Proposition de sujet de thèse 26 janvier

Arnaud Elger

Description

Proposition EcoLab classée P1 n°3 Ecotoxicologie des communautés : effet des herbicides d’origine agricolesur la structure des assemblages de macrophytes dulçaquicolesEncadrement : Arnaud ELGER (50 %) et Eric PINELLI (50 %)Equipe d’accueil : ‘Communautés végétales aux interfaces terre-eau’ (UMR EcoLab)Contexte scientifique :L’un des enjeux actuels majeurs pour l’écotoxicologie est de passer de l’approchetraditionnelle « organisme-centrée » à une approche opérationnelle à l’échelle descommunautés, permettant de prédire l’impact de toxiques sur la composition et la diversitédes assemblages biologiques (Clements & Newman 2002, Rohr et al. 2006).Tout stress abiotique peut être vu comme un crible environnemental qui vasélectionner certaines espèces parmi un pool régional (Keddy 1992). Il en est ainsi, par1exemple, de l’effet des pesticides sur les communautés de macrophytes aquatiques. Pourtant,cet effet n’a jusqu’à présent été étudié que sur quelques espèces-cibles considéréesindividuellement (Cedergreen et al. 2004, Lambert et al. 2006). A l’opposé, quelque étudesont appréhendé globalement l’impact de pesticides sur la structure et le fonctionnementd’écosystèmes dulçaquicoles, mais sans chercher à élucider les mécanismes responsables deseffets observés sur les macrophytes (Van den Brink et al. 1997).En effet, les pesticides peuvent avoir un impact direct sur le développement et lasurvie des macrophytes, susceptible d’ailleurs de varier d’une espèce à ...

Informations

• Publié par: Loruj
• Nombre de lectures: 79
• Langue: Français

Extrait

Proposition EcoLab classée P1 n°3

Ecotoxicologie des communautés : effet des herbicides d’origine agricole

sur la structure des assemblages de macrophytes dulçaquicoles

Encadrement :

Arnaud ELGER (50 %) et Eric PINELLI (50 %)

Equipe d’accueil :

‘Communautés végétales aux interfaces terre-eau’ (UMR EcoLab)

Contexte scientifique :

L’un des enjeux actuels majeurs pour l’écotoxicologie est de passer de l’approche

traditionnelle « organisme-centrée » à une approche opérationnelle à l’échelle des

communautés, permettant de prédire l’impact de toxiques sur la composition et la diversité

des assemblages biologiques (Clements & Newman 2002, Rohr

et al.

2006).

Tout stress abiotique peut être vu comme un crible environnemental qui va

sélectionner certaines espèces parmi un pool régional (Keddy 1992). Il en est ainsi, par

exemple, de l’effet des pesticides sur les communautés de macrophytes

1

aquatiques. Pourtant,

cet effet n’a jusqu’à présent été étudié que sur quelques espèces-cibles considérées

individuellement (Cedergreen

et al.

2004, Lambert

et al.

2006). A l’opposé, quelque études

ont appréhendé globalement l’impact de pesticides sur la structure et le fonctionnement

d’écosystèmes dulçaquicoles, mais sans chercher à élucider les mécanismes responsables des

effets observés sur les macrophytes (Van den Brink

et al.

1997).

En effet, les pesticides peuvent avoir un impact direct sur le développement et la

survie des macrophytes, susceptible d’ailleurs de varier d’une espèce à l’autre (Cedergreen

et

al.

2004). Mais ils peuvent également induire des effets indirects en modulant les interactions

biotiques impliquant des macrophytes. A ce titre, la compétition interspécifique et l’herbivorie

sont connus pour leurs effets très structurants sur les communautés végétales (Barrat-

Segretain & Elger 2004, Elger

et al.

2004, del-Val & Crawley 2005). Par ailleurs, en raison

d’un compromis dans l’allocation des ressources, les végétaux présentant une certaine

résistance aux herbicides auraient, en l’absence de ces composés, une aptitude compétitive et

une tolérance au broutage plus faibles que les autres (Gassman & Futuyma 2005).

Or, à ce jour, les informations concernant la modification des processus de

compétition entre végétaux ou des interactions végétaux-herbivores induite par des substances

xénobiotiques restent extrêmement fragmentaires, et concernent essentiellement des

agrosystèmes (Kim & Marshall 2006) ou des communautés planctoniques (Lurling &

Roessink 2006).

Objectif de la thèse, méthodologie et résultats attendus :

L’objectif de cette thèse est de déterminer les effets de différents herbicides utilisés en

agriculture (et retrouvés à des doses parfois importantes dans les milieux dulçaquicoles) sur la

composition et la diversité des communautés de macrophytes aquatiques des annexes fluviales

du cours moyen de la Garonne.

