Arsen im Trinkwasser und in der Nahrung stellen regional bedeutsame Probleme dar. Die Abschätzung der Dimension und eine wissenschaftliche Klärung der Ursachen sind Voraussetzung für den Schutz von Mensch und Natur. Mit dem Speicher Altenberg wurde ein Trinkwasserspeichersystem untersucht, in dem erhöhte Arsenkonzentrationen zu beobachten sind. Ziel der Untersuchungen waren Erkenntnisse über eine mögliche Fortsetzung des bisher beobachteten Trends zu steigenden Arsenkonzentrationen. Hierzu wurde das System in Kompartimente unterteilt und diese auf ablaufende Prozesse und Dynamiken untersucht. Das System besitzt eine geringe Produktivität auf Grund von Nährstoffarmut, insbesondere einer Phosphat-Oligotrophie. Es ist, wie viele Gewässer in der nördlichen Hemisphäre, im Kontext sinkender Immissionsbelastungen wie auch des Klimawandels von hohen und zunehmenden Huminstoffeinträgen aus dem Einzugsgebiet geprägt. Hinzu kommt das Wirken von internen und externen Arsenquellen. Am Grund der Gewässer wurden arsenreiche und humose Substrate nachgewiesen. Sie sind einerseits die Folge einer lang anhaltenden Akkumulation von Sedimenten, die auf Einträge aus dem von arsenreichen Grundgesteinen und anmoorigen Böden geprägten Einzugsgebiet zurückgehen. Andererseits kommt eine Überstauung anmooriger Böden und Moore mit gespeichertem lithogenen bzw. chalkogenen Arsen am Baugrund der Speichergewässer in Frage. Die Bedeutung deponierter Flugaschen wird für das System als untergeordnet eingeschätzt. Für den im System als Vorsperre genutzten Galgenteich zeigt sich seit Beginn der Arsenmessungen im Jahre 1997 ein bis zum Jahre 2000 andauernder stetiger Anstieg der Arsenkonzentration, der statistisch signifikant mit einem Rückgang der Nitratkonzentration einhergeht. Diese ist ihrerseits Teil eines allgemeinen Trends einer ökologischen Regeneration mitteleuropäischer bewaldeter Wassereinzugsgebiete seit Ende der Achtzigerjahre in der Folge abnehmender Depositionslasten. Die wahrscheinlichste kausale Verknüpfung zwischen beiden Parametern ist eine Änderung des redoxchemischen Milieus der Gewässersedimente. Zu Zeiten der hohen Depositionen unterdrückten hohe Konzentrationen von Nitrat als sekundärem Elektronenakzeptor eine Freisetzung von Arsen aus Eisenoxid-Sorbaten. Im Zuge andauernder reduktiver Prozesse und mit dem Rückgang der Nitratkonzentration gewinnen Rücklösungsprozesse an Bedeutung. Seit der Jahrtausendwende zeigen sich reguläre zyklische Jahresverläufe der Arsenkonzentration mit Maxima im Spätsommer und Minima im Frühjahr. Eine Bilanzierung der Massenströme legt eine Quellfunktion der Gewässersedimente im Sommerhalbjahr offen, während der Rückgang der Arsenkonzentration im Winterhalbjahr hauptsächlich auf eine Auswaschung und, zu geringerem Anteil, auf eine interne Senkenfunktion zurückgeführt werden kann. Der Speicher Altenberg ist im Sommer thermisch geschichtet. Aber eine Schichtung von Arsen ist weit schwächer ausgeprägt. Ein Anstieg der Arsenkonzentration wurde sowohl im Hypo- als auch im Epilimnion nachgewiesen. Dies legt eine Arsenfreisetzung auch aus epilimnischen Sedimenten nahe, trotz oxischer Bedingungen im überstehenden Wasserkörper. Der dystrophen Natur des Gewässers entsprechend, wird die Triebkraft der zur Arsenfreisetzung führenden respirativen Prozesse dem Abbau humosen Kohlenstoffes zugeordnet. Für Sicker- und Interstitialwässer im System wurde die Mobilisation des Arsens in Zusammenhang mit der Respiration huminstoff-bürtigen Kohlenstoffes nachgewiesen. Neben der internen Arsenmobilisation ist auch die Arsennachlieferung aus dem Einzugsgebiet von Bedeutung. Die Arsenfracht befindet sich in diesen Wasserströmen vorzugsweise in Abhängigkeit von gelöstem organischen Kohlenstoff und der Abflussintensität. Daraus ergibt sich für den Arsenhaushalt des Speichersystems eine besondere Bedeutung von Starkregenereignissen mit verstärktem hypodermischen Abfluss und der Verfrachtung von Arsen in Assoziation mit wasserlöslichen Huminstoffen. Es wird eine Fallunterscheidung vorgestellt, wonach a) in trockenen Jahren mit geringen Durchflüssen sich Arsen aus der internen Rücklösung aus Sedimenten im Wasserkörper des Speichers anreichert; b) bei durchschnittlichen Durchflüssen im Speicher Verdünnungseffekte über die Anreicherung dominieren und tendenziell niedrige Arsenkonzentrationen resultieren; sowie c) in Jahren mit hohen dynamischen Durchflüssen bzw. ausgeprägten Starkregenereignissen ein verstärkter Eintrag aus dem Einzugsgebiet die Arsenkonzentrationen im Speicher ebenfalls ansteigen lässt. Eine exemplarische Analyse der chemischen Spezies des Elements hat ergeben, dass anorganisches fünfwertiges Arsen die dominante Form im Wasser des Speichers Altenberg ist. Der Anteil von höher toxischem dreiwertigen Arsen ist niedrig, ebenso auch der von methylierten Spezies. Daher wird auch eine Bildung volatiler Methylspezies, d.h. eine Öffnung des Arsenhaushaltes zur Atmosphäre, als unbedeutend eingeschätzt. Im Speichersystem offenbart sich eine spezifische Verknüpfung eines an Eisen-Huminstoff-Kolloide gebundenen Antransportes von Arsen aus dem Einzugsgebiet mit einer auf Huminstoffabbau basierenden, redoxchemisch gesteuerten saisonalen Arsenfreisetzung aus den Sedimenten. Dies hat Modellcharakter für Gewässersysteme, in denen hohe Huminstoffmobilität mit geogen oder auch anthropogen bedingten Arsenvorräten zusammentrifft.:Zusammenfassung I Summary III Abbildungs- und Tabellenverzeichnis V 1 Einleitung 1 1.1 Arsen 1 1.2 Das Untersuchungsobjekt - Spezifik der Problemstellung 3 1.3 Fragestellungen 8 2 Hauptergebnisse 10 3 Schlussfolgerungen und Ausblick 17 4 Literatur 19 5 Publikationen 24 5.1 Changes in catchment conditions lead to enhanced remobilization of arsenic in a water reservoir (Publikation 1) 24 5.2 High mobilization of arsenic, metals and rare earth elements in seepage waters driven by respiration of old allochthonous organic carbon (Publikation 2) 25 5.3 Enhanced arsenic mobility in a dystrophic water reservoir system after acidification