HydroxyprolineO-arabinosyltransferase mutants oppositely alter tip growth inArabidopsis thalianaandPhyscomitrella patens

Hydroxyproline O-arabinosyltransferases (HPATs) are members of a small, deeply conserved family of plant-specific glycosyltransferases that add arabinose sugars to diverse proteins including cell wall-associated extensins and small signaling peptides. Recent genetic studies in flowering plants suggest that different HPAT homologs have been co-opted to function in diverse species-specific developmental contexts. However, nothing is known about the roles of HPATs in basal plants. We show that complete loss of HPAT function in Arabidopsis thaliana and the moss Physcomitrella patens results in a shared defect in gametophytic tip cell growth. Arabidopsis hpat1/2/3 triple knockout mutants suffer from a strong male sterility defect as a consequence of pollen tubes that fail to fully elongate following pollination. Knocking out the two HPAT genes of Physcomitrella results in larger multicellular filamentous networks due to increased elongation of protonemal tip cells. Physcomitrella hpat mutants lack cell-wall associated hydroxyproline arabinosides and can be rescued with exogenous cellulose, while global expression profiling shows that cell wall-associated genes are severely misexpressed, implicating a defect in cell wall formation during tip growth. Our findings point to a major role for HPATs in influencing cell elongation during tip growth in plants.

The role of the catalytic particle in the growth of carbon nanotubes by plasma enhanced chemical vapor deposition

Vertically aligned carbon nanotubes were synthesized by plasma enhanced chemical vapor deposition using nickel as a metal catalyst. High resolution transmission electron microscopy analysis of the particle found at the tip of the tubes reveals the presence of a metastable carbide Ni3C. Since the carbide is found to decompose upon annealing at 600 degreesC, we suggest that Ni3C is formed after the growth is stopped due to the rapid cooling of the Ni-C interstitial solid solution. A detailed description of the tip growth mechanism is given, that accounts for the composite structure of the tube walls. The shape and size of the catalytic particle determine the concentration gradient that drives the diffusion of C atoms across and though the metal. (C) 2004 American Institute of Physics.

Comparative growth rates and internal banding periodicity of maerl species (Corallinales, Rhodophyta) from northern Europe

Maerl is a type of rhodolith, found in ecologically important beds of high conservation value; a major conservation objective is to establish growth rates. Maerl shows internal banding of controversial periodicity that may contain a high-resolution record of palaeoceanographic-palaeoclimatic data. To investigate growth rates and banding periodicity, we used the vital stain Alizarin Red in combination with scanning electron microscopy (SEM). Three maerl species, Phymatolithon calcareum, Lithothamnion corallioides and L. glaciale, were collected from maerl beds in Ireland. Following staining, maerl was grown in three controlled temperature treatments and at two depths in the field (P. calcareum only), with Corallina officinalis as a control for the stain. Alizarin Red was shown to be a suitable marker for growth in European maerl species and for C. officinalis. The average tip growth rate of P. calcareum from Northern Ireland at 10 m depth and under constant laboratory conditions was c. 0.9 mm yr(-1), double the rates observed at 5 m depth and in L. corallioides. Our measurements and re-examination of reported data allow us to conclude that the three most abundant maerl species in Europe grow about 1 (0.5-1.5) mm per tip per year under a wide range of field and artificial conditions. Internal banding in temperate European maerl revealed by SEM is a result of regular changes in wall thickness; the approximately monthly periodicity of bands in field-grown specimens is consistent with previous suggestions that they may be lunar. The potential for maerl banding to be a high-resolution record of palaeoclimatic and palaeoenvironmental change could be realized with this vital stain in conjunction with isotopic or microgeochemical analyses.

