New fluorescence parameters for monitoring photosynthesis in plants - 1. The effect of illumination on the fluorescence parameters of the JIP-test

Chlorophyll fluorescence measurements have a wide range of applications from basic understanding of photosynthesis functioning to plant environmental stress responses and direct assessments of plant health. The measured signal is the fluorescence intensity (expressed in relative units) and the most meaningful data are derived from the time dependent increase in fluorescence intensity achieved upon application of continuous bright light to a previously dark adapted sample. The fluorescence response changes over time and is termed the Kautsky curve or chlorophyll fluorescence transient. Recently, Strasser and Strasser (1995) formulated a group of fluorescence parameters, called the JIP-test, that quantify the stepwise flow of energy through Photosystem II, using input data from the fluorescence transient. The purpose of this study was to establish relationships between the biochemical reactions occurring in PS II and specific JIP-test parameters. This was approached using isolated systems that facilitated the addition of modifying agents, a PS II electron transport inhibitor, an electron acceptor and an uncoupler, whose effects on PS II activity are well documented in the literature. The alteration to PS II activity caused by each of these compounds could then be monitored through the JIP-test parameters and compared and contrasted with the literature. The known alteration in PS II activity of Chenopodium album atrazine resistant and sensitive biotypes was also used to gauge the effectiveness and sensitivity of the JIP-test. The information gained from the in vitro study was successfully applied to an in situ study. This is the first in a series of four papers. It shows that the trapping parameters of the JIP-test were most affected by illumination and that the reduction in trapping had a run-on effect to inhibit electron transport. When irradiance exposure proceeded to photoinhibition, the electron transport probability parameter was greatly reduced and dissipation significantly increased. These results illustrate the advantage of monitoring a number of fluorescence parameters over the use of just one, which is often the case when the F-V/F-M ratio is used.

The Lake Tekapo experiment (LTEX): An investigation of atmospheric boundary layer processes in complex terrain

A research program on atmospheric boundary layer processes and local wind regimes in complex terrain was conducted in the vicinity of Lake Tekapo in the southern Alps of New Zealand, during two 1-month field campaigns in 1997 and 1999. The effects of the interaction of thermal and dynamic forcing were of specific interest, with a particular focus on the interaction of thermal forcing of differing scales. The rationale and objectives of the field and modeling program are described, along with the methodology used to achieve them. Specific research aims include improved knowledge of the role of surface forcing associated with varying energy balances across heterogeneous terrain, thermal influences on boundary layer and local wind development, and dynamic influences of the terrain through channeling effects. Data were collected using a network of surface meteorological and energy balance stations, radiosonde and pilot balloon soundings, tethered balloon and kite-based systems, sodar, and an instrumented light aircraft. These data are being used to investigate the energetics of surface heat fluxes, the effects of localized heating/cooling and advective processes on atmospheric boundary layer development, and dynamic channeling. A complementary program of numerical modeling includes application of the Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) to case studies characterizing typical boundary layer structures and airflow patterns observed around Lake Tekapo. Some initial results derived from the special observation periods are used to illustrate progress made to date. In spite of the difficulties involved in obtaining good data and undertaking modeling experiments in such complex terrain, initial results show that surface thermal heterogeneity has a significant influence on local atmospheric structure and wind fields in the vicinity of the lake. This influence occurs particularly in the morning. However, dynamic channeling effects and the larger-scale thermal effect of the mountain region frequently override these more local features later in the day.

Differences in lung function, growth parameters and frequency of hospital admissions between adolescents with cystic fibrosis-related diabetes and controls