recovery (Publikation 3) 26 Erklärung zur Eigenständigkeit i Lebenslauf ii Publikationsliste iii / Arsenic in drinking water and food represent regionally significant problems. The estimation of the dimension and a scientific explanation of the causes is a prerequisite for the protection of humans and nature. The Altenberg reservoir system was investigated as a drinking water facility, where elevated arsenic concentrations are observed. The aim of the investigations was to get findings about a possible continuation of recently observed trends of increasing arsenic concentrations in the water reservoir. For this purpose, the system was divided into compartments and these were investigated for running processes and dynamics. The system has a low productivity due to a low nutrient state, in particular a phosphate oligotrophy. Like a lot of surface waters in the northern hemisphere, it is shaped by high and increasing inputs of humic matter from the catchment area in context of declining immissions as well as of climate change. Additionally, there are internal and external sources of arsenic. At the bottom of the reservoirs, sediments rich in arsenic and humic matter were found. On the one hand side, they are the result of a long-lasting accumulation of sediments which originate in inputs from the catchment area, which is shaped by arsenic-rich basic rocks and histic soils. Likewise, an inundation of gleyic and histic soils with stored lithogenic respectively chalcogenic arsenic inside the construction ground of the reservoirs is an option. The importance of deposited fly ash for the system is assessed to be subordinate. For the Galgenteich, which is operated as a predam, since the beginning of arsenic measurements in 1997 an until the 2000 lasting steady increase in the concentration of arsenic concentration was found, which is significantly associated with a decrease in nitrate concentration. The nitrate concentration decrease in turn is part of an ecological regeneration of Central European forested catchments since the late eighties as a result of decreasing deposition loads. The most likely causal linkage between both parameters is a change in the redox-chemical environment of reservoir sediments. At past times of high depositions, high concentrations of nitrat as a secondary electron acceptor suppressed a release of arsenic from iron oxide sorbates. In the course of reductive processes, and with the decrease in nitrate concentration, release processes gain importance. Since the turn of the millennium regular cyclic annual courses of the arsenic concentration emerge with maxima in the late summer and minima in spring. An accounting of the mass flows reveals a source function of reservoir sediments in the summer season, whilst the decrease of the arsenic concentration during the winter months can be mainly attributed to washout and to a lesser proportion to an internal sink function. The Altenberg reservoir is thermally stratified in summer. But a stratification of arsenic is far less pronounced. An increase in the arsenic concentration was detected in hypolimnion and in epilimnion too. This suggests an arsenic release also from epilimnetic sediments despite oxic conditions in the overlaying water body. According to the dystrophic nature of the water body, the driving force leading to arsenic release during the respiratory processes is assigned to the use of humic carbon. For seepage and interstitial waters in the system, the mobilization of arsenic has been demonstrated in connection with the respiration of humic carbon. In addition to the internal arsenic mobilization, also a recent arsenic delivery from the catchment area is of importance. The arsenic load in these water flows preferably depends on contents of dissolved organic carbon and on runoff intensity. That implies a special meaning of heavy rainfall events with intensified hypodermic runoff and the transportation of arsenic in association with water-soluble humic matter for the arsenic budget of the reservoir system. A case distinction is presented, according to which a) in dry years with low flow rates sediment released arsenic accumulates in the reservoir water to higher concentrations; b) at average flow rates in dilution effects dominate over the enrichment with the result of low arsenic concentrations; and c) in years with high dynamic flows and strong heavy rains an increased input from the catchment area can also increase the arsenic concentration in the reservoir. An exemplary analysis of chemical species has shown that inorganic pentavalent arsenic is dominant in the water of the Altenberg reservoir. Higher toxic trivalent arsenic was found to a lesser extent as well as methylated species. Therefore, a formation volatile methyl species, i.e. an opening of the arsenic budget to atmosphere, is assessed to be insignificant. The dynamics in the reservoir system reveal a specific linkage between a catchment arsenic feed based on arsenic in iron-humic colloids and a redox-chemically controlled arsenic release from the sediments of the reservoir. This serves as a model for water systems, where high humic matter mobility coincides with geogenic or anthropogenic arsenic inventories.:Zusammenfassung I Summary III Abbildungs- und Tabellenverzeichnis V 1 Einleitung 1 1.1 Arsen 1 1.2 Das Untersuchungsobjekt - Spezifik der Problemstellung 3 1.3 Fragestellungen 8 2 Hauptergebnisse 10 3 Schlussfolgerungen und Ausblick 17 4 Literatur 19 5 Publikationen 24 5.1 Changes in catchment conditions lead to enhanced remobilization of arsenic in a water reservoir (Publikation 1) 24 5.2 High mobilization of arsenic, metals and rare earth elements in seepage waters driven by respiration of old allochthonous organic carbon (Publikation 2) 25 5.3 Enhanced arsenic mobility in a dystrophic water reservoir system after acidification recovery (Publikation 3) 26 Erklärung zur Eigenständigkeit i Lebenslauf ii Publikationsliste iii

