Le but de ce travail de doctorat est de contribuer à l'optimisation de l'accumulation de lipides par les levures oléagineuses, et plus particulièrement par la levure Yarrowia lipolytica à partir du glucose, avec une stratégie d’optimisation dynamique à partir d’une commande basée sur un modèle. L’étude bibliographique permet de faire le bilan des connaissances antérieures pour identifier les différentes méthodologies existantes pour l’optimisation des procédés en structurant trois parties principales: la modélisation, la commande, et le suivi des procédés. Dans ce contexte, cinq modèles ont été proposés pour décrire l'accumulation de lipides. Le premier est un modèle non structuré basé sur des cinétiques de Monod et d’inhibition. Le deuxième s’appuie sur le modèle de Droop (quota) précédemment utilisé pour décrire l’accumulation de lipides dans les microalgues. Les trois derniers sont des modèles métaboliques dynamiques qui combinent les cinétiques avec un réseau métabolique réduit, obtenu à partir des modes élémentaires. Les cinq modèles ont été calibrés et validés en utilisant plusieurs jeux des données expérimentales. Néanmoins, un des avantages des modèles métaboliques dynamiques présentés est la possibilité de décrire les basculements métaboliques. Deux stratégies de commande multi-objective visant à maximiser la productivité des lipides et la fraction en teneur lipidique ont été proposées. Dans la première, les deux objectifs ont été pondérés par le calcul statique des fronts de Pareto, et intégrés à la stratégie de commande avec un modèle dynamique métabolique. La deuxième stratégie est basée sur des fonctions linéaires par morceaux en intégrant le modèle quota. Les simulations de la commande montrent la possibilité d’atteindre des teneurs en lipides entre 0,21 – 0,26 gLIP.gX-1 et productivités entre 0,78 – 1,02 g.(L-h)-1 en diminuant le temps de la culture à 20 h. Des capteurs logiciels ont été proposés afin de pallier le manque de capteurs en ligne en corrélant des mesures en ligne (i.e. pO2 et la base ajoutée pour le pH) par des algorithmes de types machines à vecteurs supports. La validation expérimentale des stratégies de commande est la principale perspective de ce travail. / This PhD thesis aims at optimizing lipid accumulation by oleaginous yeast, and most particularly by the yeast Yarrowia lipolytica from glucose. This optimization is addressed from a mathemantical point of view based on automatic control laws, where model-based control strategies are proposed. The bibliographic review compiles and evaluates previous works to identify the different existing methodologies to attain the optimization, which is divided in three main axes: modeling, control strategies, and monitoring. In this context, five different models are proposed to describe lipid accumulation. The first model is based on Monod and inhibition kinetics (unstructured), and the second on the Droop quota model (quota) previously used for microalgae. The last three are dynamic metabolic models that combine kinetics with metabolic models based on the stoichiometry of metabolism. These three models used a reduced metabolic network decomposed into elementary flux modes. The five models were successfully calibrated and validated with different experimental data. Nonetheless, the dynamic metabolic models presented highlighting features such as the description of metabolic shifts. Two approaches of multi-objective control strategies aiming at maximizing lipid productivity and lipid content fraction were proposed. In the first, the two objectives were weighted by static calculation of Pareto fronts, and integrated to the control strategy by dynamic optimization algorithms with a dynamic metabolic model. The second strategy used a constant weighed objective function solved by piecewise linear functions by integrating the quota model. The simulation results of the optimization attained lipid contents between 0.21 – 0.26 gLIP.gX-1 and productivities between 0.78 – 1.02 g.(L-h)-1 shortening the culture time to 20 h. Soft-sensors were developed by correlating on-line measurements (i.e. pO2 and the added base for pH) through support vector machines in order to overcome the lack of measurements. The perspective is to experimentally validate the control strategies.

