Trimethoprim-selective electrodes with molecularly imprinted polymers acting as ionophores and potentiometric transduction on graphite solid-contact

This work proposes a new biomimetic sensor material for trimethoprim. It is prepared by means of radical polymerization, having trimethylolpropane trimethacrylate as cross-linker, benzoyl peroxide as radicalar iniciator, chloroform as porogenic solvent, and methacrylic acid and 2-vinyl pyridine as monomers. Different percentages of sensor in a range between 1 and 6% were studied. Their behavior was compared to that obtained with ion-exchanger quaternary ammonium salt (additive tetrakis(p-chlorophenyl)borate or tetraphenylborate). The effect of an anionic additive in the sensing membrane was also tested. Trimethoprim sensors with 1% of imprinted particles from methacrylic acid monomers showed the best response in terms of slope (59.7 mV/decade) and detection limit (4.01 × 10− 7 mol/L). These electrodes displayed also a good selectivity towards nickel, manganese aluminium, ammonium, lead, potassium, sodium, iron, chromium, sulfadiazine, alanine, cysteine, tryptophan, valine and glycine. The sensors were not affected by pH changes from 2 to 6. They were successfully applied to the analysis of water from aquaculture.

An HPLC method for simultaneous determination of residual benomyl and MBC on apple foliage without cleanup

A simple High Performance Liquid Chromatograph (HPLC) method has been developed to identify benamyl (methyl 1- (butylcarbamoyl)-2-benzimidazole carbamate) and MBC (methyl 2-benzimidazole carbamat~ residues on apple leaves without cleanup. Sample leaves are freeze dried in a Mason jar and residues are then extracted by tumbling them in chloroform containing 5,000 microgram per milliliter of n-propyl isocyanate (PIC) at 10 C. To the extract, n-butyl isocyanate (BIC) was added at 5,000 microgram per milliliter and 20 microliter of this mixture injected onto the HPLC system. Separation is accomplished by the use of a Brownlee LiChrosorb silica gel column with a guard column and' operated with a mixed mobile phase consisting of chloroform and hexane (4:1) saturated with water. MBC, a degradation product of benomyl is identified if present as methyl l-(npropyl carbamoyl)-2-benzimidazole carbamate (MBC-n-PIC). Both benomyl and MBC-n-PIC can be detected with aKUltraviolet (UV) detector (280nm) at a concentration as low as 0.2 microgram per milliliter in apple leaves. The fate of benomyl on apple foliage after spray application of benomyl (Ben late 50 per cent wettable powder) was investigated by the method thus described. Benomyl quickly dissipated during the first 3-7 days, but the dissipatio'n sltowed down thereafter. In contrast, the concentration of MBC in leaves gradually increased after repeated applications of Benlate.

Électrofilage de fibres à partir de mélanges polystyrène/poly(vinyl méthyl éther)

L’électrofilage est un procédé permettant de préparer des fibres possédant un diamètre de l’ordre du micromètre ou de quelques centaines de nanomètres. Son utilisation est toutefois limitée par le manque de contrôle sur la structure et les propriétés des fibres ainsi produites. Dans ce travail, des fibres électrofilées à partir de mélanges de polystyrène (PS) et de poly(vinyl méthyl éther) (PVME) ont été caractérisées. La calorimétrie différentielle à balayage (DSC) a montré que les fibres du mélange PS/PVME sont miscibles (une seule transition vitreuse) lorsque préparées dans le benzène, alors qu'une séparation de phases a lieu lorsque le chloroforme est utilisé. Les fibres immiscibles sont néanmoins malléables, contrairement à un film préparé par évaporation du chloroforme qui a des propriétés mécaniques médiocres. Des clichés en microscopies optique et électronique à balayage (MEB) ont permis d’étudier l'effet de la composition et du solvant sur le diamètre et la morphologie des fibres. Des mesures d’angles de contact ont permis d’évaluer l’hydrophobicité des fibres, qui diminue avec l’ajout de PVME (hydrophile); les valeurs sont de 60° supérieures à celles des films de composition équivalente. Un retrait sélectif du PVME a été réalisé par l’immersion des fibres dans l’eau. La spectroscopie infrarouge a montré que la composition passe de 70 à 95% de PS pour une fibre immiscible mais seulement à 75% pour une fibre miscible. Ces résultats indiquent que la phase riche en PVME se situe presque uniquement à la surface des fibres immiscibles, ce qui a été confirmé par microscopie à force atomique (AFM) et MEB. Finalement, l’effet du mélange des deux solvants, lors de l’électrofilage du mélange PS/PVME, a été étudié. La présence du chloroforme, même en quantité réduite, provoque une séparation de phases similaire à celle observée avec ce solvant pur.