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I den här studien har livscykelanalys (LCA) utförts för två alternativa system för insatta två-glas fönster med ca 30 års livslängd kvar. Det nuvarande två-glas fönstret har setts som ett referenssytem i arbetet. De tre system som livscykelanalys utförts över är: 1.      Låta två-glas fönstret vara kvar i byggnaden oförändrat. Det här är arbetets referenssystem. 2.      Installera en isolerruta på insidan av det befintliga två-glas fönstret för att minska värmegenomgången genom fönstret. 3.      Ta bort det befintliga fönstret och istället montera dit ett nybyggt aluminiumklätt tre-glas fönster i trä. LCA:n undersöker systemen ur ett vagga-till-graven perspektiv, utifrån att vaggan är en tidpunkt då två-glas fönstret redan är inbyggt i en fastighet. Därmed ingår råvaruutvinning och konstruktion av produkt i systemet för isolerrutan och för systemet med tre-glas fönstret, men ej för två-glas fönstret då det är en identisk process i samtliga system. Användningsfasens miljöpåverkan för alla fönstersystem beräknades utifrån elektriciteten som krävs för att kompensera för värmen som förs ut genom fönstret. Vid vardera produkts slutskedesfas så antas det att träet från fönstren energiförbränns medans glas, metaller och farligt avfall går till deponi. Känslighetsanalys har även utförts där det antas att metaller återvinns istället för att gå till deponi. Miljöpåverkningskategorierna som valts att analyseras för de tre  alternativen för fönstret är global uppvärmningspotential, försurningspotential, övergödningspotential och fossil bränsleanvändning. Den totala miljöpåverkan under ett systems livstid delades, för samtliga system, med åren som systemen kan brukas för att få miljöpåverkan per år. Två-glas fönstret antas ha en kvarvarande livslängd på 30 år, vilket även gäller för isolerrutan vars livslängd är beroende på det nuvarande fönstret. Tre-glas fönstret förväntas ha en livstid på 50 år. Miljöpåverkan normaliserades med en referensfaktor för årlig påverkan i Europa för att kunna beräkna hur allvarliga påverkan för de fyra kategorierna är jämfört mot varandra. De normaliserade värdena viktades med konstant faktor och summerades för att få ett slutligt resultat för miljöpåverkan per system. Resultaten av LCA:n visar att installation av en isolerruta leder till lägst miljöpåverkan, följt av tre-glas fönstret. Resultatet från normaliseringen visar att global uppvärmning och övergödning är kategorierna mest störst miljöpåverkan för systemen, jämfört mot årliga utsläpp i Europa. Användningsfasen bidrar till störst delar av miljöpåverkan av fönstersystemens faser på grund av uppvärmning av fastigheten. Slutresultatet visar att båda systemen med isolerrutan och tre-glas fönstret har en lägre årlig miljöpåverkan  jämfört mot referenssystemet. Det slutliga resultatet för årlig miljöpåverkan är ca 49% lägre för isolerrutan jämfört mot två-glas fönstret medans miljöpåverkan för tre-glas fönstret är ca 43% lägre än två-glas fönstrets. / In this study,  life cycle assessment (LCA) has been applied on two alternative systems for installed double-glazed windows with remaining lifetime of 30 years.  The conventional double glazed window was considered as a reference system in this work. The three window systems modelled and compared in this assessment are: 1.      Keep the double glazed window in the building without any changes. This is the works reference system 2.      Install a isolationpane on the inside of the current window to reduce the heat transfer through the window 3.      Replace the current window with a aluminum-clad, triple glazed wooden window The LCA examines the systems from a cradle-to-grave perspective, where the cradle is the point in terms of time where the double glazed window is already installed in the building. Therefor the extraction of raw material and construction of the product in the system are included for the isolation pane and the triple glazed window, but not for the double glazed window as it is an identical process for all three systems. The enviromental impact during the use-phase for all the systems were calculated based on electricity needed to compensate for the heat transfer through the window. At the end-of-life stage for each product, it was assumed that the wood would be incinirated for energy recovery while glass, metals and hazardous wastes are landfilled. A sensitivity analasys has been performed where metals are recycled instead of landfilling. The selected impact categories for the three window systems are global warming potential, acidification potential, eutrophication potential and abiotic fossil fuel depletion. The total enviromental impact were divided by the expected lifetime, for all three systems to obtain the annual enviromental impact. The double glazed window and the isolation pane systems are expected to have a remaining lifetime of 30 years, while the lifetime of the new triple glazed window is expected to be 50 years. The enviromental impacts were normalized with a reference factor of annual impact for Europe, to calculate the magnitude of each impact category to would be abale to compare them together. The normalised results were then weighted equally and summed up to obtain a single score for each window system. The results of this LCA show that installing an isolation pane on the double glazed window offered the largest savings in terms of the enivironmental impacts followed by the triple glazed window. The results of normalization reveals that the largest magnitude belongs to global warming and eutrophication impacts. The use-phase contributs largly to the impact results due to heating of the property The single score results demonstrate that both systems of the isolation pane and triple glazed window have the lower total enviromental impact per year compared to the reference system. The calculated single score for the isolation pane system  is about 49% lower than the score of double glazed window, while this value for the triple glazed window was found to be 43% lower than the double glazed window.

