Influence de la penetration de la lumiere solaire sur le developpement des bacteries phototrophes sulfureuses dans les environnements marins

ROBERT MATHERON ET RENEE BAULAIGUE Lrrborntoire de Mioobiologie, Fncrrlte'des Scierzces et Tecllniqlres de Snint-JPrBme, 13397 Mrrrscille Cedes4, Ft.rr~~ce

Approuvt le 17 novembre 1976

MATHERON. R., et R. BAULAIGUE. 1977. Influence de la penetration de la lumikre solaire sur le developpement des bactelies phototrophes sulfureuses dans les environnements marins. Can. J. Microbiol. 23: 267-270.

Des flacons de milieu de culture sont ensemences a la fois avec des souches de Chromatiaceae et de Chlorobiaceae (cultures mixtes) et immerges ii differentes profondeurs dans les eaux littorales de la rade de Marseille (France). Aprks developpement, I'analyse des spectres in vivo des cultures mixtes revkle I'influence de la penetration de la lumikre solaire sul- la croissance selective des bactelies phototrophes sulfureuses. Les radiations lumineuses selectionnent en profondeur les Chlorobiaceae riches en pigments carotenoi'des bruns au prejudice des Chro- matiaceae.

MATHERON. R. , and R. BAULAIGUE. 1977. Influence de la penetration de la lumiere solaire sur le developpement des bacteries phototrophes sulfureuses dans les environnements malins. Can. J. Microbiol. 23: 267-270.

Bottles of medium were inoculated with both strains of Chromatiaceae and Chlorobiaceae (mixed cultures) and immersed at different depths in the marine coastal waters of the Marseilles basin (France). After development, the in vivo absol-ption charactelistics of the cells show the effect of the daylight penetration on the selective growth of phototrophic sulfur bacteria. With depth, sunlight selects Chlorobiaceae rich in brown carotenoid pigments to the detriment of Chromatiaceae.

Introduction Dans les biotopes aqueux, la nature des radia-

tions solaires qui traversent les eaux naturelles silectionne les espkces bactiriennes photo- trophes.

Les radiations solaires proches infrarouges que peuvent absorber les bacttriochlorophylles ne traversent qu'une faible Cpaisseur d'eau; les radiations bleues et bleu-vert qui pknttrent en profondeur sont captCes par les carotCnoi'des des bactCries phototrophes rouges et fournissent ainsi 1'Cnergie nCcessaire a leur multiplication (Pfennig 1967). Pfennig constate que les Chloro- biaceae des couches profondes des lacs sont reprCsentCes par des types riches en pigments carotCnoides bruns (Chlorobium phaeobac- teroides, C. phaeovibrioides, Pelochromatium) la pCnCtration de la lumikre favorisant les souches brunes au prkjudice des vertes. Dans les eaux rouges du lac du Faro (Messine, Sicile), Triiper et Genovese (1968) dtcrivent un plus grand nombre de Cl~lorobiunz phaeobacteroides que de Chromatium violnscens. Pour ces auteurs, les carottnoi'des bruns de la Chlorobiaceae per- mettent une utilisation plus efficace des radia- tions lumineuses qui atteignent les eaux rouges.

Afin de vCrifier l'influence de la pCnCtration

de la lumikre solaire en milieu marin sur la croissance sClective des bacttries phototrophes marines, des cultures mixtes de Chromatiaceae et de Chlorobiaceae ont CtC immergCes A dif- firentes profondeurs dans les eaux littorales de la rade de Marseille (France).

I. Solrches bncttrierlrzes (Matheron 1976) La souche de Chromatiaceae, Tl~iocystis uiolacea

(Tlriocystis BA 1610), est coloree en pourpre-violet par des pigments carotenoi'des de la serie de la warmingone.

Les Chlorobiaceae sont representees par une souche verte de Clrlor.obiiit?r vibrioforr~le (Clrlor.obi~rr~~ CA 4210) et une souche brune de Clrlorobirm~ plraeovibrioides (Clrlorobiun~ LA 4410) riche en pigments carotkno'ides bruns (isorinikratene et p-isorCniCratine).

Tlriocystis BA 1610, Clrlo~~obiro?~ CA 4210 et Clrloro- birrnl LA 4410 contiennent respectivement de la bac- tCriochlorophylle a, d et e.

2. MPthodes Le milieu de Pfennie (1965). contenant 3X d e NaCl et - . ,. , -

reparti en flacons de 125 ml a bouchon vissk, est en- sehenct avec un mtlange form6 des deux souches de Chlorobiaceae ou de Clllorobirrr~~ plraeovibrioides et de la souche de Chromatiaceae. Le pH du milieu est ajuste a 6.9 pour les cultures mixtes de Chlorobiaceae et a 7.1 pour les melanges de bacteries brunes et rouges. Les flacons, inocules avec 0.5 ml de chacune des souches, sont immerges dans les eaux de la rade de Marseille; on les fixe a differentes profondeurs (Figures 1 et 2) le long d'une

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400 500 600 700 800 900 A ( n m )

FIG. 1. Spectre d'absorption in vivo des pigments des cultures mixtes de Tl~iocystis violacea et de Cl~lorobium phaeovibrioides.a= Culture pure de Tl~iocystis violacea. @= Culture pure de Cl~lorobirttn phaeovibrioides.

chaine rnetallique maintenue verticale par un flotteur en surface et un ancrage au fond.