Stevia rebaudiana Bertoni, une herbe vivace de la famille des Asteraceae originaire du Paraguay, est d'un intérêt croissant en tant que source d’édulcorants naturels acoloriques, les glycosides de steviol (SVglys). Ces diterpénoïdes sont organisés autour d’un noyau de steviol et diffèrent par le nombre et la nature d’unités de sucre liées à ce noyau. Ils sont accumulés à des concentrations allant de 4 à 20% de la masse sèche des feuilles, selon le génotype, le stade phénologique et les conditions de croissance. S. rebaudiana apparaît comme une espèce alternative prometteuse en Europe, mais nécessite au préalable une évaluation de ses besoins en culture et un travail de sélection variétale afin d’optimiser la teneur et la composition en SVglys en milieu tempéré. L'objectif de ce travail était d'étudier les sources de variabilité génotypique et environnementale pour l’accumulation en SVglys et la production de biomasse foliaire. Une forte variabilité génotypique a été observée pour la composition en SVglys et, à un degré moindre, pour la teneur en SVglys ainsi que pour des critères morphologiques et de précocité. L’environnement (fertilisation, durée du jour, stade phénologique, âge de la plante) a également eu un effet sur l’élaboration de la biomasse foliaire et sur la teneur en SVglys, alors que la composition en SVglys a été moins affectée par ces facteurs. Ces résultats suggèrent des mécanismes biochimiques et génétiques complexes régissant la voie de biosynthèse des SVglys. Ils laissent également entrevoir des possibilités de sélection variétale et donnent des indications sur les exigences de S. rebaudiana pour sa culture sous nos climats. / Stevia rebaudiana Bertoni, a perennial shrub of the Asteraceae family originating from Paraguay, is of increasing interest as a source of zero-calorie natural sweeteners: the steviol glycosides (SVglys). These diterpenoids differ in the number and the nature of sugar units bound to a steviol skeleton. They accumulate in leaves at concentrations ranging from 4 to 20%, according to genotype, phenological stage, and growth conditions. S. rebaudiana appears as a promising alternative culture in Europe, but requires investigations to assess its cultivation plant requirements and a breeding effort to optimize SVgly content and composition under temperate climate. The objective of this work was to explore the sources of genotypic and environmental variability for SVglys accumulation and leaf biomass production. High genotypic variability has been observed for SVgly composition and, to a lesser extent, for SVgly content as well as for morphological criteria and precocity. Leaf biomass and SVgly content varied also with the environment (fertilization, daylength, phenological stage) and over the years in perennial culture, while SVgly composition was less affected by these factors. These results suggested complex biochemical and genetic mechanisms regulating SVglys biosynthetic pathway. In parallel they revealed breeding potentialities and gave indications on S. rebaudiana requirements for its cultivation under temperate climate.

Les interactions entre l’auxine et l’éthylène sont complexes et contrôlent divers processus de développement des plantes tels que l’élongation racinaire ou la différentiation des racines secondaires. Mais, il existe peu d’études montrant le rôle des interactions entre ces deux hormones au cours du développement et de la maturation des fruits. Le changement de couleur des fruits chez la tomate est une caractéristique de la maturation qui est associée à la fois à la dégradation des chlorophylles et à l’accumulation des caroténoïdes. Dans ce travail, l’application exogène d’auxine et d’éthylène a montré l’impact de ces deux hormones sur la maturation de la tomate et en particulier sur le changement de couleur des fruits. Nous avons montré que l’acide indol-acétique (IAA) retarde la transition du vert à l’orange/rouge, alors que l’éthylène, apporté sous la forme d’acide 1-aminocyclopropane-1-carboxylique (ACC), son précurseur, accélère la coloration des fruits. Par contre, l’inhibition de l’auxine par le PCIB, un antagoniste de l’auxine, provoque les mêmes effets que l’éthylène. L’analyse des caroténoïdes montre que l’ACC comme le PCIB augmente la teneur en lycopène et diminue la teneur en carotène alors que l’IAA provoque l’effet inverse. L’étude de l’accumulation des ARNs messagers de plusieurs gènes clés de la voie de biosynthèse des caroténoïdes a montré que le gène β-lcy codant pour la lycopène cyclase joue un rôle clé dans le contrôle de la biosynthèse et de l’accumulation des pigments et que son expression est fortement dépendante de l’équilibre auxine-éthylène. D’autre part, nos résultats ont montré que le gène rin joue un rôle important dans le contrôle de l’expression des gènes clés de la voie de biosynthèse des caroténoïdes. Pour avoir une meilleure vision des gènes différentiellement exprimés par l’auxine et l’éthylène au cours de la maturation, l’analyse du transcriptome des fruits traités par de l’ACC et de l’IAA a été