Influence of corn sowing density and gliricidia intercropping on weed control

There is interest in the identification of the best seeding density for new corn hybrids and on reduced use of herbicides for weed control. The objective of this study was to evaluate the effects of seeding density (30, 50, 70, and 90 thousand plants ha-1) and weed control on green ear yield and grain yield in corn cultivar AG 1051. A completely randomized block design was adopted with split-plots (seeding densities assigned to plots) and ten replicates. Weed control was achieved by means of two hoeings and by planting corn intercropped with gliricidia (between corn rows, in pits spaced 0.3 m apart). A "no weeding"treatment was included as well. Increased seeding density increased the total number and weight of marketable green ears and decreased the biomass of both weeds and gliricidia. In non-weeded, intercropped and hoed plots, the maximum grain yield values achieved as seeding density increased were 7,881, 7,021, and 9,213 kg ha-1, respectively, obtained with populations of 67 thousand, 74 thousand, and 67 thousand plants per hectare, respectively. Intercropping did not control weeds (26 species) and provided weed growth, green ear yield, and grain yield (at the lowest densities) similar to those obtained without hoeing, except for total number of green ears, in which no influence of weed control was observed. At densities of 70 thousand and 90 thousand plants per hectare, grain yield with two hoeings was not different from yield values obtained without weeding or in the treatment intercropped with gliricidia, respectively, indicating that increased corn seeding density as well as gliricidiamay help to control weeds.

Nitrogen doses and weed control via intercropping with gliricidia for corn production

Many studies have demonstrated the beneficial influence of nitrogen doses on corn dry grain yield and green ear yield. Due to a growing concern with environmental degradation, many agricultural practices, adopted in the past, are being reexamined. With regard to weed control, strategies that employ mechanical control, including intercrops, are being the object of renewed interest. The purpose of this study was to evaluate the effects of the application of nitrogen doses (0, 40, 80, and 120 kg N ha-1; as ammonium sulfate) and weed control on the growth, green ear yield, and grain yield of the AG 1051 corn cultivar. A randomized block experimental design with split-plots and nine replications was adopted. In addition to nitrogen rates, the AG 1051 cultivar was submitted to the following treatments, applied to subplots: no weeding, two hoeings (at 20 and 40 days after sowing), and intercropping with gliricídia (Gliricidia sepium). Gliricidia was sowed at corn planting, between the corn rows, using two seedlings per pit, in pits spaced 0.30 m apart. Gliricidia did not provide weed control, and gave plant growth, green ear yield and grain yield values similar to the no weeding treatment. However, regarding the number of mature ears got, intercropping with gliricidia did not differ from the two-hoeing treatment. Weed control did not have an effect on plant height and number of marketable, husked green ears, with the application of 120 kg N ha-1; indicating that nitrogen improved the corn's competitive ability. The two-hoeing treatment provided the best means for total green ears weight, number of marketable husked ears, both unhusked and husked marketable ear weight, grain yield and its components than the other treatments. Nitrogen application increased corn growth, green ear yield, and grain yield, as well as weed green biomass, but reduced the stand and growth of gliricidia.

The effects of pigweed redroot (Amaranthus retoflexus) weed competition and its economic thresholds in corn (Zea mays)

The aim of this study was to determine the economic damage threshold of Pigweed redroot for corn regarding its density. An experiment was conducted at the Agriculture Research station of Islamic Azad University branch of Gonabad during 2006. The experiment was carried out as a factorial in a randomized complete block design with three replications. In the experiments, the factors included corn (var. 704) densities of 7.5, 8.5 and 9.5 plants m-2 and pigweed redroot densities of 0, 2, 4, 6 and 8 plants m-2. The increase in Pigweed redroot density, decrease in crop grain and biomass yield components such as ear length, ear diameter, number of grains per row, row number, grain number in ear, grain yield and biological yield of corn, decreased. Also, with an increase in corn density, the number of grain per rows, row number, grain yield and biological yield of corn increased. The economic thresholds density of Pigweed redroot was 0.09 to 0.13 plants m-2 in corn different densities, and increased with corn density increases.

