Theory of Banana Liquid Crystal Phases and Phase Transitions

We study phases and phase transitions that can take place in the newly discovered banana (bow-shaped or bent-core) liquid crystal molecules. We show that to completely characterize phases exhibited by such bent-core molecules a third-rank tensor $T^{ijk}$ order parameter is necessary in addition to the vector and the nematic (second-rank) tensor order parameters. We present an exhaustive list of possible liquid phases, characterizing them by their space-symmetry group and order parameters, and catalog the universality classes of the corresponding phase transitions that we expect to take place in such bent-core molecular liquid crystals. In addition to the conventional liquid-crystal phases such as the nematic phase, we predict the existence of novel liquid phases, including the spontaneously chiral nematic $(N_T + 2)^*$ and chiral polar $(V_T + 2)^*$ phases, the orientationally-ordered but optically isotropic tetrahedratic $T$ phase, and a novel nematic $N_T$ phase with $D_{2d}$ symmetry that is neither uniaxial nor biaxial. Interestingly, the Isotropic-Tetrahedratic transition is {\em continuous} in mean-field theory, but is likely driven first-order by thermal fluctuations. We conclude with a discussion of smectic analogs of these phases and their experimental signatures.Comment: 28 pgs. RevTex, 32 eps figures, submitted to Phys. Rev.

Inducing Ni Sensitivity in the Ni Hyperaccumulator Plant Alyssum inflatum Nyárády (Brassicaceae) by Transforming with CAX1, a Vacuolar Membrane Calcium Transporter

The importance of calcium in nickel tolerance was studied in the nickel hyperaccumulator plant Alyssum inflatum by gene transformation of CAX1, a vacuolar membrane transporter that reduces cytosolic calcium. CAX1 from Arabidopsis thaliana with a CaMV35S promoter accompanying a kanamycin resistance gene was transferred into A. inflatum using Agrobacterium tumefaciens. Transformed calli were subcultured three times on kanamycin-rich media and transformation was confirmed by PCR using a specific primer for CAX1. At least 10 callus lines were used as a pool of transformed material. Both transformed and untransformed calli were treated with varying concentrations of either calcium (1–15 mM) or nickel (0– 500 lM) to compare their responses to those ions. Increased external calcium generally led to increased callus biomass, however, the increase was greater for untransformed callus. Further, increased external calcium led to increased callus calcium concentrations. Transformed callus was less nickel tolerant than untransformed callus: under increasing nickel concentrations callus relative growth rate was significantly less for transformed callus. Transformed callus also contained significantly less nickel than untransformed callus when exposed to the highest external nickel concentration (200 lM). We suggest that transformation with CAX1 decreased cytosolic calcium and resulted in decreased nickel tolerance. This in turn suggests that, at low cytosolic calcium concentrations, other nickel tolerance mechanisms (e.g., complexation and vacuolar sequestration) are insufficient for nickel tolerance. We propose that high cytosolic calcium is an important mechanism that results in nickel tolerance by nickel hyperaccumulator plants

Florescence and fructification of Lycopersicon esculentum Mill. and Cucumis sativus L. growing in the medium contaminated with nickel under presence of the ion exchange substrate BIONA 312