As survival of patients with CF increases,glucose intolerance and cystic fibrosisrelated diabetes (CFRD),ar e increasingly recognised common complications. CFRD may be preceded by a pre-diabetic state. Using markers identified as being associated with CFRD may improve targeted screening. Aim: To identify features consistently predicting CFRD in paediatric patients. Patients diagnosed with CFRD between January 1997–January 2002 were compared with age and sex matched controls. Clinical,micr obiological, and hospitalisation data was collected at time of CFRD diagnosis,and at six monthly intervals for 3 yr prior to diagnosis. Eight patients with CFRD were identified,mean age 13.7 yr (S.D. 3.49) at time of diagnosis. Control patients underwent OGTT to ensure normal glucose tolerance. Patients with CFRD had a lower FEV1 up to 12 months prior to diagnosis however, this was only significant at diagnosis. There was no difference in weight and height z scores between the 2 groups; however,the decrease in weight and height z scores in the CFRD group over 3 yr prior to diagnosis was significant. Mean number of days in hospital and admissions per patient significantly increased in the CFRD group,6 months prior to diagnosis. No other significant differences were observed between the 2 groups. Conclusions: This study has shown a difference in lung function,gr owth parameters and frequency of hospital admissions between patients with CFRD and controls. These differences may be utilised as tools for targeted screening in the paediatricyadolescent population. Further larger scale studies are required to improve guidelines for targeted screening in this population.

In search of the ultimate ionosonde deduced equator

A further progress has been made in defining the ionosonde deduced equator (IDE) which characterises a latitudinal transition from the northern to southern hemisphere. It is now possible to define the global IDE location as the locus of the average position between geographic and geomagnetic equators. A more complete insight to the phenomenon of the third equator (i.e. after geographic and geomagnetic equators) was made possible due to availability of ionospheric height (h'F) data from three stations positioned close to the IDE in the American and the far-east sectors. The IDE ionospheric signature (or E-type signature), detected at these stations, consists of bi-annual h'F height increases. This signature however is not consistently observed during solar cycle and at times, particularly at sunspot minimum, a weak hemispheric signature is observed (i.e. the northern or southern hemisphere signature). In general, the height increase at the IDE are considerably smaller (by a factor of 4) than at other equatorial locations, indicating that the ionosphere at the IDE location becomes less disturbed. It is suggested that the equatorial longitudinal regions which can be associated with more consistent E-type signature are located in the central Pacific and at the east coast of America, close to the intersection points of the geographic and geomagnetic equators. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Modelagem da dispersão de odores em ambientes urbanos

O presente trabalho investigou o problema da modelagem da dispersão de compostos odorantes em presença de obstáculos (cúbicos e com forma complexa) sob condição de estabilidade atmosférica neutra. Foi empregada modelagem numérica baseada nas equações de transporte (CFD1) bem como em modelos algébricos baseados na pluma Gausseana (AERMOD2, CALPUFF3 e FPM4). Para a validação dos resultados dos modelos e a avaliação do seu desempenho foram empregados dados de experimentos em túnel de vento e em campo. A fim de incluir os efeitos da turbulência atmosférica na dispersão, dois diferentes modelos de sub-malha associados à Simulação das Grandes Escalas (LES5) foram investigados (Smagorinsky dinâmico e WALE6) e, para a inclusão dos efeitos de obstáculos na dispersão nos modelos Gausseanos, foi empregado o modelo PRIME7. O uso do PRIME também foi proposto para o FPM como uma inovação. De forma geral, os resultados indicam que o uso de CFD/LES é uma ferramenta útil para a investigação da dispersão e o impacto de compostos odorantes em presença de obstáculos e também para desenvolvimento dos modelos Gausseanos. Os resultados também indicam que o modelo FPM proposto, com a inclusão dos efeitos do obstáculo baseado no PRIME também é uma ferramenta muito útil em modelagem da dispersão de odores devido à sua simplicidade e fácil configuração quando comparado a modelos mais complexos como CFD e mesmo os modelos regulatórios AERMOD e CALPUFF. A grande vantagem do FPM é a possibilidade de estimar-se o fator de intermitência e a relação pico-média (P/M), parâmetros úteis para a avaliação do impacto de odores. Os resultados obtidos no presente trabalho indicam que a determinação dos parâmetros de dispersão para os segmentos de pluma, bem como os parâmetros de tempo longo nas proximidades da fonte e do obstáculo no modelo FPM pode ser melhorada e simulações CFD podem ser usadas como uma ferramenta de desenvolvimento para este propósito. Palavras chave: controle de odor, dispersão, fluidodinâmica computacional, modelagem matemática, modelagem gaussiana de pluma flutuante, simulação de grandes vórtices (LES).

