Dirvožemio tarša sunkiaisiais metalais visame pasaulyje aktuali problema iki šiol neturinti universalaus sprendimo. Fitoremediacija – naujai atsirandanti ir daug žadanti technologija nestipriai užterštiems dirvožemiams valyti naudojant augalus. Šiame darbe dirvožemio valymui nuo sunkiųjų metalų pasirinktos trys žolinės augalijos rūšys – svidrė, miglė ir eraičinas, augintos modelinėmis laboratorinėmis sąlygomis vieną kartą ir periodiškai sunkiaisiais metalais teršiamuose dirvožemiuose. Nustatyta, kad geriausiai sunkiuosius metalus iš dirvožemio sorbuoja ir didžiausias dirvožemio valymo efektyvumas pasiekiamas naudojant svidrę. Augalijai sorbuojant sunkiuosius metalus iš dirvožemio dalis šių metalų (Cu, Cr, Zn, Pb, Mn, Ni) koncentruojasi žolinės augalijos šaknyse, tačiau didžioji dalis ten susikaupiančių metalų (iki 90 proc.) pereina į antžeminę augalo dalį. Didžiausios sunkiųjų metalų koncentracijos augale (iki 60 proc. ir daugiau) ir atitinkamai efektyviausias dirvožemio valymas nustatytas svidrės atveju, todėl sudarant mišinį didžiąją dalį (80 proc.) jame sudaro svidrė. Sunkiųjų metalų mišinys daro neigiamą įtaką vaivorykštinio upėtakio jauniklių fiziologiniams ir morfologiniams rodikliams, todėl didinat sunkiųjų metalų mišinio koncentracijas (iki 0,198–5,12 g/l) jos tampa letalinėmis vaivorykštiniams upėtakiams, tuo pačiu ir kitiems vandens gyvūnams. Pagal tyrimų su vaivorykštiniais upėtakiais rezultatus nustatyta, kad stebimų upėtakių, gyvenusių akvariume, užterštame 5,7... [toliau žr. visą tekstą] / Soil contamination with heavy metals is a problem of worldwide concern that is still unsolved. The analysis of the current methods of soil cleaning from heavy metals leads to conclusions that phytoremediation, i.e. soil decontamination by using plants, is one of the best methods. Although this method has not received a wide application yet and possibilities of its application are still being analysed, it is one of the most prospective soil cleaning methods due to low cost and a rather efficient cleaning of the upper surface of soil. Three kinds of Poaceae f. Species – Lolium perenne L., Poa pratensis L. and Festuca pratensis Huds. – have been chosen in this work for decontaminating soil from heavy metals. These plants were grown under artificial laboratory conditions in soil which was once and periodically contaminated with heavy metals. It was established that it is the Lolium perenne L. that most efficiently removes heavy metals and cleans soil. The results of experiments show that the selected grassy plants (perennial ryegrass, meadow-grass and fescue-grass) efficiently clean soil from heavy metals (copper, lead, manganese, zinc, nickel and chromium) when soil contains both low (0.5–120 mg/kg) and high (up to 6,850 mg/kg) concentrations of these metals. Since the perennial ryegrass absorbs the highest amount of heavy metals, the highest efficiency of soil cleaning is achieved using this plant, therefore, 80 % of the mixture of grassy plants was formed of the perennial... [to full text]

La germination et la croissance hétérotrophe sont des phases clés de l'établissement des plantes. Ils sont sous contrôle génétique et affectés par la température. L'objectif de cette thèse est d'analyser la variabilité inter et intra-spécifique de cinq espèces prairiales dans leurs réponses à la température pendant la germination et la croissance hétérotrophe. Trente-deux populations de Lolium perenne, Festuca arundinacea, Dactylis glomerata, Medicago sativa, et Onobrychis viciifolia ont été évalués sous huit températures constantes entre 5 et 40°C.La nouveauté de ce travail vient de la large gamme de températures et le nombre de populations évaluées. Il a été observé que, au sein des espèces, la réaction des populations à la température indique une forte variabilité et des différences significatives. La germination n'a été pas observée à 40°C pour l'une des 23 graminées, l'O. viciifolia germé peu tandis que les variétés de M. sativa ont été peu affectées. La croissance hétérotrophe des 32 populations a été affectée par la température. La croissance des axes fortement fiable ou nulle à 40°C. Les courbes de réponse du taux de croissance maximale de l'axe sont asymétriques en forme de cloche.Des interactions significatives entre la température et la population ont été détectées pour la germination et la croissance hétérotrophe. La germination des populations des sites froids est renforcée par des températures plus chaudes et limité par les plus froids et vice-versa pour les populations chaudes adaptées. / Germination and heterotrophic growth are key phases for plant establishment. They are under genetic control and affected by temperature. The objective of this thesis was to analyse the inter- and intra-specific variability of five pasture species in their responses to temperature during germination and heterotrophic growth.Thirty two populations of Lolium perenne, Festuca arundinacea, Dactylis glomerata, Medicago sativa, and Onobrychis viciifolia were evaluated under eight constant temperatures between 5 and 40°C.The novelty of this work comes from the wide range of temperatures and the number of populations evaluated. It was observed that, within species, the response of populations to temperature shows high