Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2007. / Title from first page of PDF file. Includes bibliographical references (p. 161-175).

Caractérisation de CCX2, un élément de la super-famille des antiports cationiques CaCA et de son rôle dans l’homéostasie minérale.<p><p>L'homéostasie des métaux est importante pour les fonctions cellulaires. Elle dépend de la régulation stricte des transports cellulaires d'ions métalliques et des espèces métalliques complexées. Nous rapportons ici l'analyse fonctionnelle chez Arabidopsis thaliana d'un élément de la superfamille CaCA, CCX2 (Calcium Cation eXchanger 2) qui n’est pas encore caractérisé dans les plantes. Nous avons pu observer en utilisant une fusion aves la protéine fluorescente GFP (Green Fluorescent Protein) que la protéine AtCCX2 était localisée dans le réticulum endoplasmique. L’expression de CCX2 est régulée par des traitements en métaux divers et par la carence en magnésium en particulier. De plus, l'expression du gène est régulée par la photopériode mais n’est probablement pas sous le contrôle de l'horloge circadienne. La caractérisation d'un mutant knock-out d’Arabidopsis a révélé que l’absence de l’activité CCX2 entrainait une meilleure croissance pendant la carence Mg (dans les conditions testées) mais pas de phénotype particulier sur les milieux aves excès de Zn ou de Cd ou induisant un stress osmotique. A ce stade, nous de pouvons apporter une explication au phénomène de tolérance pendant la carence Mg. Par ailleurs, le mutant ccx2 montre une réponse altérée à des hormones telles l’auxine et l’éthylène. Parce ce que le phénotype ccx2 mutant est relativement discret, des doubles mutants avec les gènes homologues les plus proches (CCX1 et CCX3) ont été créés. Alors que les mutants ccx1 et ccx3 sont plus résistants à la carence en Mg et ccx1 plus résistant à la déficience Zn, aucun effet additif de ces mutations avec la perte de fonction de CCX2 n’a été observé. Les profils en minéraux du mutant ccx2 ne permettent pas de confirmer des différences significatives dans les concentrations d’éléments minéraux mesurés. Des tendances pour le Ca2+ en particulier sont observées et devraient être confirmés par d’autres expériences. La surexpression hétérologue dans la levure ou dans une suspension de cellules BY2 de tabac, la surexpression dans la plante et la production de protéine pour des études d’activité de transport dans des vésicules n’ont pu être possibles pour la caractérisation de CCX2. L’expression de CCX2 semble toxique pour les bactéries, la levure et les cellules de plantes; en effet les organismes hôtes sont morts lors de l'induction de l'expression (testé au niveau de la levure). Cet effet pourrait être lié à la perturbation de l’homéostasie du Ca2+ qui joue un rôle très important comme messager secondaire lors de la perception d’un stimulus et en particulier lors de l’apoptose. L’Analyse AhCAX8/CCX2 AhCCX2 est constitutivement plus exprimé dans les racines de l’hyperaccumulatrice de Zn et Cd, Arabidopsis halleri (accession d’Auby) par rapport à sa parente proche non tolérante non accumulatrice A. lyrata ssp petraea. L'expression plus élevée pourrait être liée à l'adaptation aux hautes concentrations de zinc et de cadmium dans le sol. Nous avons pu observer qu’avec une protéine GFP, AhCCX2 est également localisée au niveau du réticulum endoplasmique comme son homologue AtCCX2. Puisque une haute expression de CCX2 est toxique pour les organismes, nous avons exprimé la protéine sous le contrôle de son propre promoteur dans A. thaliana. Cette expression faible et spécifique a pu être atteinte sans signe de toxicité. La caractérisation de A. thaliana exprimant AhCCX2 dans le type sauvage ou le mutant ccx2 a montré une meilleure croissance lors d’une déficience Mg et, dans les plantes ccx2 qui expriment AhCCX2, une moins bonne croissance lors d’une carence en Zn. Les analyses minérales des plantes exprimant AhCCX2 n’ont pas montré de différence au niveau des concentrations en minéraux. Cependant, certaines tendances ont été observées pour les concentrations en Ca, Fe et Zn qui doivent être confirmées. Nos données suggèrent pour AhCCX2 un rôle dans l'homéostasie du Zn. Un niveau d'expression élevé d’AhCCX2 a un impact négatif sur la croissance lors d’une carence en zinc et pourrait être une partie des adaptations à un approvisionnement en Zn élevé. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Death and decomposition are natural processes that are generally well-understood. However, large events of death, such as mass mortality events (MMEs) are increasing in frequency and their impacts on the ecosystem are largely unknown. These events may have both bottom-up effects from increased nutrient input as well as top-down effects from loss of an ecological functional group by the affected population. Different functional MMEs may result in different top-down effects, creating cascading effects. In Chapter 1, I test the hypothesis that scavenger and herbivore simulated MMEs generate novel bottom-up and top-down effects. Results indicate that MMEs have a significant effect on communities, including on soil chemistry, plant tissue, soil microbes, and soil arthropods. Carrion effects on the community were both a result of biomass (MMEs vs. single carcasses) as well as functional group exclusion (herbivores, scavengers). Further, MMEs may also generate long-lasting community effects due to the size and nature of the disturbance. In Chapter 3, I evaluated the potential long-term of effects of MMEs by sampling an experimental MME that was conducted four years earlier. I found that MMEs generated long-term asymmetrical effects on ecosystems, with some noticeable changes in increased soil nutrients as well as an unexpected effect of biomass on aboveground arthropod communities, with very little effect on belowground soil arthropods. However, studies of long-term decomposition from mass carcasses may expand beyond studying MMEs. Composting of carrion is a continuous disturbance event, with numerous carcasses being deposited in the same location over a longer period of time. In Chapter 2, I analyzed potential effects on the surrounding community at a unique instance of concentrated carcass disposal (5 years old). Significant differences were revealed between samples taken near the compost pit (0 m, 5 m) compared to further distances (10 m, 25 m, 50 m) with calcium being increased away from the pit, different soil microbial communities at the pit than farther distances and increased aboveground arthropod abundance at the pit. These experiments provide us with a greater, holistic understanding of previously understudied events of mass death on community structure and ecosystem function.

Baby spinach (Spinacia oleracea L.) is considered to be the one of the extremely nutritious vegetables, rich both in phytochemicals and core nutrients. Nowadays, phytochemicals in plants are raising interest in consumers for their roles in the maintenance of human health. Variation in content of bioactive compounds and core nutrients is the main concern in vegetable production. Factors such as cultural practices specially fertilization, may affect the nutritional and medicinal properties of the plants Therefore, three parallel trials for NPK to investigate the response of baby spinach leaves to nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K) on chemical composition were conducted, with treatments arranged as follows: 0, 45, 75, 105, 120 kg·ha-1 N and P and 0, 60, 85, 106, 127, 148 kg·ha-1 K in a randomized complete block design (RCBD) with four replications. The results demonstrated that, application of nitrogenous, phosphorus, potassium fertilizers significantly increased the total phenolic content, total antioxidant activity, total flavonoid content and vitamin C while magnesium, iron, zinc and selenium did not exhibit significant response to all treatments applied. The increase in concentrations on total phenolic content, total antioxidant activity, total flavonoid content and vitamin C was observed, reaching maximum at 45 kg·ha-1 N, 75 kg·ha-1 P and 85 kg·ha-1 K. The optimum rates of 45 kg·ha-1 N, 75 kg·ha-1 P, 85 kg·ha−1 K were then used to formulate the NPK treatment combinations as follows: 0, 30: 30: 40, 45:45:60, 60:60:70, 75:75:90 kg·ha-1, arranged in a RCBD with three replicates. The results showed that total phenolic content, total antioxidant activity , total flavonoid content and vitamin C reached maximum in baby spinach leaves at N45:P45:K60 kg·ha-1. / Agriculture and  Animal Health / M. Sc. (Agriculture)

Baby spinach (Spinacia oleracea L.) is considered to be the one of the extremely nutritious vegetables, rich both in phytochemicals and core nutrients. Nowadays, phytochemicals in plants are raising interest in consumers for their roles in the maintenance of human health. Variation in content of bioactive compounds and core nutrients is the main concern in vegetable production. Factors such as cultural practices specially fertilization, may affect the nutritional and medicinal properties of the plants Therefore, three parallel trials for NPK to investigate the response of baby spinach leaves to nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K) on chemical composition were conducted, with treatments arranged as follows: 0, 45, 75, 105, 120 kg·ha-1 N and P and 0, 60, 85, 106, 127, 148 kg·ha-1 K in a randomized complete block design (RCBD) with four replications. The results demonstrated that, application of nitrogenous, phosphorus, potassium