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Kurzumtriebsplantagen (KUP) bieten für eine Vielzahl von Organismen einen idealen Lebensraum. Einige Insektenarten reagieren darauf mit einer massenhaften Vermehrung. Besonders der Einfluss des Roten Pappelblattkäfers (Chrysomela (=Melasoma) populi) führte in den vergangenen Jahren vermehrt zur Schädigung von KUP. Bisher nehmen die Schäden noch selten bestandesbedrohende Ausmaße an, sind in der Tendenz jedoch klar zunehmend. Immer häufiger kommt es zu relevanten Zuwachsverlusten, verzögertem Austrieb und dem Ausfall einzelner Pflanzen. Daher werden im Rahmen des BMBF-Verbundprojektes „AgroForNet“ Möglichkeiten der Überwachung, Prognose und Bekämpfung des Roten Pappelblattkäfers erforscht. Erste Ergebnisse aus dem Jahr 2011 zeigen vielversprechende Ansätze, mit denen sich C. populi effektiv überwachen und Schäden kostengünstig minimieren lassen.

La propolis est une substance résineuse collectée par les abeilles sur certaines parties des végétaux. Sa composition en métabolites secondaires est alors variable puisqu’elle dépend notamment de la flore locale près du site de collecte. Dans cette étude, la caractérisation chimique d’un échantillon représentatif de la propolis française de l’entreprise ‘‘Ballot-Flurin Apiculteurs’’ a conduit, au moyen d’analyses HPLC/DAD/MS et RMN 1D & 2D, à l’identification de 51 composés dont deux sont originaux. Les acides et esters phénoliques ainsi que les flavonoïdes identifiés dans cette propolis indiquent qu’elle appartient au type "peuplier". L’évaluation des activités biologiques de différents extraits et composés isolés a montré que cette propolis, qui possède une bonne activité antioxydante (DPPH et ORAC) associée à un potentiel antiglycant (anti-AGEs) très intéressant, représente un bon candidat pour la prévention des maladies, telles que le diabète, impliquant les AGEs. Elle montre également de bonnes activités antifongiques, sur deux levures du genre Candida, et antibactériennes sur Staphylococcus aureus et ses souches résistantes et sensibles à la méticilline, ces dernières étant responsables, à l’heure actuelle, de nombreuses infections nosocomiales. Une étude de variabilité inter-lots ainsi qu’un travail d’optimisation du procédé d’extraction industriel par plan d’expériences ont également été réalisés (partie confidentielle). Enfin, l’analyse de trois autres propolis, provenant d’Amérique Latine (Mexique) et d’Afrique (Côte d’Ivoire et Ouganda), a montré de grandes diversités de résultats en termes de compositions chimiques et d’activités biologiques. / Propolis is a resinous substance collected by honeybees from various plant sources. Its secondary metabolites composition depends on the local flora around the collection site. During this study, the chemical characterization of a representative sample of a French propolis produced by ‘‘Ballot-Flurin Apiculteurs’’ led, through structural identifications involving HPLC/DAD/MS as well as 1D & 2D NMR, to the identification of 51 compounds, two of them being new. Phenolic acids and esters and flavonoids identified in this propolis indicate that it belongs to the so-called "poplar" type. The evaluation of the biological activities of different extracts or isolated compounds showed that this propolis, which exhibits a significant antioxidant activity (DPPH and ORAC) associated with a very interesting anti-glycation (anti-AGEs) potential, would represent a good candidate for the prevention of diseases involving AGEs such as diabetes. These extracts or compounds also exhibit antifungal and antibacterial activities towards two Candida yeasts on the one hand, and Staphylococcus aureus and its methicillin-resistant and susceptible strains on the other hand, the latter being nowadays responsible for many nosocomial infections. A study dealing with the inter-batch variability accompanied by an optimization of the industrial extraction process using experimental design were also carried out (Confidential part). Finally, the analysis of three propolis originating from Latin America (Mexico) and Africa (Ivory Coast and Uganda), revealed a great diversity of results in relation to chemical compositions and biological activities.