variability and significant differences. No germination was observed at 40°C for any of the 23 grasses, O. viciifolia germinated poorly while M. sativa varieties were little affected. Heterotrophic growth of the 32 populations was affected by temperature. The growths of the axes were negligible or lethal at 40°C. Response curves of maximum growth rate of the axis were asymmetric bell-shaped.Significant interactions between temperature and population were detected for germination and heterotrophic growth. Germination of populations from cold sites is enhanced by warmer temperatures and limited by colder ones and vice versa for warm-adapted populations. This study demonstrates that genetic variability does exist within the five studied species. This variability could be exploited to breed new varieties adapted to the future climate.

Les pollutions par les xénobiotiques, en particulier les pesticides, et les métaux lourds issus des activités agricoles présentent une grande complexité de composition chimique et de dynamique spatio-temporelle. La présence de bandes enherbées entre les parcelles cultivées et les cours d’eau permet une limitation de la diffusion de ces pollutions résiduelles vers les milieux naturels. Le compartiment végétal de ces bandes enherbées peut jouer de multiples rôles dans ce contexte de protection environnementale. L’étude comparative réalisée in situ et en conditions contrôlées de laboratoire a permis de mettre en évidence le rôle biologique du compartiment végétal avec son implication directe dans les processus in planta d’absorption, de stockage et/ou de dégradation au moins partielle. Un tel rôle phytoremédiateur est dépendant de la capacité des plantes à se maintenir sur ces milieux pollués, qui diffère selon l’espèce considérée et structure ainsi les communautés végétales des bandes enherbées. L’étude intégrative en conditions contrôlées des réponses des plantes aux interactions avec les xénobiotiques à faibles doses, à différentes échelles de complexité du fonctionnement végétal, a permis de montrer les effets de ces stress chimiques chez l’espèce modèle Arabidopsis thaliana et chez l’espèce prairiale Lolium perenne. Les xénobiotiques et les métaux lourds à des doses subtoxiques ont induit d’importants bouleversements métabolomiques et moléculaires chez ces espèces, avec des effets cryptiques de ces polluants et de leurs produits de dégradation. L’analyse en conditions de multi-pollution, qui reflètent de manière réaliste les pollutions péri-agricoles, a montré la complexité et la difficulté de prédiction des interactions entre les effets des contaminants en mélange. Ces mécanismes de réponses diffèrent selon l’espèce et le polluant et laissent supposer des divergences en termes de perception et/ou de transport des polluants, ou de coordination des réponses moléculaires et métaboliques. Arabidopsis a ainsi présenté une coordination de ses réponses orientée vers une augmentation des métabolites de stress, et une diminution des métabolites carbonés (sucres solubles), en parallèle de modifications de l’expression de gènes impliqués dans les défenses antioxydantes, les défenses contre les stress xénobiotiques, ou dans la dynamique des phytohormones. Le stress chimique a entraîné chez Lolium des modifications majeures du métabolisme azoté, ainsi qu’un remaniement des processus de photorespiration. L’analyse transcriptomique de cette espèce a de plus montré que la majorité des gènes identifiés sont impliqués dans des voies de transduction de signal, montrant ainsi la complexité des mécanismes de réponse et les couplages qui existent entre les signaux métaboliques, en particulier liés aux sucres, les voies de signalisation associées aux phytohormones, les signaux de stress et la photosynthèse. / Environmental pollutions by xenobiotics, especially by pesticides and heavy metals derived from agricultural activities, show an important complexity of chemical composition and of spatiotemporal dynamic. Vegetative filter strips between cultivated fields and streams limit the diffusion of these residual pollutions to natural environments. However, the exact biological role of plant in these buffer strips is poorly understood in this context of environmental and ecological protection. A comparative study carried out in situ and in controlled conditions highlighted the role of plant compartment in the processes of absorption, storage and/or partial degradation of pollutants in planta. Such capability of phytoremediation depends on the maintenance of a vegetal cover in area subjected to recurring flow of pesticides, it varies according to species and leads to the structuration of vegetative filter strip communities. An integrative study in controlled conditions of plant responses to low doses of pollutants allowed to analyze at different levels of complexity the impacts of chemical stresses on the model species Arabidopsis thaliana and the grassland species Lolium perenne. Low and sublethal doses of xenobiotics, associated degradation products and heavy metals induced cryptic perturbations at metabolic and molecular levels. Multi-pollution analyses, which reflect realistic conditions of environmental exposure, highlighted complex interactive effects between pollutants in mixture and the