Ce travail concerne l'influence de la température sur la structure et la dynamique des protéines collectrices de lumière des bactéries pourpres dans leur environnement natif, les membranes intracytoplasmiques.<br />Pour mener à bien ces études, nous avons développé au laboratoire une approche de “calorimétrie fonctionnelle” dans les membranes intracytoplasmiques par des techniques de spectroscopie d'absorption, de dichroïsme circulaire et de Raman de résonance. Nous avons analysé l'effet de la température sur les propriétés spectrales de la protéine LH1 en utilisant les molécules de bactériochlorophylles comme marqueur naturel de l'assemblage des polypeptides transmembranaires, constituant l'anneau de LH1. Il existe dans la littérature de nombreuses études sur les processus d'auto-assemblage de ces protéines antennes, mais toutes réalisées après solubilisation en présence de détergent. C'est pourquoi nos études ont été réalisées sans ajout de détergent ou autres agents chaotrophes, mais directement sur les membranes intracytoplasmiques contenant la protéine LH1 surexprimée naturellement, dans le but de comparer les chemins de dissociation-réassociation de ces protéines selon qu'elles sont extraites ou non de leur milieu natif.<br />Nous avons montré que la variation de température autour de valeurs proches des conditions physiologiques révèle la dynamique de la structure des protéines LH1 et LH2. Ces résultats mettent en évidence l'existence d'un équilibre entre deux formes spectrales démontrant une flexibilité conformationnelle des protéines antennes dans leur environnement natif. <br /> A des températures élevées, nous montrons qu'il est possible de dissocier de manière réversible la protéine LH1, mais que le processus de dissociation et réassociation de la protéine suit un chemin différent de celui observé à partir de la protéine solubilisée.<br /> Ces études montrent l'importance des interactions entre bactériochlorophylles pour l'oligomérisation et le fonctionnement des protéines antennes dans leur “milieu naturel”

Algues et champignons ont formés par association symbiotique les lichens qui, de par leur amplitude écologique, ont pu coloniser tous les milieux. Nous proposons d'appeler " hydrophiles ", les lichens soumis à des périodes d'immersion par les eaux d'un cours d'eau Les compositions floristiques des communautés lichéniques hydrophiles ont été définies par leur durée annuelle d'immersion. Les groupements subhydrophiles sont immergés pendant moins de trois mois, les groupements mésohydrophiles pendant plus de trois mois et moins dix mois et enfin les groupements hyperhydrophiles sont immergés plus de dix mois de l'année. Sur la base de trois cent relevés effectués par la méthode de prélèvement intégral, un schéma phytosociologique a été construit. Les lichens présents aux différents niveaux de noyage et d'altitude des cours d'eau forment une classe au sein de laquelle sont identifiés les trois ordres phytosociologiques caractérisés par la durée annuelle d'immersion. Dans chacun de ces ordres, deux alliances sont définies par l'étage bioclimatique. Pour chacune de ces six alliances, des associations de plusieurs lichens existent et sont définies par leurs caractéristiques biotiques. Du fait de leur fréquence dans un niveau d'immersion et de l'importance de leur recouvrement, quatre lichens " modèles " ont été retenus (une espèce aérienne et trois hydrophyles). Pour la première fois concernant des lichens hydrophiles, les flux de CO2 et d'O2 ont été quantifiés sous différents éclairements, en milieux aquatique et aérien. Les pigments photosynthétiques ainsi que l'ergostérol ont été estimés ; la réponse du potentiel photochimique ( PSII) au taux d'hydratation a été caractérisée. L'activité photosynthétique et respiratoire des lichens hydrophiles est comparable à celle de la littérature pour les lichens aériens. Les lichens hydrophiles démontrent des cinétiques rapides d'hydratation-déshydratation lors des transitions immersion-exondation.  PSII s'avère très sensible à ces transitions. Pour toutes les fonctions étudiées, des différences significatives apparaissent entre les lichens hyper et subhydrophile alors que les lichens mesohydrophiles se comportent de façon intermédiaire. Nos résultats constituent la première caractérisation écologique et fonctionnelle des lichens hydrophiles. Ils pourront certainement être exploités et développés pour permettre une meilleure compréhension du rôle des lichens dans la colonisation des terres émergées par les phanérogames.