L’utilisation de matières résiduelles fertilisantes (MRF) dans les plantations de peupliers hybrides (PEH) au Québec pourrait en maximiser la productivité et le volume marchand. Elle présenterait aussi l’avantage de minimiser l’enfouissement ou l’incinération des MRF. Cependant, le dosage des MRF doit être calibré en fonction de la réponse optimale des arbres. L’étude a été réalisée dans une plantation de PEH en Estrie. Un dispositif expérimental comprenant deux blocs (répétitions) de cinq parcelles - un témoin et quatre traitements de combinaisons de biosolides papetiers et de boue de chaux - y a été mis en place à l’automne 2012 et au printemps 2013, soit trois ans avant l’échantillonnage (été 2015). Les traitements représentaient les doses suivantes : 140 et 15 t ha-1 (humides), 140 et 30 t ha-1, 240 et 15 t ha-1 et 240 et 30 t ha-1 de biosolides et de boue de chaux, respectivement. Les propriétés physico-chimiques du sol et la morphologie et la nutrition des PEH ont été évaluées. Nous avons observé un effet très significatif des traitements de MRF sur la croissance des PEH par rapport aux parcelles non traitées. La hauteur des arbres a augmenté de 1,6 à 2 fois, le diamètre de 2,5 à 4 fois, la surface foliaire de 3 à 8 fois et le poids foliaire de 2,7 à 9 fois dans les parcelles traitées comparativement aux arbres des parcelles non traitées. Toutefois, aucune différence significative n’a pu être constatée entre les différents amendements. Les analyses de nutrition foliaire ont, quant à elles, démontré que la fertilisation avec les MRF permettait de pallier la faible disponibilité des nutriments dans le sol. Ainsi, avec l’ajout de MRF, les macronutriments N, P, K et Ca dans les feuilles se situaient à l’intérieur des plages de concentrations optimales, alors que sans MRF, les feuilles montraient des concentrations sous ces seuils. Malgré les faibles différences observées entre les quatre amendements, le traitement combinant 240 t ha-1 de biosolides et 15 t ha-1 de chaux est celui qui se rapprochait le plus d’une nutrition optimale pour le PEH. Les biosolides papetiers en combinaison avec la boue de chaux donnent des résultats très encourageants en ce qui a trait à la nutrition foliaire et le rendement des plantations du PEH lors des premières années d’établissement. / The use of fertilizing residual materials (FRM) in hybrid poplar (HP) plantations in Quebec could maximize yields and merchantable volumes. It would also have the advantage of minimizing the burial (landfill) or incineration of FRM. However, applications rates of FRM must be calibrated for an optimal response of the trees. The study was conducted in a PEH plantation in the Eastern Townships. An experimental design comprising two blocks (repetitions) of five plots - one control and four combinations of papermill biosolids and lime sludge - was established in fall 2012/spring 2013 and sampling was conducted three years later (summer 2015). The treatments represented the following application rates: 140 and 15 t ha-1 (wet), 140 and 30 t ha-1, 240 and 15 t ha-1 and 240 and 30 t ha-1 of biosolids and lime, respectively. Soil properties as well as morphology and nutrition of HP were evaluated. We observed a highly significant treatment effect on HP growth compared to untreated plots. The height of HP trees in the treated plots increased by 1.6 to 2 times, diameter by 2.5 to 4 times, leaf area by 3 to 8 times and the foliar weight by 2.7 to 9 times compared to the trees in the untreated plots. However, there was no significant difference among the various treatments. Foliar nutrition analyses showed that fertilization with FRM was sufficient to compensate for the low availability of nutrients in the soil. Thus, with FRM application, the macronutrients N, P, K and Ca in the leaves were within the optimal concentration ranges, whereas without FRM, the leaves showed concentrations below these thresholds. Despite the small differences observed among the four amendments, the treatment combining 240 t ha-1 of biosolids and 15 t ha-1 of lime was the one the closest to the optimal nutrition for HP. Papermill biosolids in combination with lime sludge provide very encouraging results in regard to foliar nutrition and yields of HP plantations.

