ecotossicologia e sostenibilità ambientale

• Capacità di formulare un piano di studio, campionamento e monitoraggio per specifici stress ecotossicologici - Familiarità con le tecniche di laboratorio per l'analisi degli organismi a diverso livello biologico - selezione di organismi bioindicatori in base al quesito scientifico - Familiarità con metodologie di analisi chimica e biologica degli effetti di contaminanti di vecchia e nuova generazione e microplasiche/marine litter - Capacità di interpretazione di dati ecotossicologici ed eleborazione per l'implementazione di direttive nazionali ed internazionali per la conservazione dell'integrità degli ecosistemi - Capacità di integrare le conoscenze acquisite con le altre discipline del CdS per la progettazione, organizzazione e gestione mediante gli strumenti predittivi e diagnostici acquisiti durante l'insegnamento

Concetti di base di biondicazione. Selezione di un bioindicatore. Progettazioni di piani di monitoraggio ecotossicologico. Bioindicatori per l'analisi degli effetti dell'inquinamento di vecchia e nuova generazione (composti persistenti, composti emergenti, marine litter, etc.) in ambiente marino, costiero e terrestre. Utilizzo di Biomarker a vari livelli di organizzazione biologica per lo studio e la gestione dell'integrità dell'ambiente. Effetti dei composti distruttori endocrini ed emergenti. Ruolo dei recettori nella risposta ecotossicologica. Biomarkers non distruttivi in specie a rischio. Utilizzo di tecniche di biologia molecolare per lo studio degli effetti ecotossicologici in specie modello e non modello. Laboratorio: analisi delle risposte biologiche in organismi esposti ad un insulto tossicologico (es. microplastiche, analisi delle microplastiche in mitili, analisi di contaminanti associati alla plastica in mitili, Analisi statistica di dati biologici).

• Conoscenza di tecniche base di biologia e chimica - Conoscenza della biologia degli organismi animali e vegetali - Conoscenza dei fondamenti di ecotossicologia
• Lezioni frontali - Esercitazioni in laboratorio mediante applicazione di diverse metodologie analitiche a un caso di studio.

Verifica delle competenze acquisite mediante stesura di un poster scientifico basato sugli esperimenti effettuati in laboratorio e verifica dell'apprendimento dei concetti affrontati durante le lezioni frontali. La valutazione viene espressa in trentesimi: 18-30/30

Dispense fornite dal docente. Articoli scientifici inerenti agli argomenti del corso e casi di studio specifici (in continuo aggiornamento in base alla più recente letteratura). Libro: Biomarkers: strumenti di diagnosi e prognosi ambientale. Fossi M.C.

L’ecotossicologia studia l’impatto delle sostanze chimiche su individui, popolazioni, comunità ed interi ecosistemi, proponendosi anche lo sviluppo di metodi per lo studio della dispersione e degli effetti dei contaminanti e la loro applicazione per risolvere problemi specifici. Per contaminanti si intendono anche tutte le sostanze tossiche comprese quelle in grado di produrre squilibri trofici come i nutrienti o la materia organica che possono alterare la composizione degli ecosistemi in maniera più o meno stabile. L’obiettivo del corso è quindi di fornire le basi per comprendere e studiare gli effetti delle sostanze tossiche ai vari livelli di complessità bio-ecologica, collegandoli alle modalità di circolazione ed all’esposizione delle stesse nell’ambiente. Nell’ambito del corso verranno introdotti gli indicatori ecotossicologici sia a livello normativo sia in ambito scientifico per la protezione e valutazione della salute degli ecosistemi, con particolare riguardo a quelli acquatici, in relazione all’impatto di inquinanti prioritari ed emergenti. Risalto verrà dato alle ricadute applicative dell’ecotossicologia in vari ambiti valutativi e gestionali anche attraverso seminari tenuti da esperti nazionali ed internazionali. Per la natura interdisciplinare della materia, il corso si interfaccia con altri corsi tra cui, in particolare, quelli in cui vengono trattati i metodi di identificazione e quantificazione degli inquinanti nelle matrici ambientali e il loro comportamento ambientale e tossicologico, nonché con i corsi che trattano i processi ecologici dominanti negli ecosistemi.

