Leaf traits have long been used to classify and characterise species in natural ecosystems. In addition, leaf traits provide important information about plants’ strategies for the use of resources and can be used to improve our understanding of ecosystem level processes such as nutrient cycling and carbon allocation. To explore the linkages between leaf traits and productivity, we worked in two resource-limited ecosystems (a grassland and a forest), and used leaf traits to understand how species respond to changes in available resources and their relationship to ecosystem processes. We worked in a species rich limestone-grassland located in central England, which has been subjected to long-term climatic manipulation (winter warming, summer drought and extra summer rainfall). We characterised species composition in terms of their identity, abundance and leaf structural properties (nitrogen content and leaf mass per area (LMA)) in the main treatments and the control. We found that change in species abundance was the most important factor to understand the differences in productivity (above ground biomass and total foliar nitrogen). We then measured CO2 exchange at ecosystem level, using a chamber technique, and assessed the treatments’ effect on the gross primary productivity (GPP) and ecosystem respiration (Reco). GPP and Reco were controlled by soil moisture and above ground biomass but also influenced by the conditions experienced during the growing season prior to the measuring period. Our second location was a post-disturbance chronosequence in a seasonally dry tropical forest in Costa Rica and we used leaf level gas exchange measurements to explore the role of nitrogen (N) and phosphorus (P) on the temporal-spatial variation of photosynthesis of dominant species. We found that photosynthetic efficiency was strongly linked to leaf N and P content, but that there was an important seasonal pattern on this relationship likely associated to P remobilization. Additionally we found seasonal changes in resources (water, nutrients) had a larger impact on the photosynthetic parameters than changes along the chronosequence. The two ecosystems studied for this thesis are contrasting in their physiognomy, species composition and climate, but are also characterised by species whose structural traits (high LMA and high C:N ratio) are likely to have a significant impact on the nutrient cycling processes. We learned that leaf traits provide important information about species strategies and their usage of resources and they can also aid to address questions at ecosystem level in time and space, either through simple aggregation or as emergent properties. Additionally, the traits explored are important input information to up-scale processes from leaf to the ecosystem level, a step needed to address the effect changes in resources will have on the seasonally dry tropical forest and grasslands, which represent a significant fraction of the total global carbon storage.

Treeline ecotone scrub, the suite of tall woody plant communities that bridge the boundary between tall forest and higher altitude open summit heaths, is a rare and little studied transition habitat in the UK. Individual species have recently attracted emergency measures to secure their future, but little is known about the current dynamics of the habitats. This thesis increases knowledge of treeline scrub dynamics, particularly in relation to young plants, and develops an understanding of the management required for future conservation. Climate and land use are the main drivers of treeline scrub dynamics, while land use policy will shape the future land use. This study focussed on three species: Betula nana, Salix myrsinites and Juniperus communis, as representatives of the main scrub communities. Firstly, the range of environmental conditions and the current land uses the species tolerate were surveyed for a large number of sites. This enabled the existing sites to be characterised to inform the selection of potential new sites for restoration. Secondly, experiments tested the response of young plants to the interaction between wind exposure and simulated browsing, and, separately, to over-wintering under snow. No evidence was found to suggest that declining snow cover will adversely affect the species, but while the response of the species to increasing exposure and browsing was complex heavy browsing is likely to limit expansion in the absence of specific management. Finally, a review of current land use policy identified that treeline ecotone scrub was included in existing implementation strategies. However, a survey of the understanding of and attitudes to these habitats by key individuals involved in creating, implementing and influencing policy demonstrated that restoration is unlikely to happen within the current structure, except through the interests of non-governmental organisations with a nature conservation focus.

Les écosystèmes produisent de nombreux biens et services contribuant au bien-être des sociétés. Cependant, l’utilisation intensive des ressources naturelles a compromis le fonctionnement de certains de ces écosystèmes ainsi que les services qu’ils rendent. La dégradation de certains services tels que le climat et la biodiversité a entraîné une prise de conscience de leur rôle dans fonctionnement des sociétés ainsi qu’une croissance de la valeur qui leur est accordée.Pour contrecarrer la dégradation des services rendus par les écosystèmes, des mécanismes de rémunération de leur production ont été mis en place tels que le marché européen du carbone ou les obligations de compensation lorsque des ouvrages ou infrastructures dégradent la biodiversité. Toutefois, lorsque les mécanismes mis en oeuvre ne concernent qu’un seul service, ils peuvent avoir des effets, positifs ou négatifs, sur la fourniture d’autres services produits conjointement. Afin d’éviter les effets indésirables, tels que la destruction d’un service pour en produire un autre, ou des inefficacités comme le double-paiement d’une même activité, il est nécessaire de mieux connaître les relations entre les productions des écosystèmes. Par cette thèse, nous contribuons à l’identification de ces relations entre produits et services en développant une approche par la simulation de la production jointe de bois et de non-bois en forêt. / Ecosystems provide numerous goods and services to human beings. However, the intensive use of natural resources has impacted the functioning of ecosystems and reduced their production capacities. In this context, societies and individuals are giving increasing importance to environmental services (ES). To capture the values of ESs and to ensure their sustainable provision, payment mechanisms to offset the reduction in ES provision have been elaborated.These include projects such as REDD+, the European carbon market or national rules concerning compensation for biodiversity losses. Due to the jointness in ES production, single purpose offset mechanisms can either threaten or create opportunities to increase other services which do not have an explicit monetary value. To be effective, managers and decision makers need detailed information on the links between ESs. To increase the knowledge of the simultaneous production of multiple ESs, this thesis proposes a methodology based on simulations of the joint production of wood and non-wood goods in forests. Estimations of opportunity costs derived from the analysis provide information on ES gains and losses when forest owners are asked to increase one service.