Studier har tidigare visat surgörning urinprover inför analys av kalcium, fosfat och magnesium inte är nödvändigt. Dessa analyter är viktiga att analysera vid njursjukdomar och det görs med instrumentet Advia Chemistry XPT (Siemens AG, München, Tyskland) på Universitetssjukhuset Örebro. Syftet med arbetet var att se om samma resultat erhölls för kalcium, fosfat och magnesium beroende på om urinen var surgjord eller inte inför analys. Tre metoder utvärderades beträffande behov av surgörning av urin: Metod 1; den nuvarande metoden, urinen surgjordes till pH 3-4. Metod 2; utan surgörning, urinen rumstempererades i 30 min före mätning. Metod 3; utan surgörning, urinen värmdes till 36ºC före varje mätning för att lösa upp eventuella saltkristaller. Alla metoderna utfördes på 30 prover och testades efter 0h, 24h, 3 dagar och 7 dagar. Resultaten sammanställdes i ett linjärt regressionsdiagram och ett Bland Altmann-diagram. Ett förutbestämt acceptansmål var att de genomsnittliga analysresultaten inte skulle ha en större skillnad än 10% vid jämförelse mellan metod 1 och metod 2 respektive metod 1 och metod 3, samt att eventuella avvikande enskilda prover skulle undersökas närmare. Fem av proverna höll inte den förutbestämda 10%-gränsen och mikroskoperades för att se om saltkristaller förekom och surgjordes för att se om provsvaren skulle förändras. I tre av fem prover kunde saltkristaller observeras. Detta gav slutsatsen att alla prover fortsatt måste surgöras eftersom det inte går att avgöra i förväg om provet måste surgöras eller inte eftersom ett tydligt samband inte kunde ses mellan proverna som inte höll 10%-gränsen och de som gjorde det. / Studies have previously shown that acidification of urine samples before analysis for calcium, phosphate and magnesium may not be necessary. These analytes are important to monitor during kidney disease and are, at USÖ, detected using the instrument Advia Chemistry XPT (Siemens AG, München, Germany). The aim of this study was to examine whether the results from analyzing previously mentioned mineral levels would differ depending on whether the urine had been acidified prior to analysis or not. To examine this, three methods were used. Method 1; the current method, where urine is acidified to pH 3-4. Method 2; without acidification, the urine was warmed at room temperature before analysis. Method 3; without acidification, the urine was heated to 36°C before analysis. All methods were assayed on 30 samples which were all examined after 0h, 24h, 3 days and 7 days. Results were compiled using a linear regression diagram and a Bland Altmann diagram. The predetermined acceptance criterion was a maximum 10% difference between mean analyte levels found using methods 2 or 3, in comparison to using method 1. Five samples deviated from the remainder by breaking the 10% limit and were therefore scrutinized under microscope to search for salt crystals, before acidification and reanalysis. Crystals were detected in three of the five samples. As there was no clear connection between the deviating samples, there is no way of knowing prior to analysis whether acidification will be necessary or not, and it is therefore deemed a necessity to acidify all urine samples.

Estuaries are dynamic environments that are strongly affected by natural variability, as well as direct and indirect anthropogenic impacts. A better understanding of the drivers of carbon fluxes and biogeochemical variability in estuarine systems is needed, particularly with the increasing threat of ocean acidification. Morro Bay in Central California is a small nationally protected estuary, with seasonally low freshwater inputs. Since 2007, the bay has experienced a significant loss of native seagrass, Zostera marina, which is an important component of the marine ecosystem. Because seagrass photosynthesis decreases carbon dioxide and increases oxygen in the water column, the loss of seagrass has the potential to substantially change short-term carbonate chemistry and long-term carbon fluxes of an estuary. The spatial variability of carbonate chemistry was measured in Morro Bay using ship-board surveys during the low-inflow summer season and measured the temporal variability by collecting samples close to the shore from July to November. Discrete samples show an increase in total alkalinity and dissolved inorganic carbon in the mid and back bay regions, historically dominated by seagrass. Slightly lower total alkalinity and dissolved inorganic carbon were observed in the Fall season compared to the low-inflow Summer season. Analysis of the relative modification of alkalinity and dissolved inorganic carbon, paired with salinity and temperature data, contributes to an understanding of the drivers of the observed carbonate variability. This understanding may provide clues to the causes and effects of observed changes to the bay with seagrass loss. More broadly, it will inform the vulnerability of other low-inflow estuaries to future acidification and highlight the role seagrasses play in mitigating local acidification.