difficulty to predict them. The mechanisms of response to these chemical stresses differ according to the species and the pollutant, and suggest differences in term of perception and/or transport of pollutants, or of coordination of molecular and metabolic responses. Arabidopsis presented a coordination of its responses toward an increase of stress metabolites, a decrease of carbon metabolites (soluble carbohydrates), in parallel with modifications of gene expressions implicated on antioxidant defences, defence against xenobiotic stresses, or phytohormone dynamic. Chemical stress leads to major modifications of nitrogen metabolism in Lolium, and perturbations of processes of photorespiration. De novo transcriptomic analysis of Lolium therefore showed that a majority of identified genes are related to signal transduction pathways, highlighting the complexity of response mechanisms and the links between metabolic signals, especially linked to carbohydrate, hormonal signaling pathways, stress signals and photosynthesis. Subtoxic chemical stress induced cryptic re-engineering of plant processes that may explain the development of tolerance for some species and their persistence in area affected by residual pollution.

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des polluants organiques persistants potentiellement mutagènes et cancérigènes. Leur transfert de l’atmosphère vers les écosystèmes, notamment vers les plantes, conditionne leur entrée dans les chaines alimentaires mais les modalités de ce transfert restent encore mal connues. L’objectif de ce travail était donc de caractériser le transfert et d’identifier les effets biologiques des HAP atmosphériques sur un système sol-plante-microorganismes symbiotiques.Un dispositif expérimental a été conçu afin de recréer en laboratoire une pollution atmosphérique par les HAP avec comme HAP modèle le phénanthrène (PHE). Le dispositif a fait l’objet d’une validation et d’une calibration élaborée de manière originale par une double approche mêlant l’expérimental à la simulation mathématique. Les niveaux d’exposition en polluant (150 µg m-3), contrôlés par des échantillonneurs passifs, se sont avérés pertinents par rapport aux conditions in situ. Ce dispositif a donc été utilisé pour exposer durant un mois des microsystèmes sol-plante-microorganismes au PHE par voie atmosphérique.Les différentes études ont mis en évidence un transfert du PHE depuis l’atmosphère vers tous les compartiments du microsystème, avec une accumulation majeure vers les feuilles de trèfle ou de ray-grass (respectivement 170 et 70 µg g־ ¹MS) et un transfert phloémien vers les racines est suggéré. Chez le trèfle, la mycorhization n’a pas été affectée, tandis que le nombre de nodules actifs a diminué de manière significative. Contrairement aux racines, la biomasse aérienne du trèfle a été significativement affectée (environ – 25%) par l’exposition au PHE atmosphérique, suggérant un impact sur le métabolisme carboné de la plante. Une expérience de marquage des trèfles au ¹³C-CO2 a effectivement montré un impact négatif du PHE atmosphérique sur la croissance, l’allocation de biomasse et l’allocation carbonée. Pour conclure, ces études ont permis non seulement de caractériser les effets biologiques et physiologiques des HAP atmosphériques sur les végétaux mais également de proposer l’utilisation du potentiel mycorhizien comme indicateur de pollution atmosphérique par les HAP. / Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are persistent organic pollutants potentially mutagenic and carcinogenic. Transfer from the atmosphere to ecosystems, especially to plants, conditioning their entry into food chains, but the terms of this transfer are still poorly understood. The aim of this study was to characterize the transfer and identify the biological effects of atmospheric PAHs on soil-plant-symbiotic microorganisms.An experimental device was designed to recreate in the laboratory air pollution with phenanthrene (PHE) as a model PAH. The device was been validated and a calibration developed in an original way by a dual approach combining the experimental mathematical simulation. The levels of exposure to pollutant (150 mg m־³), controlled by passive samplers, were relevant with field conditions. This device has been used to expose a month of the soil-plant micro-organisms in the PHE through the air.Various studies have demonstrated a transfer of PHE from the atmosphere to all compartments of the microsystem, with a major accumulation to leaves in clover or ryegrass (respectively 170 and 70 µg g ־¹ dry weight) and a phloemic transfer to the roots is suggested. In clover, mycorrhization was not affected, while the number of active nodules decreased significantly. Unlike roots, aboveground biomass of clover was significantly affected (approximately – 25%) by exposure to air PHE, suggesting an impact on the carbon metabolism of the plant. A labelling experiment with ¹³C- CO2 in clover has actually shown a negative impact of PHE air on growth, biomass and carbon allocation.In conclusion, these studies have not only characterized the biological and physiological effects of atmospheric PAHs on plants but also proposed the use of mycorrhizal potential as an indicator of air pollution by PAHs.