Apres 3 semaines d'immersion, on trace 1es spectres d'absorption des pigments in vivo des cultures. Pour clarifier celles-ci, 5 g de saccharose sont dissous dans 3.5 ml de culture bacttrienne (communication personnelle du Professeur Pfennig). L'absorption des suspensions cellu- laires est ttablie au spectrophotomitre Beckman (modile DU) de 350 nm a 900 nm par intervalles de 5 nm.

Les figures 1 et 2 representent les spectres d'absorption des pigments in vivo des cultures mixtes immergCes pendant 3 semaines. Des spectres manquent a certaines profondeurs, les flacons correspondant ayant CtC brises en cours d'expirimentation par les mouvements de cir- culation des eaux.

I . Cultures mixtes de Thiocystis violacea et de Chlorobium phaeovibrioides (Fig. I)

Entre 350 et 600 nm, le spectre d'absorption des pigments de la culture immergCe a 0.20 m au-dessous de la surface des eaux prCsente deux pics (375 et 592 nm) et deux Cpaulements bien marquCs (400-460 et 520-530 nm). Les pigments absorbent fortement la lumiere proche infra-

FIG. 2. Spectres d'absorption in vivo des pigments des cultures mixtes de Cl~lorobium plraeovibrioides et de Cl~lorobium vibriofortne.~= Culture pure de Cl~lorobiutn phaeovibrioides.a= Culture pure de Cl~lorobi~trn vibrio- forme.

rouge a 7 18, 8 10 et 860 nm. Les spectres se sim- plifient ti partir de 10 m de profondeur; ils possCdent trois pics a 465, 520 et 718 nm. Les maximums a 810 et 860 nm, extremement amoindris, disparaissent en profondeur.

La couleur des suspensions cellulaires, vio- lacCe en surface, devient brune au-dela de 0.20 m. ObservCes au microscope, toutes les cultures contiennent des cellules de Chlorobium, quelle que soit la profondeur d'immersion. Thiocystis, abondant en surface, devient tres rare dans toutes les autres cultures.

2. Cultures mixtes de Chlorobiunz phaeouibrioides et de C/~lorobium vibrioforme (Fig. 2)

L'allure des spectres d'absorption des cul- tures mixtes se modifie peu avec la profondeur. A 5 m de la surface, on observe trois pics d'ab- sorption a 450, 520 et 710-720 nm. Quelques modifications apparaissent avec l'accr~issement de la profondeur. Le pic a 450 nm se dCplace tres ICgerernent vers des longueurs d'onde plus courtes; il se stabilise vers 440-450 nm. Le maximum 520 nm se rCduit 5 un Cpaulement qui reste tres visible. Dans I'infrarouge, il faut noter un glissement de l'absorption de 710-720 a 720 nm des - 15 m.

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De mCme, les variations de la coloration des que le Thiocystis dont l'absorption Q ces lon- suspensions cellulaires restent minimes: la teinte gueurs d'onde est plus faible. L'absorption de la est brun-verdgtre, un peu plus verte au-deli de bacttriochlorophylle de la Chlorobiaceae 5 m de profondeur. 718 nm favorise son dtveloppement dans les

couches d'eau peu profondes. Ainsi, avec

Discussion l'accroissement de la profondeur, les conditions d'tclairement du milieu deviennent plus aptes a

A 0.20 m de profondeur, le spectre d'absorp- la proliftration de Chlorobium LA 44 10. En tion de la culture mixte de Thiocystis et de outre, les ~ - , l ~ ~ ~ b i ~ ~ ~ ~ ~ posstdent des taux Chlorobium LA 4410 correspond a la superposi- de croissance plus tlevts que les Chromatiaceae tion des spectres des souches pures (Fig. 1). Des (pfennig 1967). 5 m de ~rofondeur, les spectres des L3analyse prtctdente appliqute aux cultures mixtes se confondent avec celui du Chlorobium. mixtes des deux ~ - , l ~ ~ ~ b i ~ ~ ~ ~ ~ ne rend pas Les bacttries rouges manifestent leur prtsence compte de 1 ~ ~ ~ ~ l ~ ~ i ~ ~ des populations bactt- par deux pics rtduits B 810 et 860 nm. La couleur riennes. L~ proliftration de ~ h ~ ~ ~ ~ b i ~ ~ "ibrio- des suspensions cellulaires et les observations forme en profondeur parait aberrante. E~ effet, microscopiques confirment ces dtductions. Ainsi, 1, ~ h ~ ~ ~ ~ b ~ ~ ~ brun devrait utiliser plus efficace- le Chlorobium se dtveloppe de prtftrence en merit les radiations atteignant les cultures. ~rofondeur; la multiplication en abondance du L ~ S rCsultats obtenus avec les cultures mixtes Thiocystis a lieu seulement pres de la surface. de ~ h i ~ ~ ~ ~ ~ i ~ et de ~ h l ~ ~ ~ b i ~ ~ phaeovibrioides