I. Introduzione all’ecotossicologia Che cos’è, come nasce e come evolve. Obiettivi scientifici, tecnici e pratici II. Principali classi di contaminanti Contaminanti inorganici (metalli, metalloidi, organometallici, gas inorganici, anionici inclusi nutrienti) Contaminanti organici (HCFC, CFC, IPA, PBDE, PCB, PCN, PCDD, PCDF, pesticidi, erbicidi, fungicidi, antivegetativi di vecchia e nuova generazione, altri contaminanti emergenti) Radioattivi Prodotti Farmaceutici e per la Cura Personale (PPCP, Pharmaceutical and Personal Care Products) Polimeri (incluse le microplastiche) Nanomateriali III. Contaminazione ed inquinamento Definizioni Approcci per lo studio del destino ambientale dei contaminanti Concetti base di distribuzione ambientale Bioaccumulo Uptake, biotrasformazione, detossificazione, eliminazione e accumulo. Bioconcentrazione Biomagnificazione Fattori che influenzano il bioaccumulo (persistenza, biodisponibilità, il ruolo delle proprietà chimico-fisiche, reattività ambientale, etc) Coefficienti di ripartizione (1-ottanolo/acqua, aria/acqua, suolo/acqua, organismi/acqua, organismi/aria, aerosol/aria) Approcci predittivi e retrospettivi IV. Tossicologia ambientale Effetti tossici Effetti molecolari e biomarkers (dalla cellula al tessuto ed organi) Testi in inglese Strumenti predittivi per la stima della tossicità (QSAR ) Effetti sub-letali Effetti letali acuti e cronici su singoli individui Effetti sulle popolazioni, comunità ed ecosistemi Effetti sul paesaggio e globali Correlazioni interspecifiche per la stima della tossicita’. Misura della tossicità delle miscele. V. Valutazione di pericolo e analisi del rischio Rischio reale e percepito Logica della valutazione del rischio REACH VI. Casi di studio e seminari

I corsi della laurea triennale in scienze biologiche e scienze ambientali e naturali ed in particolare in ecologia e chimica ambientale.

Lezioni frontali e casi di studio. Discussioni in itinere. Prova orale finale sui contenuti del corso. Journal club e discussioni frontali

Esame orale finale e eventuali prove intermedie

Fundamentals of ecotoxicology. The Science of Pollution. Newman, Michael C. CRC Press, Taylor & Francis Group. 4th ed. 2015. ISBN 978-1-4665-8229-3 Ecotoxicology of nanoparticles in aquatic systems. Julian Blasco & Ilaria Corsi. CRC Press Taylor & Francis Group. 2019. First Edition. ISBN: 978-1- 138-06726-4

Obiettivo della formazione, nel rispetto dell'Accordo Stato Regioni in vigore dal 26 gennaio 2012, è fornire informazioni e metodi ritenuti indispensabili per conoscere i rischi specifici nei luoghi di lavoro, conoscere l’utilizzo dei dispositivi di protezione individuale e conoscere il quadro normativo che disciplina la sicurezza e salute sul lavoro. La formazione vuole inoltre sviluppare capacità analitiche (individuazione dei rischi), comportamentali (percezione del rischio) e fornire conoscenze generali sui concetti di pericolo, rischio, danno, misure di prevenzione e protezione.

Concetti di rischio, danno, prevenzione e protezione. Diritti, doveri e sanzioni per i vari soggetti aziendali. Organi di vigilanza, controllo e assistenza. Organizzazione della prevenzione nell’Università di Siena. Ambienti di lavoro, microclima, illuminazione, lavoro a videoterminale, attrezzature di lavoro, rischio elettrico. Rischio incendio, rischio da atmosfere esplosive, gestione emergenze, segnaletica di sicurezza. Gas tecnici. Gestione dei rifiuti. Rischi da agenti chimici e rischi da agenti cancerogeni e/o mutageni. Rischi da agenti biologici. Rischi da agenti fisici. Misure di prevenzione e protezione ed effetti sulla salute degli agenti fisici, chimici e biologici. Sorveglianza sanitaria. Stress lavoro-correlato.