The purpose of undertaken investigation was to test the possibility of decreasing nickel toxic influence on florescence and fructification of tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) 'Koralik' cv. and cucumber (Cucumis sativus L.) 'Hermes F1' cv. plants by introducing into contaminated medium the ion exchange substrate BIONA 312 - ion exchange resin possessing sorptive properties and containing nutrient elements. In experiment, two levels of nickel (NiSO4·7H2O), i.e. 40 or 100 mg Ni·kg-1 of the substrate, as well as two doses of the ion exchange substrate BIONA 312 ie. 20 or 50 g·kg-1 of the substrate (relatively 2 and 5% of medium weight), were applied. As a substrate hortisol and quartz sand at rate 2:1 was used. Nickel significantly influenced florescence and fructification date of experimental plants. Nickel at dose 40 mg Ni·kg-1 of the substrate caused earlier florescence and earlier setting of tomato fruits, as well as significant decrease in the number of cucumber female flowers. Late and limited blooming of tomato plants growing in the medium contained 100 mg Ni·kg-1 of the substrate resulted in not ripping fruits till the ened of experiment. Under these circumstances, during florescence a complete lack of cucumber female and male flowers was recorded that resulted in complete lack of fruit crop. Ion exchange substrate BIONA 312 introduced to the contaminated medium decreased toxic influence of nickel on the experimental plant species significantly increasing flowers and fruits number. Irrespective of the nickel dose introduced to the medium more efficent for the reduction of this metal phytotoxicity turned out to be addition of ion exchange substrate BIONA 312 at the dosage 5 than 2%. Moreover after introducing 2 or 5% ion exchange substrate dose tomato plants groving in the medium containing 40 mg Ni·kg-1 earlier and more intensive florescence as well as eariel fruits ripeness were observed.Podjęte badania miały na celu sprawdzenie możliwości ograniczenia niekorzystnego wpływu niklu na proces kwitnienia i owocowania pomidora gruntowego (Lycopersicon esculentum Mill.) drobnoowocowego odmiany 'Koralik' i ogórka gruntowego (Cucumis sativus L.) odmiany 'Hermes F1' przez wprowadzenie do skażonego podłoża substratu jonitowego BIONA 312, charakteryzującego się właściwościami sorpcyjnymi, a równocześnie zawierającego podstawowe składniki pokarmowe. W eksperymencie zastosowano 2 poziomy niklu aplikowanego w formie NiSO4·7H2O 40 lub 100 mg Ni·kg1 podłoża i 2 dawki substratu jonitowego BIONA 312 20 lub 50 g·kg 1 podłoża stanowiące odpowiednio 2 lub 5% masy podłoża. Jako podłoże zastosowano glebę ogrodową zmieszaną z piaskiem w stosunku 2:1. Nikiel w sposób wyrażny determinował termin kwitnienia i owocowania eksperymentalnych roślin. Zastosowany w dawce 40 mg·kg 1 podłoża Ni wpłynął na wcześniejsze zakwitanie i zawiązywanie owoców pomidora oraz istotny spadek liczby kwiatów żeñskich ogór- ka. Póżne i ograniczone kwitnienie roślin pomidora rosnących w podłożu zawierają- cym 100 mg Ni·kg 1 sprawiło, że zawiązywane owoce do koñca trwania doświadcze- nia nie osiągały dojrzałości konsumpcyjnej, natomiast u roślin ogórka w tych warun- kach zaznaczył się całkowity brak kwiatów żeñskich i męskich, a w rezultacie brak było plonu owoców. Dodatek substratu jonitowego BIONA 312 do skażonego niklem podłoża ograniczał niekorzystny wpływ tego metalu ciężkiego na obydwa ekspery- mentalne gatunki roślin istotnie zwiększając liczbę kwiatów i owoców, przy czym niezależnie od gatunku rośliny i zastosowanego poziomu polutanta, skuteczniejsza w łagodzeniu toksycznego wpływu niklu okazała się 5% dawka substratu jonitowe- go. Również rośliny pomidora rosnące w obecności 40 mg Ni·kg 1 podłoża, po zasto- sowaniu 2 lub 5% dawki jonitu, szybciej i obficiej zakwitały, a owoce wcześniej dojrzewały niż w podłożu z samym niklem czy też w warunkach kontrolnych

Changes in reducing sugars content in sunflower (Helianthus annuus L.) biomass depending on the way of penetration and nickel concentration