Density and sowing season of two Brachiaria species on the soybean culture

The aim of this study was to evaluate the growth and yield of soybean cultivar M-8766 in consortium with Brachiaria brizantha. BRS Piata and Brachiaria ruziziensis at different densities and sowing dates. The experimental design was randomized blocks with treatments arranged in a factorial 2 x 2 x 3 with four replications. Used as factors grass species (Brachiaria brizantha Piata and Brachiaria ruziziensis BRS) intercropped with soybean M-8766, sowing dates (12 and 24 days after soybean emergence) and three seeding rates (0, 5, 10 kg ha-1 of seed). At 71 days after soybean emergence were evaluated plant height, stem diameter, dry mass of leaves, stems and shoots, and 4 months after sowing determined the weight of 100 grains and soybean yield. The results showed that when seeded at a density of 10 kg ha-1 at 12 and 24 DAE soy, Brachiaria brizantha. BRS Piata caused reduction in yield in the order of 6.71% and 3.03% respectively, while the Brachiaria ruziziensis was one that caused a greater reduction in productivity in the order of 13.42 and 16.23%, respectively, of these values expression when considering the price of soybean sack. B. ruziziensis expressed less competitive with soybean. However, the large biomass production of this grass provides deployment system till the next harvest.

Weed control in corn and weed sample size for growth evaluations

The objectives of this study were to evaluate baby corn yield, green corn yield, and grain yield in corn cultivar BM 3061, with weed control achieved via a combination of hoeing and intercropping with gliricidia, and determine how sample size influences weed growth evaluation accuracy. A randomized block design with ten replicates was used. The cultivar was submitted to the following treatments: A = hoeings at 20 and 40 days after corn sowing (DACS), B = hoeing at 20 DACS + gliricidia sowing after hoeing, C = gliricidia sowing together with corn sowing + hoeing at 40 DACS, D = gliricidia sowing together with corn sowing, and E = no hoeing. Gliricidia was sown at a density of 30 viable seeds m-2. After harvesting the mature ears, the area of each plot was divided into eight sampling units measuring 1.2 m² each to evaluate weed growth (above-ground dry biomass). Treatment A provided the highest baby corn, green corn, and grain yields. Treatment B did not differ from treatment A with respect to the yield values for the three products, and was equivalent to treatment C for green corn yield, but was superior to C with regard to baby corn weight and grain yield. Treatments D and E provided similar yields and were inferior to the other treatments. Therefore, treatment B is a promising one. The relation between coefficient of experimental variation (CV) and sample size (S) to evaluate growth of the above-ground part of the weeds was given by the equation CV = 37.57 S-0.15, i.e., CV decreased as S increased. The optimal sample size indicated by this equation was 4.3 m².

WEED MANAGEMENT WITH HERBICIDES APPLIED IN PRE AND POSTEMERGENCE ON CASTOR CROP

ABSTRACT The aim of this work was to evaluate the weed management with herbicides applied in pre and postemergence on castor crop. The treatments were constituted by management systems using herbicides in pre (PRE) and postemergence (POS): 1) S-metolachlor at 576 g ha-1 (PRE 1) and chlorimuron-methyl at 15 g ha-1 (POS 1); 2) PRE 1 + clomazone at 650 g ha-1(PRE 2) and POS 1; 3) PRE 1, POS 1 and halosulfuron-methyl at 112.5 g ha-1(POS 2); 4) PRE 1, POS 1 and ethoxysulfuron at 60 g ha-1 (POS 3); 5) PRE 1, POS 1 and ethoxysulfuron at 120 g ha-1 (POS 4); 6) PRE 1 + PRE 2, POS 1 and POS 2; 7) PRE 1 + PRE 2, POS 1 and POS 3; 8) PRE 1 + PRE 2, POS 1 and POS 4; 9) hand-hoeing control and 10) non-weeded control. The experimental design was randomized blocks with four replications. The association of the herbicides in PRE combined to sequence applications of chlorimuron-ethyl and halosulfuron-methyl or ethoxysulfuron in POS resulted in the highest control levels of Richardia scabraand Cyperus ferax. Mild phytointoxication symptoms to the crop were more persistent with ethoxysulfuron at 120 g ha-1. The acceptable control of the weed species and similar yield to the hand-hoeing control permitted to conclude that S-metolachlor + clomazone PRE, followed by chlorimuron-ethyl and halosulfuron-methyl POS proved to be more adequate as a weed management strategy on castor crop.