Nessuno

Didattica frontale

Scritto

Nessuno

Scritto e Orale Congiunti

GESTIONE ED IMPATTO AMBIENTALE DEI RIFIUTI
Il corso intende fornire le conoscenze avanzate sulla gestione del rifiuto e sul suo impatto. L'obiettivo del corso è fornire gli strumenti necessari per affrontare gli aspetti tecnici della gestione e del trattamento dei rifiuti solidi urbani, nonché di alcune specifiche tipologie di rifiuti fra cui la conoscenza delle proprietà e delle caratteristiche dei rifiuti, la conoscenza della normativa europea e italiana in materia di rifiuti, la conoscenza delle diverse opzioni per la raccolta dei rifiuti, la progettazione di impianti di trattamento, recupero e smaltimento, quali impianti di selezione dei materiali (Material Recovery Facility, MRF), impianti di trattamento meccanico-biologico (Mechanical Biological Treatment, MBT), impianti di compostaggio e digestione anaerobica, impianti di recupero energetico e discariche, la valutazione e controllo degli impatti ambientali del trattamento dei rifiuti attraverso specifici modelli LCA (EASETECH).
GEOCHIMICA DEI CONTAMINANTI
Il corso si propone di fornire agli studenti conoscenze riguardo alle più importanti sorgenti di contaminazione dell'ambiente di superficie (aria, suolo, acque superficiali e sotterranee) ed all'abbondanza, distribuzione e comportamento dei principali contaminanti dell'atmosfera e degli elementi pesanti nel suolo e nelle acque superficiali e sotterranee. Gli studenti acquisiranno anche capacità ed abilità nella pianificazione del campionamento e nel prelievo di campioni di geomateriali nell'ambito di ricerche geochimiche ambientali.

GESTIONE ED IMPATTO AMBIENTALE DEI RIFIUTI
Introduzione alla gestione del rifiuto. L’impatto del rifiuto. Material Flow Analysis (MFA). Politica e legislazione del rifiuto. Tecnologie del trattamento del rifiuto. Economia circolare. LCA della gestione del rifiuto. EASETECH model.
GEOCHIMICA DEI CONTAMINANTI
ASPETTI GENERALI
Contaminazione. Fondo naturale. Anomalie geochimiche. Geochemical baseline. Metodi per la determinazione del fondo naturale.
I CONTAMINANTI DELL’ATMOSFERA
I principali contaminanti dell'atmosfera. Le principali sorgenti di contaminazione dell'atmosfera. I contaminanti atmosferici primari e secondari. Il particolato atmosferico. Il monossido di carbonio. Gli ossidi di azoto (NOx): le piogge acide; lo smog fotochimico. Gli ossidi di zolfo (SOx). I composti organici volatili (COV): gli idrocarburi monociclici e policiclici aromatici. L’ozono. Normativa. Il sistema di rilevamento della qualità dell'aria in Toscana.
I CONTAMINANTI DEL SUOLO
Caratteristiche generali del suolo. I principali contaminanti del suolo: gli elementi pesanti (metalli e metalloidi). Le principali sorgenti naturali e antropiche di elementi pesanti nel suolo. Normativa. Le proprietà di superficie dei principali costituenti solidi del suolo. Le reazioni e i processi che determinano la contaminazione da elementi pesanti nel suolo: le reazioni di adsorbimento; le reazioni di precipitazione e coprecipitazione; la vicarianza. Il frazionamento chimico degli elementi pesanti nel suolo. Il comportamento di alcuni elementi pesanti nel suolo. Casi studio di contaminazione da elementi pesanti nel suolo in aree industriali ed urbane.
I CONTAMINANTI DELL’IDROSFERA
I principali contaminanti inorganici delle acque superficiali e sotterranee. Le principali sorgenti di contaminazione delle acque superficiali e sotterranee. Normativa. Frazionamento e speciazione degli elementi pesanti nelle acque superficiali e sotterranee. Comportamento di alcuni elementi pesanti nelle acque superficiali e sotterranee. Il drenaggio acido di miniera. La contaminazione da arsenico delle acque superficiali e sotterranee. Casi studio di contaminazione da elementi pesanti delle acque superficiali e sotterranee.
LE RICERCHE GEOCHIMICHE AMBIENTALI
Le fasi di realizzazione delle ricerche geochimiche ambientali. La pianificazione del campionamento. Procedure per il prelievo di campioni di suolo e di acqua superficiale e sotterranea.

GESTIONE ED IMPATTO AMBIENTALE DEI RIFIUTI
Conoscenza di base di LCA.
GEOCHIMICA DEI CONTAMINANTI
Nessuno

GESTIONE ED IMPATTO AMBIENTALE DEI RIFIUTI
Lezioni frontali integrate con esercitazioni in laboratorio informatico, durante le quali il software EASETECH sarà presentato e applicato alla modellazione e alla valutazione ambientale dei sistemi di gestione dei rifiuti.
GEOCHIMICA DEI CONTAMINANTI
Lezioni frontali.
Il materiale didattico per gli studenti non frequentanti (presentazioni delle lezioni e dispense) è disponibile online sulla piattaforma USienaIntegra.