Approche multidisciplinaire pour l’amélioration de l’estimation de l’exposition aux sous-produits de désinfection de l’eau en milieu domestique et en piscine

La désinfection de l’eau de consommation et des piscines induit la formation de sous-produits (SPD) potentiellement nocifs pour la santé, parmi lesquels les trihalométhanes (THM), les acides haloacétiques (HAA) et les chloramines (CAM). La difficulté d’estimer l’exposition humaine à ces SPD empêche de cerner précisément les risques sanitaires possiblement associés (i.e., cancérigènes, reprotoxiques, irritatifs). Nos travaux s’articulent autour d’une méthodologie consistant à intégrer des données d’occurrence environnementales à des modèles toxicocinétiques à base physiologique (TCBP) pour améliorer les mesures de l’exposition aux SPD. Cette approche multidisciplinaire veut prendre en compte de manière aussi appropriée que possible les deux composantes majeures des variations de cette exposition : les variations spatio-temporelles des niveaux de contamination environnementale et l’impact des différences inter- et intra-individuelles sur les niveaux biologiques. Cette thèse, organisée en deux volets qui explorent chacun successivement des aspects environnemental et biologique de la problématique, vise à contribuer au développement de cette stratégie innovante d’estimation de l’exposition et, plus généralement, à des meilleures pratiques en la matière. Le premier volet de la thèse s’intéresse à l’exposition en milieu domestique (i.e., résultant de l’utilisation de l’eau potable au domicile) et est consacré au cas complexe des THM, les plus abondants et volatils des SPD, absorbables par ingestion mais aussi par inhalation et voie percutanée. Les articles I et II, constitutifs de ce volet, documentent spécifiquement la question des variations inter- et intra- journalières de présence des SPD en réseau et de leurs impacts sur les estimateurs de l’exposition biologique. Ils décrivent l’amplitude et la diversité des variations à court terme des niveaux environnementaux, présentent les difficultés à proposer une façon systématique et « épidémiologiquement » pratique de les modéliser et proposent, de manière originale, une évaluation des mésestimations, somme toute modestes, des mesures biologiques de l’exposition résultant de leurs non-prise en compte. Le deuxième volet de la thèse se penche sur l’exposition aux SPD en piscine, d’un intérêt grandissant au niveau international, et se restreint au cas jugé prioritaire des piscines publiques intérieures. Ce volet envisage, pour quantifier l’exposition dans ce contexte particulier, l’extension de l’approche méthodologique préconisée, élaborée originellement pour application dans un contexte domestique : d’abord, à travers une analyse approfondie des variations des niveaux de contamination (eau, air) des SPD en piscine en vue de les modéliser (article III); puis en examinant, dans le cas particulier du chloroforme, le THM le plus abondant, la possibilité d’utiliser la modélisation TCBP pour simuler des expositions en piscine (article IV). Les résultats mettent notamment en évidence la difficulté d’appréhender précisément la contamination environnementale autrement que par un échantillonnage in situ tandis que la modélisation TCBP apparait, sur le plan toxicologique, comme l’outil le plus pertinent à ce jour, notamment au regard des autres approches existantes, mais qu’il convient d’améliorer pour mieux prédire les niveaux d’exposition biologique. Finalement, ces travaux illustrent la pertinence et la nécessité d’une approche multidisciplinaire et intégratrice et suggère, sur cette base, les pistes à explorer en priorité pour mieux évaluer l’exposition aux SPD et, in fine, cerner véritablement les risques sanitaires qui en résultent.