Dans cette optique, l’effet direct de l’incorporation dans le sédiment d’un mélange

d’herbicides (représentatif des pratiques agricoles de la plaine toulousaine) sur la survie et le

développement des différentes espèces de macrophytes cultivées isolément sera déterminé en

laboratoire. Cette approche permettra de constituer une banque de données classant les

espèces du bassin de la Garonne en termes de sensibilité intrinsèque à ces herbicides.

1

Macrophytes :

ensemble des végétaux observables à l’oeil nu et facilement identifiables, incluant les

Angiospermes, les Pteridophytes, les Bryophytes et certaines macroalgues telles que les Charophytes.

Parallèlement, un certain nombre d’effets indirects potentiellement exercés par les

herbicides sur les assemblages de macrophytes seront recherchés. Des expérimentations en

mésocosmes sur des co-cultures à différentes densités relatives permettront d’appréhender le

rôle de ces xénobiotiques dans la modulation des interactions compétitives entre les

différentes espèces de macrophytes. D’autre part, l’effet des herbicides sur la sensibilité de

ces espèces végétales au broutage par le gastéropode

Lymnaea stagnalis

sera également

examiné. En effet, il est envisageable que certaines espèces voient leur sensibilité au broutage

augmenter en raison du stress induit par les xénobiotiques, alors que d’autres pourraient

présenter une diminution de leur sensibilité grâce à la séquestration des xénobitotiques, qui

présenteraient ensuite une action phagodéterrante sur les brouteurs.

Cette thèse nous permettra de faire progresser nos connaissances en écotoxicologie des

communautés, discipline scientifique encore en gestation, mais qui devrait se développer de

façon importante dans les prochaines années. Par ailleurs, elle apportera des informations

importantes sur les mécanismes de structuration des communautés de macrophytes, qui

constituent un élément essentiel au fonctionnement des écosystèmes dulçaquicoles, et

occupent de ce fait une place importante dans les programmes de restauration écologique.

Faisabilité du sujet :

L’essentiel du travail de thèse se déroulera en laboratoire, et sera donc peu contraint

par les saisons et les aléas climatiques. Les expériences proposées seront réalisées dans les

mésocosmes récemment mis en place au sein d’EcoLab (soutien BQR de l’UPS en 2005 et

dotation exceptionnelle du CNRS en 2006) et font actuellement l’objet d’un stage de M2R

visant à optimiser le protocole expérimental. La fourniture des herbicides et leur dosage lors

des expériences seront assurés par l’équipe ‘Ecotoxicologie et génotoxicologie

environnementale’ d’Eric Pinelli.

Références :

Barrat-Segretain, M.H. & Elger, A. (2004) Experiments on growth interactions between two invasive macrophyte species.

Journal of Vegetation Science

15

, 109-114.

Cedergreen, N., Spliid, N.H. & Streibig J.C. (2004) Species-specific sensitivity of aquatic macrophytes towards two

herbicide.

Ecotoxicology and Environmental Safety

58

, 314-323.

Clements, W.H. & Newman, M.C. (2002) Community Ecotoxicology. John Wiley & Sons.

del-Val, E. & Crawley, M. J. (2005) What limits herb biomass in grasslands: competition or herbivory?

Oecologia

142

, 202-

211.

Elger, A., Bornette, G., Barrat-Segretain, M.H. & Amoros, C. (2004) Disturbances as a structuring factor of plant palatability

in aquatic communities.

Ecology

85

, 304-311.

Gassmann, A.J. & Futuyma, D.J. (2005) Consequence of herbivory for the fitness cost of herbicide resistance: photosynthetic

variation in the context of plant–herbivore interactions.

J. Evol. Biol.

18

, 447-454.

Keddy, P.A. (1992) Assembly and response rules: two goals for predictive community ecology.

Journal of Vegetation

Science

3

, 157-164.

Kim, D.S., Marshall, EJ.P., Brain, P. & Caseley, J. C. (2006) Modelling the effects of sub-lethal doses of herbicide and

nitrogen fertilizer on crop-weed competition.

Weed Research

46

, 492-502.

Lambert, S.J., Thomas, K.V. & Davy, A.J. (2006) Assessment of the risk posed by the antifouling booster biocides Irgarol

1051 and diuron to freshwater macrophytes.

Chemosphere

63, 734-743.

Lurling, M. & Roessink, I. (2006) On the way to cyanobacterial blooms: Impact of the herbicide metribuzin on the

competition between a green alga (Scenedesmus) and a cyanobacterium (Microcystis).

Chemosphere

65

, 618-626.

Rohr, J.R., Kerby, J.L. & Sih, A. (2006) Community ecology as a framework for predicting contaminant effects.

Trends Ecol.

Evol.

21

, 606-613.

Van den Brink, Hartgers, E.M., Fettweis, U., Crum, S.J.H., Van Donk, E. & Brock, T.C.M. (1997) Sensitivity of macrophyte-

dominated freshwater microcosms to chronic levels of the herbicide linuron. I. Primary producers.

Ecotoxicology and

Environmental Safety

38

, 13-24.