GESTIONE ED IMPATTO AMBIENTALE DEI RIFIUTI
Esame finale orale preceduto da un esercizio laboratoriale.
GEOCHIMICA DEI CONTAMINANTI
Esame finale orale con domande sui principali contenuti del corso per accertare le conoscenze riguardo alle più importanti sorgenti di contaminazione dell'ambiente di superficie ed alla abbondanza, distribuzione e comportamento dei principali contaminanti in atmosfera, nel suolo e nelle acque superficiali e sotterranee nonché le capacità riguardo alla realizzazione di alcune fasi delle ricerche geochimiche ambientali.
Le modalità di verifica dell'apprendimento sopra descritte si applicano anche agli studenti non frequentanti.
Il voto finale è determinato dalla media aritmetica dei voti conseguiti nei singoli insegnamenti.

GESTIONE ED IMPATTO AMBIENTALE DEI RIFIUTI
An Introduction to Waste Management and Circular Economy, Van Ewijk and Julia Stegemann – UCL press (open access).
GEOCHIMICA DEI CONTAMINANTI
Materiale didattico (presentazioni delle lezioni e dispense) fornito dal docente e disponibile online sulla piattaforma USienaIntegra.

Fornire allo studente le basi per l’analisi del rischio ambientale relativo all’uso dei prodotti fitosanitari. In particolare, nel corso sono approfondite le procedure più frequentemente utilizzate nell’analisi di rischio per valutare i livelli di esposizione nell’ambiente di prodotti fitosanitari ed i loro relativi effetti ai diversi livelli di organizzazione e complessità ecosistemica.

Valutazione del rischio ambientale per i prodotti fitosanitari

sono richieste competenze di ecologia, chimica ed ecotossicologia

Lezioni frontali

Modalità dell’esame: - esame orale Valutazione dell’esame: - Voto in trentesimi 18-30/30

Zaghi C., Gaggi C., Finizio A., 2007. Valutazione del rischio ambientale applicata ai prodotti chimici. Quaderni di tecniche di protezione ambientale n. 83 Ed. Pitagora, pp. 288 Slide proiettate a lezione

Come suggerisce il titolo, l'obiettivo del corso è sensibilizzare gli studenti sui danni che le piante subiscono quando il loro ambiente cambia drasticamente. Oggi, il nostro pianeta è costantemente minacciato da situazioni ambientali precarie, quali la presenza di contaminanti, le variazioni improvvise di temperatura e la disponibilità critica di acqua. È quindi importante che gli studenti acquisiscano la consapevolezza che l'ambiente circostante può essere pericoloso per la vita delle piante, sia negli ambienti naturali che in quelli antropizzati (come l'agricoltura). A tal fine, il corso è organizzato in due sezioni principali. Da un lato, una serie di lezioni teoriche fornirà le informazioni di base che permetteranno agli studenti di comprendere le principali situazioni di stress per le piante, come le piante percepiscono l'ambiente che cambia e come riescono ad adattarsi a tali cambiamenti. Verranno presentate le principali condizioni ambientali stressanti. La seconda parte del corso prevede una serie di attività di laboratorio. Queste attività sono fondamentali per mostrare agli studenti come è possibile studiare le risposte delle piante ai cambiamenti ambientali. In questo modo, gli studenti acquisiranno familiarità con i metodi di base utilizzati nella ricerca e impareranno a interpretare le risposte delle piante. Il corso mira fondamentalmente ad accrescere la consapevolezza degli studenti sui problemi ambientali, tema di grande attualità, e a fornire loro le competenze pratiche per indagare su tali problematiche.

L’insegnamento inizierà con una descrizione della struttura della cellula vegetale. Questo ripasso dei concetti fondamentali servirà anche a colmare eventuali lacune formative. L’attenzione si focalizzerà, però, sugli aspetti della cellula vegetale più rilevanti per i danni e le risposte agli stress ambientali. Lo stesso approccio sarà adottato per l’argomento successivo: come una cellula vegetale percepisce e risponde all’ambiente circostante, ovvero i segnali esterni che riceve. Per approfondire i processi di segnalazione, verranno discussi i meccanismi molecolari, con particolare attenzione al ruolo dei recettori con attività enzimatica, dei recettori intracitoplasmatici e dei fotorecettori. Successivamente, si analizzerà come questi meccanismi di segnalazione si integrano nello sviluppo della pianta. Ad esempio, si studierà la trasduzione di segnali ambientali specifici come la luce e i processi dipendenti dalla luce stessa, come il fotoperiodismo. Nella seconda parte dell’insegnamento, verranno discussi i principali fattori ambientali che causano stress: luce eccessiva, carenza idrica, temperature estreme, stress salino, scarsa disponibilità di gas atmosferici e stress ossidativo. Vedremo come le piante percepiscono queste condizioni stressanti e quali risposte fisiologiche, biochimiche e di sviluppo hanno evoluto nel tempo. Sarà importante capire come queste risposte evolutive si manifestano nelle piante moderne. L'ultima parte dell'insegnamento tratterà gli effetti dei contaminanti ambientali sullo sviluppo delle piante e come questi effetti interagiscono con le risposte ad altre forme di stress, influenzando, ad esempio, la percezione degli stress stessi. La successiva sezione di laboratorio integrerà i concetti presentati a lezione. Gli studenti applicheranno metodiche di base (citologiche, fisiologiche e biochimiche) per analizzare la percezione dell’ambiente da parte delle piante e le loro risposte.