Global climate change is increasing the number of hot days along the California coast as well as increasing the incidence of off-shore upwelling events that lower the pH of intertidal seawater; thus, intertidal organisms are experiencing an increase in more than one stress simultaneously. This study seeks to characterize the global protein response of the eurythermal porcelain crab Petrolisthes cinctipes to changes in thermal, pH, and tidal regime treatments, either combined or individually. The first experiment examined temperature stress alone and sought to determine the effect of chronic temperature acclimation on the acute heat shock response. We compared the proteomic response of cheliped muscle tissue following a month-long acclimation to either (1) constant 10°C, (2) daily fluctuation from 10-20°C, or (3) daily fluctuation from 10-30°C, all followed by either a 30°C acute heat shock or 10°C control. We found that ATP supply via the phosphagen system, changes in glycolytic enzymes, muscle fiber restructuring, respiratory protein fragmentation, and immunity were primarily affected by acclimation and subsequent heat shock. Acclimation to the “extreme” regimes (10°C and 10-30°C) resulted in the greatest proteomic changes, while acclimation to the moderate regime (10-20°C) resulted in a more mild response to heat shock (i.e., fewer adjustments to relative protein abundance). The second experiment sought to determine the proteomic response of gill tissue following a 17 d acclimation to daily changes in pH (ambient pH 8.1 vs low pH 7.6), tidal regime (constant immersion vs 6 h emersion), and temperature (ambient 11°C vs 22-31°C heat shock during emersion). Low pH alone reduced expression of molecular chaperones of the endoplasmic reticulum, lectins, and serine proteases involved in activating the prophenoloxidase cascade. It also increased the abundance of Na+/K+-ATPase, nitrogen metabolism enzymes, and induced changes in tubulin expression, all suggesting an increase in ammonium excretion. Addition of emersion during low pH reduced the abundance of several metabolic proteins including those involved in the proposed ammonium excretion mechanism, suggesting a decrease in metabolic function in part to prevent toxic accumulation of ammonium in the branchial chambers. Combined pH, emersion, and thermal stress increased the abundance of proteins involved in cuticle binding and crosslinking. These results indicate that the responses to pH, tidal cycle, and temperature are highly dependent on one another and that changes in ER protein maturation, ion transport, immunity, and cuticle structure are the primary biochemical systems impacted by these environmental stressors in crustacean gill.

Titre de l'écran-titre (visionné le 12 février 2024) / L'homéostasie du calcium (Ca) et du phosphore (P) est affectée par l'équilibre acido-basique systémique, par des mécanismes de régulation qui affectent les os et le système respiratoire. Le bilan électrolytique (BÉ) alimentaire, combiné à l'acidification de l'eau expose les oiseaux à l'acidose. Cette recherche visait à étudier l'impact de l'acidification et du type d'acidifiant : 1) aucun, 2) inorganique (INORGACID; acide phosphorique) et 3) organiques (ORGACID; mix) avec des niveaux de P et Ca normaux (NCaP) ou limitant (FaibleCaP; -15 % Ca et P) dans un dispositif en factoriel 3 x 2. Le niveau du BÉ était de 220 mÉq/kg MS. Un septième traitement alimentaire avait un niveau de BÉ faible 120 mÉq/kg MS avec l'INORGACID et des apports FaibleCaP. Les traitements expérimentaux ont été évalués sur les performances, le statut phosphocalcique et acido-basique et la minéralisation osseuse des poulets. Au total de 3710 poulets mâles âgés d'un jour (Ross 308) ont été distribuée au hasard dans les 7 traitements, avec 10 répétitions de 53 poussins par répétition pendant 3 phases de croissance (0-10, 11-21 et 22-28 jours). Les performances de croissance ont été déterminées par phase. La consommation d'eau a été mesurée quotidiennement par parquet. À la fin de chaque étape, un échantillon de sang de poulet à chair par cage (n = 60) a été prélevé avant l'abattage pour mesurer les paramètres systémiques à l'aide d'un analyseur de gaz dans le sang (i-STAT Alinity v, Abott) et d'un analyseur d'électrolyte, d'immunodosage et de gaz dans le sang (VETSCAN VS2, Abaxis) et DXA pour obtenir le contenu minéral osseux (CMO) et la masse grasse et maigre. Les résultats ont montré que pendant la phase de début et de croissance, les performances étaient réduites