Films minces supramoléculaires de copolymères de PS-P4VP réalisés par trempage

Bien que ce soit un procédé industriel répandu, les films de copolymères à blocs préparés par trempage (« dip-coating ») sont moins étudiés que ceux obtenus par tournette (« spin-coating »). Pourtant, il est possible grâce à cette technique de contrôler précisément les caractéristiques de ces films. Au-delà de la méthode de fabrication, la capacité de modifier la morphologie des films trempés à l’aide d’autres facteurs externes est un enjeu primordial pour leur utilisation dans les nanotechnologies. Nous avons choisi, ici, d’étudier l’influence d’une petite molécule sur la morphologie de films supramoléculaires réalisés par « dip-coating » à partir de solutions de poly(styrène-b-4-vinyl pyridine) (PS-P4VP) dans le tétrahydrofurane (THF). En présence de 1-naphtol (NOH) et d’1-acide napthoïque (NCOOH), qui se complexent par pont hydrogène au bloc P4VP, ces films donnent, respectivement, une morphologie en nodules (sphères) et en stries (cylindres horizontaux). Des études par spectroscopie infrarouge ont permis de mesurer la quantité de petite molécule dans ces films minces, qui varie avec la vitesse de retrait mais qui s’avère être identique pour les deux petites molécules, à une vitesse de retrait donnée. Cependant, des études thermiques ont montré qu’une faible fraction de petite molécule est dispersée dans le PS (davantage de NOH que de NCOOH à cause de la plus faible liaison hydrogène du premier). La vitesse de retrait est un paramètre clé permettant de contrôler à la fois l’épaisseur et la composition du film supramoléculaire. L’évolution de l’épaisseur peut être modélisée par deux régimes récemment découverts. Aux faibles vitesses, l’épaisseur décroît (régime de capillarité), atteint un minimum, puis augmente aux vitesses plus élevées (régime de drainage). La quantité de petite molécule augmente aux faibles vitesses pour atteindre un plateau correspondant à la composition de la solution aux vitesses les plus élevées. Des changements de morphologie, à la fois liés à l’épaisseur et à la quantité de petite molécule, sont alors observés lorsque la vitesse de retrait est modifiée. Le choix du solvant est aussi primordial dans le procédé de « dip-coating » et a été étudié en utilisant le chloroforme, qui est un bon solvant pour les deux blocs. Il s’avère qu’à la fois la composition ainsi que la morphologie des films de PS-P4VP complexés sont différentes par rapport aux expériences réalisées dans le THF. Premièrement, la quantité de petite molécule reste constante avec la vitesse de retrait mais les films sont plus riches en NCOOH qu’en NOH. Deuxièmement, la morphologie des films contenant du NOH présente des stries ainsi que des lamelles à plat, tandis que seules ces dernières sont observables pour le NCOOH. Ce comportement est essentiellement dû à la quantité différente de petite molécule modulée par leur force de complexation différente avec le P4VP dans le chloroforme. Enfin, ces films ont été utilisés pour l’adsorption contrôlée de nanoparticules d’or afin de guider leur organisation sur des surfaces recouvertes de PS-P4VP. Avant de servir comme gabarits, un recuit en vapeurs de solvant permet soit d’améliorer l’ordre à longue distance des nodules de P4VP, soit de modifier la morphologie des films selon le solvant utilisé (THF ou chloroforme). Ils peuvent être ensuite exposés à une solution de nanoparticules d’or de 15 nm de diamètre qui permet leur adsorption sélective sur les nodules (ou stries) de P4VP.

