Importance de la diversité fonctionnelle des Importance de la diversité fonctionnelle des

bactéries sur les mécanismes d'altération des bactéries sur les mécanismes d'altération des

phyllosilicates dans les sols Lorrainsphyllosilicates dans les sols Lorrains

Séminaire de l’école doctorale RP2E 15 janvier 2009

Clarisse Balland

Directeurs de thèse: Anne Poszwa, Christian Mustin

Laboratoire des interactions microorganismes-minéraux-matière organique dans les sols

Contexte:Contexte:

Un objet : le solUn objet : le sol

Couche superficielle mélange de matière minérale et organique

résultant de la transformation de la roche mère sous-jacente ( R)

sous l'influence de divers processus au contact de

l’atmosphère et de l’hydrosphère

Différencié en strates superposées (Horizons A, B, C)

RR

C

R

C

A

R

C

A

B

Évolution dans le temps

Contexte:Contexte:

Altération minéraleAltération minéraleBiodisponibilitéBiodisponibilité

ContraintesContraintesEcologiquesEcologiques

Libération d’élémentsLibération d’éléments minéraux minéraux essentielsessentiels

Rôle dans le Rôle dans le cycle cycle biogéochimiquebiogéochimique des éléments des éléments

Types d’altérationTypes d’altération physiquephysique chimiquechimique biochimiquebiochimique

Un processus: Altération minérale Un processus: Altération minérale

Site d’étude:Site d’étude:

4 sols étudiés situés en 4 sols étudiés situés en

Lorraine Lorraine

Rendzine

Cryptopodzol

Sol Brun Acide

Podzol

Site d’étude:Site d’étude: 4 sols étudiés situés en 4 sols étudiés situés en

Lorraine Lorraine

Cryptopodz

ol

Sol Brun Acide

Rendzin

e

Roche mère ( R)

Horizon C (Roche mère en cours de désagrégation)

Horizon B

Litière

Horizon A (contient de la matière organique)

Podzol

1 m

Objectifs:Objectifs:

Quantifier les variations des processus d’altération Quantifier les variations des processus d’altération

de minéraux silicatés par les bactéries hétérotrophes de minéraux silicatés par les bactéries hétérotrophes

Rechercher les communautés bactériennes Rechercher les communautés bactériennes

fonctionnellesfonctionnelles qui interviennent lors de l’altération de qui interviennent lors de l’altération de

minéraux dans ces sols :minéraux dans ces sols :

(1) type de sol ? (facteurs environnementaux, nature

de la roche mère…)

(2) constituants de chaque horizon?

DémarcheDémarche

Extraction des bactéries Extraction des bactéries

du soldu sol

Dénombrement de la microfloreDénombrement de la microflore

Test du potentiel d’altération des communautés bactériennesTest du potentiel d’altération des communautés bactériennes

11ièreière étape étape

22ièmeième étape étape

33ièmeième étape étape

- Dispersion physique du sol dans de l’eau osmosée (1:10)

- Séparation des particules de sol et des bactéries par

centrifugation en gradient de densité (Nycodenz d= 1.3)

- microflore totale :microflore totale : fixation de la suspension

bactérienne par du glutaraldéhyde, coloration à l’acridine

orange et comptage sous microscope à fluorescence

- microflore cultivable :microflore cultivable : réalisation de suspension-

dilution et étalement sur boite de Pétri contenant le milieu

LB (Luna et Bertani)

pH pH

Fer Fer glucose 3 glucose 3

µLµL

Milieu minéral nutritifMilieu minéral nutritifBactéries (10Bactéries (1066/mL) /mL) GlucoseGlucose

10 mg phlogopite10 mg phlogopiteDétermination directe par spectrophotométrie

DémarcheDémarche

Profil d’altération des communautés bactériennesProfil d’altération des communautés bactériennesBiotest CLWPBiotest CLWP

33ièmeième étape étape

200 µL200 µLMétabolites produits (CI)

Résultats: Dénombrement de la microflore cultivableDénombrement de la microflore cultivable

+ de bactéries cultivables dans la rendzine (sol riche) Sous forêt (sols pauvres), + de bactéries dans les horizons

riches en MOAnalyse de Fisher (LSD)-Intervalle de confiance 95 %

Horizon riche en matière organique

Horizon minéral

a

b

ccde

cd

edd

e e

de

ee

1,0E+02

1,0E+03

1,0E+04

1,0E+05

1,0E+06

Cryptopodzol PodzolRendzine Sol Brun Acide

1,0E+07

e

-10

-9,5

-9

-8,5

-8

-7,5

-7

-6,50 1 2 3 4 5 6 7 8

pH

RFe

citrate 10 -2 Mgluconate 10 -2 MHNO3

Résultats: Résultats: Mise en place d’un modèle d’altération chimiqueMise en place d’un modèle d’altération chimique Basé sur un modèle « surface contrôlée » empirique de Basé sur un modèle « surface contrôlée » empirique de

dissolution de silicates dissolution de silicates (Malmström et al. 1997)

RFe = kH (aH+) m + kL (aL) l , kH et KL: taux de dissolution

n et m ordre de la réaction

Complexolyse

Acidolyse

citrate 10-2 M

gluconate 10-2 M

HNO3

pH

RFe = kH (aH+) m + kL (aL) l+

Le facteur Le facteur intervient dans les processus de

mobilisation/immobilisation, acidification/complexation --> effet vital--> effet vital

Résultats: Résultats: mise en évidence d’un effet vitalmise en évidence d’un effet vital

-10

-9,5

-9

-8,5

-8

-7,5

-7

-6,50,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00

RF

e

CryptopodzolSol Brun acidePodzolRendzine

Complexolyse

Acidolyse

Résultats: Résultats: évaluation du potentiel d’altération de communautés bactériennesévaluation du potentiel d’altération de communautés bactériennes

Bonne corrélation entre le % de C produit par les bactéries et le

fer en solution 2 stratégies différentes r et k d’altération des minéraux par des

bactéries --> fonction de la teneur en MO

y = 3,6731x + 32,086

R2 = 0,6227

y = 10,152x + 92,286

R2 = 0,8059

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

-9,25 -9 -8,75 -8,5 -8,25 -8 -7,75 -7,5

R Fe

% (

C p

rod

uit

/ C

uti

lisé

)

Horiz riche en MOHoriz minéral

PBh

PBs

PC

PEPA1

STC

STBsSTE

STA1

SBA A1

SBA B

SBA C

Rz A1

Rz B/C

Conclusion:Conclusion:

EFFET SOL sur le mécanisme d’altération par les communautés

bactériennes:

podzol et sol brun acide : acidolyse

rendzine et cryptopodzol : complexolysecomplexolyse

EFFET des constituants des horizonsEFFET des constituants des horizons

horizon riche en MO : stratégie k

horizon pauvre en MO : stratégie r

Identifier les acides organiques libérés par les bactéries lors de la

dissolution des minéraux

Caractériser ces communautés en étudiant plus spécifiquement les Caractériser ces communautés en étudiant plus spécifiquement les

souches bactériennes impliquées dans ces mécanismessouches bactériennes impliquées dans ces mécanismes

Étendre cette étude à d’autres types de solsÉtendre cette étude à d’autres types de sols

Perspectives:Perspectives:

Merci pour votre attentionMerci pour votre attention