La capacité d’une plante à réguler sa croissance racinaire est une composante importante de l’acclimatation aux stress environnementaux. A l’échelle cellulaire, cette régulation est effectuée via le contrôle de la division et de l’élongation des cellules mais les rôles respectifs de chaque processus et leurs interactions sont peu connus. Notamment, l’activité de production de cellules du méristème apical racinaire (RAM) est trop souvent négligée. Dans cette thèse, l’analyse spatiale de la croissance le long de l’apex racinaire et l’analyse temporelle des trajectoires de croissance des cellules ont été couplées pour comprendre les liens existants entre division et élongation cellulaire. Pour cela, j’ai développé un système de phénotypage de la croissance à haute résolution spatio-temporelle qui a été appliqué à l’étude de racines d’un peuplier euraméricain (Populus deltoides × Populus nigra) en réponse à différents stress (stress osmotique, impédance mécanique). Une forte variabilité du taux de croissance racinaire entre individus ainsi que des variations individuelles cycliques de la croissance ont été observées malgré des conditions environnementales contrôlées. L’utilisation de cette variabilité couplée à la quantification de l’activité du RAM a mis en évidence l’importance du taux de production de cellules pour soutenir la croissance racinaire. Ces travaux analysent une nouvelle échelle de variations spatiales et temporelles de la croissance peu prise en compte jusqu’à présent. Hautement applicable à d’autres questions scientifiques, l’analyse du devenir des cellules une fois sortie du RAM est également discutée pour des conditions de croissance non stables / Regulation of root growth is a crucial capacity of plants for acclimatization to environmental stresses. At cell scale, this regulation is controlled through cell division and cell elongation but respective importance of these processes and interactions between them are still poorly known. Notably, the cell production activity of the root apical meristem (RAM) is often excluded. During this thesis, spatial analyses of growth along the root apex were coupled with temporal analyses of cell trajectories in order to decipher the links between cell division and cell elongation. This required the setup of a system for phenotyping root growth at a high spatiotemporal resolution which was applied to study the growth of roots from an euramerican poplar (Populus deltoides × Populus nigra) in response to different environmental stresses (osmotic stress or mechanical impedance). An important variability of root growth rate between individuals as well as individual cyclic variations of growth along time were observed despite tightly controlled environmental conditions. Use of this variability coupled with quantification of the RAM activity led us to a better understanding of the importance of the cell production rate for sustaining root growth. This work analyses a new spatiotemporal scale of growth variability poorly considered. Widely applicable to others scientific questioning, temporal analyses of cell fate once produced in the RAM is also discussed for non-steady growth conditions

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The interest in renewables for energy has increased in the last 2-3 decades because of the negative environmental impact caused by the burning of fossil fuels, the raising prices of traditional fuels, the dependence on foreign oil, and the decrease in fossil fuels resources. Biomass energy represents one of the most promising alternatives. Many studies worldwide were devoted to investigate growth and yield of short rotation forestry plantations for energetic use and several empirical and process-based models were developed to predict the potential production of biomass. The current work was concentrated on modelling site productivity (potential of biomass production) of specific poplar clones planted on arable Saxon land under different stocking densities. Empirical data collected from several experimental areas were used. Site productivity has been predicted depending on stand age and site variables using a two-step model. In step one age and site variables were used to model stand dominant height and in step two the constructed dominant height was involved with stocking density to predict stand oven dried biomass. Depending on data availability the model was parameterized for four different groups of poplar clones: Androscoggin (clone Androscoggin), Matrix (Matrix and hybrid 275), Max (Max 1 …Max 5) and Münden (clone Münden). Both stand dominant height and stand dry biomass were modelled for ages 2 – 9 years for clone groups: Matrix and Max and for ages 2 – 7 years for clone groups: Androscoggin and Münden. The model has been tested and validated using several statistical and graphical methods. The relative bias (ē %) in the dominant height estimates ranged between 0.5 % > ē % > - 0.5 % in all clone groups and had a maximum bias of 10.41 % in stand biomass estimates. Model accuracy (mx %) in the dominant height estimates ranged between 12.25 and 17.56 % and between 8.05 and 27.32 % in stand biomass estimates. Two different scenarios were presented to show the potential of biomass that can be produced from poplar plantations on arable and former fallow Saxon lands at different stocking densities. ArcGIS has been used to visualize model application results. In order to produce a mean annual increment ≥ 8 [dry t/ha/a] from poplar plantations (Max group) for more than 50 % of arable or former fallow lands in the first rotation at least 9 years are required under stocking density of 4000 stems/ha and 7 years for both stocking densities 8333 and 10,000 stems/ha. / Die Nachfrage nach Holz für energetische Zwecke nimmt in Deutschland und ganz Europa zu. Um diesen Bedarf künftig besser befriedigen zu können, müssen verstärkt Ressourcen aus verschiedenen Quellen wie z. B. Holz aus Niederwäldern oder Durchforstungsreserven im Hochwald mobilisiert und ergänzend Holz in Kurzumtriebsflächen produziert werden (Guericke, M. 2006). Ziel dieser Arbeit war es, das Ertragspotential von Pappelklonen in Kurzumtriebsplantagen unterschiedlicher Baumdichte auf sächsischen Ackerflächen zu untersuchen. Hierzu wurden die potentiellen Erträge anhand empirischer, auf verschiedenen Versuchsflächen erhobener Daten modelliert. Zur Schätzung des Ertragspotentials wurde ein zweistufiges Modell entwickelt: Im ersten Schritt erfolgte die Modellierung der Oberhöhe eines Bestandes (ho, m) in Abhängigkeit von Bestandesalter und Standortfaktoren unter Verwendung einer multiplen linearen Regressionsanalyse, dabei wurden Bestimmtheitsmaße (R²) von 0,975 bis 0,989 erreicht. In einem zweiten Schritt lässt sich dann der Biomassevorrat [tatro/ha/a] mittels nichtlinearer Regressionsanalyse durch die Bestandesoberhöhe schätzen. Das Bestimmtheitsmaß von R² ≥ 0,933 weist auch hier auf eine hohe Anpassungsgüte hin. Die Modellparametrisierung erfolgte für folgende vier Gruppen von Pappelklonen: • Max-Gruppe: Klone Max 1, Max 2, Max 3, Max 4 und Max 5, Altersbereich 2 – 9 Jahre, Baumdichten von 1150 – 13000 Stämmen/ha; • Matrix-Gruppe: Klon Matrix und Hybride 275, Altersbereich 2 – 9 Jahre, Baumdichte 1550 Stämme/ha; • Androscoggin-Gruppe: Klon Androscoggin, Altersbereich 2 – 7 Jahre, Baumdichte 1550 Stämme/ha; und • Münden-Gruppe: Klon Münden, Altersbereich 2 – 7 Jahre, Baumdichte 1550 Stämme/ha. Die Güte des Modells wurde mit Hilfe verschiedener statistischer Verfahren überprüft. Bei der Validierung anhand des Datensatzes, welcher für die Modellkonstruktion Verwendung fand, zeigte das Modell eine Verzerrung bzw. einen Bias von 0,5 % > ē % > - 0,5 % bei der Bestandesoberhöhenschätzung und einen maximalen Bias von 10,41 % bei der Schätzung der Bestandesbiomasse. Die Treffgenauigkeit (mx %) des Modells hingegen variierte zwischen 12,25 % und 17,56 % bzw. 8,05 und 27,32 % (bei Schätzung der Bestandesoberhöhe bzw. der Bestandesbiomasse). Zudem wies das Modell keinen systematischen Fehler zwischen den geschätzten und den realen Werten auf. Bei der Validierung mit einem unabhängigen Datensatz betrug die Treffgenauigkeit (mx %) für die Schätzung der Bestandsoberhöhe und des Biomassevorrates 15,72 bzw. 26,68 %. Um das Ertragspotenzial von Pappelplantagen für die gesamte sächsische Ackerfläche bzw. die gesamte ehemalige Stilllegungsfläche zu bestimmen, wurden die zu Schätzung erforderlichen Standortvariablen auf Gemeindebasis kalkuliert, mittels ArcGIS dargestellt sowie Simulationsrechungen für verschiedene Bestandsdichten vorgenommen und ebenfalls visualisiert. Den Ergebnissen der Simulationsrechnungen zufolge wäre bei einer Stammzahl von 4000 N/ha eine Rotationslänge von 9 Jahren, bei 8333 bis 10.000 N/ha von 7 Jahren erforderlich, um einen durchschnittlichen Gesamtzuwachs (dGz) von ≥ 8 [tatro/ha/a] auf mehr als 50 % der sächsischen Ackerflächen bzw. ehemaligen Stilllegungsflächen in erster Rotation zu erreichen. Würde die gesamte ehemalige sächsische Stilllegungsfläche mit einer Baumdichte von 10.000 Stämmen/ha bepflanzt werden, könnten Pappelplantagen im Alter 9 einen dGz von 520.000 [tatro/a] (entsprechend 250.000 Kubikmeter Diesel) erreichen. Bei Bestockung aller sächsischen Ackerflächen würde sich der Ertrag auf bis zu 9.087.000 [tatro/a] (entsprechend 4.367.000 Kubikmeter Diesel) erhöhen.

