Insegnamento CHIMICA AGRARIA
| Nome del corso di laurea | Scienze agrarie e ambientali |
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| Codice insegnamento | 80783109 |
| Curriculum | Agricoltura sostenibile |
| Docente responsabile | Daniela Businelli |
| Docenti |
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| Ore |
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| CFU | 9 |
| Regolamento | Coorte 2021 |
| Erogato | Erogato nel 2022/23 |
| Erogato altro regolamento | Informazioni sull'attività didattica |
| Attività | Caratterizzante |
| Ambito | Discipline della produzione vegetale |
| Settore | AGR/13 |
| Anno | 2 |
| Periodo | Primo Semestre |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |
| Tipo attività | Attività formativa monodisciplinare |
| Lingua insegnamento | ITALIANO |
| Contenuti | La Chimica Agraria è una disciplina che ha per oggetto sia il suolo che la pianta considerati come facenti parte di un sistema unitario che mira ad ottimizzare le caratteristiche dell'uno in funzione delle esigenze dell'altra. L'impostazione di questo corso è volta a conseguire tale obiettivo. Nella parte che riguarda la pianta, viene posto l'accento sui principali processi metabolici che avvengono in essa (fotosintesi, metabolismo del C, dei composti lipidici ed azotati) in modo da fornire agli studenti le basi per essere in grado, nei corsi di approfondimento successivi, di comprendere la natura delle esigenze nutrizionali, idriche ed ambientali della pianta e, sulla base delle eventuali anomalie riscontrate, mettere in atto pratiche agronomiche in grado di correggerle. Nella parte che riguarda il suolo, viene posto l'accento sulla genesi e composizione chimica dei suoi costituenti, sulle proprietà dei colloidi, sul potere di ritenzione degli elementi, pH e potere tampone. Infine verranno esaminati i fattori che condizionano la fertilità dei suoli, cercando di suggerire metodologie in grado di minimizzare eventuali criticità. |
| Testi di riferimento | L. SCARPONI Elementi di Biochimica Agraria. Galeno Editrice, Perugia, 1985. R. PINTON et al. (Coordinatori). Fondamenti di biochimica agraria. Patron Editore Bologna, 2016. LEHNINGER (by Nelson and Cox). Principles of Biochemistry. Freeman and company, New York. M. BUSINELLI. Chimica del Suolo. Morlacchi editore, Perugia, 2009. K. TAN Principles of soil chemistry. CRC Press, Boca Raton, London, New York, 2010. |
| Obiettivi formativi | L’obiettivo principale dell’insegnamento è quello di far acquisire agli studenti le conoscenze di base riguardanti la Chimica Agraria, una disciplina che ha per oggetto sia il suolo che la pianta considerati come facenti parte di un sistema unitario, e che mira ad ottimizzare le caratteristiche dell'uno in funzione delle esigenze dell'altra. Le principali conoscenze acquisite riguarderanno: 1. il contesto biologico e biochimico in cui si colloca ciascuna molecola, reazione o via metabolica. 2. il ruolo degli enzimi come catalizzatori delle reazioni negli organismi viventi. 3. gli aspetti chimici della fissazione fotosintetica del C nelle diverse specie di piante. 4. gli aspetti chimici dei principali processi anabolici e catabolici di carboidrati, lipidi e proteine. 5. il ruolo dell'ATP come fonte di energia per i processi metabolici 6. l'importanza delle reazioni accoppiate per lo svolgimento di processi endoergonici negli organismi viventi. 7. meccanismi di assimilazione dal suolo di elementi chimici necessari allo sviluppo e metabolismo della pianta. 8. il suolo come substrato per la crescita dei vegetali. 9. l'importanza dei colloidi quali fattori di fertilità. 10. il potere di ritenzione del suolo per gli elementi nutritivi. 11. la capacità del suolo di trattenere gli inquinanti evitando la contaminazione delle falde. 12. il controllo della risorsa suolo in campo agronomico ed ambientale. 13. le relazioni che intercorrono tra suolo e pianta. 14. l'importanza del pH del suolo nel condizionarne le caratteristiche nutrizionali. 15. l'importanza del potere tampone del suolo. Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) saranno: 1.la capacità di effettuare bilanci energetici relativi ai vari processi metabolici. 2. la capacità di utilizzare apparecchiature di laboratorio. 3. la capacità di effettuare saggi di attività enzimatiche. 4. la capacità di interpretare i dati analitici ottenuti. 5. la capacità di operare autonomamente in laboratorio. 6. la capacità di individuare quali apparecchiature scientifiche sono indispensabili per una ricerca. 7. la capacità di individuare la procedura analitica più idonea per l'esecuzione di analisi biochimiche. 8. l’acquisizione delle metodiche per la determinazione delle proprietà chimiche del suolo. 9. l’acquisizione delle metodiche per la determinazione della fertilità del suolo. 10. l’acquisizione della capacità di interpretare i risultati delle analisi del suolo. 11. l’acquisizione della capacità di valutare nel suo complesso l'idoneità agronomica di un suolo. 12. l’acquisizione della capacità di valutare la vulnerabilità del suolo all'inquinamento. Comportamenti (saper essere) : 1. in grado di sviluppare quelle capacità di apprendimento che sono necessarie per intraprendere studi successivi con un alto grado di autonomia e per intraprendere l'ingresso nel mondo del lavoro. 2. capaci di utilizzare il metodo scientifico di indagine, anche in relazione a problemi applicativi. 3. capaci e convincenti nell'esporre le proprie valutazioni professionali. 4. capaci di effettuare consulenze professionali inerenti la fertilità e la vulnerabilità del suolo agli inquinanti. |
