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Biogéochimie de la matière organique en Atlantique Nord
M M
La
b o ra to ire d e M ic ro b io lo g ie M a rine
Activités bactériennes et Flux de carbone
POC : Bruno Charrière
DOC: Richard Sempéré, Raymond Lafont
Lipides : Madeleine Goutx, Catherine Guigue, Audrey Haezebrouck
Production Bactérienne : France Van Wambeke, Geneviève Mevel
Azote, Phosphore : Mireille Pujo-Pay
. PIS et Pièges
Lionel et Michel (Insu)
Matthieu Roy-Barman (Legos)
Olivier Radakovitch (cerege))
Nathalie Leblond (LOV/Villefranche)
CO2CO2CO2
Représentation schématique du rôle des bactéries Représentation schématique du rôle des bactéries et du flux particulaire dans la minéralisation et et du flux particulaire dans la minéralisation et
l’exportation de carbonel’exportation de carbone
Grandes particuleset
pelotes fécalesPetites particuleset pelotes fécales
Agrégats et pelotes fécales
Zooplancton mésopélagique
Bactéries libres DOC Agrégats etpelotes fécalesDOC
DOC Bacté-ries Flagellés Microzoopl. Macrozoopl.
Bactéries attachées
ADVECTIONSEDIMENTAT°
DÉGRADATION DES PARTICULES
TRANSPORTVERTICAL
Co
uch
e d
e mélan
ge
Th
ermo
cline
Méso
pélag
iqu
e
advection
advection
MINERALISATION BIOLOGIQUE DANS LA COUCHE DE MÉLANGE
Pelote
s fé
cale
s et
mig
ratio
ns ve
rtica
les
Sédimentationrapide
EE
grazing
R R RR
CO2
CO2
RUptake
CO2
UptakeCO2
50 - 300 m/J5 - 200 m/J
grazing
grazing
R
CO2
R
CO
2
R
CO2
rheology
grazing grazing
R = re minéralisation
Objectifs
dans la couche 0 - 400 m
• DÉCOMPOSITION ET MINÉRALISATION DES PARTICULES
• Taux de dégradation du carbone organique particulaire et de ses
composantes biochimiques
• production de c-bactérien, respiration de CO2, rendement de
croissance
Expériences de biodégradation
• FLUX PARTICULAIRE :
• Quantification du C total exporté
• identification de sources, processus et/ou vecteur du flux,
vitesses de chute par analyse de traceurs lipidiques
Pièges à sédiment dérivants
Expérience de biodégradation Expérience de biodégradation des particules de taille > 60 µm par la communauté des particules de taille > 60 µm par la communauté
bactérienne naturellebactérienne naturelle
1- Préparation des batches
2- Arrêt (T0 à 10 jours)
3 – Analyses chimiquesMOD/MOP (0,7 µm)DOC/POCLd/Lp (lipides)AAd/AAp (protéines)MCHOd/MCHOp (Sucres)
4 –Analyses microbiologiques
Incubation des batches à l ’obscurité , à température in situ
HgCl2
Eau de merstérile
(sans bacteries ni predateurs)
Récolte et concentration
dans e.d.m. stérile
Filtration Nuclépore
0.2 µm
batch de
dilution
T0T7CtrlT1 T2 T3 T4 T5 T5 T 6 T7
Distribution des aliquots
Eau de mer (200 et 400 m)
Particules > 60µm6 PIS
Particules concentrées
500 ml
Expérience de biodégradation des particulesExpérience de biodégradation des particules
Schéma théorique et constantes mesurées
Biomasse bactérienne
0 2 4 6 8 10 12
Temps d ’incubation (jours)
Co
nce
ntr
atio
ns
en C
- M
O (
µM
)
BB
(cells. L) o
u P
B (n
g C
/ L / h
)
MO max
MO min
MO
labile
dMO/dt = - KMO
K est le taux de dégradation J-1
(lnMOt-lnMOt0/t-t0) = K
Temps de résidence = 1/K (jours)
Rdt croissance = C-bactérien produit
dCOT
Résultats : Expérience de biodégradation des particulesRésultats : Expérience de biodégradation des particulesPOMME 1 - Leg 2POMME 1 - Leg 2
