1 Dégradation des litières méditerranéennes
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mécanismes de minéralisation ou d’humification des litières sont complexes et
leur régulation constitue un élément essentiel du développement des espèces
végétales. Dans ce contexte, une litière de chêne vert située à la Gardiole de
Rians (Var) a été prise pour modèle car, dans ce site, l’écosystème forestier
est âgé de plus de 60 ans et éloigné de toute pollution atmosphérique. La
lignine, par son caractère récalcitrant à la biodégradation, et les tanins, par
leur action inhibitrice de la croissance de nombreux représentants de la
microflore et d'autres organismes, tels les Collemboles, consommateurs de
feuilles de litière, constituent les deux principaux composés susceptibles de
ralentir la minéralisation du matériel végétal. Les études actuelles sont plus
particulièrement axées sur la dégradation de la lignine, la dégradation des
autres polymères constitutifs de la feuille de chêne vert étant abordée soit
directement au niveau de la litière, soit en tant que co-substrat ayant une
incidence sur la dégradation de la lignine (cellulose, hémicellulose, tanins). Les travaux portant sur la biodiversité des
communautés de microarthropodes vivant dans le sol sont mis en relation avec
ceux portant sur la dynamique de la décomposition de la matière organique.
1.1 Litière-sol
1.1.1.
Mesure in situ des activités
enzymatiques participant à la dégradation de la litière
Le souci de replacer les résultats obtenus en
laboratoire au niveau du terrain nous a conduit à développer une méthodologie
permettant de mesurer, au sein même de la litière, l’activité des enzymes
participant à la dégradation des constituants végétaux de cette litière. Une
méthode d’extraction des enzymes permettant la mesure de leur activité in situ a été ainsi mise au point
(Criquet et al, 1999). Elle a été
utilisée pour suivre ces activités au cours des saisons (Criquet et al, 2000) afin de déterminer
l’influence des conditions météorologiques (température, humidité). Ce travail
a montré l’importance de la température et du stress hydrique sur les
potentialités de dégradation des microorganismes au sein de la litière en
région méditerranéenne. Une nouvelle méthode de mesure de l’activité tanase a
également été mise au point (Iacazio et al., 2000).
Pour élargir le sujet à tout type de litière, nous
envisageons d’identifier le plus grand nombre d’inducteurs naturels de la
synthèse des laccases fongiques en utilisant soit directement des échantillons
de litière incubés de façon contrôlée en laboratoire, soit des cultures de
souches tests. Parmi les molécules susceptibles de se révéler être des
inducteurs (ou éventuellement des inhibiteurs), nous envisageons de tester les
métabolites secondaires végétaux qui sont détectés dans ces écosystèmes par
l’équipe de G. Bonin.
1.1.2. Rôle prépondérant de certains
microorganismes de la litière
a) Marasmius
quercophilus, basidiomycète de la pourriture blanche (figure 9)
Par leur capacité à synthétiser des
polyphénoloxydases (PPO : laccases, tyrosinases, peroxydases) certaines espèces
de champignons sont les principaux agents biologiques de la dégradation de la
lignine. Ces enzymes oxydent les phénols et les polyphénols par enlèvement d’un
électron, provoquant ainsi la formation d’un radical cation. La litière de
chêne vert prise pour modèle est colonisée, en particulier en automne, par de
nombreux champignons synthétisant des PPO.
L’étude des principales espèces de champignons
présentes dans la litière de chêne vert de la station de la Gardiole de Rians
ayant montré l’intérêt de M. quercophilus,
il était important de connaître la variabilité phénotypique et génétique au
sein de cette espèce. En d’autres termes, quelle variabilité peut-on observer
lorsque différents individus, représentés par des carpophores disséminés sur
plusieurs centaines de m2, sont récoltés dans la même station, le même jour ou
à des époques différentes. Différents isolats ont été étudiés par l’analyse des
caractères phénotypiques (polymorphisme enzymatique, sources de carbone
utilisées) et génétiques (RFLP, RAPD), l’ensemble des résultats ayant montré,
après traitement mathématique, une faible variabilité (Farnet et al., 1999a).
Cette même étude est poursuivie actuellement en comparant les propriétés
d’isolats récoltés dans la station de la Gardiole de Rians (terrain calcaire) à
celles d’isolats récoltés dans les Maures (terrain siliceux). La séparation et
la purification des laccases sécrétées par des souches isolées sur ces
différents sites ont été réalisées et ont mis en évidence des variations entre
isoformes enzymatiques.
b) L’espèce Bacillus cereus dans la
litière de chêne vert
Parmi les bactéries cultivables, le genre Bacillus est dominant et représenté par
deux espèces : B. pumilus (63 %) se
développant sur les feuilles vivantes de la canopée et B. cereus (34 %) sur la litière. Ces deux espèces, qui possèdent de
fortes capacités enzymatiques de dégradation à l’égard de polymères foliaires,
ont une répartition fortement influencée par le facteur température. Elles sont
capables de sporuler dans des conditions défavorables et de devenir actives
lorsque ces conditions redeviennent favorables. L’objectif est de mettre au
point une méthode de détection immunologique de B. cereus et de B. pumilus
sous leur forme végétative et sous leur forme sporulée permettant ainsi
d’estimer leur activité métabolique dans la canopée et dans la litière au cours
d’un cycle annuel. L’axe de ce travail a été, pour le moment, principalement
développé avec B. cereus. Nous avons
produit des anticorps monoclonaux de souris dirigés contre la cellule
végétative d’une souche de B. cereus.
