MICROALGUES ET CYANOBACTERIES LACUSTRES Présentation ... ?· Présentation, dynamique des populations,…

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    15-Sep-2018

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<ul><li><p>1</p><p>Prsentation, dynamique des populations, toxicit, un cas particulier sur le Bourget</p><p>Stphan JACQUET</p><p>18 mars 2003</p><p>CARRTEL</p><p>Centre Alpin de Recherche sur lesRseaux Trophiques des Ecosystmes Limniques</p><p>Task Group on Aquatic Microbial Food Webs</p><p>UMR CARRTEL - Station dHydrobiologie LacustreEquipe de Microbiologie Aquatique</p><p>MICROALGUES ET CYANOBACTERIES LACUSTRES</p></li><li><p>2</p><p>Un chantillon prlev dans le lacUn chantillon prlev dans le lac</p></li><li><p>3</p><p>LeLe phytoplancton est compos dphytoplancton est compos d algues trs algues trs petites incapables de lutter contre le courant.petites incapables de lutter contre le courant.Nanmoins, certaines dentre elles peuvent Nanmoins, certaines dentre elles peuvent nager (flagelles)nager (flagelles)</p><p>LeLe point commun tous les organismes point commun tous les organismes phytoplanctoniques est leur fonction phytoplanctoniques est leur fonction photosynthtique qui est rendue possible photosynthtique qui est rendue possible grce la chlorophylle (molcule photogrce la chlorophylle (molcule photo--rceptrice)rceptrice)</p><p>Le phytoplanctonLe phytoplanctondu grec du grec phytophyto: plante et plancton: qui flotte: plante et plancton: qui flotte</p><p>LeLe phytoplancton utilise phytoplancton utilise -- la lumire,la lumire,-- le gaz carbonique le gaz carbonique -- et les composs minraux solubles pour et les composs minraux solubles pour se nourrir, crotre (fabriquer de la matire se nourrir, crotre (fabriquer de la matire organique) et librer de loxygneorganique) et librer de loxygne</p><p>CO2 + H20 + nutriments CH20 + O2</p></li><li><p>4</p><p>Phytoplancton</p><p>Poissonsicthyophages(ex: brochet)</p><p>Poissonsplanctonophages(ex: perche)</p><p>Zooplancton(ex: daphnies)</p><p>Homme</p></li><li><p>5</p><p>On distingue au sein du phytoplancton On distingue au sein du phytoplancton les microalgues et les cyanobactriesles microalgues et les cyanobactries</p><p>Les microalgues regroupent lensemble des eucaryotesLes cyanobactries sont des bactries photosynthtiques</p><p>Quelques caractristiques- Organismes unicellulaires, filamenteux ou coloniaux- Taille de 1 400 m- Distribution ubiquiste (ocans, mers, lacs, rivires, sols, murs, troncs darbres, plantes, entre les poils des ours polaires!)</p><p>- &gt; 14 000 espces recenses dans les eaux douces- Existence depuis plus de 2,5 milliards dannes (les cyanobactries sont responsables de la production doxygne atmosphrique et de la formation de la couche dozone)</p><p>- Reproduction asexue ou multiplication le plus souvent- Nourriture pour animaux microscopiques (zooplancton)- Utilisation humaine (base alimentaire, colorants, cosmtiques)- Potentiellement nuisibles (prolifrations anoxie, toxines)</p></li><li><p>Les grands groupes du Les grands groupes du phytoplanctonphytoplancton</p><p>6</p><p>En faisant appel deux critres:- la chimie des pigments et - la rserve cellulaire,il est relativement facile de classer les algues en plusieurs groupes.</p></li><li><p>Les grands groupes du Les grands groupes du phytoplanctonphytoplanctonLes chlorophyces</p><p>Les diatomes</p><p>Les dinophyces</p><p>Les chrysophyces</p><p>Les euglnophyces</p><p>Les cyanobactries</p><p>7</p><p>Microalgues (eucaryotes)</p><p>(procaryotes)</p></li><li><p>8</p><p>Les diatomesLes diatomes</p><p>Les Diatomes se prsentent comme une boite(de camembert) avec donc deux valves quisembotent lune dans lautre. Ce sont des alguessiliceuses qui ne contiennent pas damidon maisun polysaccharide comme sucre de rserve.