Response of the marine bacteria to the ultraviolet-visible radiation and to the photochemical modifications of the dissolved organic matter

Réponse des bactéries marines au rayonnement ultraviolet-visible et aux modifications photochimiques de la matière organique dissoute

• Auteur / Autrice : Maher Abboudi
• Direction : Richard Sempéré, Fabien Joux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océanologie. Microbiologie marine
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 2
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'Océanologie (Marseille)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayonnement solaire

Composés organiques

Bactéries marines

Rayonnement ultraviolet

Résumé

En milieu marin, le rayonnement solaire peut affecter directement l’activité des bactéries hétérotrophes en occasionnant différents dommages cellulaires ou indirectement en modifiant photochimiquement la matière organique dissoute (DOM). Nous avons abordé ces différents aspects en déterminant la contribution la contribution du rayonnement Ultraviolet-B (UVR-B : 280-215 nm), et du rayonnement Ultraviolet-A (UVR-A : 315-400 nm)] et de la lumière visible [PAR, 400-700 nm], en réalisant des expériences en milieu naturel dans différents environnements en Méditerranée Nord Occidentale, et en laboratoire sur une bactérie marine, Vibrio angustum. Nous avons étudié les effets des transformations photochimiques de la DOM sur la croissance, la production (BP), la respiration (BR), le rendement de croissance (BGE) et la diversité bactérienne, dans deux lagunes (Leucate et Canet) et un milieu côtier (Baie de Banyuls) en Méditerranée Nord Occidentale, présentant de grandes différences en concentrations de DOM totale et colorée. Après filtration sur 0,2 µm, les échantillons sont exposés pendant une journée au soleil, puis inoculés avec la communauté bactérienne d’origine. Les phototransformations de la DOM induisait une augmention la BP dans le cas de la lagune la plus eutrophe et le milieu côtier, et une diminution de celle-ci dans le cas de la lagune mésotrophe. Ces modifications d’activité sont associées à une augmentation de 120% du BGE dans le cas du milieu côtier, et d’une diminution de 20 à 40% dans le cas des lagunes. Nous avons également observé que l’assimilation de la DOM induisait une modification de la structure des communautés bactériennes totales et actives comparativement aux bactéries se développant en présence de DOM non irradiée. Les effets directs du rayonnement solaire sur la BP et la BR dans la colonne d’eau (de la surface jusqu’à 10 m de profondeur) ont été étudiés à différentes stations en Méditerranée. L’inhibition de la BP s’est révélée essentiellement liée à l’UVR, et plus importante lorsque le phytoplancton était éliminé de l’échantillon, soulignant le rôle des excrétions phytoplanctoniques dans la réponse des bactéries au stress UVR. Les bactéries étaient capables de récupérer leur activité de production durant la nuit. La BR apparait plus durablement affectée par le rayonnement solaire que la BP. Globalement, le rayonnement solaire diminuait la BCD et augmentait le BGE. Les effets du rayonnement solaire semblaient très limités en profondeur pour les stations côtières étudiées, alors que des effets sur la BP apparaissaient mesurable jusqu'à des profondeurs de 8 m pour des environnements plus hauturiers. Ces effets contrastés dans la colonne d’eau étaient directement liés aux coefficients d’atténuation du rayonnement UV de ces différentes stations. Afin de compléter ces données obtenus en milieu naturel, nous avons étudié au laboratoire les modifications physiologiques et morphologiques induites chez V. Angustum lors d’une croissance sous 4 conditions de lumière (PAR+UVR-A+UVR-B, PAR+UVR-A, PAR et obscurité) en utilisant un simulateur solaire. Nos résultats suggèrent que la croissance est sévèrement inhibée par les UVR-B et de manière modérée par les UVR-A. Les cellules exposées aux UVR-B présentaient une filamentation importante (taille de cellule : 42 µm par rapport au témoin de taille ~ 1,7 µm), mais avec une accumulation réduite de dommages ADN, et une absence de modifications dans la composition en acides gras. Ces cellules étaient capables de retrouver une taille normale après une phase à l’obscurité. Les cellules exposées au rayonnement PAR et PAR+UVR-A présentaient une altération importante de la fluorescence liée à l’ADN certainement liée à une modification de la topologie du génome.

In the marine environment, solar radiation can directly affect the activity of heterotrophic bacteria by causing various cellular damages or indirectly by modifying photochemically the dissolved organic matter (DOM). These various aspects were studied by determining experimentally the contribution of ultraviolet-B (UVR-B: 280-315 nm), ultraviolet-A (UVR-A: 315-400 nm) radiations as well as visible light (VIS: 400-700 nm) on DOM consumption by natural assemblages in various environments in the Northwestern Mediterranean Sea and by the marine bacterium, Vibrio angustum. We studied the effects of the photochemical transformations of DOM on the bacterial activity including production (BP), respiration (BR), bacterial growth efficiency (BGE) as well as the bacterial diversity, in two lagoons (Leucate and Canet) and in a coastal environment (Bay of Banyuls) in the Northwesternern Mediterranean Sea. These typical environments present large differences in the concentrations of total DOM and in colored DOM (CDOM). For the experiments, after filtration on 0,2 µm, samples were exposed during one day to the natural sunlight, then inoculated with the unexposed to light bacterial community of the same origin. The phototransformations of DOM lead to an increase of BP in the most eutrophic lagoon and to a decrease of in the mesotrophic one. These modifications of activity are associated with an increase of 120 % of the BGE in the coastal environment, and a decrease of 20-40 % in the lagoons. We also observed that the assimilation of DOM after sunlight exposure lead to modification in the structure of the total and active bacterial communities. The direct effects of the solar radiation on a natural assemblage lead to an increase of BP and BR in the column of water (from the surface until 10 m of depth) for various stations in the Mediterranean Sea. The inhibition of BP is essentially bound to UVR, and more important when the phytoplankton was eliminated from the sample, underlining the role of the phytoplanktonic excretions in the bacterial response to the UVR stress. Our results showed bacterial resilience induced by an increase of production during the night following the light exposure. The BR seems more durably affected by the solar radiation compared to BP. Generally, the solar radiation decreases the BCD and increases the BGE. The effects of the solar radiation seemed very limited in depth for the studied coastal stations, whereas the effects on BP seem measurable until depths of 8 m. These effects contrasted in the column of water were directly bound to the diffuse attenuation coefficient for downwelling UV irradiance of these various stations. To complete these data obtained in natural environment, physiological and morphological modifications of the bacterial strain Vibrio angustum were studied during growth under 4 light conditions (VIS+UVR-A+UVR-B, VIS+UVR-A, and darkness) by using a solar simulator in the laboratory. Our results suggest that the growth is severely inhibited by UVR-B and of a way moderated by UVR-A. The cells exposed to UVR-B present an important filamentation (size of cell: 42 µm with regard to the witness of size ~ 1,7 µm), with a reduced accumulation of damages DNA, and an absence of modifications in the composition in fatty acids, yet. These cells were able to recover a regular size after a darkness phase. The cells exposed to VIS and VIS UVR-A presented an important change of the fluorescence very likey in relation to the DNA modification of the topology of the genome.