front
Site 2 Site 3 Site 4
K (j-1)
200 m TOC - (-) - 0,13 0,05POC - (-) - 0,18 0,04DOC - (-) - 0,18 -0,01
400 mTOC - 0,03 - 0,06POC 0,15 - 0,08DOC - 0,01 - 0,05
tourbillon anti-cyclonique NE
tourbillon cyclonique
Lp>Ld Lp>>LdLp<Ld
Lp<<LdLp<LdLp=Ld
Résultats : Expérience de biodégradation des particulesRésultats : Expérience de biodégradation des particulesPOMME 1 -Leg 2POMME 1 -Leg 2
front
Site 2 Site 3 Site 4
K (j-1)
200 m C-Lipides totaux - 0,31 (0,97) - 0,06 (0,72) - 0,11 (0,30)C-Lip particules - 0,36 (0,93) + 0,25 (0,42) - 0,23 (0,85)C-Lip dissous - 0,19 (0,27) - 0,45 (0,93) + 0,08 (0,06)
400 mC-Lipides totaux - 0,03 (0,01) - 0,47 (0,94) - 0,47 (0,80)C-Lip particules - 0,02 (0,01) - 0,33 (0,80) - 0,10 (0,51)C-Lip dissous - 0,04 (0,02) - 0,56 (0,87) - 0,95 (0,77)
tourbillon anti-cyclonique NE
tourbillon cyclonique
Lp>Ld Lp>>LdLp<Ld
Lp<<LdLp<LdLp=Ld
Résultats : Expérience de biodégradation des particulesRésultats : Expérience de biodégradation des particulesPOMME 2 -Leg 2POMME 2 -Leg 2
tourbillon cyclonique
tourbillon anti-cyclonique NE
Site 2 Site 3 Site 4K (J-1)
200 mTOC nd 0,06POC - 0,06 0,09
400 mTOC nd ndPOC - 0,01 nd
0,02- 0,05
- 0,02- 0,03
Site 1
0,00- 0,03
0,03-0,03
seuiltourbillon anti-cyclonique Sud
DOC
DOC
0,02
0,06
0,02 0,02 0,02
0,02 0,02 0,02
Résultats : Expérience de biodégradation des particulesRésultats : Expérience de biodégradation des particulesPOMME 2 -Leg 2POMME 2 -Leg 2
tourbillon cyclonique
tourbillon anti-cyclonique NE
Site 2 Site 3 Site 4K (J-1)
200 mC-LT - 0,04 (0,04) - 0,14 (0,85)C-Lp - 0,07 (0,19) - 0,26 (0,95)C-Ld - 0,19 (0,30) -0,05 (0,12)
400 mC-LT - 0,03 (0,15) - 0,01 (0,01)C-Lp - 0,12 (0,51) - 0,08 (0,30)C-Ld
- 0,19 (0,44)- 0,11 (0,19) 0,01 (0,29)
- 0,12 (0,83)- 0,07 (0,56)- 0,17 (0,60) 0,05 (0,26) 0,09 (0,07)
Site 1
- 0,09 (0,55)- 0,19 (0,83) 0,04 (0,02)
- 0,11 (0,60)- 0,07 (0,58)- 0,13 (0,48)
seuiltourbillon anti-cyclonique Sud
Résultats : Expérience de biodégradation des particulesRésultats : Expérience de biodégradation des particulesPOMME 3 -Leg 2 POMME 3 -Leg 2 (à faire!)(à faire!)
tourbillon cyclonique
tourbillon anti-cyclonique NE
Site 2 Site 3 Site 4K (J-1)
200 mTOC - 0,09 0,07POC - 0,13 - 0,20
400* mTOC nd - 0,04POC - 0,02 - 0,03
- 0,13- 0,05
- 0,02- 0,05
Site 1
- 0,03- 0,07
- 0,01- 0,04
seuiltourbillon anti-cyclonique Sud
Résultats : Expérience de biodégradation des particulesRésultats : Expérience de biodégradation des particulesPOMME 3 -Leg 2POMME 3 -Leg 2
tourbillon cyclonique
tourbillon anti-cyclonique NE
Site 2 Site 3 Site 4K (J-1)
200 mC-LT - 0,09 (0,61) 0,07 (0,24)C-Lp - 0,13 (0,78) - 0,20 (0,55)C-Ld - 0,03 (0,05) 0,26 (0,62)
400 mC-LT nd - 0,04 (0,03)C-Lp - 0,02 (0,99) - 0,03 (0,02)C-Ld
- 0,13 (0,84)- 0,05 (0,17)- 0,15 (0,78)
- 0,02 (0,13)- 0,05 (0,30) 0,03 (0,07) nd - 0,09 (0,32)
Site 1
- 0,03 (0,32)- 0,07 (0,37) 0,00 (0,00)
- 0,01 (0,05)- 0,04 (0,12) 0,00 (0,00)
seuiltourbillon anti-cyclonique Sud
Échantillonnage de la colonne d ’eau Échantillonnage de la colonne d ’eau et du flux particulaireet du flux particulaire
POMME - LEG2 POMME - LEG2
5 m
30 m
200 m
200 mPPS5
4 SITES
Matière dissoute, en suspension,
•Variations du flux à méso échelle
•Variations saisonnières
120 éch.
PPS5
Pas de 7 heures (48h)
Contenu des pièges.