réalisée par RNA-Seq au laboratoire. Parmi les facteurs de transcriptions étudiés, le gène Sl-IAA17, un membre de la famille des AUX/IAA, est fortement affecté par l’auxine et l’éthylène. La caractérisation fonctionnelle du gène Sl-IAA17 pendant le développement du fruit a été réalisée en créant des lignées transgéniques sous exprimant ce gène en mettant en œuvre la stratégie des ARNs interférents. Ces lignées présentent un phénotype caractéristique produisant des fruits de plus gros calibre que celui des fruits sauvages. Les analyses histologiques des tissus des fruits ont montré que ce phénotype est associé à un péricarpe plus épais. En microscopie, nous avons constaté que l’augmentation de l’épaisseur du péricarpe dans les lignées transgéniques n’était pas due à un plus grand nombre de cellules mais à l’augmentation de la taille des cellules. Enfin, nous avons observé que l’expansion des cellules dans les fruits transgéniques est étroitement couplée avec des niveaux de ploïdie plus élevés que dans les fruits sauvages, ce qui suggère une stimulation du processus endoréduplication. Ces résultats démontrent très clairement l’existence d’une étroite relation entre la signalisation de l’auxine, le contrôle de la taille du volume cellulaire et le processus d’endoréduplication. En conclusion, les résultats présentés fournissent des connaissances nouvelles sur les interactions entre l’auxine et l’éthylène au cours du développement du fruit et en particulier au cours de la transition fruit immature - fruit mature. De plus, ils apportent des éléments nouveaux sur la connaissance du rôle de la voie de signalisation de l’auxine dans le contrôle du développement des fruits charnus et en particulier sur la fonction de certains membres des AUX/IAA sur la détermination du volume et du poids des fruits. / The interaction between auxin and ethylene are complex and control various processes of plant development, such as root elongation or differentiation of secondary roots. But there are few studies showing the role of interactions between these two hormones during development and maturation of the fruit. The color change in the tomato fruit is a feature of the maturation that is associated with the degradation of the chlorophyll and carotenoid accumulation. In this work, the application of exogenous auxin and ethylene showed the impact of these two hormones in the tomato ripening and in particular the change of fruit color. We have shown that indole-acetic acid (IAA) delays the transition from green to orange / red, while ethylene, supplied as 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid form (ACC), its precursor, accelerated this transition. However the auxin inhibition by p-chlorophenoxy isobutyic acid (PCIB), an auxin antagonist, caused the same effects similar to ethylene. The carotenoid analysis showed that the ACC and PCIB increase the lycopene content and reduced the carotene content while IAA causes the opposite effect. The study of the accumulation of mRNAs for several key genes of the carotenoid biosynthetic pathway has shown that the gene β-lcy encoding lycopene cyclase plays a key role in the control of biosynthesis and accumulation of pigments and that its expression is highly dependent on the auxin-ethylene balance. In addition, our results showed that the rin gene plays an important role in controlling the expression of the key carotenoid biosynthetic pathway genes. To get a better view of differentially expressed genes by auxin and ethylene during ripening, transcriptome analysis of fruits treated with ACC and IAA was performed by a preliminary RNA-Seq approach. Among the transcription factors studied in the laboratory, the gene Sl-IAA17, a member of the family of Aux/IAA was affected by auxin and ethylene. Functional characterization of Sl-IAA17 gene during fruit development was performed by creating transgenic lines under-expressing this gene by RNAi. These lines display a phenotype producing bigger fruit than wild type. Histological analysis of the tissues showed that fruit phenotype is associated with a thicker pericarp. By microscopy, we observed that increasing the thickness of the pericarp in the transgenic lines was not due to a greater number of cells but to the increase in cell size. Finally, we observed that cell expansion in transgenic fruit is tightly coupled with higher ploidy levels than wild fruits, suggesting a stimulation of the endoreduplication process. These results clearly demonstrate the existence of a close relationship between the auxin signal, the control cell size, fruit volume and the endoreduplication process. In conclusion, the results provide new insights into the interactions between auxin and ethylene during fruit development and in particular during the transition immature fruit, mature fruit. In addition, they provide new information on the understanding of the role of the signaling pathway of auxin in controlling the development of fleshy fruits and in particular on the basis of certain members of the AUX/IAA on regulating volume and fruit weight.