De nombreux écosystèmes forestiers subissent les effets de l'acidification d'origine anthropique, à travers ses effets délétères sur la biodiversité et le fonctionnement de ces écosystèmes. Pour contrer ces effets, des amendements calco-magnésiens peuvent être utilisés pour améliorer les caractéristiques physico-chimiques des sols et des cours d'eau afin de restaurer l'état sanitaire des forêts et le fonctionnement des cours d'eau. En particulier, il a été démontré que les amendements, pouvaient permettre la reprise de la décomposition des litières, qui est un processus clé dans le fonctionnement des cours d'eau forestiers. Dans ce contexte, le premier objectif de cette étude était d'étudier si les amendements calco-magnésiens, à travers leurs effets sur les caractéristiques des sols, pouvaient induire des changements au sein des communautés microbiennes des sols. Le deuxième objectif était d'identifier quels facteurs pouvaient être responsables, à l'échelle microbienne, du ralentissement de la décomposition des litières dans les cours d'eau acidifiés. Les résultats ont montré que des amendements raisonnés et à grande échelle pouvaient avoir un effet durable sur les communautés bactériennes des sols. Les principaux changements taxonomiques ont notamment révélé que le ratio entre Proteobacteria et Acidobacteria était supérieur dans les sols amendés par rapport à leurs témoins, confirmant que ce ratio pouvait être un indicateur de l'amélioration de la qualité des sols. Les résultats obtenus dans la seconde partie de ce travail ont révélé que la diversité d'espèces sporulantes d'hyphomycètes aquatiques était fortement altérée dans les cours d'eau acidifiés, alors que la diversité fongique, analysée par méthodes moléculaires n'était pas affectée. Ces dernières ont révélé une plus faible proportion d'hyphomycètes aquatiques et une plus importante proportion de champignons d'origine terrestre sur les feuilles exposées dans un cours d'eau impacté. L'analyse des activités microbiennes a permis de mettre en évidence que l'aluminium était un facteur pouvant entrainer la diminution de la décomposition des feuilles, ce métal induisant notamment une limitation en phosphore pour les micro-organismes décomposeurs. Ces effets pourraient en retour avoir des répercussions sur les niveaux trophiques supérieurs et sur tout le fonctionnement de l'écosystème / Many terrestrial and freshwater forested ecosystems are affected by anthropogenic acidification, which can led to deleterious effects on biodiversity and ecosystem functioning. To counteract acidification, liming can be used to improve soil and water physicochemical characteristics in order to restore tree health and headwater stream functioning. In particular, liming has been shown to enhance leaf litter breakdown, which is a key ecosystem process in headwater streams. In this context, the aims of this study were, first to investigate if liming, through its effects on soil chemical characteristics, could induce changes on soil microbial communities, and second to identify what factors could be responsible, at the microbial level, of reduced leaf litter breakdown in acidified headwater streams. Results showed that moderate large-scale liming can induce sustainable changes in soil bacterial communities. Major taxonomic changes revealed notably that the ratio between Proteobacteria and Acidobacteria was higher in limed soils compared to their control counterparts, confirming that this ratio could be a microbial indicator of soil quality improvement. Results obtained in the second part of this work showed that sporulating aquatic hyphomycete diversity on leaves was strongly impaired in acidified streams, whereas fungal diversity investigated by molecular analyses was not depressed. The latter showed a lower proportion of aquatic hyphomycetes and a higher proportion of terrestrial fungi on leaves when exposed in an acidified stream compared to a circumneutral one. Microbial activity analyses bring out that Al may be an important factor that could reduce microbial leaf litter processing, this metal inducing notably a P limitation for microbial decomposers. These effects may in turn have repercussions on higher trophic levels and whole ecosystem functioning

I investigated the origin of western Amazonian white-sand vegetation and the evolution of plant habitat specialization to different edaphic conditions in Neotropical lowland forests. In order to address these goals I used complementary ecological as well as molecular phylogenetic approaches. Amazonian white-sand forests harbour a flora specialized to nutrient-poor sandy soils, which is distributed as habitat-islands across the Amazon and Guiana Shield regions. This flora has been suggested to have many local and regional endemics, therefore making an important contribution to overall Neotropical plant diversity. The role of habitat specialization in the origin of this flora and its relationships with other floras within the Amazon- Guiana regions is not well understood. To shed light onto these questions, this thesis studies the floristic composition of these forests as well as molecular phylogenetic patterns of selected plant lineages containing white-sand species. The floristic study focused on the white-sand forests of the western Amazon region, which contained 1180 species of vascular plants whereas the non-white-sand Amazon and Guiana Shield dataset consisted of 26,887 vascular plant species. 77% of these species occurred outside white-sand habitats, in other habitat types of the Amazon region, while 23% were white-sand specialists. This demonstrates lower endemism in western Amazonian white-sand forests than previously estimated. 