Influence du statut organique du sol sur la réponse des communautés microbiennes telluriques à l'apport de cuivre

David Lejon

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• Publié par: Barrique
• Publié le: 02 mai 2012
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• Langue: Français

Extrait

LEJON David Thèse Ecologie Microbienne soutenue le 29/06/07 Titre :Influence du statut organique du sol sur la réponse des communautés microbiennes telluriques à l’apport de cuivre.

Résumé Dans les sols, les éléments-traces métalliques (ETM) sont soumis à de multiples interactions avec les différentes composantes biotiques et abiotiques du sol ; interactions qui vont déterminer par la suite leur spéciation, leur mobilité et donc leur écotoxicité. Toutefois, très peu de travaux ont porté sur la dynamique des ETM dans les sols en liant leurs réactivités biologique et physico-chimique. Dans ce travail, nous nous sommes focalisés sur le paramètre matière organique du sol (MOS) et avons choisi comme élément métallique modèle le cuivre. A partir de dispositifs expérimentaux adaptés notre objectif était d’étudier l’influence de la matière organique des sols sur la réponse, en termes d’impact et d’adaptation, des communautés microbiennes telluriques soumises à une perturbation cuprique. Pour cette étude, nous avons utilisé plusieurs échantillons de sols, provenant du site expérimental de Mâcon, présentant la même matrice pédologique (texture, pH…) mais qui différaient par leur statut organique (quantité et nature de MOS) résultant d’amendements organiques variés depuis plus de 15 ans (non amendé NA; amendé avec de la paille S; amendé avec du compost de résineux CC). La première partie de ce travail a consisté en la mise en en évidence l’influence du statut organique du sol sur l’abondance et les équilibres populationnels des communautés microbiennes indigènes. Dans une deuxième partie, nous avons incubé ces sols en conditions contrôlées (microcosmes), et en présence ou non de cuivre (CuCl 2 , 250 ppm) pendant 35 jours. L’impact du cuivre sur la microflore tellurique a été évalué tout au long de cette incubation par la mesure de la biomasse microbienne, le dénombrement des populations bactériennes totales et résistantes au cuivre et l’analyse de la structure génétique des communautés bactériennes et fongiques (techniques B- et F-ARISA). En parallèle, le statut du cuivre dans le sol (distribution sur les phases minérales et organiques; spéciation dans la solution du sol; biodisponibilité) a été précisé afin de relier l’écodynamique du cuivre avec son écotoxicité. L’impact du cuivre s’est révélé variable en fonction du statut organique du sol mais aussi en fonction des biodescripteurs microbiens utilisés. En effet, pour certains biodescripteurs (B- ARISA, dénombrement des bactéries totales et résistantes) il y a une forte corrélation entre l’amplitude des modifications et la biodisponibilité du cuivre mesurée dans les différents sols, alors que pour d’autres (F-ARISA, biomasse) cette relation n’est pas vérifiée. Ces résultats peuvent s’expliquer par des différences de diversité/composition des communautés pouvant engendrer des sensibilités variées au cuivre. Par conséquent, nos travaux montrent que l’impact du cuivre dans le sol est fonction du statut organique. Cet impact différentiel résulte d’un point de vue géochimique par des différences de spéciation, de distribution et donc de biodisponibilité de l’élément métallique mais aussi d’un point de vue écologique par des différences de diversité microbienne. Dans une troisième partie, nous avons étudié l’adaptation des communautés microbiennes telluriques au cuivre. Pour ceci, nous avons optimisé un outil moléculaire permettant le génotypage du gènecopA (gènede résistance des bactéries au cuivre) directement à partir de l’ADN du sol. Nous avons constaté que chaque statut organique stimulait au niveau de la communauté une diversité particulière de gènescopAque la et réponse adaptative des communautés au cuivre était plus influencée par la diversité initiale de ce pool de gènes que par la biodisponibilité de l’élément. En parallèle, nous avons aussi R caractérisé les populations cultivables adaptées au cuivre (Cu ). Nos travaux ont mis en évidence un enrichissement en populations cultivables adaptées consécutivement à l’apport de cuivre et une stimulation spécifique de certaines populations en fonction des statuts organiques (Methylobacteriumsp. pour NA ;Ralstoniasp. pour S ;Staphylococcussp.pour

CC). Ces résultats s’expliquent plus par des différences d’aptitude à utiliser les différents types de MOS en présence de cuivre plutôt que par la présence de gènescopAau sein de ces populations ou par des différences de sensibilité au cuivre. L’ensemble de ces travaux a permis de démontrer que la quantité et la nature de la MOS influençaient fortement la dynamique du cuivre et son écotoxicité vis-à-vis des communautés microbiennes, mais aussi la réponse adaptative de ces dernières. Par conséquent, la matière organique du sol peut être définie d’un point de vue écologique comme un facteur de stabilité pour les communautés microbiennes soumises à des perturbations d’origine métallique. Par ailleurs, dans le souci du maintien de la qualité biologique des sols au niveau des agrosystèmes, ces travaux de thèse mettent en avant le réel intérêt d’une gestion organique adaptée, afin de protéger les sols, et les organismes qui les habitent, des effets néfastes d’autres pratiques agricoles comme l’apport d’ETM.

Laboratoire de recherche: UMR Microbiologie du Sol et de l’Environnement, INRA – Université de Bourgogne, 17 rue Sully - BP 86510 -21065 DIJON cedex