Rôle des bactéries hétérotrophes et des producteurs primaires dans le cycle biogéochimique du phosphate : couplage des flux de carbone et de phosphate en relation avec la structure fonctionnelle des communautés

par Solange Duhamel

Thèse de doctorat en Sciences de l'environnement marin. Biogéochimie

Sous la direction de France Van Wambeke et de Thierry Moutin.

Soutenue en 2007

à Aix Marseille 2 .


  • Résumé

    Cette thèse est une contribution à l’étude du cycle biogéochimique du phosphate en milieu oligotrophe marin. Une méthode de double marquage isotopique du C et du P a été optimisée pour étudier l’assimilation simultanée du C et du P par les espèces planctoniques dans les environnements marins. La procédure a été mise en pratique avec succès dans les milieux contrastés du Pacifique Sud-Est dans le cadre de la mission BIOSOPE. Le gyre ultraoligotrophe du Pacifique Sud-Est (SPG) est un milieu hyper-oligotrophe aux eaux extrêmement claires et appauvries en éléments nutritifs sauf en phosphate (>100 nM). En allant des bords vers le centre du SPG, le rapport C:P d’assimilation dévie par rapport aux valeurs canoniques de 106 et de 50, pour le phytoplancton et les bactéries, respectivement. Ces déviations soulignent les adaptations potentielles des microorganismes dans ce milieu particulier. Pouvoir prédire les taux de croissance (µ) des bactéries hétérotrophes et du phytoplancton est d’un grand intérêt scientifique. Ce travail montre que le P particulaire (PartP) peut être utilisé pour estimer la biomasse et que le rapport entre l’uptake de P et la concentration en PartP peut être employé pour évaluer µ. Contrairement aux autres méthodes utilisant le C, cet estimateur ne fait pas intervenir de facteur de conversion et fournit une évaluation de µ pour à la fois les organismes autotrophes et hétérotrophes. Les estimations de µ basées sur le P attribuées aux fractions 0. 2-0. 6 µm et 0. 6-2 µm sont relativement faibles (0. 11 ± 0. 07 j-1 et 0. 14 ± 0. 04 j-1, respectivement) dans le gyre, suggérant que la communauté microbienne se renouvelle relativement lentement. La fraction 0. 2-0. 6 µm représente presque un tiers de l’assimilation de P tout au long du transect et les taux de synthèse des phospholipides (lipides membranaires) varient entre moins de 5 % et plus de 22% du taux d’assimilation de P total, suggérant que les bactéries hétérotrophes sont des acteurs importants du cycle du P dans le Pacifique Sud-Est. Dans le gyre, les taux de production primaire particulaire atteignent la valeur minimale sous des conditions d’oligotrophie sévère (150 mg C m-2 j-1). Néanmoins, la production bactérienne y est du même ordre de grandeur que celle obtenue dans d’autres milieux oligotrophes subtropicaux et tempérés. Le déséquilibre du couplage entre production primaire et production bactérienne est tel qu’il ne peut pas exister dans cette zone loin de tout apport externe et implique de remettre en question les méthodes. Des méthodes de marquage ELF ont également été développées pour étudier la limitation en P des bactéries marines en milieu oligotrophe. Avec la méthode de détection du ELF par microscopie, alors que le marquage ELF est imposant pour les cultures en condition de limitation en P (26-100 % de cellules marquées selon la souche), la fraction des bactéries marquées n’est que de 0. 01 % dans les échantillons de mer Méditerranée prélevés en période de limitation par le P. Cette méthode n’est donc pas assez sensible dans un environnement oligotrophe limité en P comme la Méditerranée. La méthode de détection du ELF par cytométrie en flux permet de détecter des marquages significatifs en Méditerranée lorsque l’activité globale est supérieure à 7 nM h-1. Les applications in situ dans les eaux de lacs ou en mer montrent des variations significatives de la proportion de bactéries marquées au ELF et de la fluorescence relative médiane des cellules marquées au ELFA avec la profondeur. L’application de cette méthode permettra d’améliorer notre compréhension de la réponse physiologique des bactéries hétérotrophes à la limitation en P. L’affinité des phosphatases extracellulaires pour le ELF-P a été étudiée dans divers environnements, indirectement, à travers sa capacité à inhiber l’hydrolyse du MUF-P. Le ELF-P a un effet prononcé sur le paramètre Km des cinétiques de saturation du MUF-P, alors que son effet sur le paramètre Vmax est faible. Ce comportement est compatible avec la supposition de l’interaction compétitive entre le MUF-P et le ELF-P.