INTERFERENCE PERIODS AMONG WEEDS AND SOYBEAN RR TM CROPS IN THE WESTERN CENTER AREA OF THE BRAZILIAN STATE OF PARANÁ

ABSTRACT One of the factors that can influence soybeans yield is the interference imposed by weeds. This research has aimed to determine the critical period of weed interference on cv. INT 6100 RRTM soybeans. The experiment was conducted under field conditions at Campo Mourão County, Parana State, in the 2013/2014 harvest, using randomized blocks, arranged in a 2 x 8 factorial, with four replications. In the first factor, the coexistence (period before weed interference) and control (total period of weed interference prevention) periods were assessed. The second factor consisted of management times of weed species (0, 7, 14, 28, 35, 49, 56 and 130 days after emergence - DAE). The evaluations performed were density and shoot dry matter of the weed community, height, number of pods, thousand grain weight and soybean yield. Among the weed species in soybean crops, there was predominance of eudicotyledonous ones (82%). The yield results allowed establishing, for cv. INT 6100 RRTM soybeans at Campo Mourão County, Parana State, a critical period for preventing interference between 24-38 DAE.

Photosynthetic responses of four tropical tree species grown under gap and understorey conditions in a semi-deciduous forest

Leaf CO2 assimilation (A) as a function of photosynthetic photon flux density (Q) or intercellular CO2 concentration (Ci) and chlorophyll fluorescence measurements were carried out on four tropical woody species growing in forest gap and understorey (Bauhinia forficata Link. and Guazuma ulmifolia Lam. as pioneers, and Hymenaea courbaril L. and Esenbeckia leiocarpa Engl. as non-pioneers). Chlorophyll fluorescence indicated similar acclimation capacities of photochemical apparatus to contrasting light environments irrespective to plant species. Maximum CO2 assimilation and quantum yield derived from A/Q curves indicated higher photosynthetic capacity in pioneer than in non-pioneer species in forest gap. However, the differences among species did not show a straightforward relation with their successional status regarding data derived from A/Q curves under understorey conditions. Both successional groups are able to sustain positive carbon balance under contrasting natural light availabilities, modifying photochemical and biochemical photosynthetic traits with similar phenotypic plasticity capacity.

The influence of different combinations of probiotic bacteria and fermentation temperatures on the microbiological and physicochemical characteristics of fermented lactic beverages containing soybean hydrosoluble extract during refrigerated storage

Lactic beverages containing probiotics were prepared with whole UHT milk, whey of Mozzarella cheese, soybean hydrosoluble extract and sugar. Three formulations were studied, each one containing a different combination of probiotic/starter bacteria, fermented at two different temperatures (37 and 45 °C). The aim of this work was to verify the influence of these variables on the viability of probiotic microorganisms and on the physicochemical stability of lactic beverages during storage under refrigeration (21 days at 7 °C). The results indicated that the fermentation temperature had a significant effect on the viability of probiotic bacteria. Counts for Lactobacillus acidophilus were affected by storage time, resulting appropriate after 21 days only for the beverage fermented at 37 °C. Physicochemical parameters did not exhibit drastic variations - proving the stability of formulations during storage. Cells of Bifidobacterium spp. showed high survival ability, probably due to the presence of growth promoters from soybean and cheese whey. The fermentation temperature of 37 °C allowed counts above the minimum limit for all the studied microorganisms, being preferred to the temperature of 45 °C. The inclusion of soybean hydrosoluble extract, a prebiotics source, resulted in a symbiotic product with more benefits to the health of consumers.

Food access and consumption in a rural settlement in Castanhal, PA, Brazil

Abstract The study aimed to assess the food accessibility and consumption among families in the Cupiúba rural settlement, in the city of Castanhal, Pará, Brazil. It was found that the access to food is worrying and indicated that most families are in food insecurity conditions. Moreover, income and food safety level were associated. The consumption of the settler families comprises mainly high-energy, low-nutrient content foods, characterized by the low intake of fruits and vegetables and the introduction of processed foods with high energy density and sugar-added beverages, although the traditional dietary habits (rice and beans) are still present. This configures a diet at risk for important nutritional deficits, obesity, and many non-communicable chronic diseases.

Changes in canola plant architecture and seed physiological quality in response to different sowing densities

The aim of this study was to evaluate changes in canola yield components and seed physiological quality in response to different sowing densities. The study was made in a greenhouse at the REIPESOL Company Technological Center, Madrid - Spain, with the commercial "Toccata" hybrid variety. The initial sowing density was 360,000 plants/ha and the plant population was later thinned down to include treatments of 250 and 180 thousand plants/ha. Harvested seeds were sent to the Seed Technology Center Laboratory (CATES) at the Madrid Polytechnic University (UPM) to evaluate changes in plant architecture and yield components, as well as the seed physiological quality of different plant parts. Results demonstrated that canola plants showed changes in morphology and yield components in response to different sowing densities. The population of 250,000 plants/ha showed the best seed yield demonstrating that maximum yield is directly related to a correct sowing density. The number of pods/plant was the most important component for increased seed yield/plant and seed yield/area. The spatial distribution of canola seeds in the plant and canola sowing density did not affect seed physiological quality.

Hyperosmotic Stress and the Impact on Metabolite Formation and Redox Balance in Saccharomyces cerevisiae and Saccharomyces bayanus strains

Wine produced using an appassimento-type process represents a new and exciting innovation for the Ontario wine industry. This process involves drying grapes that have already been picked from the vine, which increases the sugar content due to dehydration and induces a variety of changes both within and on the surface of the grapes. Increasing sugar contents in musts subject wine yeast to conditions of high osmolarity during alcoholic fermentations. Under these conditions, yeast growth can be inhibited, target alcohol levels may not be attained and metabolic by-products of the hyperosmotic stress response, including glycerol and acetic acid, may impact wine composition. The further metabolism of acetic acid to acetylCoA by yeast facilitates the synthesis of ethyl acetate, a volatile compound that can also impact wine quality if present in sufficiently high concentrations. The first objective of this project was to understand the effect of yeast strain and sugar concentration on fermentation kinetics and metabolite formation, notably acetic acid and ethyl acetate, during fermentation in appassimento-type must. Our working hypotheses were that (1) the natural isolate Saccharomyces bayanus would produce less acetic acid and ethyl acetate compared to Saccharomyces cerevisiae strain EC-1118 fermenting the high and low sugar juices; (2) the wine produced using the appassimento process would contain higher levels of acetic acid and lower levels of ethyl acetate compared to table wine; (3) and the strains would be similar in the kinetic behavior of their fermentation performances in the high sugar must. This study determined that the S. bayanus strain produced significantly less acetic acid and ethyl acetate in the appassimento wine and table wine fermentations. Differences in acetic acid and ethyl acetate production were also observed within strains fermenting the two sugar conditions. Acetic acid production was higher in table wine fermented by S. bayanus as no acetic acid was produced in appassimento-style wine, and 1.4-times higher in appassimento wine fermented by EC-1118 over that found in table wine. Ethyl acetate production was 27.6-times higher in table wine fermented by S. bayanus, and 5.2-times higher by EC-1118, compared to that in appassimento wine. Sugar utilization and ethanol production were comparable between strains as no significant differences were determined. The second objective of this project was to bring a method in-house for measuring the concentration of pyridine nucleotides, NAD+, NADP+, NADH and NADPH, in yeast cytosolic extract. Development of this method is of applicative interest for our lab group as it will enable the redox balance of the NAD+/ NADH and NADP+/ NADPH systems to be assessed during high sugar fermentations to determine their respective roles as metabolic triggers for acetic acid production. Two methods were evaluated in this study including a UV-endpoint method using a set of enzymatic assay protocols outlined in Bergmeyer (1974) and a colorimetric enzyme cycling method developed by Sigma-Aldrich® using commercial kits. The former was determined to be limited by its low sensitivity following application to yeast extract and subsequent coenzyme analyses, while the latter was shown to exhibit greater sensitivity. The results obtained from the kits indicated high linearity, accuracy and precision of the analytical method for measuring NADH and NADPH, and that it was sensitive enough to measure the low coenzyme concentrations present in yeast extract samples. NADtotal and NADPtotal concentrations were determined to be above the lower limit of quantification and within the range of the respective calibration curves, making this method suitable for our research purposes.

POCN-type Pincer Complexes of NiII and NiIII : synthesis, reactivities, catalytic activities and physical properties

Cette thèse décrit la synthèse, la caractérisation, les réactivités, et les propriétés physiques de complexes divalents et trivalents de Ni formés à partir de nouveaux ligands «pincer» de type POCN. Les ligands POCN de type amine sont préparés d’une façon simple et efficace via l’amination réductrice de 3-hydroxybenzaldéhyde avec NaBH4 et plusieurs amines, suivie par la phosphination de l’amino alcool résultant pour installer la fonction phosphinite (OPR2); le ligand POCN de type imine 1,3-(i-Pr)2PC6H4C(H)=N(CH2Ph) est préparé de façon similaire en faisant usage de PhCH2NH2 en l’absence de NaBH4. La réaction de ces ligands «pincer» de type POCN avec NiBr2(CH3CN)x en présence d’une base résulte en un bon rendement de la cyclométalation du lien C-H situé en ortho aux fonctions amine et phosphinite. Il fut découvert que la base est essentielle pour la propreté et le haut rendement de la formation des complexes «pincer» désirés. Nous avons préparé des complexes «pincer» plan- carrés de type POCN, (POCNRR΄)NiBr, possédant des fonctions amines secondaires et tertiaires qui démontrent des réactivités différentes selon les substituants R et R΄. Par exemple, les complexes possédant des fonctions amines tertiaires ArCH2NR2 (NR2= NMe2, NEt2, and morpholinyl) démontrent des propriétés rédox intéressantes et pourraient être convertis en leurs analogues trivalents (POCNR2)NiBr2 lorsque réagis avec Br2 ou N-bromosuccinimide (NBS). Les complexes trivalents paramagnétiques à 17 électrons adoptent une géométrie de type plan-carré déformée, les atomes de Br occupant les positions axiale et équatoriale. Les analyses «DSC» et «TGA» des ces composés ont démontré qu’ils sont thermiquement stables jusqu’à ~170 °C; tandis que la spectroscopie d’absorption en solution a démontré qu’ils se décomposent thermiquement à beaucoup plus basse température pour regénérer les complexes divalents ne possédant qu’un seul Br; l’encombrement stérique des substitutants amines accélère cette route de décomposition de façon significative. Les analogues NMe2 et N(morpholinyl) de ces espèces de NiIII sont actifs pour catalyser la réaction d’addition de Kharasch, de CX4 à des oléfines telles que le styrène, tandis qu’il fut découvert que l’analogue le moins thermiquement stable (POCNEt2)Ni est complètement inerte pour catalyser cette réaction. Les complexes (POCNRH)NiBr possédant des fonctions amines secondaires permettent l’accès à des fonctions amines substituées de façon non symétrique via leur réaction avec des halogénures d’alkyle. Un autre avantage important de ces complexes réside dans la possibilité de déprotonation pour préparer des complexes POCN de type amide. De telles tentatives pour déprotoner les fonctions NRH nous ont permis de préparer des espèces dimériques possédant des ligands amides pontants. La nature dimérique des ces complexes [P,C,N,N-(2,6-(i-Pr)2PC6H3CH2NR)Ni]2 (R= PhCH2 et Ph) fut établie par des études de diffraction des rayons-X qui ont démontré différentes géométries pour les cœurs Ni2N2 selon le substituant N : l’analogue (PhCH2)N possède une orientation syn des substitutants benzyles et un arrangement ressemblant à celui du cyclobutane du Ni et des atomes d’azote, tandis que l’analogue PhN adopte un arrangement de type diamant quasi-planaire des atomes du Ni et des atomes d’azote et une orientation anti des substituants phényles. Les espèces dimériques ne se dissocient pas en présence d’alcools, mais elles promouvoient l’alcoolyse catalytique de l’acrylonitrile. De façon intéressante, les rendements de ces réactions sont plus élevés avec les alcools possédant des fonctions O-H plus acides, avec un nombre de «turnover» catalytique pouvant atteindre 2000 dans le cas de m-cresol. Nous croyons que ces réactions d’alcoolyse procèdent par activation hétérolytique de l’alcool par l’espèce dimérique via des liaisons hydrogènes avec une ou deux des fonctions amides du dimère. Les espèces dimériques de Ni (II) s’oxydent facilement électrochimiquement et par reaction avec NBS ou Br2. De façon surprenante, l’oxydation chimique mène à l’isolation de nouveaux produits monomériques dans lesquels le centre métallique et le ligand sont oxydés. Le mécanisme d’oxydation fut aussi investigué par RMN, «UV-vis-NIR», «DFT» et spectroélectrochimie.

Improving the microbial production of biofuels through metabolic engineering

Les défis conjoints du changement climatique d'origine anthropique et la diminution des réserves de combustibles fossiles sont le moteur de recherche intense pour des sources d'énergie alternatives. Une avenue attrayante est d'utiliser un processus biologique pour produire un biocarburant. Parmi les différentes options en matière de biocarburants, le bio-hydrogène gazeux est un futur vecteur énergétique attrayant en raison de son efficacité potentiellement plus élevé de conversion de puissance utilisable, il est faible en génération inexistante de polluants et de haute densité d'énergie. Cependant, les faibles rendements et taux de production ont été les principaux obstacles à l'application pratique des technologies de bio-hydrogène. Des recherches intensives sur bio-hydrogène sont en cours, et dans les dernières années, plusieurs nouvelles approches ont été proposées et étudiées pour dépasser ces inconvénients. À cette fin, l'objectif principal de cette thèse était d'améliorer le rendement en hydrogène moléculaire avec un accent particulier sur l'ingénierie métabolique et l’utilisation de bioprocédés à variables indépendantes. Une de nos hypothèses était que la production d’hydrogène pourrait être améliorée et rendue plus économiquement viable par ingénierie métabolique de souches d’Escherichia coli producteurs d’hydrogène en utilisant le glucose ainsi que diverses autres sources de carbone, y compris les pentoses. Les effets du pH, de la température et de sources de carbone ont été étudiés. La production maximale d'hydrogène a été obtenue à partir de glucose, à un pH initial de 6.5 et une température de 35°C. Les études de cinétiques de croissance ont montré que la μmax était 0.0495 h-1 avec un Ks de 0.0274 g L-1 lorsque le glucose est la seule source de carbone en milieu minimal M9. .Parmi les nombreux sucres et les dérivés de sucres testés, les rendements les plus élevés d'hydrogène sont avec du fructose, sorbitol et D-glucose; 1.27, 1.46 et 1.51 mol H2 mol-1 de substrat, respectivement. En outre, pour obtenir les interactions entre les variables importantes et pour atteindre une production maximale d'hydrogène, un design 3K factoriel complet Box-Behnken et la méthodologie de réponse de surface (RSM) ont été employées pour la conception expérimentale et l'analyse de la souche d'Escherichia coli DJT135. Le rendement en hydrogène molaire maximale de 1.69 mol H2 mol-1 de glucose a été obtenu dans les conditions optimales de 75 mM de glucose, à 35°C et un pH de 6.5. Ainsi, la RSM avec un design Box-Behken était un outil statistique utile pour atteindre des rendements plus élevés d'hydrogène molaires par des organismes modifiés génétiquement. Ensuite, l'expression hétérologue de l’hydrogénases soluble [Ni-Fe] de Ralstonia eutropha H16 (l'hydrogénase SH) a tenté de démontrer que la mise en place d'une voie capable de dériver l'hydrogène à partir de NADH pourrait surpasser le rendement stoechiométrique en hydrogène.. L’expression a été démontrée par des tests in vitro de l'activité enzymatique. Par ailleurs, l'expression de SH a restaurée la croissance en anaérobie de souches mutantes pour adhE, normalement inhibées en raison de l'incapacité de réoxyder le NADH. La mesure de la production d'hydrogène in vivo a montré que plusieurs souches modifiées métaboliquement sont capables d'utiliser l'hydrogénase SH pour dériver deux moles d’hydrogène par mole de glucose consommé, proche du maximum théorique. Une autre stratégie a montré que le glycérol brut pourrait être converti en hydrogène par photofermentation utilisant Rhodopseudomonas palustris par photofermentation. Les effets de la source d'azote et de différentes concentrations de glycérol brut sur ce processus ont été évalués. À 20 mM de glycérol, 4 mM glutamate, 6.1 mol hydrogène / mole de glycérol brut ont été obtenus dans des conditions optimales, un rendement de 87% de la théorie, et significativement plus élevés que ce qui a été réalisé auparavant. En prolongement de cette étude, l'optimisation des paramètres a également été utilisée. Dans des conditions optimales, une intensité lumineuse de 175 W/m2, 30 mM glycérol et 4.5 mM de glutamate, 6.69 mol hydrogène / mole de glycérol brut ont été obtenus, soit un rendement de 96% de la valeur théorique. La détermination de l'activité de la nitrogénase et ses niveaux d'expression ont montré qu'il y avait relativement peu de variation de la quantité de nitrogénase avec le changement des variables alors que l'activité de la nitrogénase variait considérablement, avec une activité maximale (228 nmol de C2H4/ml/min) au point central optimal. Dans la dernière section, la production d'hydrogène à partir du glucose via la photofermentation en une seule étape a été examinée avec la bactérie photosynthétique Rhodobacter capsulatus JP91 (hup-). La méthodologie de surface de réponse avec Box-Behnken a été utilisée pour optimiser les variables expérimentales de façon indépendante, soit la concentration de glucose, la concentration du glutamate et l'intensité lumineuse, ainsi que d'examiner leurs effets interactifs pour la maximisation du rendement en hydrogène moléculaire. Dans des conditions optimales, avec une intensité lumineuse de 175 W/m2, 35 mM de glucose, et 4.5 mM de glutamate,, un rendement maximal d'hydrogène de 5.5 (± 0.15) mol hydrogène /mol glucose, et un maximum d'activité de la nitrogénase de 246 (± 3.5) nmol C2H4/ml/min ont été obtenus. L'analyse densitométrique de l'expression de la protéine-Fe nitrogenase dans les différentes conditions a montré une variation significative de l'expression protéique avec un maximum au point central optimisé. Même dans des conditions optimales pour la production d'hydrogène, une fraction significative de la protéine Fe a été trouvée dans l'état ADP-ribosylée, suggérant que d'autres améliorations des rendements pourraient être possibles. À cette fin, un mutant amtB dérivé de Rhodobacter capsulatus JP91 (hup-) a été créé en utilisant le vecteur de suicide pSUP202. Les résultats expérimentaux préliminaires montrent que la souche nouvellement conçue métaboliquement, R. capsulatus DG9, produit 8.2 (± 0.06) mol hydrogène / mole de glucose dans des conditions optimales de cultures discontinues (intensité lumineuse, 175 W/m2, 35 mM de glucose et 4.5 mM glutamate). Le statut d'ADP-ribosylation de la nitrogénase-protéine Fe a été obtenu par Western Blot pour la souche R. capsulatus DG9. En bref, la production d'hydrogène est limitée par une barrière métabolique. La principale barrière métabolique est due au manque d'outils moléculaires possibles pour atteindre ou dépasser le rendement stochiométrique en bio-hydrogène depuis les dernières décennies en utilisant les microbes. À cette fin, une nouvelle approche d’ingénierie métabolique semble très prometteuse pour surmonter cette contrainte vers l'industrialisation et s'assurer de la faisabilité de la technologie de la production d'hydrogène. Dans la présente étude, il a été démontré que l’ingénierie métabolique de bactéries anaérobiques facultatives (Escherichia coli) et de bactéries anaérobiques photosynthétiques (Rhodobacter capsulatus et Rhodopseudomonas palustris) peuvent produire de l'hydrogène en tant que produit majeur à travers le mode de fermentation par redirection métabolique vers la production d'énergie potentielle. D'autre part, la méthodologie de surface de réponse utilisée dans cette étude représente un outil potentiel pour optimiser la production d'hydrogène en générant des informations appropriées concernant la corrélation entre les variables et des producteurs de bio-de hydrogène modifiés par ingénierie métabolique. Ainsi, un outil d'optimisation des paramètres représente une nouvelle avenue pour faire un pont entre le laboratoire et la production d'hydrogène à l'échelle industrielle en fournissant un modèle mathématique potentiel pour intensifier la production de bio-hydrogène. Par conséquent, il a été clairement mis en évidence dans ce projet que l'effort combiné de l'ingénierie métabolique et la méthodologie de surface de réponse peut rendre la technologie de production de bio-hydrogène potentiellement possible vers sa commercialisation dans un avenir rapproché.

Synthesis of new zirconium diketiminate complexes and catalytic applications

Résumé: Dans le but de préparer des complexes de Zr pour la catalyse homogène de la polymérisation des lactides et de l’hydroamination des olefines, l’elaboration et l’optimisation d’une méthode systématique et efficace de synthèse des ligands dikétimines ayant différents substituants alkyles (R) à la position N,N’ a été realisée. Des dikétimines (nacnacRH) symétriques ont été obtenus avec une pureté de plus de 95 % et un rendement de 65 % lorsque R = Me et des rendements allant de 80 à 95 % lorsque le groupe R = n-Pr, i-Pr, i-Bu, Bu, Cy et (+)-CH(Me)Ph. La synthèse des dikétimines ayant des substituants N-alkyls différents, dite asymétriques, donne toujours un mélange statistique de trois ligands: nacnacR,R’H, nacnacR,RH et nacnacR’,R’H qui n’ont pu être separés. Seuls les dikétimines asymétriques avec un substituant N-alkyl et un autre N-aryl (nacnacR,ArH) ont été obtenus avec des rendements plus élevés que celui du mélange statistique. Par la suite, la complexation de ces ligands bidentés au Zr, la caractérisation de ces complexes et l’investigation de la réactivité ont été étudiés. Les complexes de Zr de type (nacnacR)2ZrCl2 ont été obtenus par deux voies de synthèse principales: la première consiste à traiter le sel de lithium du ligand avec le ZrCl4. La seconde est la réaction du ligand avec les complexes neutres d’alkyl-zirconium(IV) par protonation de l'alkyle coordonné. En solution, les complexes obtenus de (nacnacR)2ZrX2 possèdent un comportement dynamique via un « Bailar-twist » et les paramètres d'activation de cette isomérisation ont été calculés. Le complexe octaèdrique (nacnacBn)2ZrCl2 n'est pas réactif dans la carbozirconation et son alkylation n'était pas possible par l’échange des chlorures avec les alkyles. L’analogue diméthylé (nacnacBn)2ZrMe2 peut être préparé par alkylation du ZrCl4 avant la complexation du ligand. On a également observé que ce dernier n’est pas réactif dans la carbozirconation. L‘analogue diéthoxyde (nacnacBn)2Zr(OEt)2 est obtenu par échange des diméthyles avec les éthoxydes. La polymérisation du lactide avec celui-ci en tant que précurseur est relativement lente et ne peut être effectuée que dans le monomère fondu. Par conséquent, pour résoudre les problèmes rencontrés avec les complexes de zirconium (dikétiminates non-pontés), un ligand dikétimines pontés par le diaminocyclohexane, (±)-C6H10(nacnacXylH)2, LH2, (Xyl = 2,6-diméthylphényle) a été préparé. La complexation de ce ligand tetradenté au metal a été réalisée par deux voies de synthèse; la première est la réaction du sel de lithium de ce ligand avec le ZrCl4(THF)2. La deuxième est la déprotonation du ligand neutre avec le Zr(NMe2)4 et l’élimination du diméthylamine. Des complexes du type: (±)-C6H10(nacnacXylH)2ZrX2 avec X = Cl, NMe2 ont été obtenus. Les ligands de chlorure sont dans ce cas facilement remplaçables par des éthoxydes ou des méthyles. On a observé l’activité la plus élevée jamais observée pour un complexe d’un métal du groupe 4 avec le complexe de (±)-C6H10(nacnacXylH)2Zr(OEt)2 dans la polymérisation de lactide. L'étude cinétique a montré que la loi de vitesse est du premier ordre en catalyseur et en monomère et la constante de vitesse est k = 14 (1) L mol-1 s-1. L'analyse des polymères a montré l’obtention de masses moléculaires faibles et l’abscence de stéréocontrôle. La réaction de (±)-C6H10(nacnacXylH)2ZrCl2 avec le triflate d’argent donne le (±)-C6H10(nacnacXylH)2Zr(OTf)2. Le complexe bis-triflate obtenu possède une activité catalytique elevée pour les additions du type aza-Michael. L’utilisation du R,R-C6H10(nacnacXylH)2Zr(OTf)2 énantiopur comme catalyseur, dans les additions du type aza-Michael asymétriques donne le produit desiré avec un excès énantiomérique de 19%.