Les résultats obtenus par ELISA et par immunoblot ont permis la mise au point
d’une méthode nommée « Système ELISA capture » permettant de
dénombrer B. cereus à partir d’un
seuil de 103 bactéries . ml-1
dans des suspensions de produits alimentaires (Charni et al, 2000). Cette méthode est en cours d’adaptation à des
suspensions de sols et de litières.
1.1.3. Rôle des microarthropodes du
sol dans les processus de décomposition
Les microarthropodes du sol (essentiellement les
collemboles, acariens et myriapodes) sont des acteurs essentiels dans les
litières. Consommateurs de bactéries, champignons et débris organiques, ils
participent à la régulation des processus de décomposition. Les études portent
principalement sur les relations entre la diversité des microarthropodes et les
processus fonctionnels (recyclage du carbone et de l’azote). Ces travaux, menés
sur le terrain (Cortet & Poinsot-Balaguer, 1998) ainsi qu’en mésocosmes
(Cortet et al, soumis) permettent
aussi de mieux cerner les relations entre les microarthropodes et les
microorganismes du sol. Des collaborations étroites sont engagées sur ce thème
avec le CEFE à Montpellier (utilisation de la spectrophotométrie infra-rouge).
Figure 9 : Dégradation d'un modèle de
lignine (Indulin AT) par Marasmius
quercophilus :
témoin non transformé après 21 jours d’incubation ( ),
Dégradation
après 15 jours de culture, en présence de M. querophilus ( - - ),
Dégradation
après 21 jours de culture ( ).
1.2. Eau/Sédiments
1.2.1
Evolution globale de la biodiversité dans deux lagunes hypersalées des
Salines de Salin-de-Giraud (Bouches du Rhône)
A partir d’échantillons de sédiments hypersalés de
lagunes dont la salinité des eaux varie de 12 à 32%, l’ADN génomique a été
extrait. Des arbres phylogénétiques ont été construits (ADN16S). L’analyse de
ces arbres met en évidence une biodiversité beaucoup plus importante que celle
que laissaient envisager les études microbiologiques et les données
bibliographiques. De nombreux genres bactériens, jamais isolés en culture pure,
sont présents de façon significative dans ces milieux. Parmi ces bactéries
peuvent être citées, des bactéries sulfato-réductrices appartenant aux genres
Desulfobacter, Desulfohalobium, Desulfobulbus et Desulfonema ou des bactéries
phototrophes anoxygéniques rattachées au groupe des bactéries phototrophes vertes non sulfureuses.
1.2.2. Isolement et identification des
bactéries phototrophes anoxygéniques, sulfato-réductrices et fermentatives de
milieux hypersalés
Ces travaux montrent l’influence de la
concentration en sels des milieux naturels sur la biodiversité des bactéries
anaérobies, notamment sur celle des bactéries phototrophes anoxygéniques dont
l’étude a été la plus complète. A la salinité de l’eau de mer, de très
nombreuses espèces de bactéries phototrophes anoxygéniques rouges et vertes
sont présentes. Avec le doublement de la salinité, les bactéries phototrophes
vertes disparaissent et la communauté phototrophe anoxygénique n’est constituée
que par quelques espèces appartenant aux genres Chromatium, Thiocystis,
Rhodospirillum et Rhodovulum. Pour des salinités de 12 à 18 %, seuls deux types
de bactéries phototrophes sulfureuses rouges peuplent les sédiments (Chromatium
salexigens et Thiocapsa halaphila). Ces bactéries disparaissent des sédiments
recouverts par des eaux de salinité comprise entre 28 et 30 % ; la
communauté des bactéries phototrophes anoxygéniques est constituée par des bactéries
appartenant au genre Halorhodospira et Rhodospirillum. Plus aucune bactérie
phototrophe n’est présente pour des salinités supérieures. Outre une diminution
de la biodiversité en rapport avec l’augmentation de la salinité, ces
recherches montrent que les bactéries phototrophes anoxygéniques mais aussi
sulfato-réductrices et fermentatives, qui se développent dans les sédiments des
milieux hypersalés appartiennent, pour la plupart d’entre elles, à des espèces
spécifiques à ces biotopes et parfaitement adaptés à leur environnement. La
salinité s’avère donc être un déterminant de première importance dans la
sélection des espèces bactériennes.