  • Titre traduit

    Role of heterotrophic bacteria and primary producers in the phosphate biogeochemical cycling : coupling of the carbon and phosphate fluxes in relation with the community functional structure


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    This thesis is a contribution to the study of the phosphate biogeochemical cycle in marine oligotrophic environments. A dual labelling method using 33P and 14C was optimized to study P and C assimilation by planktonic species in marine environments. The procedure was successfully applied in contrasted environments of the Southeast Pacific during the BIOSOPE cruise. The ultraoligotrophic gyre of the Southeast Pacific (SPG) is a hyper-oligotrophic area with extremely clear and nutrient depleted waters, except for phosphate (>100 nM). Going from the edges to the centre of the SPG, the C:P incorporation rates diverged from canonical values of 106 and 50 for phytoplankton and bacteria, respectively. These deviations underline potential adaptations of microorganisms in this particular area. Predicting heterotrophic bacteria and phytoplankton growth rates (µ) is of great scientific interest. This work showed that the particulate P (PartP) concentration can be used to estimate biomass and that the P uptake to PartP ratio can be used to evaluate µ. Contrary to other C-based methods, this estimator doesn’t need conversion factor and provides an evaluation of µ for both autotrophic and heterotrophic organisms. The P-based estimation of µ attributed to the 0. 2-0. 6 µm and 0. 6-2 µm fractions were relatively low (0. 11 ± 0. 07 d-1 and 0. 14 ± 0. 04 d-1, respectively) in the gyre, suggesting that the microbial community turns over very slowly. The 0. 2-0. 6 µm fraction represented almost one third of the P incorporation all over the transect, and phospholipids (membrane lipids) synthesis rates varied between less than 5% to more than 22% of the total P incorporation rate, suggesting that heterotrophic bacteria are important actors of the P cycle in the Southeast Pacific. In the gyre, the particulate primary production rates reached the minimum value under severe oligotrophic conditions (150 mg C m-2 d-1). Nevertheless, bacterial production was in the range of those found in other subtropical and temperate oligotrophic areas. The disequilibrium between primary and bacterial production coupling being impossible in this area far from external inputs, it implies to question about methods. ELF labelling methods have been developed to study P limitation of marine bacteria in oligotrophic areas. With the method of detection by microscopy, while the ELF labelling was imposing in cultures under P limited conditions (26-100 % of labelled cells according to species); the fraction of labelled bacteria was only of 0. 01 % in Mediterranean samples under P limitation periods. The method of detection by flow cytometry allowed detecting significant labelling in Mediterranean when bulk activity was greater than 7 nM h-1. In situ applications in marine or lake waters showed significant variations of the proportion of ELF labelled cells and of the median relative fluorescence of ELFA labelled cells with depth. The application of this method will allow improving our understanding of the physiological response of heterotrophic bacteria to P limitation. The affinity of Extracellular phosphatase for ELF-P was studied in various environments, indirectly, through its capacity to inhibit MUF-P hydrolysis. ELF-P has a strong effect on the Km parameter of the saturation kinetics of MUF-P, while its effect on the Vmax parameter is low. This behaviour is compatible with the assumption of a competitive interaction between MUF-P and ELF-P.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (VII-342 p.)
  • Annexes : Bibliogr. : p.286-313

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  • Bibliothèque : Université Aix-Marseille (Marseille. Luminy). Service commun de la documentation. Bibliothèque de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 46084
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