Nitrificazione. Interventi sul processo di nitrificazione nella formulazione dei concimi ammoniacali.
- L'acquisizione dell'azoto nelle piante. L'assorbimento radicale del nitrato: trasporto e regolazione. Riduzione ed assimilazione dell'azoto: enzimi e regolazione metabolica. La gestione dell'ammonio nelle piante. Il contributo dell'azoto organico alla nutrizione delle piante.
- Metabolismo microbico del fosforo. Ciclo biogeochimico del fosforo e del potassio. Metabolismo microbico dello zolfo. Riduzione assimilativa e dissimilativa del solfato. Ossidazione dello zolfo.
- Metabolismo microbico del ferro. Ossidazione del ferro. Riduzione dissimilativa del ferro.
- L'acquisizione del fosforo nelle piante. L'assorbimento e il trasporto del fosfato nelle piante. Le risposte delle piante alla carenza di fosforo: architettura e risposte biochimiche della radice.
- Acquisizione e ruoli dei macronutrienti cationici: magnesio, calcio, potassio.
- I micronutrienti: ruolo, acquisizione da parte delle piante e risposte alla carenza. Approfondimenti sul ferro: le specie con strategia I e II e le interazioni nutrizionali.
- Gli elementi nutrizionali benefici: definizione ed approfondimenti sugli effetti del sodio, silicio e selenio.
SUOLI A RIDOTTA FERTILITÀ: ASPETTI AMBIENTALI E MICROBIOLOGICI, RISPOSTE FISIOLOGICHE E BIOCHIMICHE DELLE PIANTE (CFU=1,25)
₋ Effetto dello stress idrico, dell'eccesso di salinità, e dell'acidità nei suoli sulle comunità microbiche rizosferiche.
₋ Stress da eccesso idrico. Le risposte metaboliche delle piante e la loro regolazione. I cambiamenti morfologici e di sviluppo. Il ruolo dell'etilene. Il caso di studio del riso.
₋ Lo stress da carenza idrica: cause ed effetti sulle caratteristiche del suolo, sullo sviluppo radicale e sulla fisiologia della pianta.
₋ Specie alofite e glicofite. Stress salino: le fasi di stress osmotico e ionico. Effetti fisiologici e metabolici sulle piante. Strategie di risposta delle piante allo stress e adattamento.
₋ Lo stress indotto dai suoli acidi. La tossicità dell'alluminio: effetti sulla crescita e sullo stato nutrizionale della pianta. Meccanismi di adattamento: detossificazione ed accumulo.
ATTIVITÀ DI PROMOZIONE DELLA CRESCITA DELLE PIANTE: LE RELAZIONI PIANTA-MICROORGANISMI, INOCULI, BIO-FERTILIZZANTI E BIOSTIMOLANTI (CFU=2)
₋ Popolazioni microbiche nei microhabitat rizosferici. L'effetto rizosfera sulle comunità microbiche.
₋ Microrganismi promotori della crescita delle piante (incremento della fitodisponibilità di nutrienti, produzione di molecole ormono-simili, resistenza fungina, induzione della resistenza sistemica).
₋ Comunicazione microrganismi-pianta. Simbiosi pianta-microrganismi: azotofissazione simbiontica, i rizobi, le micorrize.
₋ Pratiche di bioinoculazione microbica: i bioinoculanti, soil transplanting.
₋ Il metabolismo secondario nelle interazioni radicali: definizione di metaboliti secondari e esempi sui ruoli di difesa e comunicazione nel suolo.
₋ Aspetti di fisiologia della pianta inerenti allo stabilirsi delle relazioni di associazione e simbiosi con i microorganismi del suolo.
₋ Cambiamenti climatici: effetti sulla nutrizione minerale delle piante e sulle interazioni rizosferiche.
₋ Biostimolanti: definizione, utilizzi e possibili effetti sulle attività radicali che influenzano la nutrizione minerale delle piante e le interazioni rizosferiche.
IMPATTO DELLE ATTIVITÀ ANTROPICHE: INQUINANTI INORGANICI E ORGANICI ED IMPATTO SULLA CRESCITA DELLE PIANTE, LE TECNICHE DI CONTENIMENTO, I SERVIZI ECO-SISTEMICI DEI MICROORGANISMI PER LA SOSTENIBILITÀ AGRICOLA (CFU=2,25)
₋ Utilizzo di liquami e fanghi di depurazione in agricoltura: diffusione di patogeni, ruolo dei microrganismi nell'inquinamento per perdite di azoto nell'acqua e nell'aria.
₋ Reazioni microbiche che influenzano la biodisponibilità dei metalli pesanti. L'arsenico in risaia.
₋ Approfondimento sui metalli pesanti. Fattori coinvolti nella distribuzione dei metalli pesanti nelle piante. I meccanismi di tossicità, detossificazione e tolleranza. Casi di studio: cadmio e arsenico.
₋ Il ruolo dello zolfo nella detossificazione di sostanze tossiche nella pianta.
₋ I metalli pesanti e la phytoremediation: concetti di base ed applicazione.
₋ I metalli pesanti e la sicurezza degli alimenti.
₋ Rizodegradazione: biodegradazione microbica dei contaminanti organici in associazione con le piante.
₋ I contaminanti organici: implicazioni per la produttività agricola e la sicurezza degli alimenti.