Based on a field study and several mesocosm experiments, I evaluated the use of pigments as chemotaxonomical biomarkers for phytoplankton community composition in the Baltic Sea and I examined effects of inorganic nutrients on the dynamics of carotenoids and thiamine (vitamin B1) at the phytoplankton–copepod level in marine pelagic food webs. My results show that HPLC pigment analysis combined with CHEMTAX data processing was an accurate alternative to microscopic analysis of Baltic Sea phytoplankton. Experimental supply of N, P and Si affected copepod growth and biochemical status via changes in biomass and composition of their phytoplankton diet. Net population growth rates were generally higher when phytoflagellates dominated (low Si:N ratio) and lower when diatoms dominated (high Si:N ratio). Copepod body concentrations of astaxanthin decreased with fertilization. Correlations with reduced under-water irradiance were consistent with the photo-protective function of this antioxidant. Thiamine concentrations in phytoplankton also decreased with fertilization. In copepods, low Si:N ratios resulted in higher thiamine concentrations than high Si:N ratios. Thiamine concentration and degree of phosphorylation were useful as indicators of thiamine shortage both in phytoplankton and copepods. The concentrations of thiamine and astaxanthin in the copepod communities were positively correlated. As copepods constitute a major link between pelagic primary producers and higher trophic levels, fertilization effects may be responsible for astaxanthin and thiamine deficiencies in salmon suffering from the M74 syndrome, which appeared concurrently with large-scale eutrophication in the Baltic Sea. As both thiamine and astaxanthin are deficient in M74-affected salmon, there is a need for physiological and molecular investigations of possible interactions between the two compounds in living cells.

L'objectiu general d'aquest treball fou aprofundir en el coneixement dels sistemes de fotoprotecció en fulles de Quercus ilex. Per assegurar l'homogenitat i conservació del material vegetal durant el seu magatzematge i transport fins al moment de l'anàlisi de compostos fotoprotectors, s'ha estandarditzat un protocol consistent en la liofilització de les mostres vegetals amb la prèvia addició de 2-butilamino etanol. Es va comprovar que aquest protocol evita la degradació de les molècules implicades en la fotoprotecció i ha permès disposar de material vegetal sec i homogeni per a poder treballar amb espectroscòpia de reflectància al vermell proper (NIRS).La quantificació de compostos fotoprotectors i antioxidants és costosa en temps i diners. Per a aconseguir-ne una avaluació ràpida i àgil es construí una base de dades (BD) correlacionant, a cadascuna de les mostres de fulles de Q. ilex liofilitzades, les anàlisi bioquímiques de cada molècula amb els seus espectres del NIRS. S'establiren les equacions de cal·libració predictives per la quantificació dels pigments cloroplàstics (clorofil·les a i b, neoxantina, violaxantina, zeaxantina, anteraxantina, &#945;- i ß-carotè, luteïna i luteïna epòxid (Lx)) i compostos antioxidants (&#945;-, (&#946;+&#947;)-tocoferol, ascorbat i fenols totals) mitjançant l'algoritme per regressió de mínims quadrats parcials. Les equacions de cal·libració de clorofil·les a i b, feofitina, &#946;-carotè, neoxantina, luteina, fenols totals i &#945;-tocoferol foren cal·librades acuradament mentre que les de la Lx i l'&#945;-carotè mostraren resultats de cal·libració no tan bons degut a les baixes concentracions. Aquesta BD permet, per primera vegada, amb una sola lectura NIRS, la predicció de les concentracions de molècules amb caràcter fotoprotector o antioxidant emprades amb més freqüència en estudis ecofisiològics. Se n'ha demostrat la fiabilitat mitjançant un estudi de bosc caracteritzant fulles d'alzines adultes i de rebrots després de tala durant les dues estacions més estressants (estiu i hivern). També s'aplicà la nova BD NIRS per caracteritzar les respostes fotosintètiques i antioxidants de fulles d'alzines i dels seus rebrots originats sota diferents concentracions de CO2: ambiental (350 µL·L-1) (RA) i elevada (750 µL·L-1) (RE). En aquest estudi es demostrà que els RE compensaren la baixa fotosíntesi amb una major participació dels cicles de les xantofil·les (major Z/VAZ) i de la luteina