chez les poulets FaibleCaP-ORGACID, avec un gain quotidien moyen (GMQ; -5 %) et le poids corporel diminué (PV final -7%). Le Ca plasmatique (Acidifiant x CaP; P=0,016, 0,031, 0,07 respectivement au début). Ainsi que le PV final et l'indice de conversion (IC) au croissance (Acidifiant x CaP; P = 0,06, 0,07 respectivement). Le CMO diminuait dans le régime FaibleCaP pendant le début seulement lorsque les poulets avaient reçu l'INORGACID (Acidifiant x CaP; P=0,047). Une diminution du gain quotidien moyen (GMQ; -5 %), poids corporel (PV -7 %) et une tendance pour une diminution du Ca plasmatique a également été observée dans le régime FaibleCaP pendant le début, mais au contraire seulement quand les poulets ont reçu l'ORGACID (Acidifiant x CaP; P=0,016, 0,031, 0,07 respectivement). Pendant la phase de croissance, la CMO a également diminué ainsi que le P plasmatique dans le régime FaibleCaP (-15 % et -16 %; CaP, P<0,001). Pour la finition la réduction du CaP a eu un impact plus faible (-10 %) sur la CMO/PV avec INORGACID que l'ORGACID (-18 %) et aucune acidification (-28 %; Acidifiant x CaP; P=0,05). L'évolution de la CMO au fil du temps a montré que les oiseaux recevants de l'INORGACID n'avaient pas un CMO réduit lorsqu'ils recevaient un régime FaibleCaP (temps x CaP x acidifiant; P<0,001). Cela indique que l'apport en P sous forme d'acide inorganique est suffisant pour faire face à l'effet de réduction de Ca et P sur la minéralisation osseuse. Néanmoins, les acidifiants d'eau testés n'ont pas amélioré les performances de croissance. D'autres études sont nécessaires pour comprendre leurs effets et optimiser les pratiques d'acidification de l'eau. / Calcium (Ca) and phosphorus (P) homeostasis is affected by systemic acid-base balance, by regulatory mechanisms that affect the bones and respiratory system. Dietary electrolyte balance (DEB) combined with water acidification creates a bacteriostatic effect that exposes birds to acidosis. This research aimed to study the impact of acidification and the type of acidifier: 1) none, 2) inorganic (INORGACID; phosphoric acid) and 3) organic (ORGACID; mix) with normal P and Ca levels (NCaP) or limiting Ca and P (LowCaP; -15% Ca and P) in a 3 x 2 factorial device. The DEB level was 220 mEq/kg DM. A seventh treatment had a low level of DEB (120 mEq/kg DM) with INORGACID and LowCaP intakes on performance, phosphocalcic and acid-basic status and mineralization in broilers. A total of 3710 male day-old broilers (Ross 308) were randomly distributed to the 7 treatments, with 10 repetitions of 53 chicks per repetition during 3 growth phases (0-10, 11-21 and 22-28 days). Growth performance was determined at each phase. Water consumption was measured daily by cage. At the end of each step, one broiler blood sample per cage (n = 60) was taken before slaughter to measure systemic parameters with a blood gas analyzer (i-STAT Alinity v, Abott) and an electrolyte, immunoassay, and blood gas analyzer (VETSCAN VS2, Abaxis) and DXA scanning to obtain bone mineral content (BMC) and fat and lean mass. The results showed that during the start and growth phase, broilers are more sensitive to LowCaP level and ORGACID, mainly in average daily gain (ADG; -5%), body weight (BW -7%) and plasma Ca (Acidifier x CaP; P=0.016, 0.031, 0.07 respectively at start). As well as the BW and conversion index (CI) to growth (Acidifier x CaP; P = 0.06, 0.07 respectively). BMC decreased in the LowCaP diet during the start phase only when broilers received INORGACID (Acidifier x CaP; P=0.047). A decrease in average daily gain (ADG; -5%), body weight (BW -7%) and a trend for decreased plasma Ca was also observed in the LowCaP diet during the start phase, but only when broilers received ORGACID (Acidifier x CaP; P=0.016, 0.031, 0.07 respectively). During the growth phase, BMC also decreased as well as plasma P in the LowCaP regime (-15% and -16%; CaP, P<0.001). For finishing CaP reduction had a lower impact (- 10%) on BMC/BW with INORGACID than ORGACID (-18%) and no acidification (-28%; Acidifier x CaP; P=0.05). The evolution of BMC over time showed that birds receiving INORGACID did not have a reduced BMC when given a LowCaP regime (time x CaP x acidifying; P<0.001). This indicates that the intake of P as inorganic acid is sufficient to support the reducing effect of Ca and P on bone mineralization. However, the water acidifiers tested did not improve growth performance. Further studies are needed to understand their effects and optimize water acidification practices.