Through a comparative case study of Trisha Browns choreographies Floor of the Forest (1970) and Accumulation (1971), presented in a visual arts context in the 1970's and in the 2000's, this paper traces how performative aspects of Browns work has changed over time.  Floor of the Forest and Accumulation are analyzed through Erika Fischer-Lichte's theory of performativity in performance and the performing arts. The original choreographies in the 1970's are further contextualized by Browns history and role in the visual arts field in the 1960's and 1970's. Performances of Floor of the Forest and Accumulation in museums in the twentieth century are discussed in relation to Claire Bishops concept dance exhibition.  The findings show how the place/site continued to be a central factor in Brown's choreographing also after her site-specific performances in the 1970's. The exhibition of Floor of the Forest and Accumulation in museums took place through an adaptation of the choreographies to the specific site of the museum, in order to enable new performative spaces. An adaptability to the visual arts institution that, according to Bishop, characterizes the phenomenon dance exhibition. / Genom en komparativ fallstudie av Trisha Browns koreografier Floor of the Forest (1970) och Accumulation (1971), som har tagit plats i bildkonstens rum på 1970-talet och 2000-talet, spåras i uppsatsen hur performativa aspekter av Browns konstnärskap har förändrats över tid. Uppföranden av Floor of the Forest och Accumulation analyseras genom Erika Fischer-Lichte's teori om performativitet i konsthändelsen. De tidiga koreografierna kontextualiseras i relation Browns roll i 1960- och 1970-talens konstfält. Rekonstruktionen av koreografiernas uppföranden på museer på 2000-talet diskuteras vidare utifrån Claire Bishops koncept dansutställningar. Studien visar hur platsen/rummet fortsatte att utgöra en central aspekt i Browns koreograferande även efter hennes platsspecifika koreografier på 1970-talet. Utställningen av Browns koreografier på museer ägde rum genom en anpassning till museets specifika plats, för att således möjliggöra nya performativa rum. En anpassningsförmåga som enligt Bishop präglar fenomenet dansutställningar.

Cette thèse analyse les opérations de crédit et d’émission de billets de la Banque de France, entre 1870 et 1897 et les relations entre l’État républicain et l’institution financière. Elle suppose que la Guerre franco-prussienne (1870-1871) et l’arrivée de Joseph Magnin, républicain, sous la Troisième République (mandat 1881-1897), ont influé sur la politique de la Banque de France. Après la Guerre et alors que l’Europe vit une période de stagnation économique, l’Allemagne et les États-Unis connaissent un développement rapide qui intensifie la concurrence entre les pays. La nomination d’un Gouverneur républicain à la tête de la Banque permet à l’État d’intervenir dans la politique de l’institution, pour permettre l’extension de l’offre de crédit. Néanmoins, beaucoup de dirigeants de la Banque insistent sur le fait qu’elle est encore une société anonyme, au nom de son indépendance. Cette opposition s’observe principalement dans la discussion sur le crédit agricole et l’extension du réseau de la Banque. L’intervention de l’État a aussi joué un rôle important pour le contrôle du désordre du marché résultant de l’échec du Comptoir d’escompte de Paris en 1889. Sous l’initiative du Gouverneur Magnin, l’accumulation de l’or à la Banque et l’augmentation de la monnaie fiduciaire se sont établies. En 1897, l’extension de l’offre de crédit est institutionnalisée lors de la discussion sur le renouvellement du privilège de l’émission des billets au Gouvernement et au Parlement et dans les années qui suivent, le Gouverneur Pallain permet le développement de l’accumulation de l’or. / This thesis analyses operations of credit and of issue of banknotes of the Bank of France between 1870 and 1897, and relations between the State and the financial institution. It supposes that the French-Prussian War (1870-1871) and the arrival of Joseph Magnin, republican (term 1881-1897), influenced the policy of the Bank under the Third Republic. After the war, and during a protracted recession in Europe, Germany and US achieved drastic economic growth and competition between countries escalated. The French government intervened the policies of the Bank of France by a republican assuming the post of the Governor of the Bank, and expanded credit facility. However, many executives of the Bank claimed the fact that it was still a private bank based on its independency. This conflict could be seen mainly in the discussion on expansion of agricultural credit and the base network of the Bank. The intervention of the State fulfilled an important role as well for the control of the confusion of the domestic market resulting from the collapse of the Comptoir d’escompte de Paris in 1889. Under the initiative of the Governor, Mr. Magnin, accumulation of gold was implemented and issuance of banknotes increased in the Bank. In 1897, expansion of credit facility was institutionalized in the discussion between the government and parliament on the renewal of the privilege to issue banknotes for the Bank, and after that, the next Governor Pallain further promoted accumulation of gold.