epòxid (menor Lx), els quals són responsables de la dissipació tèrmica de l'excés d'energia d'excitació. Els RE mostraren també un major contingut en ascorbat (el qual es considera responsable de la major part de l'activitat antioxidant a Q. ilex) i un menor contingut en el compostots lipofílics (clorofil·les, carotenoids i tocoferols). Quan es someteren ambdos tipus de rebrots a estrès tèrmic (per alta temperatura), els RE mostraren una major resistència a l'estrès per altes temperatures.Els dos últims objectius d'aquest treball aprofundeixen en el paper de les poliamines en la fotoprotecció de les fulles d'alzina en condicions naturals i en condicions d'irradiància controlada, així com en la funció de les transglutaminases vegetals com a lligands de les poliamines a membranes. Primer trobàrem una disminució de les poliamines lliures (i en especial la putrescina) en augmentar la disponibilitat lluminosa (PPFD), atribuible a una necessitat superior de lligar poliamines als tilacoides per ajudar a la fotoprotecció de l'aparell fotosintètic en front a la situació d'estrès. Posteriorment, observàrem una tendència diürna on els valors més alts de la putrescina lligada a proteïnes i de l'activitat transglutaminasa correspongueren sempre al màxim d'intensitat lumínica i dosi de llum rebuda per les fulles. Aquests dos treballs indiquen la participació de les poliamines, i especialment la putrescina, en la fotoprotecció de l'aparell fotosintètic. En concret, l'activitat transglutaminasa, la quantitat de putrescina lligada i l'índex putrescina/espermidina lligades són uns clars indicadors de la magnitud d'estrès per excés de llum de la planta. / SUMMARY:"PHOTOPROTECTION SYSTEMS IN Quercus ilex L. AND THE APPLICATION OF THE NIRS (NEAR-INFRARED REFLECTANCE SPECTROSCOPY) AS AN ECOPHYSIOLOGICAL TOOL TO DETECT OXIDATIVE STRESS" TEXT:The present work goes deeper into our knowledge of photoprotection systems acting in Quercus ilex leaves.To ensure homogeneus plant material and its conservation during storage and transport until analysis avoiding the degradation of the molecules implied in photoprotection we standardized the conditions during freeze-drying to obtain dry material with an unaltered biochemical composition.Quantifying photoprotective and antioxidant compounds is laborious and expensive. A Q. ilex leaves database using Near Infrared Reflectance Spectroscopy (NIRS-database) and chemical analyses was built. Predictive calibration equations for concentration of chloroplast pigments (chlorophylls a and b, phaeophytin, neoxanthin, violaxanthin, zeaxanthin, antheraxanthin, alpha- and &#946;-carotene, lutein and lutein epoxide) and antioxidants (alpha-, (&#946;+&#947;)-tocopherol, ascorbate and total phenolics) were established using partial least squares regression algorithm. This is the first time that NIRS is used to characterize pigment composition in plants. NIRS constitutes a valid tool to characterize photoprotection compounds with only one single measurement allowing time and money saving.The NIRS-database feasibility was demonstrated by the characterization of adult holm oak leaves and resprouts after clear cut in their natural environment during the two stressing seasons.The new NIRS-database was applied to characterize the antioxidant compounds responses in holm oak resprouts under ambiental (350 µL·L-1; RA) and elevated (750 µL·L-1; RE) CO2 conditions and high temperature stress (HTS). RE showed higher resistance to HTS showing little response in their antioxidant composition. At the contrary, RA showed a significant increase in lipophilic compounds. Therefore, the higher antioxidant protection and higher temperature tolerance of RE would mitigate the effect of photosynthesis acclimation during the regeneration of Q. ilex plants.Two studies went deeper to the role of polyamines in holm oak photoprotection in its natural habitat or under controlled-irradiance conditions and plant's transglutaminases function binding polyamines to membrane proteins in the protection against high light stress. The obtained results support the hypothesis that the relationship between polamines, and specially putrescine, concentration (free and protein-bound) and transglutaminase activity is modulated by light intensity in Q. ilex leaves and that polamines are involved in the photoprotection of the photosynthetic apparatus.

