Suivi des communautés bactériennes soumises aux différents traitements en conditions contrôlées (mésocosmes)

Analyse en milieu naturel

Des échantillons d’eau ont été récoltés mensuellement à l’aide d’une bouteille Niskin de 5 L au niveau d’une station fixe (64° 19’5, 62° 53 ‘0) située à proximité de la station argentine Melchior, à l’ouest de la Péninsule Antarctique du 16 mars au 10 novembre 2006 (figure 1). Quatre différentes profondeurs basées sur la pénétration de la lumière et la concentration en chlorophylle a (chI-a) ont été ciblées. Ces profondeurs correspondaient à 1) 100 % de la lumière incidente, 2) 50 % de lumière incidente ou maximum de chI-a, 3) 0,1 % de la lumière incidente en surface et 4) zone aphotique représentée par la profondeur se situant 50 m en dessous de la zone présentant 0,1% de lumière incidente. Quand la différence entre les deux dernières profondeurs était inférieure à 10 m , un seul échantillon a été récolté. Les profondeurs choisies pour l’échantillonnage sont le résultat d’un consensus entre les différents chercheurs impliqués dans le projet et elles visent en premier lieu à déterminer la dynamique du phytoplancton ainsi que les processus photochimiques dans la colonne d’eau. Les échantillons récoltés pour les mesures d’abondance de bactéries totales et du pourcentage de cellules à haut contenu en acides nucléiques (HN A %) ont été fixés au glutéraldéhyde (Concentration finale: 0,1 %) et conservés en triplicatas dans des cryovials de 5 ml à -80D C jusqu’à leur analyse par cytométrie en flux (CMF) à l’ISMER. Les échantillons pour l’analyse de la diversité (deux réplicats de 500 ml d’eau, aux différentes profondeurs) ont été filtrés sur des membranes en polycarbonate (PC) blanches de 25 mm de diamètre et de porosité 0,2 ~m (ISOPORE TM). Les filtres ont ensuite été placés dans des boîtes de pétri stériles et conservés à -80DC jusqu’à leur analyse en laboratoire par PCRDGGE (réaction de polymérisation en chaîne couplée à une électrophorèse en gel à gradient dénaturant).

Analyses en conditions contrôlées (mésocosmes, été austral 2008)

L’expérience en conditions contrôlées devait initialement être réalisée sur une station argentine située dans le Nord de la Péninsule Antarctique (station Esperanza, figure 1) au cours du mois de décembre 2008 afin de cibler les mêmes communautés planctoniques que celles étudiées lors de l’analyse en milieu naturel. Toutefois, en raison de problématiques logistiques au niveau du transport des mésocosmes sur le continent antarctique, cette expérience a été réalisée en février 2008 (du 10 au 19 février) et elle a due être relocalisée dans la zone du canal Beagle, en proximité de la ville d’Ushuaia (Terre de Feu, Argentine, voir figure 1). La situation sub-antarctique du canal Beagle (54° 50.349’S, 68°15.943’0) entraîne que les communautés planctoniques présentes dans cette zone sont affectées au même titre que les communautés antarctiques à des RU YB importantes au début de la période de forte production primaire compte tenu des faibles concentrations en ozone stratosphérique. Toutefois, les températures mesurées dans la colonne d’eau sont beaucoup plus élevées que celles rencontrées en Antarctique et présentent une variabilité saisonnière majeure de 4 à 12 oC (Marcelo Hemando, comm. pers., base de données du CADIC ). Huit mésocosmes ont été installés sur les terrains appartenant au CADIC-CONICET (Centro Austral de Investigaciones Cientificas). Ces mésocosmes étaient constitués de cylindres en acier inoxydable de 2 m3 de contenance disposant d’un système de contrôle de la température et RUVB (figure 2a). Quatre traitements différents ont été effectués en duplicats (figure 2b): 1) conditions de température et de RUYB naturelles (contrôle), 2) température augmentée et RUVB naturelles (T+), 3) température naturelle et RUVB augmentées (UVB+) et finalement 4) température et RUVB augmentées (UVB+T+) (figure 2b).

Les mésocosmes à température naturelle ont été maintenus à 12°C, température de l’eau mesurée lors du remplissage des mésocosmes et qui correspond aux valeurs de surface typiques pendant la période d’échantillonnage dans le canal Beagle, pour toute la durée de l’expérience. Les mésocosmes à température augmentée ont quant à eux été maintenus à 15°C , soit une augmentation de 3 oC par rapport à la température normale de l’eau en accord avec l’augmentation prévue pour les 50 prochaines années dans les eaux de la région d’Ushuaia par l’IPCC (Intergouvernmental Panel on Climate Change 2007). Afin de reproduire artificiellement une augmentation des RUVB sans créer de biais de pénétration de lumière entre les différents mésocosmes UVB+ et UVB normal, quatre caissons de bois ont été placés au-dessus de chaque mésocosme (figure 2a). Ces caissons étaient vides dans les mésocosmes soumis aux RUVB naturelles et renfennaient chacun un tube fluorescent de type Phillips TL40W -12RS dans le cas des mésocosmes présentant une augmentation des RUVB. Le traitement UVB+ simule une augmentation des RUVB équivalent à une réduction de 60% dans la couche d’ozone stratosphérique (Diaz et al. 2006). Les tubes étaient recouverts d’une pellicule d’acétate qui était changée à chaque jour afin de bloquer les radiations UVC (Diaz et al. 2006) et ils étaient allumées entre 13h et 17h (heure locale Ushuaia), soit deux heures avant et après le midi solaire local, correspondant au pic naturel des RUVB dans le site. Les mésocosmes ont été remplis avec de l’eau de mer puisée à l’embouchure de la baie d’Ushuaia et préalablement filtrée sur un filet de Nytex de 330 /.lm de maille afin d’ enlever le mesozooplancton avant d’être distribuée de façon uniforme dans les huit mésocosmes. En raison de la faible abondance de nutriments dans l’eau prélevée avant l’expérience, un enrichissement en sels nutritifs a été réalisé de manière à obtenir une concentration finale de P043