白杄花粉管微丝骨架介导信号传导的蛋白质组学研究

在高等植物有性生殖过程中，花粉管作为运输精子到胚珠的载体，它的生长具有高度极性化，并且要依赖于微丝。由于花粉管本身所具的特性，它已经成为研究细胞相互识别、胞内和胞外信号的模式系统。本文为了研究微丝在白杄（Picea meyeri Rehd. et Wils.）花粉管生长中的作用，我们应用不同浓度的微丝聚合抑制剂Latrunculin B (LATB) 处理花粉管，并通过激光共聚焦显微镜观察微丝聚合状态的动态变化。结果发现，在低浓度下的LATB能使花粉管中的微丝严重解聚，且抑制其顶端生长。 我们进一步利用蛋白质组学的手段，分析了白杄花粉管微丝解聚后蛋白质的表达图谱。通过双向电泳分离出500个左右考马斯亮兰染色的蛋白质斑点，经过软件分析发现，其中大部分蛋白质的表达量未发生变化，而只有110个蛋白斑点有较大变化。将这些蛋白斑点从胶上切下酶解后用于质谱鉴定，最终鉴定出35个蛋白，其中有18个为上调蛋白，17个下调蛋白。根据其主要功能，通常可分为碳水化合物代谢、胁迫反应、信号和细胞扩展等几类。我们发现由于微丝解聚引起的能量代谢水平降低，可能与依赖于信号传导的微丝重组过程相关。此外，当LATB浓度增加到50 nM时，与细胞壁多糖合成相关的两个蛋白，如reversibly glycosylated polypeptide和type IIIa membrane protein cp-wap13几乎不表达，这说明当微丝聚合完全被抑制后，依赖于微丝的分泌系统也受到影响，从而引起相应蛋白质变化，最终导致细胞壁成分合成的减少。细胞骨架蛋白actin的下调，进一步说明微丝在花粉管生长过程中起着提供或支持的一种机制，也就是能调节信号介导的花粉管生长，并使其在特定的时期到达特定的部位，从而完成植物的受精作用。

脂筏极化参与活性氧介导的白杄花粉管顶端生长

质膜上存在一种富含甾醇物质的液相有序膜脂微区，被称作脂筏 (lipid rafts或lipid microdomains)。这种小的膜微区可以通过在质膜上的侧向移动，聚集形成较大的片状结构，而与微区相关联的蛋白可以通过脂筏的这种聚合作用而凝聚分布于特定的亚细胞结构上。脂筏区域在真菌和动物质膜上具极性分布，并参与细胞的极性形态建成和运动。最近，通过生物化学研究证实，脂筏也存在于植物细胞，然而迄今为止，脂筏与植物细胞极性生长相关联的直接功能证据尚未见报道。 NADPH氧化酶 (NOX，在植物中又称为 Rboh) 产生的活性氧 (Reactive oxygen species, ROS) 可能是调控植物细胞（包括花粉管、根毛和墨角藻合子等）极性生长的通用信号机制。花粉管作为研究细胞极性控制的一种理想模式系统，已被许多信号转导调控研究所采用。在本研究中，我们使用一种能螯合甾醇类物质的多烯类抗生素filipin破坏脂筏结构，以探讨脂筏极化对ROS介导的白杄花粉管极性生长的作用。 我们首次在白杄 (Picea meyeri) 花粉管上应用一种全新的苯乙烯基染料di-4-ANEPPDHQ，成功地在活体细胞上观察到脂筏在花粉管生长顶端的极性分布模式。通过脂筏和甾醇在质膜上的相似定位清楚表明：在花粉管极性生长过程中，存在富含甾醇类物质的质膜微区在花粉管生长顶端的极化现象。 氮蓝四唑（NBT）的还原和二氯二氢荧光素（H2DCF）的氧化均显示，在活跃生长的花粉管顶端区域存在一个以顶端为基底的陡峭ROS梯度，从而进一步验证了ROS在细胞极性生长过程中的信号作用。此外，我们还发现在生长花粉管的亚顶端位置有另一类性质的活性氧组分存在，该ROS组分与线粒体的能量代谢相关。研究结果首次揭示，在快速生长的花粉管中同时存在两类性质不同的ROS组分。 ROS是一种寿命很短而且容易扩散的分子，NADPH氧化酶产生的ROS信号在细胞伸长位点的准确定位是调控极性生长的必要条件。免疫共定位实验显示，NOX成簇极化分布于花粉管的生长顶端。使用filipin进行甾醇的螯合会破坏膜的异质性，干扰NOX簇在生长顶端的定位，减少了顶端的ROS形成，消弱了胞质Ca2+ 浓度梯度，进而抑制了花粉管的顶端生长。 在纯化质膜的基础上，我们使用Triton去垢剂处理结合Optiprep密度梯度离心，分离纯化了抗去垢剂抽提的质膜微区 (Detergent-resistant microdomains, DRMs)。通过免疫印迹分析证实，NADPH氧化酶部分地存在于DRMs中。非变性胶活性实验证明，该酶需要脂筏定位来保持酶活性。因此我们认为，在正常的细胞极性生长中，脂筏招募并运载NADPH氧化酶到花粉管的生长顶端，并为NOX及其活性亚基的有效互作提供了适宜的微环境，由此保证了NOX蛋白产生ROS的较高酶活性，进而维持花粉管的极性顶端生长。 总之，甾醇螯合对白杄花粉管生长影响的研究，为脂筏极化在花粉管极性生长中的作用提供了证据。基于以上生物化学和细胞生物学的结果，我们针对花粉管中富含甾醇的脂筏微区和NOX功能之间的联系，提出了一种假说模式：(1) 植物细胞质膜上的脂筏为信号分子ROS在特定位点的聚集提供了物理载体；(2) 脂筏的完整性和甾醇依赖性对NOX的定位和活性是必要的，并为花粉管细胞极性产生和维持所必需。上述研究结果表明，脂筏在花粉管顶端的极化，以及作为关键生长因子的NOX在质膜脂筏中的定位，对花粉管的高度极性生长具有重要作用。