Aquesta tesi presenta un estudi d'optimització mediambiental de tres pigments ceràmics d'ús convencional en la coloració d'esmalts ceràmics, i que combinats tots tres podrien conformar una "paleta ecològica" de pigments ceràmics:i) un pigment de caire estructural, com és el verd victoria (classificació DCMA 4-07-3), basat en el granat Uvarovita, Ca3Cr2Si3O12, en el qual l'element cromòfor (el crom) forma part de la pròpia estructura cristal.lina del pigment, donant-li la seua col.loració verda característica.ii) una disolució sòlida, com és el cas del pigment blau de vanadi-circó, (Zr,V)SiO4 (classificació DCMA 14-42-2), en el qual el vanadi forma una disol.lució sòlida en la xarxa del circó (ZrSiO4), incorporant-se en les posicions tetraèdriques i/o octaèdriques, actuant de forma simultània com a cromòfor i com a agent "auto-minieralitzador".iii) un pigment de caire encapsulat o "heteromòrfic", com és el pigment rosa coral de ferro-circó, (Zr,Fe)SiO4 (classificació DCMA 14-44-5), en el qual les partícules d'hematita (Fe2O3) queden ocluïdes o encapsulades pels grans de circó neo-formats, otorgant-li la seua coloratció roja característica.En cadascun dels 3 sistemes pigmentants s'ha fet una caracterització cristal.loquímica exhaustiva mijançant diverses tècniques d'estat sòlid (difracció de raigs X, anàlisi tèrmic, espectroscòpia infraroja i UV-VIs, microscopia electrònica) i un estudi d'optimització amb l'objecte de minimitzar les emisions de gasos a l'atmòsfera (pèrdues de calcinació o merma del pigment) i dels lixiviats de caire tòxic o contaminant produïts en el llavat dels colors calcinats. Tot això amb la premisa d'obtenir un rendiment colorimètric comercialment acceptable.Les tres variables bàsiques de l'estudi han sigut:i) el tractament tèrmic; ii) l'utilització de diferents sistemes mineralitzadors (agents de fundència) usuals en la síntesi industrial dels pigments; i iii) aplicació de mètodes de síntesi no convencional (sol-gel) en les composicions optimitzades prèviament per la ruta tradicional ceràmica.Per a cada pigment s'ha fet en primer lloc una optimització de la síntesi per la ruta ceràmica, i després s'ha analitzat l'efecte de la utilització de les metodologies sol-gel sobre la síntesi i cristal.lització del pigment, el seu rendiment colorimètric, així com sobre els paràmetres mediambientals objecte de minimització (emisions a l'atmòsfera i lixiviats tòxics). Finalment es mostra com per mescla d'aquests tres colors (prèviament optimitzats) es pot obtenir una "paleta ecològica" de colors ceràmics.

The impact of particle size, size distribution, and particle shape on the rheology of precipitated calcium carbonate (PCC) based coatings was studied. Evaluating the interactions between different particle sizes and shapes leads to a better understanding of the packing fraction of PCC. HIgh packing fraction is desirable because of the positive impact on the fluidity of suspensions. Suspension with higher levels of fluidity can potentially load larger amounts of solids while keeping low viscosities. High solids suspensions are key factors to improve the efficiency of coating processes. To address this issue, PCC of different sizes and shapes where mixed in different ratiosto find mixtures with higher packing fractions that could result in coatings with lower viscosities. When coatings containing 90% of large particles and 10% by weight of small particles of different shape, viscosity decreases by 50% for one combination. The effect is caused by the higher packing fraction achieved. Future research is also described here.