– et de Si(OH)4 de 0,31 !lM et une concentration finale de N03- de 5 !lM dans chaque mésocosme et ainsi recréer artificiellement les conditions trophiques typiques durant la période de cette étude dans le canal de Beagle (M. Hemando, comm. pers.). Ces concentrations sont basées sur le rapport de Redfield qui exprime le rapport d’équilibre entre les nutriments de la matière organique photosynthétique. Durant la nuit et lors de fortes pluies, les mésocosmes étaient recouverts par des membranes en polyéthylène afin de limiter la contamination. Les particules flottantes en surface étaient enlevées à chaque jour à l’aide d’un filet avant que les mésocosmes soient recouverts pour la nuit. Pour toute la durée de l’expérience, l’eau était constamment mélangée dans les mésocosmes à l’aide d’un système de recirculation (figure 3) couplé avec un système échangeur de chaleur permettant le contrôle de la température à l’intérieur des cuves. Les échantillons d’eau étaient prélevés à l’aide d’un tuyau tygon relié à une valve automatique située au fond des mésocosmes. L’échantillonnage a été réalisé sur une période de 10 jours. Les prélèvements ont été effectués le jour du remplissage des mésocosmes (TO), lors de l’ ajustement des températures et l’ajout des sels nutritifs (TO+ 1) et lors des jours 1 à 8 où les mésocosmes étaient soumis aux différents traitements, le jour 1 correspondant au jour d’allumage des lampes dans les mésocosmes UV+. Des échantillons de IL ont été récoltés chaque jour à 17h, après la période d’exposition aux RUVB afin de déterminer l’abondance totale, le %HNA et la diversité bactérienne selon les protocoles présentés au paragraphe 2.2 .2. En parallèle à cet échantillonnage spécifique, un échantillonnage général nous a permis de déterminer différentes variables environnementales classiques (température, salinité, oxygène dissous, chI-a, irradiance de la lumière visible et des UV).

Analyses statistiques

Les analyses statistiques ont été effectuées à l’aide du logiciel SYST A T 12. Le seuil de signification (a) a été fixé à 0,05. Des corrélations ont été réalisées afin de mettre en évidence les relations entre l’abondance bactérienne, le %HNA et les variables environnementales mesurées. Le coefficient de Pearson (r) a été utilisé lorsque les distributions étaient normales. Dans le cas contraire, le coefficient de Spearman était utilisé pour faire état de la corrélation. La variation des abondances totales et du %HNA pour la couche photique et pour la couche aphotique a été testée par des ANOV A sur trois périodes distinctes; l’automne, l’hiver et le printemps austral pour les échantillons récoltés en mer lors de l’hivernage du Sedna IV. Un test de Levene a été effectué pour tester l’ homogénéité des résidus et un test de Shapiro-Wilk a été utilisé pour tester la normalité.

Lorsque l’ ANOVA montrait une différence significative, un test de Tukey était réalisé pour déterminer à quel niveau se situait cette différence. Des tests de t ont été effectués afin de relever les différences significatives dans l’abondance bactérienne et le %HNA entre la couche photique et la couche aphotique pour une même saison. Finalement, des modèles de régression linéaire multiple ont été effectués afin d’identifier les paramètres les plus déterminants de l’abondance bactérienne et du %HNA dans la colonne d’eau ainsi que les paramètres les plus importants pour la diversité bactérienne dans la couche photique et la couche aphotique. Pour l’expérience réalisée en conditions contrôlées, des ANOVA à mesures répétées ont été effectués afin de déterminer si le traitement et le temps avaient des effets significatifs sur l’abondance bactérienne et le %HNA ainsi que pour tester si l’effet du traitement variait dans le temps pour ces deux mêmes paramètres.

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Table des matières

REMERCIEMENTS
RÉSUMÉ
TABLE DES MATIÈRES
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES FIGURES
LISTE DES ANNEXES
1. INTRODUCTION
2. MATÉRIEL ET MÉTHODES
2.1 Site d’étude et stratégie d’échantillonnage
2.1.1 Analyse en milieu naturel
2.1.2 Analyses en conditions contrôlées (mésocosmes, été austral 2008)
2.2 Variables environnementales mesurées
2.2.1 Variables de référence
2.2.2 Variables bactériologiques
2.3 Analyses statistiques
3. RÉSULTATS
3.1 Suivi saisonnier des communautés bactériennes à l’ouest de la PA
3.1.1 Abondance totale et %HNA
3.1.2 Diversité bactérienne
3.2. Suivi des communautés bactériennes soumises aux différents traitements en conditions contrôlées (mésocosmes)
3.2.1. Abondance bactériennes et %HNA
3.2.2 Diversité bactérienne
4.DISCUSSION
4.1 Évolution de l’abondance et de la diversité du bactérioplancton dans les eaux de la PA au cours de l’automne, de l’hiver et du printemps austral 2008
4.2 Variations temporelles des communautés bactériennes dans les mésocosmes soumis aux différents traitements de RUVB et de température
4.2 .1 Effets individuels et combinés d’une hausse des RUVB et de la température sur l’abondance bactérienne et le %HNA
4.2.2 Effets individuels et combinés d’une hausse des RUVB et de la température sur la diversité bactérienne
5. CONCLUSION
6. RÉFÉRENCES
7. ANNEXES

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