</p></li><li><p>Les diatomesLes diatomes</p><p>9</p></li><li><p>Les dinoflagellsLes dinoflagells</p><p>10</p><p>Les Dinoflagells se prsentent comme un casque darmure constitu par plusieurs plaques.Deux sillons logent chacun un flagelle. Les pigments carotnodes leur confrent leur couleur brune-orange. Pas damidon.</p></li><li><p>Les dinoflagellsLes dinoflagells</p><p>11</p></li><li><p>Les chlorophycesLes chlorophyces</p><p>12</p><p>Les Chlorophyces sont des algues de couleur verte car trs riches en chlorophylle a et b,leurs principauxpigments localissdans les plastes. Dansces plastes, on trouvede lamidon, sucrede rserve.</p></li><li><p>Les chlorophycesLes chlorophyces</p><p>13</p></li><li><p>Les chrysophycesLes chrysophyces</p><p>14</p><p>Les Chrysophycesssont des algues libresou coloniales le plussouvent flagelles (uncourt et un long). Les plastes jaune-or de cesorganismes sont loriginede leur dnomination. Pasdamidon.</p></li><li><p>Les Les euglnophyceseuglnophyces</p><p>15</p><p>Les Euglnophycessont des algues unicellulairesle plus souvent mobiles grce leurs flagelles. Trsproches des Chlorophyces,elles en diffrent par la naturedes rserves quelles produisent (duparamylon).Il existe aussides formes non chlorophylliennes.</p></li><li><p>Les cyanobactriesLes cyanobactries</p><p>16</p><p>Les Cyanobactries aussi appeles algues bleues ou algues vert-bleuessont des organismes intermdiaires entre bactries et microalgues:</p><p>- bactries car leurs cellules sont dpourvues de vrai noyau</p><p>- algues car elles contiennent des pigments photosynthtiques,typiquement la chlorophylle, la phycorythrine, la phycocyanine.</p><p>Elles ont aussi des formes trs varies:- unicellulaires- coloniales- filamenteuses</p></li><li><p>Les cyanobactriesLes cyanobactries</p><p>17</p><p>Ces algues ne possdent ni noyau vritable (ce sont des procaryotes) ni chromatophore. La chlorophylle et les pigments qui l'accompagnent souvent, en modifient la couleur. Ils ne sont pas ports par des plastes mais sont diffus, disperss dans le cytoplasme qui prend alors une couleur homogne. Cette couleur des Cyanophytes est trs variable, gnralement bleu-vert, parfois vert-noirtre ou bruntre, rouge, bleu ou mme violet. Ces variations sont dues des mlanges divers de chlorophylle verte, de phycorythrine rouge et de phycocyanine bleue. Les rserves sont constitues par un polysaccharide voisin du glycogne et qui prend une teinte acajou avec la solution iodo-iodure</p></li><li><p>Les cyanobactriesLes cyanobactries</p><p>18</p><p>Microcystis Anabaena Anabaena Gomphosphaeria</p><p>Aphanizomenon Merismopedia Microcystis Planktothrix</p></li><li><p>Prolifration de cyanobactriesProlifration de cyanobactries</p><p>19</p></li><li><p>Les toxines de cyanobactries (Les toxines de cyanobactries (cyanotoxinescyanotoxines))</p><p>20</p><p> Depuis lAn 1000 (Chine), intoxications de soldats (Chorus et Bartram, 1999)</p><p> Australie, mort danimaux (Francis, 1878)</p><p> Tous les habitats (aquatiques dulaquicole, saumtre, marin, terrestres)</p><p> Tous les continents</p></li><li><p>Les toxines de cyanobactries (Les toxines de cyanobactries (cyanotoxinescyanotoxines))</p><p>21</p><p> Fortes proportions defflorescences toxiques (une sp. au moins) :</p><p>44 % en Finlande (Sivonen, 1990)48 % Norvge (Willen et Mattsson, 1997)53 % Sude (Willen et Mattsson, 1997)60 80 % au Danemark (Henriksen et Moestrup, 1997)72 % en Allemagne (Fastner et al., 