Les cellules photovoltaïques (PV) basées sur les semi-conducteurs organiques font l'objet de<br />recherches motivées par la possibilité de réaliser des cellules solaires de grand surface, flexibles,<br />légères et bon marché, en profitant de la grande processabilité des matériaux organiques. Face aux<br />contraintes environnementales et à l'épuisement des ressources d'énergie fossile, le fort regain<br />d'intérêt pour la conversion PV organique est en grande partie due à la formidable amélioration de<br />l'efficacité de conversion de cellules solaires organiques accomplies ces dix dernières années.<br />Dans une première partie de ce travail, nous avons élaboré un protocole expérimental fiable<br />permettant l'évaluation de nouveaux matériaux semi-conducteurs organiques donneurs et accepteurs<br />en cellules solaires de type hétérojonction. La réalisation de cellules à base de phthalocyanine de<br />cuivre (CuPc) et de C60, par ailleurs déjà décrites dans la littérature, nous a permis de valider un<br />ensemble de protocoles d'élaboration et de caractérisation des cellules.<br />Ces procédures ont été ensuite appliquées à l'évaluation d'une série d'accepteurs dérivés du<br />pérylène dans des cellules comportant la CuPc comme donneur. Cette seconde étape nous a ainsi<br />permis de sélectionner deux composés accepteurs modèles que nous avons utilisés pour la suite de<br />ce travail.<br />La troisième et dernière partie de ce travail a porté sur la réalisation d'hétérojonctions à base<br />de nouveaux oligomères conjugués hybrides dérivés de trois structures de base : terthiophène,<br />quaterthiophène et quinquethiophène.Tout d'abord, nous avons cherché à établir de premières<br />corrélations entre la structure chimique des donneurs et certaines des caractéristiques électriques des<br />cellules. Enfin, les acquis de cette étude systématique ont contribué à la conception et à la synthèse<br />de nouveaux donneurs issus d'oligothiophènes à structure ramifiée à l‘aide desquels nous avons pu<br />réaliser des cellules de type hétérojonction qui figurent parmi les plus efficaces obtenues jusqu'à<br />présent à partir d'oligo- et de polythiophènes.

Magistrantūros studijų darbe pateikiami egzogeninio prolino poveikio žaliosios šerytės augimui ir vystymuisi tyrimų rezultatai. Darbo objektas – žalioji šerytė (Setaria viridis (L.) P. Beauv.). Darbo metodai: IV organogenezės tarpsnyje žaliosios šerytės augalai nupurkšti prolino tirpalais ir auginti programuojamoje auginimo kameroje esant 20/18 °C (diena/naktis) temperatūrai, 16/8 val. (diena/naktis) fotoperiodui, 50 µmol m-2 s-1 apšviestumui. Fotosintezės pigmentai, augalo žalia masė ir sausos medžiagos kiekis nustatyti praėjus 1, 5, 10 ir 15 dienų po purškimo. Esant 35-40% substrato drėgniui augalai nupurkšti 10 mM L-prolino tirpalu ir toliau auginti programuojamoje auginimo kameroje sausros sąlygomis. Fotosintezės pigmentai, augalo žalia masė ir sausos medžiagos kiekis nustatyti po 3 ir 6 sausros dienų. Darbo rezultatai. Žaliosios šerytės augalai sukaupė statistiškai patikimai didesnį chlorofilo a ir karotenoidų kiekį visų tirtų L-prolino koncentracijų poveikyje. Augalus paauginus 10 ir 15 dienų po purškimo nustatytas neigiamas egzogeninio L-prolino poveikis chlorofilo b kiekiui žaliosios šerytės augaluose. Neigiamas egzogeninio L-prolino poveikis žaliai masei nustatytas praėjus 5 ir 10 dienų po purškimo, o paauginus augalus 15 dienų neigiamas L-prolino poveikis augalo žaliai masei beveik eliminavosi. Visos tirtos L-prolino koncentracijos praėjus 15 dienų po purškimo didino sausos medžiagos kiekį žaliosios šerytės augaluose ir spartino generatyvinių organų susidarymą... [toliau žr. visą tekstą] / The objective of this study was to investigate the effect of exogenous proline on growth and development of green millet plants. Object of the work – green millet (Setaria viridis (L.) P. Beauv.). Methods of the work: green millet plants were to spray with proline and growing in growth chamber under 20/18 °C (day/night) temperature, 16/8 h (day/night) photoperiod, 50 µmol m-2 s-1 light intensity. Amount of photosynthetic pigments, fresh mass of plants, dry weight was evaluated after 1, 5, 10 and 15 days after treatment. When substrate humidity was 35-40%, plants were to spray with 10 mM proline and growing in growth chamber under moisture deficit. The results of work. Green millet plants accumulated significantly higher chlorophyll a and carotenoids