fertilizers significantly increased the total phenolic content, total antioxidant activity, total flavonoid content and vitamin C while magnesium, iron, zinc and selenium did not exhibit significant response to all treatments applied. The increase in concentrations on total phenolic content, total antioxidant activity, total flavonoid content and vitamin C was observed, reaching maximum at 45 kg·ha-1 N, 75 kg·ha-1 P and 85 kg·ha-1 K. The optimum rates of 45 kg·ha-1 N, 75 kg·ha-1 P, 85 kg·ha−1 K were then used to formulate the NPK treatment combinations as follows: 0, 30: 30: 40, 45:45:60, 60:60:70, 75:75:90 kg·ha-1, arranged in a RCBD with three replicates. The results showed that total phenolic content, total antioxidant activity , total flavonoid content and vitamin C reached maximum in baby spinach leaves at N45:P45:K60 kg·ha-1. / Agriculture and  Animal Health / M. Sc. (Agriculture)

Durch die Nutzung des fischfutterbedingten Nährstoffeintrags für die kombinierte Produktion von Fischen und Pflanzen können Aquaponiksysteme eine nachhaltige Erweiterung von Kreislaufanlagen der Aquakultur (RAS) darstellen. Herkömmliche Aquakulturfutter zielen jedoch auf Fischproduktion mit geringer Umweltbelastung ab und sind somit nicht für die Aquaponik optimiert. Daher weist RAS-Wasser häufig Mängel im Profil gelöster anorganischer Pflanzennährstoffe auf. So war es Ziel dieser Arbeit, die Auswirkungen unterschiedlicher Proteinquellen auf die Nährstoffdynamik in RAS durch Fütterungsversuche mit Afrikanischem Raubwels und Nil-Tilapia zu untersuchen, bei denen Wachstum, gelöste anorganische Nährstoffkonzentrationen im RAS-Wasser und die Ausscheidung von Nährstoffen über den Kot verfolgt wurden. Der Fokus lag auf nachhaltigen alternativen Proteinquellen zu marinem Fischmehl und terrestrischen Pflanzenproteinen: Larvenmehl der Schwarzen Soldatenfliege (BSFM), Welsschlachtabfallmehl (CM), Geflügelschlachtabfallmehl (PM) und Geflügelblutmehl (PBM). Experimentalfutter, die phosphorreiches PM und CM enthielten, förderten erhöhte Ausscheidung von löslichem reaktivem Phosphor, erzeugten die besten gelösten N:P-Verhältnisse im RAS-Wasser verglichen mit einer Hydroponik-Nährlösung und ermöglichten in Kombination mit PBM besseres Wachstum beim Wels als ein vergleichbares kommerzielles Futter. In Futtern basierend auf einer einzigen Proteinquelle führte PM bei Wels und insbesondere bei Tilapia zu ähnlichem Wachstum verglichen mit marinem Fischmehl, wohingegen BSFM und PBM bei beiden Arten Wachstumsleistung beeinträchtigte. Meta-Analysen aller Versuche legen nahe, dass höherer Phosphor-, Kalium- und Magnesiumgehalt im Futter erhöhte Ausscheidung dieser Elemente in gelöster Form bedingt, was sie zu Zielnährstoffen in Aquaponikfuttern macht, während die Optimierung des Protein zu Energie-Verhältnisses im Futter die gelösten N:P- und N:K-Verhältnisse im RAS-Wasser verbessern kann. / By using the nutrient input from fish feeds for the combined production of fish and plants, aquaponic systems can be a sustainable extension of recirculating aquaculture systems (RAS). However, conventional aquaculture feeds are optimized for fish production and reduced environmental impact rather than aquaponics. Hence, RAS water is often characterized by deficiencies regarding its dissolved inorganic plant nutrient profile. Therefore, this thesis aimed to explore the effect of purposeful dietary protein choice on nutrient dynamics in RAS through four systematic feeding trials involving African catfish and Nile tilapia in which growth performance, dissolved inorganic nutrient concentrations in RAS water and solid fecal nutrient excretion were tracked. Focus was on sustainable alternative protein sources to marine fish meal and terrestrial plant proteins: black soldier fly larvae meal (BSFM), catfish by-product meal (CM), poultry by-product meal (PM) and poultry blood meal (PBM). Experimental diets including phosphorus-rich PM and CM supported increased excretion of soluble reactive phosphorus, produced the most favorable dissolved N:P ratios in RAS water when compared to a renowned hydroponic nutrient solution, and, combined with PBM, enabled better growth performance in African catfish than a comparable commercial diet. In single protein source diets, PM produced similar growth performance in African catfish and particularly Nile tilapia versus marine fish meal, whereas BSFM and PBM impaired growth performance in both species. Meta-analyses covering all trials suggest that higher dietary phosphorus, potassium and magnesium content leads to their increased excretion in dissolved form, making them target nutrients for aquaponic feed formulation, while the optimization of the dietary protein to energy ratio can further improve dissolved N:P and N:K ratios in RAS water.