W pracy określono zmiany zawartości cukrów redukujących w roślinach słonecznika (Helianthus annuus L.) zależnie od stężenia i drogi wnikania niklu. Dodatkowo w organach asymilacyjnych oznaczano zawartość chlorofilu, a w korzeniach, łodygach i liściach zawartość niklu. Doświadczenie przeprowadzono metodą kultur wodnych na pożywce Hoaglanda. Eksperyment zróżnicowano pod względem dawki oraz drogi wnikania (przez korzeń lub liść) niklu, podanego w formie NiSO₄·7 H₂O. Dokorzeniowo nikiel wprowadzono w stężeniach: 0, 35, 100 lub 200 µmol·dm⁻³. Aplikację dolistną wykonano opryskując rośliny 10 cm³ roztworu siarczanu niklu o stężeniu 5 lub 10 µmol·dm⁻³. Rośliny kontrolne opryskano 10 cm³ wody destylowanej. Uzyskane wyniki wskazują, że zawartość niklu w korzeniach, łodygach i liściach słonecznika, niezależnie od drogi wnikania, istotnie wzrastała wraz ze wzrostem aplikowanej dawki tego metalu i na ogół była skorelowana ze wzrostem zawartości węglowodanów redukujących w liściach oraz spadkiem koncentracji tych związków organicznych w łodygach i korzeniach, jak również chlorofilu w organach asymilacyjnych.In the presented experiment the effect of the way of nickel penetration and different nickel concentrations on reducing sugar levels in sunflower plants (Helianthus annuus L.) was studied. Additionally in assimilative organs the chlorophyll content, and in roots, stems and leaves the nickel content were determined. The experiment was conducted using water culture method on the Hoagland’s solution. The ways of nickel penetration (through the roots or through the leaves) as well as various Ni doses were examined in the study. Through the roots nickel (in the form of NiSO₄· 7 H₂O) was applied in following concentrations: 0, 35, 100 or 200 µmol·dm⁻³. Foliar treatment was done by spraying experimental plants with 10 cm³ of 5 or 10 µmol·dm⁻³ solution of nickel sulphate. Control plants were sprayed with 10 cm³ of distilled water. The obtained results indicated that nickel content in roots, stems and leaves, independent the way of Ni penetration to the plants, significantly increased together with the increasing content of applied doses of this metal and it was correlated with increase in carbohydrates content in leaves as well as decrease of these organic compounds in stems and roots and chlorophyll level in leaves

Reakcja słonecznika (Helianthus annuus L.) na nikiel uwarunkowana drogą wnikania metalu

The purpose of this paper was to determine the sunflower (Helianthus annuus L.) reaction to nickel depending on the metal concentration and penetration way, i.e. through roots or leaves. Nickel was introduced into the nutritional solution (intraroot application) at amounts: 0 (control), 35, 100 or 200 μM, while intraleaf application was performed by spraying plants with water (control) or nickel containing solution at the concentration of 5 or 10 μM. Plants treated with nickel intraroot than intraleaf were characterized by a considerably higher metal content in roots and lower in leaves. Independently of the penetration way increasing metal concentrations caused a significant decrease of the parameters of physiological root activity, i.e. the root volume, total and active adsorption surface and 1 cm³ root active surface, in that a greater decrease of the root parameters was shown on intraroot than intraleaf application of the metal. Environment contamination with nickel caused also a chlorophyll concentration decrease in leaves, in that intraleaf nickel application, in contrast to intraroot, resulted in a higher decrease of chlorophyll b than a. Older than younger leaves showed a higher susceptibility to nickel applied intraroot, whereas roots were resistant to nickel applied intraleaf. The content of S-SO₄ in the sunflower depended on the nickel concentration and penetration way – intraleaf nickel application caused significant S-SO₄ increase in leaves and roots, whereas intraroot application resulted in S-SO₄ content increase especially in roots.Celem pracy było określenie reakcji słonecznika (Helianthuus annuus L.) na nikiel, w zależności od stężenia i drogi wnikania metalu, tj. przez korzeń lub liść. Nikiel wprowadzano do pożywki (aplikacja dokorzeniowa) w ilościach: 0 (kontrola), 35, 100 lub 200 μM, natomiast aplikację dolistną wykonano, opryskując rośliny wodą (kontrola) lub roztworem zawierającym nikiel w stężeniu 5 lub 10 μM. Znacznie wyższą zawartością niklu w korzeniach i niższą w liściach charakteryzowały się rośliny traktowane niklem dokorzeniowo niż dolistnie. Niezależnie od sposobu wnikania, wzrastające stężenia niklu wpłynęły na istotny spadek parametrów fizjologicznej aktywności korzeni, tj. objętości, ogólnej i aktywnej powierzchni adsorpcyjnej oraz powierzchni 1 cm³ , przy czym większy spadek wskaźników korzeni wykazano po dokorzeniowej niż dolistnej aplikacji metalu. Skażenie środowiska niklem powodowało również spadek koncentracji chlorofilu w liściach, przy czym dolistna aplikacja niklu, w przeciwieństwie do aplikacji dokorzeniowej wpłynęła na większy spadek chlorofilu b niż a. Większą wrażliwością na nikiel aplikowany dokorzeniowo mają liście starsze w porównaniu z liściami młodymi, natomiast organami odpornymi na nikiel aplikowany dolistnie są korzenie. Zawartość S-SO₄ w słoneczniku zależała od drogi wnikania i stężenia niklu – aplikacja dolistna wpłynęła wyraźnie na wzrost koncentracji S-SO₄ w liściach i korzeniach, natomiast aplikacja dokorzeniowa na zwiększenie zawartości S-SO₄ szczególnie w korzeniach