contents under influence of all proline concentration tested. Negative effect of exogenous L-proline on amounts of chlorophyll b in green millet plants has been obtained after 10 and 15 growing days. Negative effect of exogenous L-proline on fresh mass of green millet plants has been obtained after 5 and 10 growing days, however this effect was almost eliminated after 15 growing days. All tested L-proline concentrations increased dry weight after 15 growing days and accelerated formation of generative organs. After 3 and 6 drought stress treatment, exogenous proline didn’t have any effect on chlorophyll b content, but resulted in increasing of chlorophyll a content. Exogenous proline didn’t have significant effect on dry weight... [to full text]

The western embayment of Lake Ontario, Hamilton Harbour, is one of the most polluted sites in the Laurentian Great Lakes and in recent years has seen a reoccurrence of cyanobacterial blooms. This study uses a multidisciplinary approach to examine the presences of toxic Cyanobacteria in the harbour in order to gain insight into these recurrent blooms. Microscopic analyses of phytoplankton samples collected during the 2009 summer-fall sampling season from two locations within the harbour showed the spatial and seasonal diversity of the contemporary cyanobacterial community. Microcystis colonies relative abundances in relation to total algal numbers were estimated. The lowest and highest relative abundances of Microcystis in the phytoplankton population were 0.6% and 9.7%, respectively, and showed seasonal variability between stations. Fourteen cyanobacterial genera comprising six families and three orders were identified and for which the most abundant filamentous genera during the summer-fall sampling season were Planktothrix, Aphanizomenon and Limnothrix. Potential microcystin producers Microcystis, Planktothrix, Aphanizomenon and Dolichospermum were also present and during the sampling period Microcystis was recorded at both stations on all dates, however, its relative abundance was below 10 % throughout the study period. The composition and abundance of filamentous cyanobacteria were observed to be positively statistically correlated to water quality environmental parameters dissolved nitrates (NO3/NO2), dissolved inorganic carbon (DIC), and conductivity. Redundancy analysis (RDA) found that 53.35% total variance of Aphanizomenon was correlated to low water column NO3/NO2 and conductivity, and higher water column DIC. 58.13% of the relative abundance of Planktothrix was correlated to high concentrations of dissolved nitrates, while 51.69% of total variance of Limnothrix was correlated to higher DIC and lower water column dissolved nitrate concentrations. Information about past cyanobacterial communities was obtained from the sediment core analysis, using paleolimnological and modern molecular methods. The age of the 100.5 cm long sediment core retrieved from the deepest part of Hamilton Harbour was established to be 140 years (1869-2009), using the Constant Rate of Supply (CRS) 210Pb age model. This age was not sufficient to provide information of harbour’s environmental conditions, presence of the blooms, and triggers for their occurrence before European settlement in the area. Results of the HPLC analysis of fossil pigments indicated that the dominant members of the algal community have not changed over the 140 years and that cyanobacteria were regular members of the phytoplankton community. The composition of the major chlorophyll pigments indicated high presence of Chlorophyta and Bacillariophyta in the harbour at all times. The main algal groups identified on the basis of marker pigments presence, besides the Chlorophyta and Bacillariophyta, were the Dinophyta and the Cryptophyta. The presence of a scytonemin derivative, compound B, indicated that cyanobacterial blooms were occurring in past, before the first officially recorded blooms in the 1960s. Cyanobacterial pigments presence indicated that Cyanobacteria have been a regular but not dominant feature of Hamilton Harbour phytoplankton in the past. To our knowledge, this study is the first one examining fossil pigments from Hamilton Harbour. Results of the PCR-DGGE molecular analysis of 16S rRNA-V3 gene fragments from sedimentary DNA revealed the presence of thirteen cyanobacterial genotypes. The temporal change in the cyanobacterial community composition was indicated by the increasing