400 m
8 PROFONDEURS
0
40
80
120
S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4
200 mmg mmg m-2-2 d d --11
0
40
80
120
S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4
400 mmg mmg m-2-2 d d -1-1
MASS
200 m
0
5
10
15
20
S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4
0
5
10
15
20
S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4
400 m
mg CT mmg CT m-2-2 d d -1-1
mg CT mmg CT m-2-2 d d -1-1
CT
0S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4
200 m
1
2
3
4mg N mmg N m-2-2 d d -1-1
S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S40
1
2
3
4
400 m
mg N mmg N m-2-2 d d -1-1
AZOTE
POMME 1: Flux de carbone lipidiquePOMME 1: Flux de carbone lipidique à 200 et 400 m à 200 et 400 m
µg
C.m
-2.h-1
C-LT (200 m)
0,00
20,00
40,00
60,00
P1
P1
P1
site
2
site
2 P1
P1
site
4
site
4
C-LT (400 m)
0,0
20,0
40,0
60,0
P1
P1
P1
P1
P1
P1
P1
P1
P1
site
4
site
4
site
4
site 1 site 2 site 3 site 4
site 1 site 2 site 3 site 4
µg
C.m
-2.h-1
POMME 2: Flux de carbone lipidiquePOMME 2: Flux de carbone lipidique à 200 et 400 m à 200 et 400 m
C-LT - 200 m
0
50
100
150
200
site
1 2
00m
-1
site
1 2
00m
-4
site
2 2
00m
-2
site
3 2
00m
-1
site
3 2
00m
-4
site
4 2
00m
-1
site
4 2
00m
-4
site
4 2
00m
-7
site 1 site 2 site 3 site 4
site 1 site 2 site 3 site 4
C-LT - 400 m
100
120
20
60
80
µg
C.m
-2.h-1
µg
C.m
-2.h-
1
Pomme 1 Pomme 2 Pomme 3
0
1000
2000
3000
4000
S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4
200 m
0
1000
2000
3000
4000
S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4
400 m
Flux de lipides totauxFlux de lipides totaux à 200 et 400 mà 200 et 400 m (µg C- Lip m(µg C- Lip m-2-2 j j-1-1))
POC mg m2d-1
y = 0,1371x - 0,0203
R2 = 0,7931
0,000,501,001,502,002,503,003,50
0 5 10 15 20 25
TL
p m
g m
2d
-1
PON mg m2d-1
y = 0,7755x + 0,0778
R2 = 0,8363
0,000,501,001,502,002,503,003,50
0 1 2 3 4
TL
p m
g m
2d
-1
POC mg m2d-1
y = 0,0386x + 0,0518
R2 = 0,671
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 5 10 15 20 25
CH
LIp
mg
m2d
-1
PON mg m2d-1
y = 0,2178x + 0,08
R2 = 0,7027
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 1 2 3 4
CH
LIp
mg
m2d
-1
POC mg m2d-1
y = 0,1816x - 0,3356
R2 = 0,6089
0
1
2
3
4
0 5 10 15 20 25
ST
p m
g m
2d
-1
PON mg m2d-1
y = 1,0096x - 0,1903
R2 = 0,6198
00,5
11,5
22,5
33,5
4
0 1 2 3 4
ST
p m
g m
2d
-1
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4
200 m
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4
400 m
LTp/POC
Chromatogramme d’un extrait lipidique marin analysé au Iatroscan
Séparation de 14 classes
Lipides totaux
Traceurs de sources
et de
dégradation
500
1000
1500
2000
2500
3000
HC W
SE
TG
AG
LA
LC
ST P
IG
MG
DG
DG
DG
PC
Ori
gin
e
PG
/DP
GP
E
RÉ
PO
NS
E D
IF (
µV
)
TEM PS D E B A LAYA G E D U D IF (m in)
0.0
0
0.1
0
0.0
8
0.0
8
0.0
8
0.3
0
0.2
2
0.3
5
0.4
0
0.5
0
Diatomées
Bactéries
HaptophycéesZooplancton
Goutx et al. 1990 Org. Geochem.
Gérin et Goutx, 1994 J. Planar. Chrom.
Husain et al. 1997 a, b, Lett. Appl. Microbiol.
Striby et al. 1999 J. Chrom.
Gordillo et al. 1998, J. Appl.. Phycol
Gordillo et al. 2001, J. Plant Physiol.
Flux de lipides chloroplastiquesFlux de lipides chloroplastiques à 200 et 400 mà 200 et 400 m (µg C- CHLip m(µg C- CHLip m-2-2 j j-1-1))
400 m
0
500
1000
1500
S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4
200 m
0
500
1000
1500
S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4
0
1000
2000
3000
4000
S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4
200 m
0
1000
2000
3000
4000
S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4
400 m
Pomme1, 2, 3 : Flux de stérols à 200 et 400 mPomme1, 2, 3 : Flux de stérols à 200 et 400 m(µg C-Lip m-2 j-1)
Pomme1, 2, 3 : Flux de cires à 200 et 400 mPomme1, 2, 3 : Flux de cires à 200 et 400 m(µg C-Lip m-2 j-1)
0
100
200
300
400
S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4
200 m
0
100
200
300
400
S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4
400 m
Pomme 1, 2, 3 : Indice de lysePomme 1, 2, 3 : Indice de lyseà 200 et 400 mà 200 et 400 m
0
1
2
3
4
5
6
S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4
200 m
0
1
2
3
4
5
6
S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4
400 m
Recommended