| Prerequisiti | Al fine di comprendere, interpretare e saper applicare i principi teorici e le tecniche analitiche oggetto di questo corso è necessario avere sostenuto con successo l’esame di Chimica (I anno). La conoscenza dei principi di base della chimica generale ed organica rappresenta un prerequisito indispensabile per lo studente che voglia seguire il corso con profitto; tali conoscenze preliminari sono indispensabili anche agli studenti non frequentanti per poter intraprendere con successo lo studio della materia utilizzando il materiale didattico a disposizione in UNISTUDIUM (corso CHIMICA AGRARIA). |
| Metodi didattici | Il corso è organizzato nel modo seguente: - Lezioni in aula su tutti gli argomenti del corso; - Esercitazioni nel laboratorio di Chimica Agraria riguardanti: principi chimico-fisici dell’analisi spettrofotometrica, saggi di attività enzimatiche e determinazioni spettrofotometriche del contenuto di proteine, clorofille e caroteni nei vegetali. Utilizzo di modelli molecolari per la comprensione della struttura dei silicati. Utilizzo di calcimetri per la determinazione del calcare totale del suolo. Determinazione del contenuto di sostanza organica del suolo. Determinazione della capacità di scambio cationico. Determinazione del pH di un suolo con il metodo potenziometrico (pHmetro). Esame, interpretazione dei dati e valutazione critica del certificato di analisi di un suolo. Il numero ed il tipo di esercitazioni verrà stabilito in accordo con le normative anti-covid vigenti al momento del corso. Le esercitazioni vengono effettuate a turno unico (un solo gruppo), gli studenti seguiranno esercitazioni guidate di 2 ore ciascuna, precedute da una lezione di presentazione in aula. Al termine di ogni esercitazione pratica in laboratorio, lo studente dovrà individualmente compilare una scheda riportante nome, dati, calcoli e risultati ottenuti: tale scheda, che verrà consegnata alla docente al termine della lezione, consentirà la verifica della partecipazione dello studente. Tale partecipazione, anche se non è obbligatoria, concorre alla determinazione del voto finale d'esame. |
| Altre informazioni | Prof.ssa Daniela Businelli Dipartimento di Scienze Agrarie, Alimentari e Ambientali, DSA3. Unità di Ricerca di Chimica Agraria. Ubicazione: Edificio nuovo, piano terra, a destra della porta d’ingresso. Tel. 075/5856228 E-mail daniela.businelli@unipg.it Orario di ricevimento su appuntamento previo e-mail di richiesta. E’ possibile anche inviare domande e ricevere risposte per e-mail. Calendario e orario delle lezioni: link al sito web del DSA3 http://dsa3.unipg.it/didattica/informazioni-per-studenti/ Appunti, slides delle lezioni ed informazioni sul corso sono disponibili nella piattaforma UNISTUDIUM.https://www.unistudium.unipg.it/unistudium/ Frequenza al corso: facoltativa, ma fortemente consigliata. |
| Modalità di verifica dell'apprendimento | L’esame si basa su una prova orale individuale, in cui lo studente viene fornito di una penna e di fogli di carta, necessari per scrivere strutture chimiche e formule dei composti, reazioni chimiche, rappresentazioni grafiche, equazioni, calcoli e tutto ciò che serve per esporre l’argomento oggetto della domanda. La prova consiste in una discussione, la cui durata dipende dal livello di preparazione dello studente e varia tra i 20 ed i 40 minuti, finalizzata ad accertare il livello di conoscenza e capacità di comprensione raggiunto dallo studente sui contenuti teorici ed applicativi indicati nel programma (enzimologia, fotosintesi, metabolismo, lipidi, ciclo dell’azoto, pedogenesi, colloidi, potere di ritenzione del suolo, pH e capacità tampone del suolo). Lo studente può anche scegliere di sostenere soltanto una delle due parti (solo pianta o solo suolo), completando la prova nelle date di appello successive. La prova parziale superata non ha termine di scadenza. La prova consentirà inoltre di verificare la capacità di comunicazione dello studente con proprietà di linguaggio, la capacità di organizzazione autonoma dell’esposizione, nonché la capacità di effettuare collegamenti logici tra i diversi argomenti trattati, dimostrando di avere acquisito una visione d’insieme relativa ai processi chimici e biochimici del sistema suolo-pianta. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa. |