1999)</p><p> Tous les ordres de CyanobactriesChroococcales (3 genres)Oscillatoriales (6 genres)Nostocales (8 genres)Stigonmatales (2 genres)</p><p>la plupart des cyanobactries communes formant des efflorescences sont potentiellement toxiques</p></li><li><p>Les toxines de cyanobactries (Les toxines de cyanobactries (cyanotoxinescyanotoxines))</p><p> Genres toxiques(Chorus et Bartram, 1999)</p><p>Une mme espce peut synthtiser plusieurs (types de)toxines,et pls toxinessimultanment(ex.: A. flos-aquae)</p><p>22</p></li><li><p>Les toxines de cyanobactries (Les toxines de cyanobactries (cyanotoxinescyanotoxines))</p><p>23</p><p>! microcystines ! nodularines ! cylindrospermopsine! PSPs ! anatoxine-a ! anatoxine-a(S) ! homoanatoxine</p><p>!!!!</p><p>!!!!</p><p>!!!!</p><p>!!!!</p><p>!!!!</p><p>!!!!!!!!</p><p>(Antarctique)</p><p>(Hawai)</p><p>!!!!</p><p>!!!!! ! ! ! </p><p>!!!!</p><p>!!!!</p><p>!!!!</p><p>!!!! !!!!</p><p>!!!!</p><p>!!!!</p><p>!!!!</p><p>!!!!</p><p>!!!!</p><p>!!!!!!!!</p><p>!!!!</p><p>!!!!</p><p>!!!!!!!!</p><p>!!!!</p><p>!!!!</p><p>!!!!</p><p>!!!!</p><p>!!!!</p><p>!!!!</p><p>(source : thse M. Gugger)</p></li><li><p>Impacts des cyanobactries</p><p># Ecologique:</p><p>- Perturbations du fonctionnement des cosystmes- Ombrage- Chanes trophiques</p><p>- Anoxie la fin du bloom</p><p># Sanitaires</p><p>- Mortalit et morbidit chez les (in)vertbrs aquatiques et terrestres</p><p>- Contamination humaine</p><p>24</p></li><li><p>Empoisennement humain par les cyanotoxines</p><p># Effets court terme- Maladies gastro-intestinales et hpatiques- Mort de patients dialyss au Brsil</p><p># Effets chroniques- Carcinomes hpatiques</p><p>Principales routes dexposition- Orale: eaux de boisson, produits contamins- Orale et dermatho: eaux de baignade- Hmodialyse</p><p>25</p></li><li><p>Le contrle environnemental est peu connu</p><p>26</p><p>Signifiance biologique, rle fonctionnel des toxines :</p><p>- Assimilation et incorporation des nutriments pour la croissance- Associations bnfiques avec dautres microbes- Rle protecteur vis--vis du zooplancton, bactries, virus, champignons- Pool de rserves de mtabolites</p></li><li><p>La dynamique des populations ou lcologie du phytoplanctonLa dynamique des populations ou lcologie du phytoplancton</p><p>27</p><p>Quels sont les facteurs environnementaux et les processus favorisant ou non la croissance des populations phytoplanctoniques ?</p></li><li><p>Lumire</p><p>Temprature</p><p>Turbulence</p><p>Advection</p><p>Sdimentation</p><p>Nutriments</p><p>Salinit</p><p>Polluants</p><p>Toxines</p><p>Nourriture</p><p>Prdation</p><p>Comptition</p><p>Lyse virale</p><p>physiques chimiques biologiques-----------------------------Facteurs--------------------------</p><p>Temps</p><p>Effe</p><p>ctif </p><p>des </p><p>popu</p><p>latio</p><p>n s</p><p>28</p><p>La dynamique des populationsLa dynamique des populations</p><p>Proprits individuelles des organismes populations</p><p>+</p></li><li><p>La dynamique des populations ou lcologie du phytoplanctonLa dynamique des populations ou lcologie du phytoplancton</p><p>29</p><p>Cyanobactries et microalgues</p><p>Prdation et parasitisme(zooplancton, virus)</p><p>Mortalit</p><p>Nutriments minraux+ lumire</p><p>+ temprature</p><p>Croissance</p><p>Contrle des communauts phytoplanctoniques</p></li><li><p>La dynamique des populations ou lcologie du phytoplanctonLa dynamique des populations ou lcologie du phytoplancton</p><p>30</p><p>Lumire et temprature</p><p>7 C</p><p>24 C</p><p>7 C</p><p>0 m</p><p>50 mHIVER ETE</p><p>prof</p><p>onde</p><p>ur</p></li><li><p>La dynamique des populations ou lcologie du phytoplanctonLa