Estudo da camada limite atmosférica em regiões metropolitanas costeiras com simulações de brisa marítima

O principal objetivo deste trabalho foi identificar e caracterizar a evolução diária da Camada Limite Atmosférica (CLA) na Região da Grande Vitória (RGV), Estado do Espírito Santo, Brasil e na Região de Dunkerque (RD), Departamento Nord Pas-de-Calais, França, avaliando a acurácia de parametrizações usadas no modelo meteorológico Weather Research and Forecasting (WRF) em detectar a formação e atributos da Camada Limite Interna (CLI) que é formada pelas brisas marítimas. A RGV tem relevo complexo, em uma região costeira de topografia acidentada e uma cadeia de montanhas paralela à costa. A RD tem relevo simples, em uma região costeira com pequenas ondulações que não chegam a ultrapassar 150 metros, ao longo do domínio de estudos. Para avaliar os resultados dos prognósticos feitos pelo modelo, foram utilizados os resultados de duas campanhas: uma realizada na cidade de Dunkerque, no norte da França, em Julho de 2009, utilizando um sistema light detection and ranging (LIDAR), um sonic detection and ranging (SODAR) e dados de uma estação meteorológica de superfície (EMS); outra realizada na cidade de Vitória – Espírito Santo, no mês de julho de 2012, também usando um LIDAR, um SODAR e dados de uma EMS. Foram realizadas simulações usando três esquemas de parametrizações para a CLA, dois de fechamento não local, Yonsei University (YSU) e Asymmetric Convective Model 2 (ACM2) e um de fechamento local, Mellor Yamada Janjic (MYJ) e dois esquemas de camada superficial do solo (CLS), Rapid Update Cycle (RUC) e Noah. Tanto para a RGV quanto para a RD, foram feitas simulações com as seis possíveis combinações das três parametrizações de CLA e as duas de CLS, para os períodos em que foram feitas as campanhas, usando quatro domínios aninhados, sendo os três maiores quadrados com dimensões laterais de 1863 km, 891 km e 297 km, grades de 27 km, 9 km e 3 km, respectivamente, e o domínio de estudo, com dimensões de 81 km na direção Norte-Sul e 63 km na Leste-Oeste, grade de 1 km, com 55 níveis verticais, até um máximo de, aproximadamente, 13.400 m, mais concentrados próximos ao solo. Os resultados deste trabalho mostraram que: a) dependendo da configuração adotada, o esforço computacional pode aumentar demasiadamente, sem que ocorra um grande aumento na acurácia dos resultados; b) para a RD, a simulação usando o conjunto de parametrizações MYJ para a CLA com a parametrização Noah produziu a melhor estimativa captando os fenômenos da CLI. As simulações usando as parametrizações ACM2 e YSU inferiram a entrada da brisa com atraso de até três horas; c) para a RGV, a simulação que usou as parametrizações YSU para a CLA em conjunto com a parametrização Noah para CLS foi a que conseguiu fazer melhores inferências sobre a CLI. Esses resultados sugerem a necessidade de avaliações prévias do esforço computacional necessário para determinadas configurações, e sobre a acurácia de conjuntos de parametrizações específicos para cada região pesquisada. As diferenças estão associadas com a capacidade das diferentes parametrizações em captar as informações superficiais provenientes das informações globais, essenciais para determinar a intensidade de mistura turbulenta vertical e temperatura superficial do solo, sugerindo que uma melhor representação do uso de solo é fundamental para melhorar as estimativas sobre a CLI e demais parâmetros usados por modelos de dispersão de poluentes atmosféricos.

Estudo do transporte atmosférico de Mp10 e SO2 com os Modelos WRF/CMAQ em regiões costeiras urbanas