Influência da convecção termossolutal nos espaçamentos dendríticos primários durante a solidificação direcional horizontal de ligas Sn-Pb

Este trabalho apresenta um estudo teórico-experimental sobre os efeitos da convecção termossolutal sobre os espaçamentos dendríticos primários de ligas hipoeutéticas Sn-Pb. Assim, um dispositivo experimental de configuração horizontal refrigerado a água foi construído e amostras do referido sistema de ligas foram solidificadas direcionalmente sob condições transientes de extração de calor. Um método teórico-experimental é aplicado para determinar as velocidades de deslocamento da isoterma liquidus, os gradientes térmicos e as taxas de resfriamento. São também apresentados resultados para os respectivos coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde os quais foram calculados a partir de uma análise comparativa realizada entre os perfis experimentais de temperatura e valores teóricos fornecidos por um método numérico baseado em volumes finitos. Alguns modelos teóricos para a previsão dos espaçamentos dendríticos primários são comparados com os resultados experimentais obtidos. Finalmente, um estudo comparativo é realizado entre resultados encontrados neste trabalho e aqueles apresentados na literatura para os espaçamentos dendríticos primários das ligas Sn-Pb investigadas quando solidificadas direcionalmente nos sistemas verticais ascendente e descendente, sob as mesmas condições. A análise das microestruturas indica que os espaçamentos dendríticos primários são bastante influenciados pela direção de crescimento do sólido.

Influência da convecção termossolutal na transição colunar/equiaxial em ligas Al-Si sob condições unidirecionais e transitórias de extração de calor

A relação entre macroestrutura e propriedades mecânicas de um material tem sido objeto de intensa investigação pois o tamanho dos grãos, a orientação cristalina e a distribuição dos mesmos exercem influência direta no comportamento mecânico dos produtos acabados. Assim, o entendimento dos fatores que influenciam a formação das zonas estruturais coquilhada, colunar e equiaxial nos materiais fundidos como, por exemplo, o sistema de liga, composição da liga, temperatura de vazamento, temperatura do molde, material do molde, coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde, taxa de resfriamento, gradientes térmicos, dimensão da peça, presença de convecção no líquido, transporte de soluto, etc é de fundamental importância para a melhoria da eficiência do processo de fundição envolvido. Com base no conhecimento dos princípios termofísicos em que essas zonas são formadas, é possível manipular de forma bastante razoável a estrutura dos produtos fundidos e, conseqüentemente, as propriedades mecânicas dos mesmos. Tendo como principal foco a análise da mudança da zona colunar para a equiaxial, este trabalho apresenta um estudo teórico-experimental sobre a transição colunar/equiaxial (TCE) das ligas hipoeutéticas Al- 3%Si, Al-7%Si Al-9%Si solidificadas unidirecionalmente em um dispositivo horizontal refrigerado a água sob condições transientes de fluxo de calor. A condição de contato térmico na superfície de extração de calor foi padronizada como sendo polida. Os perfis térmicos foram medidos em diferentes posições do lingote e os dados foram armazenados automaticamente. Um método numérico é utilizado na determinação de variáveis térmicas de solidificação como coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde (h_i), velocidades das isotermas liquidus (V_L), gradientes térmicos (G_L) e taxas de resfriamento (T_R) que influenciam diretamente a referida transição estrutural. Os resultados teóricos e experimentais apresentaram boa concordância. Um estudo comparativo entre os resultados obtidos neste trabalho e valores propostos na literatura para analisar a TCE durante a solidificação unidirecional vertical ascendente sob condições transientes de extração de calor das ligas investigadas, também é apresentado.