Développement de modèles prédictifs de la toxicocinétique de substances organiques

Les modèles pharmacocinétiques à base physiologique (PBPK) permettent de simuler la dose interne de substances chimiques sur la base de paramètres spécifiques à l’espèce et à la substance. Les modèles de relation quantitative structure-propriété (QSPR) existants permettent d’estimer les paramètres spécifiques au produit (coefficients de partage (PC) et constantes de métabolisme) mais leur domaine d’application est limité par leur manque de considération de la variabilité de leurs paramètres d’entrée ainsi que par leur domaine d’application restreint (c. à d., substances contenant CH3, CH2, CH, C, C=C, H, Cl, F, Br, cycle benzénique et H sur le cycle benzénique). L’objectif de cette étude est de développer de nouvelles connaissances et des outils afin d’élargir le domaine d’application des modèles QSPR-PBPK pour prédire la toxicocinétique de substances organiques inhalées chez l’humain. D’abord, un algorithme mécaniste unifié a été développé à partir de modèles existants pour prédire les PC de 142 médicaments et polluants environnementaux aux niveaux macro (tissu et sang) et micro (cellule et fluides biologiques) à partir de la composition du tissu et du sang et de propriétés physicochimiques. L’algorithme résultant a été appliqué pour prédire les PC tissu:sang, tissu:plasma et tissu:air du muscle (n = 174), du foie (n = 139) et du tissu adipeux (n = 141) du rat pour des médicaments acides, basiques et neutres ainsi que pour des cétones, esters d’acétate, éthers, alcools, hydrocarbures aliphatiques et aromatiques. Un modèle de relation quantitative propriété-propriété (QPPR) a été développé pour la clairance intrinsèque (CLint) in vivo (calculée comme le ratio du Vmax (μmol/h/kg poids de rat) sur le Km (μM)), de substrats du CYP2E1 (n = 26) en fonction du PC n octanol:eau, du PC sang:eau et du potentiel d’ionisation). Les prédictions du QPPR, représentées par les limites inférieures et supérieures de l’intervalle de confiance à 95% à la moyenne, furent ensuite intégrées dans un modèle PBPK humain. Subséquemment, l’algorithme de PC et le QPPR pour la CLint furent intégrés avec des modèles QSPR pour les PC hémoglobine:eau et huile:air pour simuler la pharmacocinétique et la dosimétrie cellulaire d’inhalation de composés organiques volatiles (COV) (benzène, 1,2-dichloroéthane, dichlorométhane, m-xylène, toluène, styrène, 1,1,1 trichloroéthane et 1,2,4 trimethylbenzène) avec un modèle PBPK chez le rat. Finalement, la variabilité de paramètres de composition des tissus et du sang de l’algorithme pour les PC tissu:air chez le rat et sang:air chez l’humain a été caractérisée par des simulations Monte Carlo par chaîne de Markov (MCMC). Les distributions résultantes ont été utilisées pour conduire des simulations Monte Carlo pour prédire des PC tissu:sang et sang:air. Les distributions de PC, avec celles des paramètres physiologiques et du contenu en cytochrome P450 CYP2E1, ont été incorporées dans un modèle PBPK pour caractériser la variabilité de la toxicocinétique sanguine de quatre COV (benzène, chloroforme, styrène et trichloroéthylène) par simulation Monte Carlo. Globalement, les approches quantitatives mises en œuvre pour les PC et la CLint dans cette étude ont permis l’utilisation de descripteurs moléculaires génériques plutôt que de fragments moléculaires spécifiques pour prédire la pharmacocinétique de substances organiques chez l’humain. La présente étude a, pour la première fois, caractérisé la variabilité des paramètres biologiques des algorithmes de PC pour étendre l’aptitude des modèles PBPK à prédire les distributions, pour la population, de doses internes de substances organiques avant de faire des tests chez l’animal ou l’humain.

Évaluation et modélisation de l’impact de la coexposition de composés organiques volatils sur l’excrétion de leurs biomarqueurs urinaires