Dans la culture mixte des deux Chlorobiaceae sent conformes a ceux donnts par Triiper et immergte a - 5 m, le d tve lo~~emen t de la souche Genevese (1 968). Les souches isoltes des eaux brune est prtpondkrant puisque deux des maxi- rouges du lac du Faro par ces auteurs, Chroma- mums caracttristiques de Chlorobium LA 4410 tium vio/ascens et Chlorobium phaeobacteroides, figurent ?i 520 et 710-720 nm (Fig. 2). Les ~ i c s synthttisent les memes pigments que les de Chlorobium LA 4410 a 466 nm et de Chloro- microorganismes ttudits dans notre travail. bium CA 4210 a 446 nm se SuperPosent a 450 Cependant, Triiper et Genovese interpretent nm. Les modifications des spectres avec la pro- difftremment leurs rbultats. 11s attribuent aux fondeur rtvelent la predominance de la souche eaux du lac une plus grande transparence aux verte. Toutefois, l'tpaulement bien marque a radiations solaires de longueurs d'onde voisines 520 nm souligne que le Chlorobium brun est tou- de 450470 nm, p r o p r i ~ t ~ reconnue des eaux jours prtsent en abondance. Le mtlange des deux marines octaniques (jerlov 1951); Chlorobium souches semble se stabiliser h partir de - 25 m. phaeobacteroides (maximum carot~noldien L'ensemble de ces rtsultats montre que la pro- proche de 450 nm) capte davantage d'tnergie fondeur ne stlectionne pas vtritablement I'un ou que le chromatiurn qui n'absorbe pas la lumitre l'autre des microorganismes. a ces longueurs d'onde. Ce raisonnement s'ap-

Ptnttrant dans la couche d'eau superficielle, plique difficilement aux eaux marines catieres. les radiations infrarouges qui sent captees Par L, comportement des cultures mixtes des deux les bacttriochloro~h~lles ( ~ i c s a 718, 810 et Chlorobiaceae ne &ifie pas l'hypothkse de Pfen- 860 nm) facilitent le dtveloppement simultant nig. ces deux observations inclinent penser du Thioc~stis et de Chlorobium LA 4410 dans la que d'autres facteurs de stlection peuvent inter- culture mixte du premier type immergke & - venir au sein des cultures mixtes. La prolif&a- 0.20 m. Selon Yentsh (19621, 2% des radiations tion prtftrentielle des especes bacttriennes peut de longueur d'onde = 675 nm traversent une relever de proprittts physiologiques connues touche d'eau octanique de 10 m d'Cpaisseur imparfaitement, en particulier de leur taux de et, a - 25 m, on ne mesure plus de radiations croissance sur le milieu de Pfennig. D'autre dtpassant 640 nm; ce sont les radiations vertes part, nous ignorons la composition exacte de de longueurs d'onde voisines de h = 530 nm et 1, lurniere qui kclaire les flacons immergks. ltgerement superieures qui ptnetrent le plus profondtment dans les eaux marines cGti6res Remerciements (Ptres et Deveze, 1963). Chlorobium phaeovi- Les auteurs remercient le Professeur N. brioides (pics d'absorption des carottnoi'des Q Pfennig de 1'Institut de Microbiologie, Universitt 520 nm) capte davantage d'tnergie lumineuse de Gottingen, pour ses conseils.

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JERLOV, A. 1951. Optical studies of ocean waters. In Re- ports of the Swedish deep-sea expedition 1947-1948, Vol. 3. Ec1itc.d by H. Pettersson. Elanders Boktryckeri AB, Goteborg. pp. 1-59.

MATHERON, R. 1976. Contribution B 1'Ctude Ccologique, systCmatique et physiologique des Ctzromatiaceae et des Cl~lorobic~cene isolCes de sediments marins. Thkse, Marseille.

PERES, J . M., et L. DEVEZE. 1963. OcCanographie biologique et biologie marine. Vol. 2. Presses Univer- sitaires de France. Paris.

IOL. VOL. 23, 1977

PFENNIG, N. 1965. Anreicherungskulturen fiir rote und griine Schwefelbakterien. Zentralbl. Bakteriol. Para- sitenkd. Abt. I. Orig., Suppl. 1: 179-189, 503-504. - 1967. Photosvnthetic bacteria. Annu. Rev. Micro-

biol. 21: 285-324. TRUPER, H. G., et S. GENOVESE. 1968. Characterization of

photosynthetic sulfur bacteria causing red water in Lake Faro (Messina, Sicily). Limnol. Oceanogr. 13: 225-232.

YENTSH, C. S. 1962. Marine plankton. III Physiology and Biochemistry of algae. Edited by R. A. Lewin. Academic Press, New York- London. pp. 771-797.

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