dynamique des populations ou lcologie du phytoplancton</p><p>31</p><p>1 jan 1 mai 1 sep 1 jan 1 mai 1 sep0</p><p>50</p><p>100</p><p>150</p><p>200</p><p>Sur</p><p>face</p><p> (103</p><p>cell </p><p>ml-1 )</p><p>Date</p><p>12</p><p>14</p><p>16</p><p>18</p><p>20</p><p>22</p><p>24</p><p>26</p><p>Temperature</p><p>Microalgue 1Microalgue 2Temperature</p><p>Lumire et temprature</p><p>chellesSaisonnire,annuelle</p></li><li><p>La dynamique des populations ou lcologie du phytoplanctonLa dynamique des populations ou lcologie du phytoplancton</p><p>32</p><p>chelles journalire, hebdomadaire</p><p>Exemples de msocosmes</p></li><li><p>La dynamique des populations ou lcologie du phytoplanctonLa dynamique des populations ou lcologie du phytoplancton</p><p>33</p><p>Time (days)</p><p>+N +PControl</p><p>+ 10C1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11</p><p>A</p><p>D</p><p>Cyanobactries</p><p>C</p><p>BC</p><p>once</p><p>ntra</p><p>tion </p><p>(x 1</p><p>03 c</p><p>ell.m</p><p>l-1)</p><p>0</p><p>50</p><p>100</p><p>150</p><p>2000</p><p>50</p><p>100</p><p>150</p><p>200</p><p>+N +P +10C</p><p>Nutriments, comptition, prdation</p><p>Prdateurs</p><p>Bactries</p></li><li><p>La dynamique des populations ou lcologie du phytoplanctonLa dynamique des populations ou lcologie du phytoplancton</p><p>34</p><p>0 m</p><p>50 mJuil 99 Nov. Mars 00 Juil Nov Mars 01 Juil</p><p>Le cas dune cyanobactrie qui prolifre dans le lac du Bourget depuis 1996</p><p>Planktothrix rubescens( le sang des Bourguignons )</p></li><li><p>La dynamique des populations ou lcologie du phytoplanctonLa dynamique des populations ou lcologie du phytoplancton</p><p>35</p><p>Gnralement, les cyanobactriesprolifrent dans des milieux pollus par le surplus de nutriments (phosphore)</p><p> dans le lac du Bourget, les concentrationsde ces nutriments diminuent depuis le dbutdes annes 80</p><p>Le cas dune cyanobactrie qui prolifre dans le lac du Bourget depuis 1996</p><p>Mais </p><p> SITUATION INATTENDUE, PARADOXALE A EXPLIQUER</p></li><li><p>36</p><p>P-PO</p><p>4 (g</p><p>.l-1 )</p><p>0</p><p>30</p><p>60</p><p>90</p><p>120</p><p>150</p><p>180 1969 - 2002</p><p>Anne 2001PO4 ~ 18 g.l-1Ptot ~ 26 g.l-1</p><p>Processus de restauration de laqualit des eaux du lac du Bourget</p><p>La dynamique des populations ou lcologie du phytoplanctonLa dynamique des populations ou lcologie du phytoplancton</p></li><li><p>37</p><p>Chl</p><p> a (</p><p>g.l-1</p><p>.yea</p><p>r-1)</p><p>4</p><p>5</p><p>6</p><p>7</p><p>8</p><p>9</p><p>10 1988 - 2001</p><p>Tran</p><p>sp. (</p><p>m)</p><p>4</p><p>5</p><p>6</p><p>7</p><p>Anne 2001Transp moy ~ 6.2 mTransp min ~ 3.3 mChloro ~ 7.7 mg.m-3</p><p>1984 - 2001</p><p>printemps</p><p>La dynamique des populations ou lcologie du phytoplanctonLa dynamique des populations ou lcologie du phytoplancton</p><p>Processus de restauration de laqualit des eaux du lac du Bourget</p></li><li><p>38</p><p>cependant, depuis 1996</p><p>t2000</p><p>Automne2000</p><p>Hiver2000 / 2001</p><p>Printemps2001</p><p>Fluoroprobe(g / L chlorophylle a)</p><p>Cell counting(Number of cells / mL)</p><p>0</p><p>20</p><p>40</p><p>0</p><p>20</p><p>40</p><p>Dep</p><p>th(m</p><p>)D</p><p>epth</p><p>(m)</p><p>Planktothrixrubescens</p><p>Fluoroprobe</p><p>Comptage cellulaire</p><p>La dynamique des populations ou lcologie du phytoplanctonLa dynamique des populations ou lcologie du phytoplancton</p></li><li><p>39</p><p>0 m</p><p>50 m</p><p>1</p><p>2</p><p>3</p><p>4</p><p>5</p><p>6</p><p>03-A</p><p>ug-99</p><p>31-A</p><p>ug-99</p><p>13-S</p><p>ep-99</p><p>29-S</p><p>ep-99</p><p>14-O</p><p>ct-99</p><p>03-N</p><p>ov-99</p><p>16-N</p><p>ov-99</p><p>29-N</p><p>ov-99</p><p>07-D</p><p>ec-99</p><p>22-D</p><p>ec-99</p><p>05-Ja</p><p>n-00</p><p>18-Ja</p><p>n-00</p><p>31-Ja</p><p>n-00</p><p>15-Fe</p><p>b-00</p><p>10 m</p><p>15 m</p><p>20 m</p><p>Eq. MCYS LR (g.l-1)WHO drinking waterguideline conc. of 1g.l-1</p><p>Bloom et production de toxinesC</p><p>onc.</p><p> (g.</p><p>l-1)</p><p>La dynamique des populations ou lcologie du phytoplanctonLa dynamique des populations ou lcologie du phytoplancton</p></li><li><p>40</p><p>Pourquoi ?</p><p>Les blooms cyanobactries rsultent de situations de comptition entre espces phytoplanctoniques</p><p>Facteurs environnementaux favorisant ces situations :# Pollution nutritive (54 % des lacs europens eutrophes)</p><p># Stabilit de la colonne deau (blooms en t principalement</p><p>La dynamique des populations ou lcologie du phytoplanctonLa dynamique des populations ou lcologie du phytoplancton</p></li><li><p>36</p><p>Pourquoi les cyanobactries gagnent la comptition ?</p><p>- Contrle de leur flottabilit</p><p>- Htrocystes- Capacit de stockage</p><p>- Pigments accessoires(phycorythrine,)</p><p>- Organisation multicellulaire(filament, colonie)</p><p>- faible qualit nutritive</p><p>- Synthse de toxines</p><p>Dfense contre la prdation</p><p>nutriment/lumire</p><p>La dynamique des populations ou lcologie du phytoplanctonLa dynamique des populations ou lcologie du phytoplancton</p></li><li><p>42</p><p>$ Faible lumire, faible temprature, faible conc. en nutriments$ Boost par apports rapides de P$ Espce de fin dt dbut dautomne$ Ncessite une colonne deau stabilise $ Contrle de la flottabilit$ Filamenteuse et toxique donc faiblement broute$ probablement peu affecte par un contrle par les virus$</p><p>Le cas particulier de P. rubescens(Exp. Labo, dynamique in situ, littrature)</p><p>7 C</p><p>24 C</p><p>P +++</p><p>P +++</p><p>P +++</p><p>P +</p><p>P +++</p><p>P -</p><p>Conditions eutrophes Conditions msotrophes</p><p>84 010</p><p>10</p><p>20</p><p>30</p><p>Anne</p><p>Limit infrieurede P</p></li><li><p>43</p><p>L influence du changement global?</p><p>Temprature au fond</p><p>Avance de la stratification</p><p>Tem</p><p>p(</p><p>C)</p><p>Julia</p><p>n da</p><p>ys</p><p>4.5</p><p>5.5</p><p>6.5</p><p>84 01</p><p>84 01</p><p>Transparence deseaux (printemps)</p><p>Tran</p><p>sp(m</p><p>)</p><p>84 01</p><p>60</p><p>100</p><p>80</p><p>120</p><p>4</p><p>5</p><p>6</p><p>Tempratures plus levesStratification plus longueBrassage courte</p><p>Years</p></li><li><p>44</p><p>Influence climatique=</p><p>Hivers et printemps plus chauds</p><p>Pression humaine=</p><p>Rduction de P</p><p>Avance du bloom printanier&amp; du dvelop. zooplanctonique</p><p>=Avance du dclin des populations</p><p>&amp; avance de la phase deaux claires</p><p>Eaux de surface dpourvues de P</p><p>=Enfoncement des populations</p><p>&amp; la zone dpourvue de P</p><p>Espces trs comptitives pour ce nouvel environnement :</p><p>faible nutriment, faible lumire, stabilit</p><p>Planktothrix rubescens</p><p>pas ou peu broute</p><p>Un scnario raliste</p><p>Bourget, Lman,Zurich, </p></li><li><p>Mesures de prvention/lutte</p><p>#### Pour les grands lacs:Rduction des nutriments: Phosphore (&lt; 10 g/l)</p><p>Permissible inputs Dangerous inputs</p><p>P N P N(g m-2 a-1) (g m-2 a-1) (g m-2 a-1) (g m-2 a-1) </p><p>MeanDepth (m)</p><p>&lt; 5 &lt; 0.07 &lt; 1.0 &gt; 0.13 &gt; 2.0&lt; 10 &lt; 0.1 &lt; 1.5 &gt; 0.2 &gt; 3.0&lt; 50 &lt; 0.25 &lt; 4.0 &gt; 0.5 &gt; 8.0&lt; 100 &lt; 0.4 &lt; 6.0 &gt; 0.8 &gt; 12.0&lt; 150 &lt; 0.5 &lt; 7.5 &gt; 1.0 &gt; 15.0&lt; 200 &lt; 0.6...</p></li></ul>

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