| Programma esteso | Chimica Agraria: Pianta Bioenergetica Elementi di cinetica chimica: velocità di reazione, stato di equilibrio, catalisi. Compatibilità energetiche e cinetiche con i sistemi viventi. Elementi di termodinamica con particolare riferimento al 1° ed al 2° principio, alle funzioni di stato entalpia, entropia ed energia libera. Reazioni esoergoniche ed endoergoniche. Accoppiamento di reazioni. Composti ad alta e bassa energia di legame. Concetto generale di metabolismo e natura dei flussi di energia nelle fasi cataboliche ed anaboliche. Il ruolo del sistema adenilico nel biochimismo cellulare. Catalisi enzimatica Natura della catalisi enzimatica. Struttura e caratteristiche degli enzimi. Meccanismo dell'azione enzimatica. Teoria di Michaelis-Menten. Definizione dei parametri cinetici di un enzima. Inibizione enzimatica reversibile ed irreversibile. Meccanismi di regolazione enzimatica. Enzimi allosterici. Zimogeni. Isoenzimi. Nomenclatura e criterio di classificazione degli enzimi. Ruolo biochimico e meccanismo d'azione di: idrolasi, ossidoriduttasi, transferasi, liasi, isomerasi e ligasi. Descrizione dei coenzimi e dei gruppi prostetici implicati. Fotosintesi e metabolismo fotosintetico del carbonio Il ruolo della luce e la reazione di Hill. Struttura chimica, biogenesi e funzioni biochimiche delle clorofille, delle ficobiline e dei carotenoidi. Aspetti biochimici ed energetici dei principali processi fotosintetici. Il metabolismo Glicolisi. Catabolismo anaerobico del piruvato. La via della gluconeogenesi. La via del fosfogluconato. Catabolismo aerobico del piruvato. Il ciclo dell'acido citrico. La via del gliossilato. La catena respiratoria ed il trasporto mitocondriale degli elettroni. La fosforilazione ossidativa. Bilancio energetico del catabolismo del glucosio. Il metabolismo delle sostanze grasse Anabolismo e catabolismo degli acidi grassi saturi ed insaturi, dei triacilgliceroli, dei fosfolipidi, degli sfingolipidi e degli steroli. Il metabolismo dei composti azotati Il ciclo dell'azoto in natura. Biochimismo della fissazione dell'azoto elementare, della riduzione dei nitrati e dell'organicazione dell'azoto ammoniacale. Biosintesi degli amminoacidi. Proteolisi. Degradazione ossidativa degli amminoacidi. Mineralizzazione dell'azoto proteico. Denitrificazione. SUOLO Aspetti chimici della pedogenesi Ambiente della pedogenesi: idrosfera ed atmosfera, loro composizione e proprietà. Litosfera. Proprietà dello stato solido. Cristalli ionici. Numero e classi di coordinazione. I minerali: struttura e proprietà dei carbonati, solfati, fosfati e silicati. Ossidi ed idrossidi di silicio, ferro e alluminio. Aspetti chimici della pedogenesi. Genesi della frazione inorganica del suolo. Processi fisici: disgregazione delle rocce, processi endocinetici ed esocinetici. Processi chimici: decomposizione delle rocce, idrolisi dei silicati. Fattori di pedogenesi. Genesi della frazione organica. Anomalie dei suoli in base a fattori fisici. Tecniche corrette di campionamento dei suoli. I colloidi Frazione colloidale del suolo: proprietà dello stato colloidale. Fattori che influenzano la flocculazione e dispersione dei colloidi. Ossidi ed idrossidi di ferro, alluminio e silicio: composizione chimica e carica elettrica. Argille: generalità, composizione chimica e classificazione. Genesi delle argille. Proprietà e carica elettrica delle argille. Humus: genesi e carica elettrica. Estrazione e frazionamento dell'humus. Attività complessante dell'humus. Proprietà chimiche del suolo e principi di nutrizione delle piante Potere di ritenzione del suolo: assorbimento meccanico, biologico e chimico. Assorbimento chimico dei fosfati. Adsorbimento di scambio cationico e sua determinazione (CSC). Acidità di scambio e percentuale di saturazione in basi (PSB). Adsorbimento anionico. Fissazione fosfatica. Il pH ed il potere tampone del suolo. Determinazione del pH di un suolo. Fattori che influenzano il pH: concentrazione e qualità degli ioni solubili e natura dei costituenti del suolo (calcare). pH ed assimilabilità degli elementi nutritivi per le piante: dotazione, carenza ed eventuale ripristino. Esercitazioni Calcolo della variazione di energia libera associata a reazioni del metabolismo. Principi chimico-fisici dell'analisi spettrofotometrica. Saggi di attività enzimatiche e determinazioni spettrofotometriche del contenuto di proteine, clorofille e caroteni nei vegetali. Utilizzo di modelli molecolari per la comprensione della struttura dei silicati. Utilizzo di calcimetri per la determinazione del calcare totale del suolo. Determinazione del contenuto di sostanza organica del suolo. Determinazione della capacità di scambio cationico (CSC). Determinazione del pH di un suolo con il metodo potenziometrico (pHmetro). Esame, interpretazione dei dati e valutazione critica del certificato di analisi di un suolo. |