No description available.

Protoplast fusion of Lolium perenne and Lotus corniculatus for gene introgression by Sanjeev V. Raikar Lolium perenne is one of the most important forage crops globally and in New Zealand. Lotus corniculatus is a dicotyledonous forage that contains valuable traits such as high levels of condensed tannins, increased digestibility, and high nitrogen fixing abilities. However, conventional breeding between these two forage crops is impossible due to their markedly different taxonomic origin. Protoplast fusion (somatic hybridisation) provides an opportunity for gene introgression between these two species. This thesis describes the somatic hybridisation, the regeneration and the molecular analysis of the putative somatic hybrid plants obtained between L. perenne and L. corniculatus. Callus and cell suspensions of different cultivars of L. perenne were established from immature embryos and plants were regenerated from the callus. Of the 10 cultivars screened, cultivars Bronsyn and Canon had the highest percentage of callus induction at 36% each on 5 mg/L 2,4-D. Removal of the palea and lemma which form the seed coat was found to increase callus induction ability of the embryos. Plant regeneration from the callus was achieved when the callus was plated on LS medium supplemented with plant growth regulators at different concentrations. Variable responses to shoot regeneration was observed between the different cultivars with the cv Kingston having the lowest frequency of shoot formation (12%). Different factors affecting the protoplast isolation of L. perenne were investigated. The highest protoplast yield of 10×106 g-1FW was obtained when cell suspensions were used as the tissue source, with enzyme combination ‘A’ (Cellulase Onozuka RS 2%, Macerozyme R-10 1%, Driselase 0.5%, Pectolyase 0.2%), for 6 h incubation period in 0.6 M mannitol. Development of microcolonies was only achieved when protoplasts were plated on nitrocellulose membrane with a L. perenne feeder layer on PEL medium. All the shoots regenerated from the protoplast-derived calli were albino shoots. The highest protoplast yield (7×106 g-1FW) of L. corniculatus was achieved from cotyledons also with enzyme combination ‘A’ (Cellulase Onozuka RS 2%, Macerozyme R-10 1%, Driselase 0.5%, Pectolyase 0.2%), for 6 h incubation period in 0.6 M mannitol. The highest plating efficiency for L. corniculatus of 1.57 % was achieved when protoplasts were plated on nitrocellulose membrane with a L. perenne feeder layer on PEL medium. The highest frequency of shoot regeneration (46%) was achieved when calli were plated on LS medium with NAA (0.1 mg/L) and BA (0.1 mg/L). Protoplast fusion between L. perenne and L. corniculatus was performed using the asymmetric somatic hybridisation technique using PEG as the fusogen. L. perenne protoplasts were treated with 0.1 mM IOA for 15 min and L. corniculatus protoplasts were treated with UV at 0.15 J/cm2 for 10 min. Various parameters affecting the fusion percentage were investigated. Successful fusions were obtained when the fusions were conducted on a plastic surface with 35% PEG (3350 MW) for 25 min duration, followed by 100 mM calcium chloride treatment for 25 min. A total of 14 putative fusion colonies were recovered. Shoots were regenerated from 8 fusion colonies. Unexpectedly, the regenerated putative hybrid plants resembled L. corniculatus plants. The flow cytometric profile of the putative somatic hybrids resembled that of L. corniculatus. Molecular analysis using SD-AFLP, SCARs and Lolium specific chloroplast microsatellite markers suggest that the putative somatic hybrids could be L. corniculatus escapes from the asymmetric protoplast fusion process. This thesis details a novel Whole Genome Amplification technique for plants using Strand Displacement Amplification technique.