Sorbent jonitowy Biona 111 jako komponent podloza zasolonego w uprawie Ageratum houstonianum Mill.

W prezentowanej pracy podjęto próbę określenia wpływu zasolenia gleby jonami Na⁺ i Cl⁻ na walory dekoracyjne żeniszka meksykańskiego (Ageratum houstonianum MILL.) oraz możliwość neutralizacji skutków zasolenia poprzez wprowadzenie do podłoża sorbentu jonitowego BIONA 111, jako resorbentu jonów zasalających. Doświadczenie przeprowadzono metodą kultur stałych w wazonach o pojemności 1 dm³. Eksperyment zróżnicowano pod względem zasolenia podłoża i zawartości sorbentu jonitowego. Zasolenie podłoża wynosiło 0 lub 2,83 mS·cm⁻¹. Bionę wprowadzono w ilości 0 lub 3% całej objętości wazonu. Żeniszek meksykański okazał się gatunkiem mało tolerancyjnym na zasolenie odpowiadające przewodności elektrycznej równej 2,83 mS·cm⁻¹. Badany poziom zasolenia spowodował istotny spadek wskaźników biometrycznych, decydujących o walorach dekoracyjnych żeniszka meksykańskiego, tj. liczby kwiatostanów, wysokości łodygi, liczby liści oraz zawartości chlorofilu. Zasolenie powodowało istotny wzrost koncentracji sodu i chloru oraz spadek zawartości wapnia we wszystkich analizowanych organach. Zmiany w zawartości potasu były zróżnicowane. Zasolenie powodowało wzrost koncentracji K w liściach i korzeniach, a spadek w łodygach i kwiatach. Sorbent jonitowy BIONA 111 okazał się dobrym komponentem gleb zasolonych. Powodował podwyższenie parametrów decydujących o wartości dekoracyjnej żeniszka meksykańskiego, jak również ograniczał dostępność jonów zasalających (Na⁺ i Cl⁻), powodując równocześnie wzrost akumulacji potasu oraz wapnia.The present work deals with the effect of hortisol salinisation with Na⁺ and Cl⁻ ions on ornamental values of Ageratum houstoniamum MILL. as well as with the possibility of salinity reduction by introducing the hortisol ion exchange substrate BIONA 111. The experiment was run with solid culture method in pots of 1 dm³. The experiment was differentiated in regard to hortisol salinity and ion exchange substrate content. Substrate salinity level was 0 or 2.83 mS·cm⁻¹. Ion exchange substrate BIONA 111 was introduced into the medium in the amount of 0 or 3% of the total pot volume. Ageratum houstonianum MILL. appeared to be very little tolerant of salinisation (EC = 2.83 mS·cm⁻¹). The examined salinity level significantly reduced biometric parameters, which determine ornamental values of ageratum. It was noticed that salinisation resulted in a significant decrease of sodium and chlorine contents in all examined plant organs. Salinity caused a significant potassium increase in leaves and roots and a significant decrease of this elements in shots and blooms. Results of this study indicate that ion exchange substrate BIONA 111 appeared to be advantageous component of salt-affected hortisol. It was shown that BIONA 111 improved biometric parameters, which determine ornamental values of ageratum and limit the availability of sodium and chlorine ions together with a higher accumulation of potassium and calcium