88% of the total westen Amazon white-sand specialist occur within the limits of the Guiana Shield region with the remaining 12% being endemics to the white-sand forests of the western Amazon. Within the Guiana-Shield region, Caquetá Moist Forests (56%), Guayanan Highlands (55%), and Negro-Branco Moist Forests (53%) were the biogeographic regions with the highest proportions of western Amazonian whitesand specialists. Cluster analysis of province level floristic checklists across the Amazon and Guiana regions showed that western Amazonian white-sand forests are nested within floras of the western Guiana-Shield region compared to other floras in the Amazon. Molecular phylogenetic analyses were carried out for the widespread and species-rich families Sapotaceae and Chrysobalanaceae, which display an uneven number of white-sand specialists. Sapotaceae had only three white-sand specialists but Chrysobalanaceae had a larger number of white-sand specialists (14 species). Phylogenetic analysis showed that white-sand specialist species in both studied families were scattered across the phylogenies. Both families show a marked absence of edaphic niche conservatism, suggesting that evolutionary switching amongst habitat types has been frequent. Ancestral state reconstruction of habitat specialization under a maximum likelihood approach suggests that preference for poor soils may be ancestral in these clades, especially in Chrysobalanaceae, but that the evolution of species entirely restricted to white-sand soils is in general much more recent and has multiple origins. For the white-sand flora of the western Amazon in particular, there is little evidence that it comprises ancient lineages as previously hypothesized. The historical construction of the Amazonian white sand flora is more likely to be the result of a gradual accumulation of species with different degrees of edaphic specialization, both by on-going speciation driven via habitat switching from non-white-sand specialists and via regional dispersal events after these habitats became available in regions such as the western Amazon. Edaphic transitions between different habitat types were not evolutionary constrained, which may have favoured edaphic niche evolution and the accumulation of plant species diversity in Neotropical lowland forests.

The Wealden ghyll woodlands are associated with unique plant assemblages that include nationally rare bryophyte species with oceanic affiliations. The identification and monitoring of this type of 'priority' habitat, recognised as important in terms of regional and national biodiversity, is a central facet of the UK Biodiversity Action Plan (UKBAP). Despite the acknowledged importance of ghyll woodlands for non-vascular plant species, previous studies attempting to examine and characterise the ghyll woodlands have neglected to include these bryophyte communities. This research identifies and characterises the Wealden ghyll woodlands through an examination of the spatial and temporal distributions of bryophyte and flowering plant species. The research also seeks to provide baseline data against which biodiversity levels can monitored. In order to identify and contextualise the importance of ghyll woodland in terms of regional biodiversity, survey data was collected from other types of ancient woodland throughout the region for comparative analysis. The study involved the collection of species and environmental data from a total of 1440 random quad rats from 60 survey sites situated throughout the Weald, as well as the use of archive survey data collected during two 20 year periods (1951-1970 and 1976-1995). A number of statistical approaches including general linear modelling, ANOSIM, MannWhitney U and Spearman rank correlation analysis were used to identify the environmental correlates of spatial and temporal changes in species distributions. Spatial analysis indicated that ghyll woodland is restricted to the stream valleys themselves which were significantly richer in bryophyte and flowering plant species than the surrounding woodlands. NVC classifications assigned to the ghylls indicated the presence of 'oceanic' plant communities that are associated with damp, humid microclimatic conditions. A number of authors have explained the presence of oceanic bryophytes within the ghylls as being the result of a damp, humid microclimate present within the stream valleys. However, the study found no significant differences between climatic conditions within the ghyll valleys and those in the surrounding ancient woodlands. ANOSIM analysis indicated that community composition was influenced by site substrate, with clay and sandstone ghyll woodlands containing significantly different plant communities. Chi-squared analysis identified a temporal increase in the ratio of oceanic bryophytes and ancient woodland indicator flowering plant species during the study period. Analysis of Ellenberg indicator values indicated a move towards more shadetolerant plant communities within the ghyll woodlands. The patchily distributed ghyll woodlands were examined for signs of habitat fragmentation through genetic analysis of the bryophyte Conocephalum conicum (Great Scented Liverwort) using the random amplification polymorphic DNA technique (RAPD). Wright's fixation index (FST) and Nei 's coefficient of gene variation (GST) both indicated a loss of genetic diversity characteristic of genetic isolation. A Mantel test based on Nei 's genetic distance values indicated that the genetic isolation observed was not correlated with the geographical distance between populations. The study indicated that temporal changes are occurring in the composition of ghyll woodland plant communities and that bryophyte populations are displaying symptoms of genetic isolation. The study illustrates the importance of some form of monitoring program if the biodiversity value of these sites is to be maintained.