Disputats. Rheinische Friedrick-Wilhelms-Universität, 2001. / Haves kun i elektronisk udg.

Grünland mit hoher Produktivität und Futterqualität bildet die Grundlage der Wiederkäuerernährung. In Grünlandbeständen mit ausbleibender oder geringer Stickstoffdüngung sind Leguminosen unerlässlich für Produktivität und Futterqualität, was auf die Fähigkeit von Leguminosen Luftstickstoff zu binden zurückzuführen ist. Gegenwärtig ist Trifolium repens L. eine der wichtigsten Futterleguminosen im Grünland der gemäßigten Zonen Europas. Es ist allerdings bekannt, dass T. repens eine gute Wasserversorgung benötigt, um einen hohen Ertrag zu erzielen. Verringerte Niederschlagsmengen in der Vegetationsperiode, die unter Klimawandelbedingungen vorausgesagt werden, könnten somit die Ertragsleistung von T. repens verringern. In Zukunft steigt dadurch möglicherweise auch die Bedeutung anderer Futterleguminosen, die besser an trockenere Bedingungen angepasst sind und somit als Alternative für T. repens dienen könnten. Da die Kenntnisse über das agronomische Potenzial solcher möglichen alternativen Leguminosen begrenzt sind, haben wir in dieser Studie fünf vielversprechende und wahrscheinlich besser an Trockenheit angepasste Leguminosen untersucht. Für unsere Versuche haben wir Lotus corniculatus L., L. uliginosus Schkuhr, Medicago lupulina L., M. falcate L. und Onobrychis viciifolia Scop. ausgewählt. In einem ersten Schritt wurde das agronomische Potenzial der Leguminosen im Hinblick auf Etablierung und frühe Ertragsentwicklung mit nicht limitierter Wasserversorgung getestet. Weiterhin wurden der Ertrag und die Ertragsstabilität sowie die Wassernutzung der alternativen Leguminosen bei temporärer Trockenheit untersucht und mit der von T. repens verglichen. Der Einfluss von Trockenstress auf wichtige Futterwert bestimmende Inhaltsstoffe der Leguminosen (Rohprotein, neutrale Detergenzienfasern, saure Detergenzienfasen und wasserlösliche Kohlenhydrate) war überdies Gegenstand der Betrachtungen. Um die oben genannten Parameter zu untersuchen, wurde von 2009 (Einsaatjahr) bis 2011 ein Experiment in Großgefäßen in einer Vegetationshalle durchgeführt. In diesem Versuch wurden alle Leguminosen sowohl in Monokultur als auch in einer praxisüblichen Mischung mit Lolium perenne L. angesät. Im Versuchszeitraum folgten die klimatischen Bedingungen in der Vegetationshalle einem normalen jahreszeitlichen Verlauf, der Frost im Winter und höhere Temperaturen im Sommer umfasste. Der für den Versuch notwendige Trockenstress wurde in drei Aufwüchsen innerhalb von zwei Jahren durch temporären Bewässerungsstopp erzeugt. Dabei wurde im Frühjahr 2010 (April/Mai) ein moderater und im Sommer 2010 (Juli/August) sowie im Frühjahr 2011 (April/Mai) je ein starker Trockenstress induziert. Mit Ausnahme von M. falcata, welches eine verzögerte Anfangsentwicklung zeigte, waren die Keimung und die Etablierung von allen alternativen Leguminosen vergleichbar mit der von T. repens. Die Ertragsleistung von M. lupulina und L. corniculatus in Monokultur war ähnlich hoch wie die von T. repens. In Mischung zeigten beide alternativen Leguminosen zwar Potenzial, aber die Ertragsleistungen waren dennoch geringer als die der T. repens/L. perenne Mischung. In unserem Versuch führte Trockenstress zu verringertem Ertrag und er beeinflusste auch die agronomische Wassernutzungseffizienz (Verhältnis von Ertrag zu Wasserverbrauch). Ausschlaggebend waren dabei die Stärke und die Dauer des Trockenstresses. Besonders starker, aber auch bereits moderater Trockenstress führten bei T. repens zu erheblichen Ertragsverlusten von bis zu 56%. Demgegenüber zeigten vor allem M. lupulina, aber auch L. corniculatus und M. falcata lediglich marginale Ertragsverluste bei moderatem Trockenstress und meist geringere Ertragsverluste als T. repens bei starkem Stress. Die agronomische Wassernutzungseffizienz war bei moderatem Stress verhältnismäßig stabil, wohingegen starker Stress im Vergleich zur