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This thesis questions the coherence of modes of fabrication that introduce materials to a living context, in forms that resist the processes of biological change. In doing so this project explores the ideologies embedded in fabrication that have led to this current position. The implications of an accumulation of materials being recognized as an autonomous object, and treated as if they are detached from their environment are also expanded. The sculptural methodology used to undertake this investigation has used the feature of materiality and it’s behaviours, of both human fabrication and the living environment, as a means to explore processes outside the limitations of specialist human categories of knowledge. The vocabularies of dematerialization, expansion and relational exchange in the critique of sculpture, have provided a starting point to articulate what is implied or “mapped out but not socially recognized”1 by the structure of specialist categories. The practice-based work that has driven this project, documents an extension of sculptural fabrication, which incorporates the literal processes of growth and erosion, illustrating a radical inclusivity of all living phenomena. Engaging with fabrication through this plural and complex methodology allows for a new valuing that recognizes accumulation as a result of employing reductive specialist categories and as inherently problematic for complex living systems. This identifies coherent fabrication as that which merges its engagement with processes of biological change and utility for humans.

Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2014. / ENGLISH ABSTRACT: Previous studies have indicated that fermentation with yeast strains whose cell walls contain higher chitin levels may lead to reduced wine haze formation. In order to adjust cell wall chitin levels, more information on the regulation of chitin synthesis in wine-relevant yeast is required. Yeast cells are known to increase chitin levels when subjected to certain environmental changes such as an increase in temperature. The main aim of this project was to investigate chitin accumulation and synthesis in wine yeast strains when exposed to environmental change. This was achieved by subjecting the strains to various environmental conditions and comparing chitin levels. The information gained may aid future selection and/or manipulation of yeast strains for the production of higher chitin levels. Three Saccharomyces cerevisiae strains and two Saccharomyces paradoxus strains were subjected to conditions that had been linked to a change in chitin synthesis in past studies in laboratory yeast strains. Of the conditions used in this study, the addition of calcium to a rich media led to the highest cell wall chitin levels. The data also show that chitin synthesis is largely strain dependant. Two conditions which resulted in increased chitin deposition were chosen for gene expression analyses, using strains with strongly diverging average chitin levels. Results showed that an increase in chitin levels correlates with an increase in expression of GFA1, the gene encoding for the first enzyme of the chitin synthesis pathway. Overall, this study provides novel insights into chitin synthesis in Saccharomyces cerevisiae wine yeast strains as well as Saccharomyces paradoxus strains, with possible future implications on haze prevention studies. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Vorige studies het aangetoon dat fermentasie met gisrasse waarvan die selwande hoë chitienvlakke bevat, kan lei tot verminderde wynwaasvorming. Om selwandchitienvlakke aan te pas, word daar meer inligting rakende die regulering van chitienvlakke in wyn gisrasse verlang. Dit is bekend dat gisselle chitienvlakke verhoog wanneer die selle onderwerp word aan sekere veranderinge in die omgewing soos ’n verhoging in temperatuur. Die hoofdoel van hierdie projek was om die chitienopbou en -sintese in wyngisrasse te ondersoek waar gis blootgestel word aan omgewingsveranderinge. Dit is bereik deur die selle aan verskeie omgewingstoestande bloot te stel en chitienvlakke met mekaar te vergelyk. Die inligting hieruit verkry kan toekomstige gisraskeuses asook die manipulering van gisrasse met die oog op hoër vlakke van chitienproduksie vergemaklik. Drie Saccharomyces cerevisiae rasse en twee Saccharomyces paradoxus rasse is onderwerp aan toestande wat in vorige studies gekoppel is aan ’n verandering in chitienvorming in laboratorium-gisrasse. Van die toestande toegepas in hierdie studie, het die toevoeging van kalsium tot ’n nutrientryke medium gelei tot die hoogste chitienvlakke in selwande. Die data toon ook aan dat chitiensintese hoofsaaklik rasverwant is. Twee toestande wat gelei het tot verhoogde chitienafsetting is gekies vir geen-uitdrukkingsanalise, terwyl rasse gebruik is met gemiddelde chitienvlakke wat wyd uiteenlopend is. Die resultate het getoon dat ’n verhoging in chitienvlakke ooreenstem met ’n verhoging in die uitdrukkingsvlakke van GFA1, die geen wat kodeer vir die eerste ensiem in die chitiensintesebaan. Oor die algemeen verskaf hierdie studie nuwe insigte oor chitiensintese in Saccharomyces cerevisiae wyngisrasse en Saccharomyces paradoxus rasse en verskaf dit belangrike inligting vir moontlike toekomstige studies oor waasvoorkoming.