Ce travail a pour but d'optimiser la précipitation des facteurs de croissance (TGF-(32) à partir d'isolât de protéine de lactosérum enrichi. En effet, des travaux antérieurs ont montré que des isolats de protéines du lactosérum (IPL) issus de laits de fromagerie ayant reçu divers traitements thermiques (crû, thermisé, pasteurisé) présentaient des teneurs variables en facteurs de croissance (TGF-P2, TGF-(31 et IGF-1). Entre autre, des lactosérums issus de laits de fromagerie pasteurisés ont présenté des concentrations en TGF-P2 presque nulles alors que le lait crû permettait la récupération maximale du TGF-P2 dans les IPLs. Une étude systématique à l'échelle pilote a été effectuée afin d'évaluer les conditions optimales de fabrication d'un concentré de protéines de lactosérum (CPL) permettant de récupérer le maximum de facteurs de croissance du lait dans des fractions protéiques obtenues par acidification de ces CPLs. Trois niveaux d'intensité de traitements thermiques ont été retenus: aucun chauffage (crû), 63°C-20s et 68°C-20s. Un total de 6 lots de lait crû (chaque température en duplicata) ont été traités selon le procédé suivant : (1) traitement thermique du lait, (2) acidification du lait à pH 4.6, (3) neutralisation du lactosérum à pH 6.8, puis division en deux lots ; l'un est pasteurisé à 72°C/15s et l'autre ne subit aucun traitement supplémentaire, (4) concentration du lactosérum par ultrafiltration (UF), division aussi en deux lots; l'un est pasteurisé à 72°C/15s et l'autre ne subit aucun traitement supplémentaire, (5) lyophilisation des concentrés et récupération des poudres de CPLs . La composition protéique de ces CPLs n ' a pas été affectée par les différentes combinaisons de traitements thermiques. Cependant, la teneur du TGF-P2, telle que déterminée par ELISA, diminue à partir d'une thermisation du lait de 63°C/20s. Une précipitation acide a été ensuite effectuée à 12 pH différents allant de pH 3.5 à pH 5.7 par ajout d'HCL à des solutions à base des CPLs à 3% de protéine (w/v). Un total de 288 précipités protéiques a été ainsi généré lors de ce deuxième module de cette étude. L'analyse subséquente de ces précipités a permis de démontrer qu'il est possible d'en optimiser la teneur en facteurs de croissance. En effet, certains traitements thermiques appliqués à la matière première ont permis d'augmenter de façon importante la récupération du TGF-P2 et que le phénomène peut être utilisé afin de maximiser la récupération du TGF~p2 par précipitation acide dans des fractions protéiques issues des protéines du lactosérum.

Previous research regarding aquatic acidification has examined the protonation of the carbonate and does not consider calcium to be a limiting factor. This is the first study to suggest that pH may affect the uptake of calcium in crustacean gills. This project describes ion transport mechanisms present in the cell membranes of white river shrimp Litopenaeus setiferus gill epithelium, and the effects of pH on the uptake of calcium by these means. Partially purified membrane vesicles (PPMV) of shrimp gills were prepared through a homogenization process that has been used previously to define ion transport in crab and lobster gill tissues. In the current study, shrimp gill PPMV calcium uptake at 50 µM, and 250 µM was greatest at pH 7.0 (p=0.01, p=0.0001). A valinomycin/K+ induced membrane potential (PD) at pH 7.0 significantly increased (p=0.003) calcium uptake from that observed in the absence of a PD. An induced PD at pH 8.0 significantly increased (p=0.003) calcium uptake from that observed in the absence of a PD, however, was not significantly greater than uptake at pH 7.0 in the presence of a PD (p=0.05). Amiloride (2mM) treatments, and amiloride (2mM) + verapamil (100µM) cocktail treatments showed significant decrease in calcium uptake from the control (p=0.03), however, they were not different from each other. This indicates an electrogenic carrier with two driving forces: calcium concentration, and asymmetric exchange stoichiometry.

Depuis le début de la période industrielle, les activités humaines ont généré une augmentation importante de la concentration atmosphérique en CO2. Une partie de ce CO2 s’accumule dans l’atmosphère, entraînant une augmentation de l’effet de serre naturel et de la température à la surface du globe. Ce processus est plus connu sous le terme réchauffement climatique ou global. De plus, environ 25 % du CO2 produit sont absorbés par les océans. La dissolution du CO2 dans l’eau de mer, entraîne une augmentation de la concentration en protons et en ions bicarbonates (HCO3-) et une diminution de la concentration en ions carbonates (CO32-). Il en résulte une diminution du pH et du taux de saturation de l’eau de mer vis-à-vis du carbonate de calcium. L’ensemble de ces processus est appelé acidification des océans (AO). Le pH des eaux de surface océaniques a déjà diminué de 0,1 unité depuis le début de l’ère industrielle. Ce phénomène devrait s’intensifier au cours du siècle. Selon les prévisions moyennes d’émissions futures de gaz à effet de serre de l’IPCC, la température moyenne des eaux de surface devrait augmenter de 2 à 4 °C et son pH devrait diminuer de 0,3 à 0,4 unité d’ici 2100.