Influência dos parâmetros térmicos de solidificação na transição colunar/equiaxial em ligas do sistema Sn-Pb sob condições transitórias de extração de calor

O principal objetivo deste trabalho é desenvolver um estudo teórico/experimental sobre a influência dos parâmetros térmicos de solidificação (V _L e T) na transição colunar/equiaxial das ligas Sn 5%Pb, Sn 15%Pb, Sn 20%Pb e Sn 25%Pb sob condições de solidificação unidirecional horizontal refrigerada à água. Inicialmente, são calculadas experimentalmente as velocidades da isoterma líquidus e as taxas de resfriamento das ligas em questão cujos resultados são comparados com as previsões teóricas de um modelo numérico. Em seguida, a posição da transição colunar/equiaxial é determinada por meio da análise macroestrutural assim como são avaliados os efeitos impostos por correntes convectivas devido ao efeito do soluto no comportamento da transição colunar/equiaxial das referidas ligas. Finalmente, é realizado um estudo experimental comparativo para as ligas estudadas quando solidificadas unidirecionalmente em diferentes sistemas refrigerados à água.

Influência das variáveis térmicas sobre os espaçamentos dendríticos terciários durante a solidificação direcional horizontal da liga Al-6%Cu

A liga Al-6%Cu foi solidificada direcionalmente sob condições transitórias de extração de calor e microestruturas dendríticas, variáveis térmicas de solidificação, ou seja, velocidade de deslocamento da isoterma líquidus (V_L), taxa de resfriamento (T_R) e gradiente de temperatura à frente da isoterma liquidus (G_L) foram caracterizadas, determinadas experimentalmente e correlacionadas com os espaçamentos dentríticos terciários (λ₃). Para tanto, foi projetado, construído e aferido um dispositivo de solidificação direcional horizontal. Os resultados encontrados mostram que leis de potência -1,1 e -0,55 caracterizam a variação dos espaçamentos terciários com a velocidade de deslocamento da isoterma liquidus (V_L) e a taxa de resfriamento (T_R), respectivamente. Finalmente, é realizado um estudo comparativo entre os resultados obtidos neste trabalho e aqueles publicados na literatura para ligas Al-Cu solidificadas direcionalmente sob condições transientes de fluxo de calor nos sistemas verticais ascendente e descendente.

Espaçamentos dendríticos primários da liga Sn-5%Pb solidificada direcionalmente em um sistema horizontal

Este trabalho desenvolve um estudo teórico-experimental sobre a correlação entre parâmetros térmicos e os espaçamentos dendríticos primários da liga Sn-5%Pb solidificada direcionalmente em um sistema horizontal sob condições transientes de extração de calor. Os perfis de temperatura foram medidos em diferentes posições do lingote e os dados obtidos foram armazenados automaticamente. São apresentados resultados para o coeficiente de transferência de calor na interface metal/molde o qual foi calculado a partir de uma análise comparativa entre os perfis térmicos experimentais e valores teóricos fornecidos por um modelo numérico. Um método teórico-experimental é aplicado para determinar as velocidades de deslocamento da isoterma liquidus e as taxas de resfriamento. Os resultados teóricos e experimentais levantados apresentaram boa concordância. Um estudo comparativo é realizado entre os dados encontrados neste trabalho e aqueles apresentados na literatura para os espaçamentos dendríticos primários da liga investigada quando solidificada direcionalmente nos sistemas verticais ascendente e descendente, sob as mesmas condições assumidas neste trabalho. A análise das microestruturas indica que os espaçamentos dendríticos primários são bastante influenciados pelos parâmetros térmicos de solidificação.

Characterization of the Al-3wt.%Si alloy in unsteady-state horizontal directional solidification

The main purpose of this paper is to investigate both the columnar to equiaxed transition and primary dendritic arm spacings of Al-3wt.%Si alloy during the horizontal directional solidification. The transient heat transfer coefficient at the metal-mold interface is calculated based on comparisons between the experimental thermal profiles in castings and the simulations provided by a finite difference heat flow program. Simulated curve of the interfacial heat transfer coefficient was used in another numerical solidification model to determine theoretical values of tip growth rates, cooling rates and thermal gradients that are associated with both columnar to equiaxed transition and primary dendritic arm spacings. A good agreement was observed between the experimental values of these thermal variables and those numerically simulated for the alloy examined. A comparative analysis is carried out between the experimental data of this work and theoretical models from the literature that have been proposed to predict the primary dendritic spacings. In this context, this study may contribute to the understanding of how to manage solidification operational parameters aiming at designing the microstructure of Al-Si alloys.

Effect of constraint on void growth near a blunt crack tip

The growth of a single cylindrical hole ahead of a blunt crack tip was studied using large deformation finite element analysis in three-point bend specimens with different precrack depth. The effect of small second phase particles was taken into account by incorporating Gurson’s constitutive equation. The effects of strain hardening and the initial distance from the hole to the crack tip were also investigated. The results show that the variation of crack tip opening displacement with load is not sensitive to constraint level. The effects of constraint on the growth of hole and ductile initiation toughness are diminished with decreasing initial distance from the hole to the blunt crack tip.