Per poter comprendere appieno gli argomenti trattati, è auspicabile che gli studenti abbiano una conoscenza di base della biologia cellulare vegetale, con particolare riferimento alla fisiologia e alla citologia. Tuttavia, il corso fornirà le informazioni necessarie per colmare eventuali lacune.

Il corso prevede lezioni frontali e attività di laboratorio con l'obiettivo di fornire una solida comprensione delle risposte delle piante agli stress ambientali. Le lezioni frontali introdurranno e discuteranno i concetti chiave, supportate da slide illustrative che presenteranno modelli utili a facilitarne la comprensione. Le attività di laboratorio, che occuperanno circa la metà del corso, offriranno un'opportunità di interazione più informale con gli studenti. Ancora più importante, queste attività permetteranno agli studenti di applicare direttamente le tecniche studiate, di comprenderne a fondo i principi e di valutarne criticamente limiti e utilità.

La valutazione della preparazione degli studenti avverrà tramite due prove distinte. In primo luogo, un test scritto focalizzato sulle attività di laboratorio verificherà il livello di attenzione e comprensione dimostrato durante le esercitazioni pratiche. Questo test contribuirà per 1/3 al voto finale. In secondo luogo, gli studenti affronteranno una prova orale sugli argomenti trattati durante le lezioni frontali. Questa seconda prova inciderà per i 2/3 sul voto finale. Durante la prova orale, l'attenzione sarà posta non solo sulla comprensione dei singoli argomenti, ma anche sulla capacità dello studente di stabilire collegamenti significativi tra i diversi concetti presentati durante le lezioni.

Environmental Plant Physiology, Neil Willey, 2016, Garland Science. Link diretto: https://www.taylorfrancis.com/books/mono/10.1201/9781317206231/environmental-plant-physiology-neil-willey

Il Corso presenta i fondamenti del concetto di sostenibilità e offre una panoramica teorico-tecnica dei principali strumenti di contabilità ambientale utilizzati per le valutazioni qualitative e qualtitative di sostenibilità di sistemi naturali, di produzione, urbani/territoriali, economici, ecc Per i dettagli si rimanda al Syllabus dei due moduli che costituiscono il corso integrato.

Il corso integrato denominato "Sostenibilità Ambientale" consta di due parti: "Indicatori di Sostenibilità Ambientale" e "LCA e Certificazione Ambientale", tenute rispettivamente dai Proff. Federico M. Pulselli e Simone Bastianoni nel primo semestre del primo anno. Il Corso integrato introduce e presenta il concetto di sostenibilità come uno dei due pilastri dell'intero corso di laurea magistrale, insieme con i principali strumenti di indagine e valutazione.

No

Le lezioni saranno frontali e talvolta avranno carattere seminariale, illustrando casi studio, esperienze di ricerca, connessione con l'attualità. I seminari possono essere svolti da ospiti esterni invitati in virtù della loro esperienza. Alcune ore saranno dedicate all'applicazione pratica di software specifici presso il Laboratorio di Informatica. Potranno essere adottate metodologie didattiche diverse come ricerca di documenti, presentazioni, gaming, instant poll, ecc. Inoltre gli studenti saranno coinvolti in lavori di gruppo su temi attinenti, che potranno essere presentati in forma di seminari o report scientifici.

La valutazione finale dell'apprendimento avviene tramite prove in itinere debitamente fissate sulla base del calendario didattico del corso di laurea. Esse includono sia colloqui orali che esercitazioni scritte volte a verificare il livello di conoscenze teorico-pratiche delle tematiche proposte. Il voto finale del corso integrato è dato dalla media delle valutazioni delle prove finali dei due moduli.

Il Prof Pulselli propone Pulselli FM., Bastianoni S., Marchettini N., Tiezzi. “La soglia della
sostenibilità – ovvero quello che il PIL non dice”. Donzelli, Roma, 2011.
Materiale integrativo verrà distribuito dal docente in aula.
Il Prof. Bastianoni distribuisce il materiale a lezione.
La maggior parte del materiale sarà messa a disposizione su UsienaIntegra (Moodle)

Orale

Orale