La protection des vignes contre les maladies cryptogamiques telles que le mildiou est assurée majoritairement par des fongicides de synthèse dont certains posent des problèmes environnementaux et sanitaires. L’induction de résistance de la vigne par des éliciteurs des réactions de défenses pourrait permettre de réduire leur utilisation. Toutefois, l’efficacité de cette stratégie est avérée en conditions de serres, mais reste plus variable au vignoble. L’efficacité des éliciteurs est conditionnée par le niveau de réponse défensif de la plante, et plus globalement, par son état physiologique. Dans ce contexte et dans le cadre de ce travail intégré au projet FUI IRIS+, l’objectif était de vérifier si des biostimulants, via leurs effets sur la physiologie de la plante, étaient susceptibles d’augmenter son niveau de réponse aux éliciteurs. Ce projet impliquait en amont le criblage d’éliciteurs et de biostimulants efficaces sur vigne. L’activation des défenses par des éliciteurs a un coût métabolique et énergétique que la plante doit assumer. Dans un premier temps, nous avons utilisé le modèle « suspensions cellulaires » afin de comparer l’impact de deux éliciteurs oligosaccharidiques sur le métabolisme primaire de la vigne. Des analyses enzymatiques et métaboliques ont permis de montrer que l’oligogalacturonide, qui a eu la plus forte capacité à activer le métabolisme secondaire associé à la défense, comparé à la laminarine, est également celui qui a eu l’impact le plus marqué sur le métabolisme primaire ; notamment sur certains glucides et acides aminés. Ainsi, l’élicitation mobilise des ressources, impacte le métabolisme primaire de la vigne et son efficacité pourrait être conditionnée par l’état physiologique global de la plante. Dans un second temps, un criblage a été réalisé afin d’identifier de nouveaux éliciteurs potentiels parmi sept fournis par le partenaire industriel. Des tests de protection contre Plasmopara viticola (agent du mildiou) réalisés sur boutures herbacées en conditions de serres, ont permis de retenir un extrait de plante codé SDN3. Les autres ont été écartés car déjà utilisés en laboratoire (l’un d’entre eux), insuffisants en terme d’efficacité, instables ou phytotoxiques. Des études in vitro et in planta ont révélé que l’activité biologique de SDN3 est liée à deux modes d’action : par activation des défenses et par effet direct contre l’agent pathogène. Dans un troisième temps, un criblage de cinq biostimulants potentiellement efficaces sur vigne était à réaliser mais aucune méthodologie de test n’était disponible au laboratoire. Ainsi, quatre dispositifs de complexités différentes ont dû être mis au point, permettant le suivi phénotypique des parties aériennes et/ou racinaires (et dans certains cas physiologique) : systèmes « godets », « rhizotron plan », « tubes » et un autre système appelé « X » (non décrit car lié à une protection industrielle). Seuls deux modèles ont montré un intérêt. En effet, le modèle « tube » a permis de montrer une augmentation du poids frais moyen par racine primaire en réponse à un apport par la voie racinaire de l’un des produits testés, codé BS3. Le modèle « X » a également mis en évidence une accélération de l’ouverture du bourgeon, et une augmentation du nombre de racines primaires en réponse à BS3 appliqué par voie racinaire. La mise au point d’applications d’éliciteurs et d’infection par P. viticola est en cours de finalisation afin de vérifier l’hypothèse de départ à l’aide de la combinaison de BS3 avec SDN3. / The protection of vineyards against cryptogamic diseases such as downy mildew is mainly ensured by synthetic fungicides, which cause serious environmental and health problems. The induction of resistance by elicitors could allow to reduce their use. However, even if their efficacy is demonstrated in greenhouse conditions, it remains quite variable in field conditions. Indeed, the efficacy of an elicitor depends on the plant’s ability to respond, or more generally, on the latter’s physiological status. In this context, part of the FUI project IRIS+, the aim of this present work is to evaluate whether biostimulants, through their effect on the plant’s physiology, would be able to increase their responsiveness to elicitors. The activation of defenses implies a metabolic and energetic cost that the plant must get in charge. First of all, we used a cell suspension model in order to compare two oligosaccharidic elicitors on the primary metabolism of grapevine. Enzymatic and metabolic analyses showed that the oligogalacturonide, which had a stronger impact on secondary metabolism related to defense, compared to laminarin, also showed a more notable impact on primary metabolism, particularly on some sugars and amino acids. The elicitation of grapevine defenses effectively turned out to require resources. Secondly, a screening was carried out to select the most effective elicitor among seven products that were provided by the company. Protection assays against Plasmopara viticola on herbaceous cuttings allowed us to identity SDN3 as the most interesting candidate. In vitro and in planta studies revealed that the mode of action of SDN3 relied on both the activation of defenses and a direct effect against the pathogen. Lastly, as no protocol, nor methodology were available in our laboratory to screen biostimulants, four systems were developed, in order to monitor phenotypic traits of aerial and/or root system: the “pot” model, the “rhizotron” model, the “tubes”, and another termed “X” (no description allowed because of an industrial protection). Only the “X” model showed potential interests, since it allowed to display biostimulating effects such as the acceleration of the bud opening, and the increase of the mean number of primary roots, in response to BS3, applied to the roots. The development of the protocol to apply the elicitor and to infect with P. viticola spores are currently in progress, in order to assess the initial hypothesis by using the combination of BS3 and SDN3.

Deux écosystèmes forestiers lorrains (Clermont-en-Argonne CA et Azerailles AZ) développés sur des sols polycycliques ont un fonctionnement complexe du fait de la présence de deux matériaux différents au sein du profil de sol conduisant à une rupture texturale brutale. Ces sols possèdent de plus des stocks de calcium (Ca) et Magnésium (Mg) échangeables faibles dans la couche de limon de surface (pauvreté plus importante à CA qu’à AZ) et très grands dans l’argile profonde (égalité entre le sites). La différence de fertilité de surface entre les sites, peut s’expliquer en partie par une agrégation meilleure à AZ qu’à CA (où les agrégats dominants sont pauvres en matières organiques et argiles). Le sol de CA retient moins bien le Ca et le Mg que celui d’AZ, malgré des apports atmosphériques plus importants et une minéralisation rapide des litières. La richesse des horizons profonds en Ca et Mg échangeables sur les deux sites ne peut s’expliquer par les entrées classiques seules (dépôts atmosphériques et altération des minéraux). L’utilisation du traçage isotopique naturel de Sr, Ca et Mg, a permis sur ces deux sites, la mise en évidence du rôle de la nappe souterraine qui permet la recharge régulière de la CEC des horizons profonds du sol par simple échange d’ion en période hivernale. Les arbres ont mis en place une stratégie de prélèvement dans les horizons profonds pour pallier la pauvreté relative de leur surface. Cependant, les conséquences d’une fertilité limitée en Mg dans les horizons de surface, se traduit par une translocation interne significative de Mg avant la sénescence à CA. / Two forest ecosystems in Lorraine, France (Clermont-en-Argonne CA and Azerailles AZ) developed on polycyclic soils have a complex functioning due to the presence of two different materials within the soil profile, leading to an abrupt disruption in soil texture. Indeed, they have low exchangeable Ca and Mg stocks in the silty soil upper layers (with a greater poverty in CA than in AZ), and very large stocks in deep clayey layers. These differences in upper soil fertility between the studied sites can be partly explained by a weaker aggregation in CA than in AZ (with aggregates poor in organic matter and clays). The CA soil then holds less nutrients than AZ one, despite higher atmospheric inputs and more rapid mineralization of litter. The richness of the deep soil layers in both sites, cannot be explained by the two conventional inputs i.e. atmospheric deposition and mineral weathering, A third un-expected source was identify using Sr, Ca and Mg isotopes, i.e. a mineralized groundwater table, which allows the CEC recharging of the deep clay layers by simple ion exchange when its invades the subsoil during the winter period. Trees have developed an uptake strategy into these Ca and Mg rich clay layer, to overcome the relative poverty of the upper soil layers. However the consequence of the Mg limititation of the soil upper layers in CA is visible through the increase in the internal Mg-translocation before leaf senescence.

Petunia hybrida est une plante ornementale d'intérêt économique élevé, mais diverses agents pathogènes racinaires peuvent causer des pertes dramatiques en serres, surtout chez les plantes produites dans les substrats artificiels. Leur contrôle par des méthodes conventionnelles implique un usage excessif de pesticides. Une horticulture plus durable exige des méthodes alternatives pour réduire ces intrants chimiques. L'introduction des mycorhizes à arbuscules (MA), connue pour réduire certaines maladies racinaires chez d'autres espèces végétales, dans l'itinéraire de production pourrait constituer une partie intégrante d'une stratégie appropriée. Cependant, les effets mycorhiziens contre les pathogènes racinaires ne sont pas toujours prévisibles et les mécanismes qui régulent les effets protecteurs des mycorhizes sont largement inconnues. Dans ce contexte, la résistance induite par la mycorhize (RIM) a été étudiée chez P. hybrida dans un substrat horticole artificiel, et les mécanismes impliqués ont été recherchés.Après avoir testé différents champignons racinaires provoquant des maladies lors des productions de pétunia en pépinière, Thielaviopsis basicola a été sélectionné pour le pathosystème modèle. Trois espèces fongiques MA ont été évaluées pour leur capacité à protéger le pétunia contre T. basicola; seul Glomus mosseae BEG 12 a réduit la propagation du pathogène dans les racines, ainsi que les symptômes de maladie. Des expériences basées sur un système « split-root » ont montré que cet effet protecteur est systémique et peut être induite dans les parties non-mycorhiziennes de systèmes racinaires mycorhizés, en accord avec des études d'autres pathosystèmes végétaux. Par ailleurs, l’activité du champignon MA réduit de cinq fois l'apport nécessaire en engrais phosphaté, mais améliore pas la tolérance du pétunia aux concentrations élevées du sel dans le substrat horticole.Afin de mieux comprendre les mécanismes moléculaires à la base de la RIM vis-à-vis T. basicola chez le pétunia, diverses hypothèses ont été testées en analysant l'expression de gènes impliqués dans différentes voies de défense des plantes. Neuf gènes liés à la voie de signalisation de l'acide jasmonique, impliquée dans la résistance systémique induite (RSI) par des bactéries favorisant la croissance végétale, et trois gènes activés par l'acide salicylique, une molécule clé dans la résistance systémique acquise (RSA), ont été sélectionnés. Le profil d'expression de ces gènes indique que ces deux voies ne sont pas principalement impliquées dans la RIM locale contre le pathogène, tandis que la RIM systémique pourrait inclure des éléments de la RSA et de la RSI. L’infection par T. basicola des racines mycorhizées de pétunia n’affecte pas l'activation de sept gènes liés à la MA, ce qui montre que l'agent pathogène n'influence pas la fonctionnalité symbiotique. Les résultats suggèrent que la partie du programme cellulaire symbiotique englobant les gènes de défense végétaux régulés par la MA pourraient constitutivement contribuer à l'expression de la RIM locale ; leur rôle dans ce phénomène mérite des études plus approfondies / Petunia hybrida is an ornamental crop of high economic interest but diverse root pathogens can cause high ¬losses, especially in soilless greenhouse production systems, and their control by conventional methods implies an excessive use of pesticides. A more sustainable horticulture requires alternative methods to counter these chemical inputs. The introduction of arbuscular mycorrhiza (AM), known to reduce a number of root diseases in other plant species, into the production itinerary could form an integral part of an appropriate strategy. However, mycorrhizal effects against soil-borne pathogens are not always predictable and mechanisms behind the protective effects of mycorrhiza are largely unknown. In this context, mycorrhiza-induced resistance (MIR) was studied in P. hybrida in an inert soilless substrate, and the underlying mechanisms were investigated.After testing different soil-borne pathogenic fungi causing disease in petunia nursery production, Thielaviopsis basicola was selected as a model pathosystem. Three AM fungal species were evaluated for their ability to protect petunia against T. basicola; only Glomus mosseae BEG 12 turned out to reduce disease symptoms and pathogen spread in roots. Split root experiments showed that this protective effect was systemic and could be induced in non-mycorrhizal parts of mycorrhizal root systems, in agreement with previous studies in other plant pathosystems. The AM fungus, moreover, reduced the amount of phosphate fertiliser input fivefold, and provides tolerance against high salt concentrations in the horticultural substrate.In order to gain insight into molecular mechanisms involved in the MIR to T. basicola in petunia roots, hypotheses were tested by analysing the expression patterns of plant genes which are involved in various pathways of known plant defence responses. Nine genes related to the jasmonic acid pathway of induced systemic resistance (ISR) by plant growth promoting bacteria and three genes activated by salicylic acid, a key molecule in systemic acquired resistance (SAR), were selected. Expression profiles of these genes indicated that local MIR to T. basicola in petunia roots does not primarily involve either pathway, whilst systemic MIR in this pathosystem could include elements of both SAR and ISR. The activation of seven AM-related genes was unaffected by T. basicola infection of mycorrhizal petunia roots showing that the pathogen does not affect symbiotic functionality. Results suggest that the part of the symbiotic cell programme covering AM-regulated plant defence genes may constitutively contribute to the expression of local MIR; the role of such genes in this phenomenon merits further attention and analyses / Wurzelpathogene zeigen bedeutenden Einfluss auf die Produktion von Zierpflanzen. Vor Allem in erdelosen Produktionssystemen unter Glas verursachen sie erhebliche Verluste und ihre Bekämpfung mit konventionellen Mitteln beinhaltet normalerweise ein hoher Einsatz an Pestiziden. Ein mehr nachhaltiger Gartenbau braucht alternative Methoden, um den Eintrag dieser Chemikalien zu vermeiden. Die Einführung arbuskulärer Mykorrhizapilze (AM Pilze) in das Produktionssystem könnte ein integraler Bestandteil einer entsprechenden Strategie sein. Mykorrhizierte Pflanzen zeigen generell eine erhöhte Resistenz gegenüber bodenbürtigen Pathogenen und Nematoden. Der Erfolg einer solchen Strategie ist allerdings nicht immer vorhersagbar und die Mechanismen hinter den schützenden Effekten der Mykorrhiza sind weitgehend unbekannt.Die Zierpflanze Petunia hybrida, die von verschiedenen Wurzelpathogenen befallen wird, wurde als Modell eingesetzt, um die Mykorrhiza-induzierte Resistenz (MIR) in erdelosen Substraten zu untersuchen. Nach der Überprüfung unterschiedlicher bodenbürtiger pathogener Pilze, die Schäden in der Anzucht verursachen, wurde Thielaviopsis basicola als Pathosystem ausgewählt. Drei AM Pilzisolate wurden bezüglich ihrer Fähigkeit untersucht, Petunien gegen T. basicola zu schützen. Nur das Isolat Glomus mosseae BEG 12 konnte sowohl Krankheitssymptome, wie auch die Ausbreitung des Pathogens in der Wurzel reduzieren. Experimente mit geteilten Wurzeln zeigten in Einklang mit früheren Ergebnissen einen systemisch schützenden Effekt, der auch in den nicht-mykorrhizierten Anteilen eines ansonsten mykorrhizierten Wurzelsystems induziert werden konnte. Der AM Pilz reduzierte darüber hinaus den Bedarf an Phosphatdüngung um das Fünffache. Eine erhöhte Toleranz gegenüber hohen Salzkonzentrationen im Substrat konnte allerdings nicht erreicht werden.Um Erkenntnisse über die molekularen Mechanismen der MIR gegenüber T. basicola in Petunienwurzeln zu gewinnen, wurden durch Analyse von Expressionsmuster der bekannten Pflanzenverteidigung unterschiedliche Hypothesen überprüft. Neun Gene aus dem Jasmonatweg der durch pflanzenwachstumsfördernde Bakterien induzierten systemischen Resistenz (ISR) und drei durch Salizylsäure induzierte Gene der systemisch erworbenen Resistenz (SAR) wurden ausgewählt. Die Expressionsprofile dieser Gene deuteten darauf hin, dass die lokale MIR keinen der beiden Signalwege mit einbezieht, während die systemische MIR sowohl Elemente der ISR wie auch der SAR einbindet.Die Aktivierung von sieben AM-regulierter Gene war von der T. basicola Infektion der Petunienwurzeln nicht betroffen, das Pathogen beeinträchtigt also nicht die symbiontischen Funktionen. Die Ergebnisse deuten außerdem darauf hin, dass der Teil des Symbioseprogramms, der AM-regulierte Verteidigungsgene betrifft, zur MIR beiträgt. Die Rolle dieser Gene bei dem Phänomen bedarf weiterer Untersuchungen

Les zones riveraines sont connues pour fonctionner comme des tampons efficaces, capable d’éliminer les nitrates des eaux souterraines avant leur rejet dans les ruisseaux adjacents. Ce rôle de tampon est particulièrement important dans les bassins versants agricoles où, l’azote supplémentaire, provenant des engrais, peut être lessivé dans les eaux souterraines. Sur les plaines côtières, les nitrates présents dans les eaux souterraines puis déchargés dans les ruisseaux peuvent potentiellement enrichir les eaux côtières. La transformation des nitrates par le processus de dénitrification permet d’améliorer la qualité de l'eau, cependant, la dénitrification incomplète produit du protoxyde d’azote (N2O), un gaz à effet de serre. Bien qu’un grand nombre de recherches aient été menées dans les régions tempérées, peu d'études ont été conduites dans les régions tropicales sur la capacité des zones riveraines à éliminer les nitrates des eaux souterraines. Dans les zones agricoles de la région tropicale humide en Australie, les précipitations annuelles sont élevées, autour de 3000 mm, et les saisons humides et sèches sont clairement définies. La saison humide se caractérise par des précipitations de forte intensité et de longue durée, suivie par une saison sèche définie par de faibles précipitations sporadiques. Les questions fondamentales de cette thèse sont les suivantes: dans un paysage agricole tropical humide, les nitrates contenus par les eaux souterraines, sont-ils éliminés lors de leur passage dans une zone boisée riveraine avant d’être transportés vers le ruisseau ? Observe- t-on des différences temporelles et spatiales des flux de N2O émis par les sols de la forêt riveraine ?Cette étude se focalise sur une zone riveraine boisée, d’une largeur de 150 m, située au milieu des champs de canne à sucre, sur la plaine côtière adjacente à la lagune de la Grande Barrière de corail (inscrite au patrimoine mondial), localisée dans la région tropicale humide d'Australie.Pour acquérir une compréhension du mouvement des eaux souterraines sur le site riverain, l'hydrologie de la zone a été caractérisée par des mesures de la teneur en eau du sol et par la profondeur de la nappe phréatique (13 piézomètres). Durant la saison humide, le système était très dynamique, avec de grandes fluctuations des niveaux de la nappe phréatique et, à long terme, l’inondation des zones basses. Les rapides hausses de la nappe phréatique ont été attribuées à une recharge in situ élevée, au faible volume d’air contenu dans les pores (zone non saturée), au piégeage de l'air et à la recharge occasionnelle de la crique. Les baisses rapides de la nappe phréatique ont été attribuées aux importantes différences de hauteur au sein de la zone riveraine, différences dues, partiellement, à la topographie vallonnée du site. La saison sèche a été caractérisée par un système lent, avec une profondeur de nappe phréatique pouvant atteindre 4 mètres dans certains endroits. Les eaux souterraines arrivant dans la zone riveraine contenaient de faibles concentrations de nitrates (moyenne <0.03 mg NO3- N L-1 durant les deux saisons). Cependant, les concentrations ont augmenté (jusqu'à 50 fois) lors de la progression des eaux souterraines à travers la zone riveraine, suggérant que la zone riveraine était une source de nitrates pour le ruisseau adjacent. L'augmentation de nitrates a été attribuée à la nitrification ayant lieu dans les sols riverains de surface, processus favorisé par une importante productivité primaire nette, notamment de grandes quantités de litière (12.19 Mg ha-1 an-1). Par la suite, les nitrates générés par le sol riverain ont été lessivés dans les eaux souterraines par les précipitations, durant la saison humide. Ainsi, les nitrates dans les eaux souterraines proviennent de la nitrification et, potentiellement, du mélange avec des eaux souterraines profondes ayant des concentrations supérieures en nitrates. [...] / Riparian zones have been widely reported to function as effective buffers, removing nitrate (NO3-) from groundwater before it is discharged into adjacent streams. This is particularly important in agricultural catchments where additional nitrogen (N) from fertilisers may be leached into groundwater. On coastal plains, NO3- in groundwater discharged into streams can potentially enrich coastal waters. The permanent removal of NO3- through denitrification can improve water quality, however incomplete denitrification produces nitrous oxide (N2O), a greenhouse gas.Despite copious research in temperate regions, little study has been conducted on the capacity of riparian zones to remove NO3- from groundwater in the tropics. In agricultural areas of the Australian humid tropics, annual rainfall is high, around 3000 mm, and wet and dry seasons are clearly defined. Wet seasons are characterised by rainfall of high intensity and duration, followed by a dry season producing sporadic small amounts of rainfall. The overarching questions of this thesis are: in an agricultural landscape in the humid tropics, is NO3- in groundwater removed as it enters a forested riparian zone and is transported towards the stream? And, are there temporal and spatial differences in patterns of N2O emissions produced from the riparian forest?This research is focused on a forested riparian zone 150 m wide, located amongst sugarcane fields, on the coastal plain adjoining the World-Heritage listed Great Barrier Reef lagoon, in the Australian humid tropics. To gain an understanding of the movement of groundwater through the riparian site, the hydrology of the riparian zone was characterized using measurements of soil water content and water table depth (13 piezometers). In the wet season the system was highly dynamic with large fluctuations in water table levels and long-term inundation of low lying areas. Rapid water table rises were attributed to high in-situ recharge, low air-filled pore space (unsaturated zone), air entrapment and occasional recharge from the creek, and the rapid falls to the steep local hydraulic gradients. The dry season was characterised by a slow moving system with depth to watertable up to 4 m at high locations.Groundwater entering the riparian zone was found to have low concentrations of NO3- (mean <0.03 mg NO3-N L-1 over both seasons), however, concentrations increased (by up to 50 fold) as groundwater progressed through the riparian zone, suggesting the riparian zone was a potential source of NO3- to the adjacent creek. The addition of NO3- was attributed to nitrification in riparian surface soils, driven by large net primary productivity, including large amounts of litterfall (12.19 Mg ha-1 y-1). Nitrate generated in riparian soil was subsequently leached into groundwater in the wet season during rainfall events. Nitrate was also derived from nitrification in groundwater and, potentially, from the mixing of deeper groundwater of higher NO3- concentrations [...]