3.2. Abstract Soil contamination by heavy metals represents rather serious environmental problem for both human health and an environment itself. One of the perspective technologies dealing with this threat that only recently has been intensely developed is phytoremediation by means of short rotation coppice plantations. As plants used in this technology (mostly poplars and willows) host two major groups of mycorrhizal fungi substantially influencing plant physiology it is important to study plant-mycobiontheavy metals interactions rather than just plant-heavy metals interactions. The present thesis aimed to contribute to the growing knowledge of the field by search for suitable mycobionts of poplar or willow tolerant to heavy metals, by evaluating an activity of the key antioxidative enzyme in selected mycobionts and by looking at physiological responses of plant hosts to their mycobionts in a soil polluted by heavy metals. The first experiment in vitro focused on screening of morphometric criteria of fungi growing on solid growth media amended with mixture of heavy metals. Based on the results, several tolerant ectomycorrhizal strains were chosen for the next inoculation of fast growing trees serving phytoextraction and phytostabilisation strategies. The second, re-synthetic experiment was conducted in...

Literature shows that production of cottonseed adhesives is feasible to develop an environmentally friendly and competitive bio-based wood adhesive. Defatted cottonseed and water-washed cottonseed meals were prepared from glandless cottonseed and were used in adhesive formulations to produce three-ply yellow poplar (Liriodendron tulipifera) plywood panels as the first objective. These two cottonseed meals were compared with the properties of plywood panels made with an adhesive formulated from a commercial soybean meal, as a control. Adhesive resins were prepared from each protein meal with sodium metabisulfite (Na2S2O5) and one of two polyamido-amine-epichlorohydrin (PAE) wet strength agents, and the plywood panels were produced by hot pressing for 7, 8.5 and 10 minutes at 135°C with a constant pressure of 1.241 MPa. Panels prepared from three protein meals had comparable shear strengths. The combinations of the two cottonseed preparations and the two wet strength agents produced panels with acceptable wet resistant properties, whereas the soybean meal only produced acceptable panels with one of the wet strength agents. Because the panels prepared from the two cottonseed meals had comparable properties, there appears to be no benefit to including a water-washing step to increase the meal’s protein level. The second objective of this research was to reduce the hot press time and develop cottonseed meals into adhesives to become comparable to commercial soybean-based adhesives. New cottonseed, water-washed cottonseed, and commercial in-house soybean meals were separately prepared with deionized water, sodium metabisulfite, and PAE to produce three-ply yellow poplar plywood panels. The panels were hot pressed for 4, 5, and 6 minutes at 135°C with a constant pressure of 1.241 MPa. Panels prepared from the three meals and commercial soybean plywood panels had comparable mechanical shear strengths and water resistance properties. Results indicated that press time, meal types, and interactions were statistically significant. Shear strength results indicate that cottonseed could be used alternatively to soybean. The new cottonseed panels were more resistant to delamination than soybean. The cottonseed meals showed great promise for applicability as a formaldehyde-free, bio-based, and environmentally friendly hardwood plywood wood-based adhesives product for use in interior type applications.

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