Effect of nickel on yielding and mineral composition of the selected vegetables

Over the three-year pot experiment the investigations were made on nickel influence on yielding and mineral composition (K, Ca, Mg, P, Fe and Ni content) of lettuce and spinach leaves as well as zucchini and bean fruits. The experiment was differentiated regarding nickel content (NiSO₄·7H₂O) introducing: 0 (control); 10; 40 and 60 mg Ni·kg⁻¹ sand, at the same time considering various nutritive requirements of the plant species studied. The obtained results indicate that even the lowest nickel dose applied (10 mg Ni·kg⁻¹ substrate) has caused a significant decrease of yield of the usable parts of lettuce, spinach, zucchini and bean. Further increase of nickel content in the substrate (40–60 mg Ni·kg⁻¹) resulted in more intensive yield drop of lettuce and spinach leaves. Under such conditions due to improper generative development, no generative yield of zucchini and bean was obtained. Nickel at amount 10 mg Ni·kg⁻¹ substrate affected the significant growth of potassium concentration in the leaves of lettuce, phosphorus in spinach leaves, while it decreased phosphorus and potassium concentration in the zucchini and bean fruits causing at the same time significant fall in magnesium content in zucchini fruits and increase in Mg concentration in bean pods. Nickel dose growth in the substrate has differentiated changes in the plant mineral composition to a greater extent. Nickel at amount 10 mg Ni·kg⁻¹ substrate influenced a significant iron growth in spinach leaves, zucchini fruits and bean pods, whereas it decreased Fe content in lettuce biomass. Increased nickel doses have reduced Fe concentration significantly in the usable organs of the vegetable species examined. Generally the growing nickel quantity in substrate affected the successive increase of this metal content in the usable organs of the vegetable species investigated.W trzyletnim doświadczeniu wazonowym badano wpływ niklu na plonowanie i skład mineralny części użytkowych (zawarto K, Ca, Mg, P, Fe i Ni) liści sałaty i szpinaku oraz owoców cukinii i fasoli. Doświadczenie zróżnicowano pod względem zawartości niklu (NiSO₄·7H₂O), wprowadzajc: 0 (kontrola); 10; 40 i 60 mg Ni·kg⁻¹ piasku, uwzględniając równocześnie różne wymagania badanych roślin. Uzyskane wyniki badań wskazują, że już najniższa zastosowana w eksperymencie dawka niklu (10 mg·kg⁻¹ podłoża) spowodowała istotny spadek plonu części użytkowych sałaty, szpinaku, cukinii i fasoli. Dalsze zwiększanie zawartości niklu w podłożu (40–60 mg·kg⁻¹) pogłębiało spadek plonu liści sałaty i szpinaku. W takich warunkach z uwagi na nieprawidłowy rozwój generatywny nie uzyskano plonu generatywnego cukinii i fasoli. Nikiel w iloci 10 mg·kg⁻¹ podłoża wpłynął na istotny wzrost koncentracji potasu w liściach sałaty i fosforu w liściach szpinaku oraz spadek koncentracji fosforu i potasu w owocach cukinii i fasoli, powodując jednoczenie istotny spadek zawartości magnezu w owocach cukinii i istotny wzrost zawartości tego makroelementu w owocach fasoli. Zwiększenie dawki niklu w podłożu jeszcze bardziej różnicowało zmiany w składzie mineralnym roślin. Nikiel w iloci 10 mg·kg⁻¹ podłoża wpłynął na istotny wzrost zawartości żelaza w liściach szpinaku, owocach cukinii i strąkach fasoli, a obniżał zawartość Fe w biomasie sałaty. Zwiększone dawki niklu istotnie obniżały koncentrację żelaza w organach konsumpcyjnych badanych gatunków warzyw. Wzrastające ilości niklu w podłożu wpłynęły na sukcesywne zwiększenie zawartości tego metalu w organach konsumpcyjnych badanych gatunków warzyw