O objetivo principal deste trabalho foi o estudo do transporte atmosférico de PM10 e SO2 em regiões costeiras urbanas usando modelos WRF/CMAQ. Duas regiões foram contempladas neste estudo. Uma é a Região da Grande Vitória (RGV), no estado do Espírito Santo, Brasil; a outra é a Região da Grande Dunkerque (RGD), no Departamento Nord Pas-de-Calais, França. A RGV é cercada por uma cadeia de montanhas paralela à costa, resultando num topografia complexa e acidentada. Já a RGD possui uma topografia muito mais suave. As entradas de dados para os modelos WRF/CMAQ englobaram o inventário de emissões de poluentes atmosféricos do IEMA-ES para a RGV, e o inventário de emissões no nível do solo de Nord Pas-de-Calais denominado ―Cadastre_totaux_3km_A2008 _M2010_V2_SNAPN2‖ para a RGD. Ambos os inventários apresentaram restrições, todavia. O inventário da RGV apresentou valores de ressuspensão em vias de tráfego elevados, em comparação com diversos estudos, e teve esses dados modificados. Os dados no nível do solo e a grande área de das células da grade (9 km2) do inventário da RGD não permitiram resultados satisfatórios de modelagem. A validação dos modelos foi realizada por comparação com resultados obtidos em duas campanhas experimentais: uma na cidade de Dunkerque, no norte da França, em setembro de 2009; a outra na cidade de Vitória, no sudeste do Brasil, em julho de 2012. Esses dados foram obtidos pelo uso de sistemas de Light Detection and Ranging (LIDAR) e Sonic Detection and Ranging (SODAR), bem como de Estações Meteorológicas de Superfície (EMS) e de monitoramento atmosférico. Os resultados deste trabalho mostraram que: a) existe uma necessidade de melhorias contínuas nos inventários regionais de emissões, adaptando-os para condições locais específicas e focando na obtenção de parâmetros necessários para modelagem fotoquímica; b) os valores de módulo e direção das velocidades obtidas na modelagem meteorológica influenciam fortemente os resultados da modelagem de concentração de poluentes; c) a qualidade do ar tanto na RGV quanto na RGD merece atenção, sobretudo no que diz respeito às concentrações de MP10. De acordo com os dados das estações de monitoramento, a situação parece mais crítica na RGD; d) a modelagem da RGV apresentou resultados mais satisfatórios do que a da RGD, de acordo com os resultados das validações; e) a entrada da brisa do mar provocou alterações significativas na concentração dos poluentes, o que pôde ser observado na análise da dinâmica da dispersão de MP10 e SO2. Esse fenômeno foi mais marcante na RGV, onde a entrada da brisa marítima provocou um movimento oscilatório na pluma de poluição, levando-a para os bairros mais densamente povoados do conglomerado urbano. Na RGD, a entrada da brisa não foi cotidiana e, no dia em que ela aconteceu, houve uma alteração de quase 180º na direção do movimento da pluma de poluição. Além do aumento da turbulência vertical, o qual já foi estudado por diversos autores, este estudo focou também na influência brisa do mar na dinâmica da pluma de dispersão de poluentes atmosféricos em regiões costeiras.

Evaluation of respiratory parameters in minimally processed lettuce grown under organic or conventional system

The increased preference for minimally processed vegetables has been attributed to the health benefits associated with fresh produce and the demand for ready-to-eat salads. In this paper, lettuce (Lactuca sativa L.) was evaluated for the effects of different cropping systems on the respiratory properties. Lettuce was packaged in low density polyethylene bags and stored in a refrigerator at 4 ºC. The concentration of carbon dioxide and oxygen inside the package was monitored during the storage at zero, three, six, eight, ten and twelve days by gas chromatography. Dry matter variation was measured gravimetrically up to day fourteen of storage. Values of respiratory rate for conventional lettuce increased from day 1 to 3 and remained low, while respiratory rate of the organic lettuce increased three-fold up to day 8, stabilizing at a high level. Variation in dry matter during storage also resulted from differences between the two cultivation systems. The highest content of dry matter was achieved by organic lettuce.

Fiber average size and distribution dependence on the electrospinning parameters of poly(vinylidene fluoride trifluoroethylene)) membranes for biomedical applications

Poly(vinylidene fluoride-trifluoethylene) electrospun membranes were obtained from a blend of dimethylformamide (DMF) and methylethylketone (MEK) solvents. The inclusion of the MEK to the solvent system promotes a faster solvent evaporation allowing complete polymer crystallization during the jet travelling between the tip and the grounded collector. Several processing parameters were systematically changed to study their influence on fiber dimensions. Applied voltage and inner needle diameter do not have large influence on the electrospun fiber average diameter but in the fiber diameter distribution. On the other hand, the increase of the distance between the needle tip to collector results in fibers with larger average diameter. Independently on the processing conditions, all mats are produced in the electroactive phase of the polymer. Further, MC-3T3-E1cell adhesion was not inhibited by the fiber mats preparation, indicating their potential use for biomedical applications.

