Codice insegnamento

4S008300

Docente

Roberto Bassi

Coordinatore

Roberto Bassi

Crediti

6

Lingua di erogazione

Italiano

Settore Scientifico Disciplinare (SSD)

BIO/04 - FISIOLOGIA VEGETALE

Periodo

Primo semestre dal 4 ott 2021 al 28 gen 2022.

Orario Lezioni Moodle Seminari 0

Obiettivi formativi

Il corso ha lo scopo di fornire basi sulla definizione e caratteristiche dei combustibili di diversa provenienza e destinazione d’uso, soffermandosi sulla soluzione biotecnologiche innovative per la produzione di biocombustibili. Fra questi vengono particolarmente definiti i bio-combustibili di I, II, III e IV generazione tra cui bioetanolo, biogas, biodiesel e bio-idrogeno e le implicazioni del loro uso per l’ambiente, i processi produttivi e l’autotrazione. Il corso viene diviso tra una parte generale che fa riferimento ai bio-combustibili da piante coltivate, lieviti e batteri e una parte dedicata alle alghe unicellulari di cui vengo descritte le caratteristiche biologiche ed i metodi per l'analisi genetica e biologico-molecolare dispobili. Infine vengono forniti esempi per l'utilizzazioni di tali metodi per la produzione di diversi tipi di bio-combustibili e altri prodotti ad alto valore aggiunto.

Programma

Il corso di studio “BIOENERGIE E BIOCOMBUSTIBILI” affronta tematiche di rilevanza economico-sociale: si propone di fornire soluzioni di tipo biotecnologico per la produzione sostenibile di biomassa vegetale e produrre, da questa, fonti di energia in grado di sostituire i carburanti di origine fossile conribuendo a minimizzare l’immissione di CO2 nell’atmosfera che contribuisce all’effetto serra ed è ritenuta essere la principale causa dei cambiamenti climatici rapidi. Il corso, dunque, descrive:
1) la traiettoria storica dello sviluppo dei biocombustibili da piante coltivate, descrivendo le modalità di produzione dei cosiddetti biocombustibili di prima (e.g. bioetanolo da canna da zucchero) e seconda generazione (biogas da residui organici o colture energetiche - energy crops, biodiesel da semi oleaginosi come soia, colza o frutto della palma), sottolineando il loro limiti, principalmente alla competizione legate all’allocazione dei terreni coltivabili tra colture alimentari ed energetiche.
2) Le innovazioni bio-tecnologiche che permettono, attraverso l’ingegnerizzazione di organismi e micro-organismi utilizzati nella trasformazione della bio-massa, di ottimizzare la produzione di diversi tipi di bio-combustibili sia per la resa che per le caratteristiche delle molecole sintetizzate.
3) Le caratteristiche delle microalghe unicellulari quali alternativa privilegiata rispetto alle piante superiori quali produttori di biomassa. Le microalghe, infatti, sono organismi fotosintetici in grado di convertire l’energia luminosa in biomassa ricca in zuccheri e lipidi con un’efficienza superiore rispetto alle piante. Inoltre, numerose specie di microalghe sono in grado di crescere in acque salmastre, reflue ed in sistemi di coltivazione allestiti in terreni marginali, non interferendo dunque con le colture alimentari. Nonostante la produzione teorica di biomassa a fini energetici da parte delle microalghe (biocombustibili di terza generazione) sia superiore rispetto a quanto ottenibile rispetto alle piante a parità di superficie di coltivazione impiegata, la resa attuale è ostacolata da fattori sia di natura fisiologica che ingegneristica.
4) I limiti dell’inefficienza nella conversione dell’energia luminosa in energia metabolica: l’elevata densità cellulare delle colture algali, la predazione da parte di parassiti opportunisti, il livello di trigliceridi.
5) Lo stato dell’arte riguardante le strategie biotecnologiche disponibili per creare di microalghe ingegnerizzate geneticamente, categorizzate come biocombustibili di quarta generazione.
Gli studenti vengono istruiti sugli approcci di mutagenesi casuale ed evoluzione adattativa in laboratorio per sviluppare fenotipi di interesse e sulle nuove frontiere offerte dall’editing genomico applicabili in specie algali modello e non-modello. Particolare interesse viene rivolto alla manipolazione dei sistemi di raccolta della luce, tra cui si sottolinea la riduzione del contenuto cellulare di clorofilla. Questa strategie permette di migliorare l’efficienza di conversione della radiazione solare in biomassa evitando la dispersione fotoprotettiva di energia e la massimizzazione dell’accumulo costitutivo di trigliceridi.
Il corso si conclude con un ciclo di esperienze di laboratorio in cui gli studenti toccano con mano le sfide nell’impiego delle microalghe quali fonte per la produzione a basso costo di biomassa analizzando alcuni esempi di ceppi migliorati geneticamente per la coltivazione ad alta densità in condizioni non-sterili ed in grado di tollerare alte irradianze permettendo, allo stesso tempo, una migliore penetranza della luce nella coltura e quindi una più omogenea performance fotosintetica.

Bibliografia

Modalità d'esame

1)I candidati rispondano alle domande a scelta multipla e alla domanda aperta. Ciascuna delle risposte corrette ha un valore di 0,6 punti. La domanda aperta da 0 a 5 punti. Per accedere alla presentazione orale è necessario ottenere un punteggio di almeno 14 punti nell’esame scritto. Il risultato delle domande specifiche per l’editing genomico (36-39) è considerato solo se corretto.
2) La presentazione orale dell’articolo dalla letteratura vale fino a 6 punti la presentazione orale verte su uno (o più) degli articoli messi a disposizione di chi ha seguito il corso
3) presentazione di alcune diapositive in cui il candidato illustra quale, secondo lui, sia la strategia bio-tecnologia più interessante per applicazioni future. Questa sezione dell’esame vale fino a 5 punti