Histochemia i mikromorfologiczne zróżnicowanie włosków gruczołowych w epidermie liści Melissa officinalis L.

Due to the presence of glandular trichomes in their epidermis and production of essential oils, plants from the family Lamiaceae, including Melissa officinalis L., are commonly cultivated in most European countries and across Poland. With its diverse composition of essential oils and the wide range of pharmacological effects, the raw material of the lemon balm is widely applied in various branches of industry. In literature, there are no data presenting histochemical assays of glandular trichomes in the lemon balm; therefore, the aim of the study was to detect some substances with the use of selected stains and to characterise the micromorphology of the trichomes. The investigations were conducted using light, fluorescence, and scanning electron microscopes. The histochemical tests were based on Sudan Red 7b, Sudan black B, Nile blue, Nadi reagent, ferric chloride, potassium dichromate, magnesium acetate, Ruthenium red, and periodic acidSchiff reagent. Digitiform as well as morphologically diverse capitate and peltate glandular trichomes were distinguished in the leaf epidermis. The histochemical tests showed heterogeneity of the composition of the lemon balm essential oil. They were applied to determine lipids, fatty acids, neutral fats, terpene compounds, polyphenols, flavonoids, and polysaccharide compounds in the analysed glandular trichomes. Improvement of the histochemical methods for analysis of glandular trichomes will expand the knowledge of the metabolism of secretory cells and facilitate future modification of their secretion products.Rośliny z rodziny Lamiaceae, w tym (Melissa officinalis L.), ze względu na obecność w epidermie włosków gruczołowych i produkcję olejków eterycznych są powszechnie uprawiane w większości krajów Europy i na terenie całej Polski. Surowiec zielarski melisy o zróżnicowanym składzie chemicznym olejku i szerokim zakresie działania farmakologicznego znajduje szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach przemysłu. W literaturze brak danych dotyczących histochemicznych testów włosków gruczołowych melisy lekarskiej, dlatego celem badań było określenie wybranych substancji przy użyciu wybranych barwników oraz określenie mikromorfologii włosków. Badania przeprowadzono przy użyciu mikroskopu świetlnego, fluorescencyjnego i skaningowego elektronowego. W testach histochemicznych zastosowano: Sudan czerwony 7B, Sudan czarny B, błękit Nilu, odczynnik Nadi, chlorek żelaza, dichromian potasu, octan magnezu, czerwień rutenową i odczynnik Schiffa. W epidermie liści wyróżniono włoski gruczołowe: palcowate i zróżnicowane morfologicznie głowiaste oraz tarczowate. Histochemiczne testy wykazały heterogenny charakter olejku melisowego. Przy ich użyciu wyznakowano w badanych włoskach gruczołowych lipidy, kwasy tłuszczowe, tłuszcze obojętne, związki terpenowe, polifenole, flawonoidy i związki polisacharydowe. Doskonalenie histochemicznych metod badań włosków gruczołowych umożliwi poznanie metabolizmu komórek wydzielniczych, a w przyszłości być może pozwoli na modyfikację produktów sekrecji włosków