Influence of electrospinning parameters on Poly(hydroxybutyrate) electrospun membranes fiber size and distribution

Poly(hydroxybutyrate) (PHB) obtained from sugar cane was dissolved in a blend of chloroform and dimethylformamide (DMF) and electrospun at 40 ºC. By adding DMF to the solution, the electrospinning process for the PHB polymer becomes more stable, allowing complete polymer crystallization during the jet travelling between the tip and the grounded collector. The influence of processing parameters on fiber size and distribution was systematically studied. It was observed that an increase of tip inner diameter promotes a decrease of the fiber average size and a broader distribution. On the other hand, an increase of the electric field and flow rate produces an increase of fiber diameter until a maximum of ~2.0 m, but for electric fields higher than 1.5 kV.cm-1, a decrease of the fiber diameter was observed. Polymer crystalline phase seems to be independent of the processing conditions and a crystallinity degree of 53 % was found. Moreover, thermal degradation of the as-spun membrane occurs in single step degradation with activation energy of 91 kJ/mol. Furthermore, MC-3T3-E1 cell adhesion was not inhibited by the fiber mats preparation, indicating their potential use for biomedical applications.

Parameters of electrostatic spraying and its influence on the application efficiency

When the electrostatic spraying is used correctly, it provides advantages over conventional systems, however many factors can affect the system efficiency. Therefore, the objective of this study was to evaluate the charge/mass ratio (Q/M) at different spraying distances (0, 1, 2, 3, 4 and 5 m), and the liquid deposition efficiency on the target. Evaluating the Q/M ratio the Faraday cage method was used and to evaluate the liquid deposition efficiency the artificial targets were positioned longitudinally and transversely to the spray jet. It was found that the spraying distance affects the Q/M ratio, consequently, the liquid deposition efficiency. For the closest distance to the target the Q/M ratio was 4.11 mC kg-1, and at distances of 1, 2, 3, 4 and 5 m, the ratio decreased to 1.38, 0.64, 0.31, 0.17 and 0.005 mC kg-1, respectively. For the liquid deposition, the electrostatic system was affected by the target orientation and spraying distance. The target transversely to the jet of liquid did not improve the liquid deposition, but longitudinally increased the deposition up to 3 meters of distance.

Effects of age on histological parameters of the sweat glands of Nellore cattle

The sweat glands are important in thermoregulation of cattle in a warm environment as they help dissipate heat through evaporation. Studies on gland histology are important to define its secretion potential and the capacity of perspiration and heat removal. The objective of this study was to determine, by histomorphometry, glandular epithelium height, the depth of the gland, length of the glandular portion and number of glands per cm2 of the sweat glands of the three age groups of Nellore cattle. Thirty females were used in this study. They were equally divided into calves, heifers and cows. Histological sections were obtained and analyzed by digital images in Trinocular BX40 Olympus microscope coupled to an Oly - 200 camera, connected to a computer. The images were obtained with microscope with 2x, 4x, 10x and 40x magnification objectives. The measurements were performed using HL Image 97 program. The height of glandular epithelium, depth of the glands, length and density of the glandular portion per cm2 , were all analyzed. The calves showed greater height of the glandular epithelium than heifers (P = 0.0024), and cows (P = 0.0191). The depth of the gland was not influenced by age. Cows had higher length of secretory portion than heifers (P = 0.0379) and calves (P = 0.0077). Heifers had a greater number of sweat glands per cm2 of skin than cows (P = 0.023). In cattle, the height of glandular epithelium and the density decreases as animals get older. On the other hand, the length of the secretor portion increases but with no changes in the depth of the sweat glands

Juvenile tree growth correlates with photosynthesis and leaf phosphorus content in central Amazonia