number of species over time, from the oldest to the most recent sediment layers. The deepest sediment strata showed the lowest number (two bands) and intensity of bands. The most recent sediment layer had the greatest numbers (11) and intensity of bands. This increased diversity indicated changing environmental conditions in the harbour, primarily nutrient pollution and worsening water quality. Results of the PCR-DGGE molecular analysis of mcyE-AMT gene fragments showed that Microcystis aeruginosa and Planktothrix rubescens were two microcystin producers present in Hamilton Harbour over the last 80 years. The persistent presence and resilience of these two genera indicated a more serious and longer-term issue of toxic blooms than previously recognized. Historical records show that noticeable anthropogenic impact on Lake Ontario environment has been measurable since the 1780s, the first dramatic impact on the Lake Ontario watershed was evident from the mid1880s, the earliest evidence of eutrophication in the lake occurred between 1820 and 1850, while human induced environmental changes in Hamilton Harbour date back ca. 350 years. In the 1960s, cyanobacterial blooms were first officially recognized in the harbour and the lower Great Lakes. The present research is the first report of the mcyE module and AMT domain of microcystin genes being amplified from sediment of North American lakes, and showed that toxic Cyanobacterial have been regular members of Hamilton Harbour phytoplankton community for almost a century. This research considerably deepened the knowledge of the past toxic cyanobacterial blooms in Hamilton Harbour and their possible causes. It also showed that in the absence of historical records, both the PCR-DGGE method and the mcyE-AMT gene may be used for reconstruction of the past toxic blooms not only in the Laurentian Great Lakes, but also in other aquatic regions of the world impacted by toxic cyanobacterial blooms. Also, it demonstrated the utility of the combined molecular and paleolimnological analyses, which might become a useful tool in the determination of the bloom causes factors and in the mitigation of the future production of toxic blooms.

Novel, tailored titanium dioxide pigments with controllable nanoscale morphological features were shown to significantly enhance the optical and strength properties of paper. The opacifying power of synthesized polycrystalline TiO2 particles in a cellulose matrix was found experimentally to be superior to that of a commercial rutile pigment, depending on the crystal structure of the synthesized particles. High aspect ratio polycrystalline rutile pigments composed of a linear linkage of several individual rutile crystals gave 6% more opacity than the commercial rutile pigment. Theoretical light scattering calculations using the T-Matrix Method showed the light scattering efficiency of linearly arranged polycrystalline rutile particles to depend on number and size of crystals composing the particle and confirmed the higher efficiency of the synthesized polycrystalline rutile pigments over commercial rutile. The opacifying power of hollow polycrystalline rutile particles was found experimentally to be superior to that of a commercial rutile pigment in a highly pressed bleached fiber matrix, depending on cavity size, while the opacifying power of silica-rutile titania core-shell particles was found comparable to commercial rutile at constant titania loading. The light scattering efficiency of titania core-shell particles was shown to be dependant on the light scattering efficiency of the core material. The overall particle shape and aspect ratio of titania core-shell and hollow nanoparticles were shown to be tunable by choosing an appropriate template and coating thickness in layer-by-layer or sol-gel templating synthesis. Inorganic-cellulose core-shell and hollow cellulose nanoparticles were prepared by self-encapsulation with regenerated cellulose via precipitation of cellulose in a polyacrylic acid hydrogel layer surrounding inorganic particle templates in 4-Methylmorpholine N-oxide (NMMO) monohydrate solution. This discrete encapsulation of inorganic pigments with a thin, uniform cellulose shell was found to increase the bondability improvement between the particles and a polysaccharide substrate. The crystallinity of several carbohydrate polymers was shown to significantly affect the bondability of encapsulated core-shell particles.