L’évaluation de l’exposition aux composés organiques volatils (COV) recourt couramment à l’analyse des métabolites urinaires en assumant qu’aucune interaction ne survient entre les composés. Or, des études antérieures ont démontré qu’une inhibition de type compétitive survient entre le toluène (TOL), l’éthylbenzène (EBZ) et le m-xylène (XYL). Le chloroforme, qui est également un solvant métabolisé par le CYP2E1, se retrouve souvent en présence des autres COV dans les échantillons de biosurveillance. La présente étude visait donc à évaluer si le chloroforme (CHL) peut lui aussi interagir avec ces COV et évaluer ces interactions au niveau de l’excrétion des biomarqueurs urinaires associés, soit l’o-crésol, l’acide mandélique et l’acide m-méthylhippurique pour TOL, EBZ et XYL respectivement. Afin d’obtenir des données humaines, cinq volontaires ont été exposés par inhalation à différentes combinaisons de COV (seuls et mélanges binaires ou quaternaires) où la concentration de chacun des composés était égale à 1/4 ou 1/8 de la valeur limite d’exposition (VLE) pour une durée de 6h. Des échantillons d’air exhalé, de sang et d’urine ont été récoltés. Ces données ont ensuite été comparées aux modèles pharmacocinétiques à base physiologique (PCBP) existants afin de les ajuster pour l’excrétion urinaire. Certaines différences ont été observées entre les expositions aux solvants seuls et les coexpositions, mais celles-ci semblent majoritairement attribuables aux remplacements de participants à travers les différentes expositions. Les valeurs de Vmax pour EBZ et CHL ont été optimisées afin de mieux prédire les niveaux sanguins de ces COV. À l’exception du modèle pour EBZ, tous les paramètres pour l’excrétion urinaire ont été obtenus à partir de la littérature. Les modèles adaptés dans cette étude ont permis de simuler adéquatement les données expérimentales.

Films minces de copolymères à blocs supramoléculaires et photosensibles

La technique de trempage («dip-coating») est un procédé rapide et efficace pour former des films minces de copolymères à blocs (CPB) d’épaisseur et de nano-morphologies variées. Très peu d’études ont toutefois porté sur le trempage des CPB supramoléculaires et/ou photosensibles. Le trempage du CPB poly(styrène-b-4-vinyl pyridine) (PS-P4VP) a premièrement été étudié avec des petites molécules (PM) d’acide 1-naphtoïque (NCOOH) et de 1-naphtol (NOH) capables de former des ponts hydrogène (ponts H) avec le bloc P4VP dans 4 solvants (tétrahydrofurane (THF), p-dioxane, toluène et chloroforme). Le ratio d’incorporation (RI) molaire PM/VP dans les films trempés augmente avec la vitesse de retrait mais sa variation dépend fortement du solvant et de la PM utilisés. Le RI et la morphologie des films minces dépendent de la possibilité (ou non) du solvant à former des ponts H avec la PM et de sa sélectivité au bloc de PS menant (ou non) à des micelles de P4VP/PM en solution dont la rigidité influence l’état cinétique du système en film mince. La dépendance en une courbe en V de l’épaisseur des films en fonction la vitesse de retrait définit deux régimes, nommés régimes capillaire et de drainage. Ces régimes influencent différemment le RI et la morphologie finale. Nous nous sommes ensuite intéressés aux complexes de PS-P4VP avec des azobenzènes (AB) photosensibles, le 4-hydroxy-4’-butyl-azobenzène (BHAB) et le 4-hydroxy-4’-cyano-azobenzène (CHAB). Ces AB peuvent non seulement former des ponts H avec le bloc P4VP mais aussi s'isomériser entre les formes trans et cis sous illumination. Les expériences avec PS-P4VP/BHAB dans le THF et le toluène ont révélé que l'irradiation pendant le trempage permet de provoquer une transition entre les morphologies sphérique et cylindrique à basses vitesses de retrait. Ces transitions sont expliquées par l’augmentation du ratio molaire BHAB/VP pris dans les films sous illumination et par le plus grand volume des isomères BHAB-cis par rapport aux BHAB-trans. L'irradiation permet également de moduler l'épaisseur des films sans égard à la présence des AB. Finalement, des solutions de PS-P4VP/CHAB et PS-P4VP/BHAB dans le THF avec un CPB de masse molaire plus élevée ont été étudiées afin de comprendre l’effet d'un temps de demi-vie plus court de l’AB et de la présence de micelles en solution. Le photocontrôle morphologique perd de son efficacité avec le CHAB car l’augmentation du RI de CHAB dans les films illuminés par rapport aux films non irradiés est moins prononcée que pour les complexes de BHAB. Le choix du PS-P4VP est également important puisque la présence de micelles dans les solutions de THF du PS-P4VP(36,5k-16k), même si elle n’influence pas les RI BHAB/VP, fige davantage la morphologie sphérique en solution par rapport à une solution non-micellaire de PS-P4VP(24k-9,5k), limitant les possibilités de transition morphologique.

Effect of the Vulcanization Time and Storage on the Stability and Physical Properties of Sulfur-Prevulcanized Natural Rubber Latex

Prevulcanized natural rubber latex was prepared by the heating of the latex compound at 55°C for different periods of time (2, 4, 6, 8, and 10 h). The changes in the colloidal stability and physical properties were evaluated during the course of prevulcanization. The prevulcanized latex compounds were stored for 300 days, and the properties were monitored at different storage intervals (0, 20, 40, 60, 120, 180, 240, and 300 days). During prevulcanization, the mechanical stability time increased, and the viscosity remained almost constant. The tensile strength increased during storage for a period of 20 days. The degree of crosslinking, modulus, elongation at break, and chloroform number were varied with the time of storage.

Studies on some Metal Complexes of Dithio Ligands

The thesis deals with our studies on the synthesis and elucidation of structure of some metal complexes of dithio ligands, such as the dithiocarbamates, xanthates and 2-aminocyclopent-1-ene-1-dithiocarboxylate and its N-alkyl derivatives.2-Aminocyclopent-1-ene-1-dithiocarboxylate (ACDA) is an interesting ligand, because of its potential dual capability of bonding between the metal and the ligand. Since the earlier reports on the complexes of ACDA contain contradictory ideas on the nature of its bonding, it was thought worthwhile to undertake a detailed and systematic study of these type of complexes. As the ACDA complexes have very low solubilities in solvents like chloroform, we have used the isopropyl derivative of ACDA as the ligand. The increased solubility of these complexes have made it possible to investigate their NMR and solution electronic spectra.The complexes of this ligand have not yet been reported in the literature.We have synthesised some new mixed ligand complexes of dithiocarbamates by reacting bis(dithiocarbamato)-µ-dichloro dicopper complexes (obtained by the reaction of mixed benzoic dithiocarbamic anhydride and copper(II) chloride) with ACDA or its N-alkyl derivatives.Interactions of metal halides with the mixed anhydrides formed from benzoylchloride and xanthates have also been investigated. Novel complexes of the type, [Cu2(RXant)CI] (R=i-Bu, i-Pr, n-Bu or n-Pr)) have been isolated from the reaction of copper(II) chloride and the mixed anhydride, and these reactions appear to be like the clock reactions reported in the literature.It also deal with the characterisation of the complexes of the type [Hg(R2d t c )X] (X=Cl, Br or 1),[Cu3(R2dtc)6][Cu2Br6] and [Cu(R2dtc)Cl2](R2=Me2,Et2,Pip,Morph or Pyrr)respectively, synthesised by simple and novel routes, different from those reported earlier.

Thermal lens technique to evaluate the fluorescence quantum yield of a schiff base

The fluorescence spectrum of the schiff base obtained from salicylaldehyde and 2-aminophenol is studied using an argon-ion laser as the excitation source and its fluorescence quantum yield (Qf) is determined using a thermal lens method. This is a nondestructive technique that gives the absolute value of Qf without the need for a fluorescence standard. The quantum-yield values are calculated for various concentrations of the solution in chloroform and also for various excitation wavelengths. The value of Qf is relatively high, and is concentration dependent. The maximum value of Qf obtained is nearly 0.78. The high value of the fluorescence quantum yield will render the schiff base useful as a fluorescent marker for biological applications. Photostability and gain studies will assess its suitability as a laser dye.

Projet de construction de musees communautaires au Burkina Faso : le Musée de Léo

La muséographie occidentale classique est remise en cause parce qu’elle n’est pas adaptée aux réalités africaines. Les musées africains se trouvent en déphasage avec leur public parce qu’ils sont trop accrochés à un passé sans rapport avec les réalités et les problèmes quotidiens comme la famine, la sécheresse, la pauvreté, l’éducation, la santé, etc.. Aussi les populations habituées à vivre et à ressentir leur culture ne fréquentent pas les musées en Afrique parce qu’elles pensent que ceux-ci ont "sclérosé" leur culture, "chloroformé" certaines de leurs valeurs patrimoniales. Face aux problèmes rencontrés par les musées en Afrique, nous assistons à l’émergence de nouveaux types de musées. C’est dans ce cadre que s’inscrit notre projet de construction de musées communautaires au Burkina Faso.

Shifts in rhizosphere microbial communities and enzyme activity of Poa alpina across an alpine chronosequence

This study quantifies the influence of Poa alpina on the soil microbial community in primary succession of alpine ecosystems, and whether these effects are controlled by the successional stage. Four successional sites representative of four stages of grassland development (initial, 4 years (non-vegetated); pioneer, 20 years; transition, 75 years; mature, 9500 years old) on the Rotmoos glacier foreland, Austria, were sampled. The size, composition and activity of the microbial community in the rhizosphere and bulk soil were characterized using the chloroform-fumigation extraction procedure, phospholipid fatty acid (PLFA) analysis and measurements of the enzymes beta-glucosidase, beta-xylosidase, N-acetyl-beta-glucosaminidase, leucine aminopeptidase, acid phosphatase and sulfatase. The interplay between the host plant and the successional stage was quantified using principal component (PCA) and multidimensional scaling analyses. Correlation analyses were applied to evaluate the relationship between soil factors (C-org, N-t, C/N ratio, pH, ammonium, phosphorus, potassium) and microbial properties in the bulk soil. In the pioneer stage microbial colonization of the rhizosphere of P. alpina was dependent on the reservoir of microbial species in the bulk soil. As a consequence, the rhizosphere and bulk soil were similar in microbial biomass (ninhydrin-reactive nitrogen (NHR-N)), community composition (PLFA), and enzyme activity. In the transition and mature grassland stage, more benign soil conditions stimulated microbial growth (NHR-N, total amount of PLFA, bacterial PLFA, Gram-positive bacteria, Gram-negative bacteria), and microbial diversity (Shannon index H) in the rhizosphere either directly or indirectly through enhanced carbon allocation. In the same period, the rhizosphere microflora shifted from a G(-) to a more G(+), and from a fungal to a more bacteria-dominated community. Rhizosphere beta-xylosidase, N-acetyl-beta-glucosaminidase, and sulfatase activity peaked in the mature grassland soil, whereas rhizosphere leucine aminopeptidase, beta-glucosidase, and phosphatase activity were highest in the transition stage, probably because of enhanced carbon and nutrient allocation into the rhizosphere due to better growth conditions. Soil organic matter appeared to be the most important driver of microbial colonization in the bulk soil. The decrease in soil pH and soil C/N ratio mediated the shifts in the soil microbial community composition (bacPLFA, bacPLFA/fungPLFA, G(-), G(+)/G(-)). The activities of beta-glucosidase, beta-xylosidase and phosphatase were related to soil ammonium and phosphorus, indicating that higher decomposition rates enhanced the nutrient availability in the bulk soil. We conclude that the major determinants of the microllora vary along the successional gradient: in the pioneer stage the rhizosphere microflora was primarily determined by the harsh soil environment; under more favourable environmental conditions, however, the host plant selected for a specific microbial community that was related to the dynamic interplay between soil properties and carbon supply. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