Thesis (PhD (Biochemistry))--University of Stellenbosch, 2009. / ENGLISH ABSTRACT: The sugarcane stalk, besides being the main structural component of the plant, is also the major storage organ for carbohydrates. Sucrose forms the bulk of stored carbohydrates. Previous studies have modelled the sucrose accumulation pathway in the internodal storage parenchyma of sugarcane using kinetic models cast as systems of ordinary differential equations. Typically, results were analysed with methods such as metabolic control analysis. The present study extends those original models within an advection-diffusion-reaction framework, requiring the use of partial differential equations to model sucrose metabolism coupled to phloem translocation. Let N be a stoichiometric matrix, v a vector of reaction rates, s a vector of species concentrations and r the gradient operator. Consider a coupled network of chemical reactions where the species may be advected with velocities, U, or diffuse with coefficients, D, or both. We propose the use of the dynamic system, s + r (Us) + r (Drs) = Nv; for a kinetic model where species can exist in different compartments and can be transported over long distances in a fluid medium, or involved in chemical reactions, or both. Darcy’s law is used to model fluid flow and allows a simplified, phenomenological approach to be applied to translocation in the phloem. Similarly, generic reversible Hill equations are used to model biochemical reaction rates. These are also phenomenological equations, where all the parameters have operationally defined interpretations. Numerical solutions to this formulation are demonstrated with time-courses of two toy models. The first model uses a simple “linear” pathway definition to study the impact of the system geometry on the solutions. Although this is an elementary model, it is able to demonstrate the up-regulation of photosynthesis in response to a change in sink demand. The second model elaborates on the reaction pathway while keeping the same geometry definition as the first. This pathway is designed to be an abstracted model of sucrose metabolism. Finally, a realistic model of sucrose translocation, metabolism and accumulation is presented, spanning eight internodes and four compartments. Most of the parameters and species concentrations used as initial values were obtained from experimental measurements. To analyse the models, a method of sensitivity analysis called the Fourier Amplitude Sensitivity Test (FAST) is employed. FAST calculates the contribution of the possible variation in a parameter to the total variation in the output from the model, i.e. the species concentrations and reaction rates. The model predicted that the most important factors affecting sucrose accumulation are the synthesis and breakdown of sucrose in futile cycles and the rate of cross-membrane transport of sucrose. The models also showed that sucrose moves down a concentration gradient from the leaves to the symplast, where it is transported against a concentration gradient into the vacuole. There was a net gain in carbohydrate accumulation in the realistic model, despite an increase in futile cycling with internode maturity. The model presented provides a very comprehensive description of sucrose accumulation and is a rigorous, quantitative framework for future modelling and experimental design. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Benewens sy strukturele belang, is die suikerrietstingel ook die primêre bergingsorgaan vir koolhidrate. Die oorgrote meerderheid van hierdie koolhidrate word as sukrose opgeberg. Studies tot dusver het die metabolisme rondom sukroseberging in die parenchiem van die onderskeie stingellitte as stelsels gewone differensiaalvergelykings gemodelleer. Die resultate is ondermeer met metaboliese kontrole-analise geanaliseer. Hierdie studie brei uit op die oorspronklike modelle, deur gebruik te maak van ’n stromings-diffusie-reaksie-raamwerk. Parsiële differensiaalvergelykings is geformuleer om die metabolisme van sukrose te koppel aan die vloei in die floëem. Gestel N is ’n stoichiometriese matriks, v ’n vektor van reaksiesnelhede, s ’n vektor van spesie-konsentrasies en r die differensiaalvektoroperator. Beskou ’n netwerk van gekoppelde reaksies waar die onderskeie spesies stroom met snelhede U, of diffundeer met koëffisiënte D, of onderhewig is aan beide prosesse. Dit word voorgestel dat die dinamiese stelsel, _s + r (Us) + r (Drs) = Nv; gebruik kan word vir ’n kinetiese model waar spesies in verskeie kompartemente kan voorkom en vervoer kan word oor lang afstande saam met ’n vloeier, of kan deelneem aan chemiese reaksies, of albei. Darcy se wet word gebruik om die vloeier te modeller en maak dit moontlik om ’n eenvoudige, fenomenologiese benadering toe te pas op floëem-vervoer. Eweneens word generiese, omkeerbare Hill-vergelykings gebruik om biochemiese reaksiesnelhede te modelleer. Hierdie vergelykings is ook fenomenologies van aard en beskik oor parameters met ’n duidelike fisiese betekenis. Hierdie omvattende raamwerk is ondermeer gedemonstreer met behulp van numeriese oplossings van twee vereenvoudigde modelle as voorbeelde. Die eerste model het bestaan uit ’n lineêre reaksienetwerk en is gebruik om die geometrie van die stelsel te bestudeer. Alhoewel hierdie ’n eenvoudige model is, kon dit die toename in fotosintese as gevolg van ’n verandering in metaboliese aanvraag verklaar. Die tweede model het uitgebrei op die reaksieskema van die eerste, terwyl dieselfde stelselgeometrie behou is. Hierdie skema is ontwerp as ’n abstrakte weergawe van sukrosemetabolisme. Ten slotte is ’n realistiese model van sukrosevervoer, metabolisme en berging ontwikkel wat agt stingellitte en vier kompartemente omvat. Die meeste parameters en konsentrasies van biochemiese spesies wat as aanvanklike waardes in die model gebruik is, is direk vanaf eksperimentele metings verkry. Die Fourier Amplitude Sensitiwiteits-Toets (FAST) is gebruik om die modelle te analiseer. FAST maak dit moontlik om die bydrae van parameters tot variasie in modeluitsette soos reaksiesnelhede en die konsentrasies van chemiese spesies te bepaal. Die model het voorspel dat sintese en afbraak van sukrose in ’n futiele siklus, asook transmembraan sukrosevervoer, die belangrikste faktore is wat sukrose-berging beïnvloed. Die model het ook getoon dat sukrose saam met ’n konsentrasiegradiënt beweeg vanaf die blare tot by die stingelparenchiem-sitoplasma, van waar dit teen ’n konsentrasiegradiënt na die vogselholte (vakuool) vervoer word. Volgens die realistiese model was daar ’n netto toename in die totale hoeveelheid koolhidrate, ten spyte van ’n toename in die futile siklus van sukrose in die ouer stingellitte. Die model wat in hierdie proefskrif voorgestel word verskaf ’n uitgebreide, omvattende beskrywing van sukroseberging. Voorts stel dit ’n rigiede kwantitatiewe raamwerk daar vir toekomstige modellering en eksperimentele ontwerp.

Les conséquences sanitaires et environnementales de la pollution atmosphérique sont devenues au cours des dernières décennies un des problèmes majeurs de notre société. Sensibilisée à cette problématique, la région Nord Pas-de-Calais a été l'une des premières régions à soutenir et à valoriser la biosurveillance végétale de la qualité de l'air. Les travaux scientifiques réalisés dans le cadre de cette thèse ont pour objectif d'étudier les phénomènes d'accumulation et les impacts des composés organiques volatils (COV) chez les bryophytes. Articulées autour de deux axes, les recherches menées visaient à étudier, d'une part, l'accumulation des benzène, toluène, ethylbenzène et xylènes (BTEX), d'autre part, des effets au niveau cellulaire, du benzène chez Tortula ruralis, par l'analyse des variations de l'expression de biomarqueurs de stress oxydant. Des expérimentations complémentaires in situ , sur le littoral dunkerquois, et en conditions contrôlées ont permis d'établir des phénomènes d'équilibre des concentrations en BTEX entre notre modèle végétal et l'air. In situ, les teneurs en BTEX chez les mousses sont fortement conditionnées par les paramètres météorologiques, et principalement la force des vents. De plus, les concentrations atmosphériques en particules PM10 favoriseraient l'accumulation des BTEX chez la mousse. Mais d'une manière générale, les mousses n'accumulent pas les BTEX de façon corrélée aux teneurs dans l'atmosphère. Concernant l'expression des biomarqueurs de stress oxydant, des variations naturelles des paramètres biologiques mesurés sont observées chez la mousse. Ces variations seraient liées à la nature poïkilohydrique des mousses, leur capacité de reviviscence et aux aptitudes qu'elles ont développées pour résister aux variations de leur état d'hydratation. Ainsi, les biomarqueurs de stress oxydant souvent recherchés dans les études d'écotoxicologie, ne seraient pas adaptés pour l'étude des effets chez les bryophytes terrestres.