Light and soil water availability may limit carbon uptake of trees in tropical rainforests. The objective of this work was to determine how photosynthetic traits of juvenile trees respond to variations in rainfall seasonality, leaf nutrient content, and opening of the forest canopy. The correlation between leaf nutrient content and annual growth rate of saplings was also assessed. In a terra firme rainforest of the central Amazon, leaf nutrient content and gas exchange parameters were measured in five sapling tree species in the dry and rainy season of 2008. Sapling growth was measured in 2008 and 2009. Rainfall seasonality led to variations in soil water content, but it did not affect leaf gas exchange parameters. Subtle changes in the canopy opening affected CO2 saturated photosynthesis (A pot, p = 0.04). Although A pot was affected by leaf nutrient content (as follows: P > Mg > Ca > N > K), the relative growth rate of saplings correlated solely with leaf P content (r = 0.52, p = 0.003). At present, reduction in soil water content during the dry season does not seem to be strong enough to cause any effect on photosynthesis of saplings in central Amazonia. This study shows that leaf P content is positively correlated with sapling growth in the central Amazon. Therefore, the positive effect of atmospheric CO2 fertilization on long-term tree growth will depend on the ability of trees to absorb additional amount of P

Radiological imaging in digital systems: the effect of exposure parameters in diagnostic quality and patient dose

Esta tese pretende contribuir para o estudo e análise dos factores relacionados com as técnicas de aquisição de imagens radiológicas digitais, a qualidade diagnóstica e a gestão da dose de radiação em sistema de radiologia digital. A metodologia encontra-se organizada em duas componentes. A componente observacional, baseada num desenho do estudo de natureza retrospectiva e transversal. Os dados recolhidos a partir de sistemas CR e DR permitiram a avaliação dos parâmetros técnicos de exposição utilizados em radiologia digital, a avaliação da dose absorvida e o índice de exposição no detector. No contexto desta classificação metodológica (retrospectiva e transversal), também foi possível desenvolver estudos da qualidade diagnóstica em sistemas digitais: estudos de observadores a partir de imagens arquivadas no sistema PACS. A componente experimental da tese baseou-se na realização de experiências em fantomas para avaliar a relação entre dose e qualidade de imagem. As experiências efectuadas permitiram caracterizar as propriedades físicas dos sistemas de radiologia digital, através da manipulação das variáveis relacionadas com os parâmetros de exposição e a avaliação da influência destas na dose e na qualidade da imagem. Utilizando um fantoma contraste de detalhe, fantomas antropomórficos e um fantoma de osso animal, foi possível objectivar medidas de quantificação da qualidade diagnóstica e medidas de detectabilidade de objectos. Da investigação efectuada, foi possível salientar algumas conclusões. As medidas quantitativas referentes à performance dos detectores são a base do processo de optimização, permitindo a medição e a determinação dos parâmetros físicos dos sistemas de radiologia digital. Os parâmetros de exposição utilizados na prática clínica mostram que a prática não está em conformidade com o referencial Europeu. Verifica-se a necessidade de avaliar, melhorar e implementar um padrão de referência para o processo de optimização, através de novos referenciais de boa prática ajustados aos sistemas digitais. Os parâmetros de exposição influenciam a dose no paciente, mas a percepção da qualidade de imagem digital não parece afectada com a variação da exposição. Os estudos que se realizaram envolvendo tanto imagens de fantomas como imagens de pacientes mostram que a sobreexposição é um risco potencial em radiologia digital. A avaliação da qualidade diagnóstica das imagens mostrou que com a variação da exposição não se observou degradação substancial da qualidade das imagens quando a redução de dose é efectuada. Propõe-se o estudo e a implementação de novos níveis de referência de diagnóstico ajustados aos sistemas de radiologia digital. Como contributo da tese, é proposto um modelo (STDI) para a optimização de sistemas de radiologia digital.

Evaluation of exposure parameters in plain radiography: a comparative study with european guidelines

Typical distribution of exposure parameters in plain radiography is unknown in Portugal. This study aims to identify exposure parameters that are being used in plain radiography in the Lisbon area and to compare the collected data with European references [Commission of European Communities (CEC) guidelines]. The results show that in four examinations (skull, chest, lumbar spine and pelvis), there is a strong tendency of using exposure times above the European recommendation. The X-ray tube potential values (in kV) are below the recommended values from CEC guidelines. This study shows that at a local level (Lisbon region), radiographic practice does not comply with CEC guidelines concerning exposure techniques. Further national/local studies are recommended with the objective to improve exposure optimisation and technical procedures in plain radiography. This study also suggests the need to establish national/local diagnostic reference levels and to proceed to effective measurements for exposure optimisation.