The release of silicon from amorphous silica and rice straw in Sri Lankan soils

Silicon release from rice straw and amorphous silica when shaken in solution with five Sri Lankan soils was studied indirectly using sorption isotherms and changes in concentration and directly using straw in dialysis bags examined using electron microscopy. The aim was to further our understanding of the processes and factors affecting the release of straw-Si in soils and its availability to rice. The soils (alfisols and ultisols) shaken with 0.1 M NaCl (5 g per 125 mL for 250 days) produced concentrations of 1 - 4 mg L-1 of monosilicic acid-Si. Amorphous silica added to these suspensions (36.5 mg, containing 17 mg Si) raised the concentrations to 20 - 40 mg L-1, and added rice straw (0.5 g, containing 17 mg Si) gave 10 - 25 mg L-1. Sorption isotherms (7 days equilibrations) were used to calculate from the concentrations the amounts of Si released ( 24 - 38% and 8 - 21%, respectively). Both materials gave about 40 mg L-1 of monosilicic acid-Si plus 30 mg L-1 of disilicic acid-Si when shaken in solution alone (5 g per 125 mL). Straw in dialysis bags ( 0.5 g per 25 mL in 0.1 M NaCl) was shaken in soil suspension ( 5 g per 100 mL) for 60 days. Similar concentrations and releases were measured to those obtained above. About one fifth of the mass of straw was lost by decomposition in the first 15 days. A chloroform treatment prevented decomposition, but Si release was unaffected. Disintegration continued throughout the experiments, with phytoliths being exposed and dissolved. Compared to the rate of release from straw into solution without soil, the release of Si into soil suspensions was increased during the first 20 days by adsorption on the soil, but was then reduced probably through the effect of Fe and Al on the phytolith surfaces. The extent of this blocking effect varied between soils and was not simply related to soil pH.

Shifts in rhizosphere microbial communities and enzyme activity of Poa alpina across an alpine chronosequence

This study quantifies the influence of Poa alpina on the soil microbial community in primary succession of alpine ecosystems, and whether these effects are controlled by the successional stage. Four successional sites representative of four stages of grassland development (initial, 4 years (non-vegetated); pioneer, 20 years; transition, 75 years; mature, 9500 years old) on the Rotmoos glacier foreland, Austria, were sampled. The size, composition and activity of the microbial community in the rhizosphere and bulk soil were characterized using the chloroform-fumigation extraction procedure, phospholipid fatty acid (PLFA) analysis and measurements of the enzymes beta-glucosidase, beta-xylosidase, N-acetyl-beta-glucosaminidase, leucine aminopeptidase, acid phosphatase and sulfatase. The interplay between the host plant and the successional stage was quantified using principal component (PCA) and multidimensional scaling analyses. Correlation analyses were applied to evaluate the relationship between soil factors (C-org, N-t, C/N ratio, pH, ammonium, phosphorus, potassium) and microbial properties in the bulk soil. In the pioneer stage microbial colonization of the rhizosphere of P. alpina was dependent on the reservoir of microbial species in the bulk soil. As a consequence, the rhizosphere and bulk soil were similar in microbial biomass (ninhydrin-reactive nitrogen (NHR-N)), community composition (PLFA), and enzyme activity. In the transition and mature grassland stage, more benign soil conditions stimulated microbial growth (NHR-N, total amount of PLFA, bacterial PLFA, Gram-positive bacteria, Gram-negative bacteria), and microbial diversity (Shannon index H) in the rhizosphere either directly or indirectly through enhanced carbon allocation. In the same period, the rhizosphere microflora shifted from a G(-) to a more G(+), and from a fungal to a more bacteria-dominated community. Rhizosphere beta-xylosidase, N-acetyl-beta-glucosaminidase, and sulfatase activity peaked in the mature grassland soil, whereas rhizosphere leucine aminopeptidase, beta-glucosidase, and phosphatase activity were highest in the transition stage, probably because of enhanced carbon and nutrient allocation into the rhizosphere due to better growth conditions. Soil organic matter appeared to be the most important driver of microbial colonization in the bulk soil. The decrease in soil pH and soil C/N ratio mediated the shifts in the soil microbial community composition (bacPLFA, bacPLFA/fungPLFA, G(-), G(+)/G(-)). The activities of beta-glucosidase, beta-xylosidase and phosphatase were related to soil ammonium and phosphorus, indicating that higher decomposition rates enhanced the nutrient availability in the bulk soil. We conclude that the major determinants of the microllora vary along the successional gradient: in the pioneer stage the rhizosphere microflora was primarily determined by the harsh soil environment; under more favourable environmental conditions, however, the host plant selected for a specific microbial community that was related to the dynamic interplay between soil properties and carbon supply. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.