<p>Au cours des deux dernières décennies, de nombreuses études ont mis en évidence l’impact négatif de l’AO sur les organismes marins. Les premières études ont été menées principalement en milieu artificiel et ont mis en évidence des conséquences majeures sur la physiologie des organismes, principalement au niveau individuel. Cependant, les dernières études menées dans le domaine ont souligné l'importance de mettre en place des expériences à long terme, à l'échelle de l'écosystème, et dans des conditions plus proches du milieu naturel. Ce type d’étude permet de prendre en compte les interactions écosystémiques et les processus d’acclimatation afin de mieux prévoir les effets directs mais aussi indirects de la diminution du pH dans les océans. <p>L’existence des récifs coralliens tropicaux dépend de la vitesse de formation du socle récifal qui les façonnent (principalement via la calcification des coraux hermatypiques) qui doit rester supérieure à sa (bio)érosion. D’une part, plusieurs études ont montré que le taux de calcification des coraux hermatypiques diminue lorsque la pCO2 augmente. D’autre part, les oursins sont d’importants bioérodeurs des récifs et contribuent donc à la perte de masse calcaire récifale. Cependant, les oursins empêchent également, par leur broutage, le recouvrement des coraux par les algues favorisées par l’AO. Dès lors l’effet de l’élévation de la pCO2 sur les oursins et leur capacité bioérosive peut être déterminant pour l'avenir des récifs coralliens tropicaux au cours du siècle, particulièrement ceux où la densité de ces bioérodeurs est importante. Une telle prédiction est d’autant plus complexe si l’on prend en compte la possible acclimatation des différents acteurs à long terme.<p>Dès lors, le but du présent travail fut d'évaluer l'effet à long terme de l’élévation de la pCO2 prévue en 2100 sur la physiologie et l’activité érosive d’un oursin clé de certains récifs coralliens, Echinometra mathaei, dans un dispositif artificiel reproduisant l’écosystème corallien.<p>La première étape a été la mise en place un outil expérimental permettant de maintenir à long terme un écosystème de récifs coralliens simplifié en condition contrôle et au pH prévu en 2100 tout en maintenant les autres paramètres physico-chimiques identiques et proches du milieu naturel (y compris dans leurs variations journalières). Le système mis en place est composé de scléractiniaires hermatypiques comme constructeurs de récif, d’oursins (E. mathaei) comme bioérodeurs et brouteurs et un substrat calcaire de récif avec ses communautés d’algues, bactéries, archae, champignons et méiofaune. Les variations journalières de pH et de température reproduisent celles mesurées in situ dans le site de La Saline, Ile de La Réunion, d’où proviennent une partie des organismes. Le pH moyen des aquariums contrôles a été maintenu avec succès à une moyenne de 8,09 ± 0,04, celui des aquariums à pCO2 élevée à 7,63 ± 0,02. L’alcalinité totale du système a pu être maintenue entre 2350 et 2450 µmol.kg-1. <p>L’impact de l’AO prévue en 2100 (pH 7,7) sur la physiologie d’E. mathaei été étudié à court terme (sept semaines). La principale source de nourriture des oursins fut la communauté algale se développant sur le substrat, comme en conditions naturelles. Cette étude a permis de mettre en évidence, à court terme, la capacité de résistance de cet oursin à une AO modérée. En effet, la croissance et le métabolisme ne furent pas affectés significativement. Ces observations ont été associées au maintien de la balance acide-base du fluide extracellulaire, le liquide cœlomique, par accumulation de bicarbonates dans celui-ci.<p>Une même expérience a ensuite été réalisée à long terme. La diminution du pH a été induite progressivement durant six mois jusqu'à atteindre un pH moyen de 7,65 qui fut ensuite maintenu à cette valeur pendant sept mois supplémentaires. La capacité de régulation de la balance acide-base du liquide cœlomique et la résistance d’E. mathaei à l’AO a été confirmée à long terme. Tant la croissance que le métabolisme et les propriétés mécaniques du squelette ne furent pas affectés. Cette résistance apparaît liée aux capacités de régulation acide-base d’E. mathaei, un trait apparemment d’origine génétique. Cette résistance pourrait également dépendre de la quantité et de la qualité de la nourriture disponible (calcaire ou non). Il est suggéré que les ions bicarbonates impliqués dans la régulation acide-base proviendraient en partie de la nourriture. <p>Parallèlement à ces mesures physiologiques, l’activité érosive d’E. mathaei a été mesurée. Les résultats indiquent que le taux de bioérosion triple en conditions acidifiées (pH 7,65). Cette augmentation serait liée à l’augmentation de l'activité de broutage des oursins et à la dissolution biologique du substrat, les propriétés mécaniques des dents des oursins et du squelette des coraux ne semblant pas affectés significativement. Nous suggérons que cette activité érosive accrue pourrait avoir un impact sur l'équilibre dynamique entre bioerosion et bioaccrétion des coraux et pourrait déterminer l'avenir des récifs coralliens où E. mathaei est le principal bioérodeur. Il faut toutefois noter que l’activité érosive de cet oursin est liée à une consommation accrue des macro-algues en compétition avec les coraux et algues corallines, favorisant ainsi ces derniers.<p>Les résultats obtenus, associés à ceux provenant de la littérature, indiquent que les changements globaux pourraient provoquer un changement profond des écosystèmes coralliens tropicaux. En effet, l’ensemble des bioérodeurs principaux étudiés jusqu’à présent semblent résistants aux changements climatiques globaux et montrent une augmentation de leur activité érosive. Dans le cas des récifs ayant déjà à l’heure actuelle une faible calcification nette, l’augmentation de la bioérosion pourrait mener à l’érosion nette et à la réduction puis à la disparition du récif. La prédiction du devenir des récifs coralliens tropicaux à l’échelle planétaire doit toutefois prendre en compte de nombreux paramètres :acclimatation, résistance/sensibilité et interactions des différents acteurs des récifs. D’autres études comparables à celles menées dans le présent travail devraient être mises en place afin de tester ces différents facteurs. Les données obtenues pourraient dès lors être utilisées dans la construction d’un modèle mécanistique permettant de mettre en place localement des mesures de conservation du récif, en complément de l’indispensable réduction massive de l’émission de CO2 atmosphérique à l’échelle mondiale.<p><p><p><p><p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished