Fate of the herbicide glyphosate and its metabolite AMPA in soils and their transfer to surface waters: A multi-scale approach in the Lavaux vineyards, western Switzerland

The use of herbicides in agriculture may lead to environmental problems, such as surface water pollution, with a potential risk for aquatic organisms. The herbicide glyphosate is the most used active ingredient in the world and in Switzerland. In the Lavaux vineyards it is nearly the only molecule applied. This work aimed at studying its fate in soils and its transfer to surface waters, using a multi-scale approach: from molecular (10-9 m) and microscopic scales (10-6 m), to macroscopic (m) and landscape ones (103 m). First of all, an analytical method was developed for the trace level quantification of this widely used herbicide and its main by-product, aminomethylphosphonic acid (AMPA). Due to their polar nature, their derivatization with 9-fluorenylmethyl chloroformate (FMOC-Cl) was done prior to their concentration and purification by solid phase extraction. They were then analyzed by ultra performance liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry (UPLC-MS/MS). The method was tested in different aqueous matrices with spiking tests and validated for the matrix effect correction in relevant environmental samples. Calibration curves established between 10 and 1000ng/l showed r2 values above 0.989, mean recoveries varied between 86 and 133% and limits of detection and quantification of the method were as low as 5 and 10ng/l respectively. At the parcel scale, two parcels of the Lavaux vineyard area, located near the Lutrive River at 6km to the east of Lausanne, were monitored to assess to which extent glyphosate and AMPA were retained in the soil or exported to surface waters. They were equipped at their bottom with porous ceramic cups and runoff collectors, which allowed retrieving water samples for the growing seasons 2010 and 2011. Results revealed that the mobility of glyphosate and AMPA in the unsaturated zone was likely driven by the precipitation regime and the soil characteristics, such as slope, porosity structure and layer permeability discrepancy. Elevated glyphosate and AMPA concentrations were measured at 60 and 80 cm depth at parcel bottoms, suggesting their infiltration in the upper parts of the parcels and the presence of preferential flow in the studied parcels. Indeed, the succession of rainy days induced the gradual saturation of the soil porosity, leading to rapid infiltration through macropores, as well as surface runoff formation. Furthermore, the presence of more impervious weathered marls at 100 cm depth induced throughflows, the importance of which for the lateral transport of the herbicide molecules was determined by the slope steepness. Important rainfall events (>10 mm/day) were clearly exporting molecules from the soil top layer, as indicated by important concentrations in runoff samples. A mass balance showed that total loss (10-20%) mainly occurred through surface runoff (96%) and, to a minor extent, by throughflows in soils (4%), with subsequent exfiltration to surface waters. Observations made in the Lutrive River revealed interesting details of glyphosate and AMPA dynamics in urbanized landscapes, such as the Lavaux vineyards. Indeed, besides their physical and chemical properties, herbicide dynamics at the catchment level strongly depend on application rates, precipitation regime, land use and also on the presence of drains or constructed channels. Elevated concentrations, up to 4970 ng/l, observed just after the application, confirmed the diffuse export of these compounds from the vineyard area by surface runoff during main rain events. From April to September 2011, a total load of 7.1 kg was calculated, with 85% coming from vineyards and minor urban sources and 15% from arable crops. Small vineyard surfaces could generate high concentrations of herbicides and contribute considerably to the total load calculated at the outlet, due to their steep slopes (~10%). The extrapolated total amount transferred yearly from the Lavaux vineyards to the Lake of Geneva was of 190kg. At the molecular scale, the possible involvement of dissolved organic matter (DOM) in glyphosate and copper transport was studied using UV/Vis fluorescence spectroscopy. Combined with parallel factor (PARAFAC) analysis, this technique allowed characterizing DOM of soil and surface water samples from the studied vineyard area. Glyphosate concentrations were linked to the fulvic-like spectroscopic signature of DOM in soil water samples, as well as to copper, suggesting the formation of ternary complexes. In surface water samples, its concentrations were also correlated to copper ones, but not in a significant way to the fulvic-like signature. Quenching experiments with standards confirmed field tendencies in the laboratory, with a stronger decrease in fluorescence intensity for fulvic-like fluorophore than for more aromatic ones. Lastly, based on maximum concentrations measured in the river, an environmental risk for these compounds was assessed, using laboratory tests and ecotoxicity data from the literature. In our case and with the methodology applied, the risk towards aquatic species was found negligible (RF<1).

Statistical mechanics of multi-edge networks

Statistical properties of binary complex networks are well understood and recently many attempts have been made to extend this knowledge to weighted ones. There are, however, subtle yet important considerations to be made regarding the nature of the weights used in this generalization. Weights can be either continuous or discrete magnitudes, and in the latter case, they can additionally have undistinguishable or distinguishable nature. This fact has not been addressed in the literature insofar and has deep implications on the network statistics. In this work we face this problem introducing multiedge networks as graphs where multiple (distinguishable) connections between nodes are considered. We develop a statistical mechanics framework where it is possible to get information about the most relevant observables given a large spectrum of linear and nonlinear constraints including those depending both on the number of multiedges per link and their binary projection. The latter case is particularly interesting as we show that binary projections can be understood from multiedge processes. The implications of these results are important as many real-agent-based problems mapped onto graphs require this treatment for a proper characterization of their collective behavior.

The Job Board : Borsa de treball on-line, distribuïda i multi-dispositiu

Aquest treball final de carrera es basa en la creació d'una borsa de treball on-line, distribuïda i multi-dispositiu. Ha estat creada a partir de noves tecnologies com Play Framework i Twiter Bootstrap, utilitzant els llenguatges Java i Scala, usant marcatge HTML5 i desplegada en un servidor de cloud computing anomenat Heroku.

Insights into the Design and Characteristics of the Sedimentation Process at Multi-Barrel Culverts in Iowa, TR-596, 2010

The present study is an integral part of a broader study focused on the design and implementation of self-cleaning culverts, i.e., configurations that prevent the formation of sediment deposits after culvert construction or cleaning. Sediment deposition at culverts is influenced by many factors, including the size and characteristics of material of which the channel is composed, the hydraulic characteristics generated under different hydrology events, the culvert geometry design, channel transition design, and the vegetation around the channel. The multitude of combinations produced by this set of variables makes the investigation of practical situations a complex undertaking. In addition to the considerations above, the field and analytical observations have revealed flow complexities affecting the flow and sediment transport through culverts that further increase the dimensions of the investigation. The flow complexities investigated in this study entail: flow non-uniformity in the areas of transition to and from the culvert, flow unsteadiness due to the flood wave propagation through the channel, and the asynchronous correlation between the flow and sediment hydrographs resulting from storm events. To date, the literature contains no systematic studies on sediment transport through multi-box culverts or investigations on the adverse effects of sediment deposition at culverts. Moreover, there is limited knowledge about the non-uniform, unsteady sediment transport in channels of variable geometry. Furthermore, there are few readily useable (inexpensive and practical) numerical models that can reliably simulate flow and sediment transport in such complex situations. Given the current state of knowledge, the main goal of the present study is to investigate the above flow complexities in order to provide the needed insights for a series of ongoing culvert studies. The research was phased so that field observations were conducted first to understand the culvert behavior in Iowa landscape. Modeling through complementary hydraulic model and numerical experiments was subsequently carried out to gain the practical knowledge for the development of the self-cleaning culvert designs.

Composição de aminoácidos de cultivares de feijão e aplicações para o melhoramento genético

O objetivo deste trabalho foi determinar a composição de aminoácidos em grãos de cultivares de feijão e a presença de interação cultivares x locais, nos teores de aminoácidos, e identificar cultivares para uso direto na alimentação e derivações em programas de melhoramento. Os aminoácidos foram determinados por cromatografia líquida de alta performance (HPLC), em grãos de 19 cultivares de feijão cultivadas em dois locais. Os dados médios obtidos para cada cultivar, em duplicata, foram comparados entre si com a utilização do teste t, a 5% de probabilidade para cada local. Os grãos das cultivares analisadas apresentaram teores de aminoácidos essenciais e não-essenciais, adequados às necessidades diárias de um indivíduo adulto, o que indica alta qualidade da proteína do feijão. As cultivares de feijão apresentam, em ordem decrescente, os aminoácidos essenciais: leucina, lisina, fenilalanina, valina, isoleucina, treonina, histidina e metionina; e os aminoácidos não-essenciais: ácido glutâmico, ácido aspártico, arginina, serina, alanina, glicina, tirosina, prolina e cisteína. Os teores de leucina, isoleucina, histidina, valina, treonina, glicina e alanina foram afetados pela interação cultivares x locais. A cultivar Iraí apresenta composição de aminoácidos adequada e é indicada para uso em dietas e derivações em programas de melhoramento.

Ajuste do rendimento para a variação do estande em experimentos de melhoramento genético do feijão

O objetivo deste trabalho foi avaliar o ajuste do rendimento pela variação do estande em experimentos de feijão e propor procedimento para ajustamento por análise de co-variação. Utilizaram-se dados de 33 ambientes do Ensaio Estadual de Feijão do Rio Grande do Sul. Realizaram-se as análises de variação e de co-variação de rendimento e de estande em cada ambiente. Foram considerados quatro modelos de ajustamento alternativos: sem ajuste para a variação do estande; com ajuste para o estande médio geral; com ajuste para os estandes médios dos genótipos; e com ajuste para os estandes médios dos grupos de genótipos. Em 70% dos ambientes, ocorreu efeito linear ou quadrático significativo de estande sobre rendimento e em 85% efeito significativo de genótipo sobre estande. O efeito compensatório manifestou-se com diferentes intensidades nos ambientes. O ajuste do rendimento para a variação do estande, considerando o efeito de genótipos sobre o estande, é importante em ensaios de melhoramento do feijão. É necessário o registro de informações que permitam discriminar a origem da variação do estande.

Comparação bayesiana de modelos de previsão de diferenças esperadas nas progênies no melhoramento genético de gado Nelore

O objetivo deste trabalho foi realizar uma análise bayesiana de modelos auto-regressivos de ordem p, AR(p), para dados em painel referentes às diferenças esperadas nas progênies (DEP) de touros da raça Nelore publicados de 2000 a 2006. Neste trabalho, adotou-se o modelo AR(2), indicado pela análise prévia da função de autocorrelação parcial. As comparações entre as prioris, realizadas por meio do Fator de Bayes e do Pseudo-Fator de Bayes, indicaram superioridade da priori independente t-Student multivariada - Gama inversa em relação à priori hierárquica Normal multivariada - Gama inversa e a priori de Jeffreys. Os resultados indicam a importância de se dividir os animais em grupos homogêneos de acordo com a acurácia. Constatou-se também que, em média, a eficiência de previsão dos valores de DEP para um ano futuro foi próxima de 80%.

Controle genético da qualidade da vagem em cruzamento de feijão-vagem e feijão-comum

O objetivo deste trabalho foi determinar os tipos principais de ações gênicas responsáveis pela expressão fenotípica de alguns caracteres de qualidade da vagem, em cruzamento de feijão-vagem e feijão-comum. Foram avaliadas duas populações segregantes (F2 e F2:3), além das linhagens parentais. Como genitora feminina, utilizou-se a cultivar de feijão-vagem Conquista Rasteiro e, como genitora masculina, a linhagem de feijão-comum H126. Foram avaliados: comprimento da vagem, largura entre as suturas, largura das valvas, formato da vagem e teor de fibra da vagem . Os efeitos não-aditivos destacaram-se em todas as características avaliadas. Embora tenha ocorrido predominância dos efeitos genéticos sobre os ambientais, nas características comprimento e formato da vagem e teor de fibra, a eficiência da seleção em plantas individuais tendeu a ser bastante baixa nas gerações segregantes pouco avançadas, em razão dos baixos valores da herdabilidade no sentido restrito, exceto para formato da vagem. O predomínio dos efeitos genéticos sobre os ambientais em todas as características em nível de família, associado a valores de herdabilidade no sentido restrito em famílias F2:3, indica a alta eficiência para a seleção de famílias nas gerações segregantes pouco avançadas, com relação a todas as características, exceto para comprimento e teor de fibra.

Estimativa de freqüência de recombinação no mapeamento genético de famílias de irmãos completos

O objetivo deste trabalho foi obter as estimativas de freqüência de recombinação, por meio de simulação, para diferentes situações do mapeamento genético de famílias de irmãos completos. Foi simulado um genoma constituído de três grupos de ligação, em que cada um apresentava 11 marcas moleculares multialélicas, codominantes, distribuídas a cada 10 cM. A partir desse genoma, foram simulados dois cenários: um com genitores completamente informativos e outro com genitores formados aleatoriamente. Após a obtenção de todas as estimativas das freqüências de recombinação, concluiu-se que, para locos completamente informativos, pode-se calcular a freqüência de recombinação entre pares de locos, a partir da freqüência gamética de cada genitor ou a partir da freqüência genotípica da progênie. Para locos parcialmente informativos, a obtenção da freqüência de recombinação a partir da freqüência genotípica conjunta é mais apropriada.

Tamanho de população ideal para mapeamento genético em famílias de irmãos completos

O objetivo deste trabalho foi avaliar o tamanho ótimo de populações de irmãos completos, para estudos de mapas de marcadores moleculares, por meio de simulações de genomas e tamanhos de populações. Foram simulados genomas parentais e amostras de populações de família de irmãos completos do tipo completamente informativas, e também não completamente informativas. As amostras geradas foram de 100, 200, 400 e 600 indivíduos, com três grupos de ligação cada, e 11 marcas moleculares codominantes e multialélicas, espaçadas a dez centimorgans por grupo de ligação. Foram realizadas 100 repetições por amostra. Para populações completamente informativas, o tamanho populacional de 200 indivíduos é suficiente para recuperar as informações originais, contudo, para a população não completamente informativa, é necessária a utilização de uma população maior, de 600 indivíduos.

Progresso genético e estrutura populacional do rebanho Nelore no Estado da Bahia

O objetivo deste trabalho foi avaliar a estrutura populacional e o progresso genético e fenotípico de características de desenvolvimento ponderal, em bovinos da raça Nelore, no Estado da Bahia. Foram utilizadas informações de pedigree de animais nascidos no período de 1955 a 2007, e dados dos pesos ajustados aos 205, 365 e 550 dias de idade, de bovinos nascidos de 1970 a 2006. As estimavas dos coeficientes de herdabilidade foram de moderadas a altas, quanto aos pesos ajustados nas três idades. Os rebanhos apresentaram ganho genético positivo nas três características, porém, de baixa magnitude. A mudança fenotípica no decorrer dos anos foi quase exclusivamente relacionada à melhoria ambiental. O tamanho efetivo da população de Nelore do Estado da Bahia tem sido alto em alguns períodos, o que tem levado a menor incremento de endogamia e maiores ganhos genéticos. O intervalo de geração é alto e sua redução é importante para que se possa alcançar maior ganho genético anual.

Dual inhibitors of beta-amyloid aggregation and acetylcholinesterase as multi-target anti-Alzheimer drug candidates

Notwithstanding the functional role that the aggregates of some amyloidogenic proteins can play in different organisms, protein aggregation plays a pivotal role in the pathogenesis of a large number of human diseases. One of such diseases is Alzheimer"s disease (AD), where the overproduction and aggregation of the β-amyloid peptide (Aβ) are regarded as early critical factors. Another protein that seems to occupy a prominent position within the complex pathological network of AD is the enzyme acetylcholinesterase (AChE), with classical and non-classical activities involved at the late (cholinergic deficit) and early (Aβ aggregation) phases of the disease. Dual inhibitors of Aβ aggregation and AChE are thus emerging as promising multi-target agents with potential to efficiently modify the natural course of AD. In the initial phases of the drug discovery process of such compounds, in vitro evaluation of the inhibition of Aβ aggregation is rather troublesome, as it is very sensitive to experimental assay conditions, and requires expensive synthetic Aβ peptides, which makes cost-prohibitive the screening of large compound libraries. Herein, we review recently developed multi-target anti-Alzheimer compounds that exhibit both Aβ aggregation and AChE inhibitory activities, and, in some cases also additional valuable activities such as BACE-1 inhibition or antioxidant properties. We also discuss the development of simplified in vivo methods for the rapid, simple, reliable, unexpensive, and high-throughput amenable screening of Aβ aggregation inhibitors that rely on the overexpression of Aβ42 alone or fused with reporter proteins in Escherichia coli.

Segmentación interactiva multi-clase de personas

La segmentació de persones es molt difícil a causa de la variabilitat de les diferents condicions, com la postura que aquestes adoptin, color del fons, etc. Per realitzar aquesta segmentació existeixen diferents tècniques, que a partir d'una imatge ens retornen un etiquetat indicant els diferents objectes presents a la imatge. El propòsit d'aquest projecte és realitzar una comparativa de les tècniques recents que permeten fer segmentació multietiqueta i que son semiautomàtiques, en termes de segmentació de persones. A partir d'un etiquetatge inicial idèntic per a tots els mètodes utilitzats, s'ha realitzat una anàlisi d'aquests, avaluant els seus resultats sobre unes dades publiques, analitzant 2 punts: el nivell de interacció i l'eficiència.

Controle genético do comprimento do pedúnculo em feijão-caupi

O objetivo deste trabalho foi estudar o controle genético do caráter comprimento do pedúnculo em feijão-caupi (Vigna unguiculata). Para isso, foi realizado um cruzamento entre os parentais TVx-5058-09C, de pedúnculo curto, e TE96-282-22G, de pedúnculo longo. Os parentais e as gerações F1, F2, RC1 (P1xF1) e RC2 (P2xF1) foram avaliados em delineamento de blocos ao acaso, com quatro repetições. Foram estimados: variâncias fenotípica, genotípica, ambiental, aditiva e de dominância; herdabilidades no sentido amplo e restrito; grau médio de dominância e número mínimo de genes que determinam o caráter. O modelo aditivo-dominante foi adequado para explicar a variação observada. O efeito gênico aditivo foi o mais importante no controle do comprimento do pedúnculo, que é, aparentemente, controlado por cinco genes.