Kontrolle meist zu einer geringeren agronomischen Wassernutzungseffizienz führte. Sowohl unter Kontroll- als auch unter Stressbedingungen zeigte speziell M. lupulina in Monokultur eine ähnliche oder sogar eine höhere agronomische Wassernutzugseffizienz als T. repens. Zudem war die agronomische Wassernutzungseffizienz der Mischungen mit M. lupulina, L. corniculatus und M. falcata weniger negativ von starkem Trockenstress betroffen als die Mischung mit T. repens. Dies bestätigte zum einen die Trockenheitsempfindlichkeit von T. repens und zum anderen die bessere Anpassung der alternativen Leguminosen an trockenere Bedingungen. Wir beobachteten, dass eine Änderung in der Stickstofffixierungsleistung der Leguminosen eine gute Erklärungsgröße für Änderungen des Ertrags und der agronomischen Wassernutzungseffizienz darstellt. Hohe Stickstofffixierungsleistung geht dabei meist mit höherem Ertrag und höherer agronomischer Wassernutzungseffizienz einher. Die intrinsische Wassernutzungseffizienz (Verhältnis von assimiliertem CO2 und stomatärer Leitfähigkeit), gemessen als 13C, war ein schlechterer Indikator für die agronomische Wassernutzungseffizienz: Obwohl die intrinsische Wassernutzungseffizienz unter starkem Trockenstress zunahm, sank die agronomische Wassernutzungseffizienz meist ab. Dennoch besitzt die Erhöhung der intrinsischen Wassernutzungseffizienz ein gewisses Potenzial als Anpassung an trockenere Bedingungen Der Trockenstresseffekt auf die Futterqualität war in unserer Studie generell deutlich geringer als der Effekt auf den Ertrag. Besonders moderater Stress hatte wenig Einfluss auf die Futterqualität, während sich die Effekte bei starkem Stress verstärkten. Starker Trockenstress führte meist zu einer Verringerung des Rohprotein- und Fasergehalts (neutrale und saure Detergenzienfasern), wohingegen sich der Gehalt an wasserlöslichen Kohlenhydraten erhöhte. Dies könnte ein Hinweis darauf sein, dass sich die Futterqualität bei Trockenstress sogar verbessert. Nichtsdestotrotz hatten in unserem Versuch die Leguminosenart und die Einsaat als Monokultur oder Mischung einen größeren Einfluss auf die Futterqualität als der Trockenstress. Der Einfluss von Trockenstress auf die Futterqualität ist deshalb bei der Wahl einer geeigneten Futterleguminose weniger von Bedeutung als andere agronomische Eigenschaften. Zusammenfassend ist zu sagen, dass besonders M. lupulina und in geringerem Maße auch L. corniculatus und M. falcata Potenzial als Alternative für T. repens bei Trockenstress zeigen. Nach ausreichender Etablierungszeit entwickeln sich besonders M. lupulina aber auch L. corniculatus und M. falcata stabiler und können sogar höhere Erträge als T. repens bei Trockenstress produzieren. Bezüglich der Futterqualität sind oben genannte alternative Leguminosen ebenfalls vergleichbar mit T. repens.

Comprendre le fonctionnement des écosystèmes est un enjeu crucial, en particulier dans un contexte de changements globaux. Afin de mieux prédire les processus écosystémiques, j’ai testé la précision et les limites des hypothèses du biomass-ratio de Grime (HBMR) et de l’annulation idiosyncratique (HAI), cette dernière étant une hypothèse originale de cette thèse. Pour cela, j’ai appliqué le principe du biomass-ratio aux traits fonctionnels, en employant la méthode des traits agrégés en communauté, pour estimer la réponse globale des espèces en mélange. La décomposition des litières plurispécifiques constitue un bon modèle biologique, pour lequel je me suis posé les questions suivantes : (1) est-ce que l’HBMR prédit bien les taux de décomposition en mélanges plurispécifiques ? ; (2) est-ce que le degré de variabilité de ces taux diminue pour des raisons biologiques avec l’augmentation de la richesse spécifique (RS) des mélanges (HAI) ? ; (3) est-ce que la variabilité des taux entre mélanges diminue quand les conditions abiotiques du site deviennent plus limitantes ? ; (4)considérant que les mélanges plus contrastés fonctionnellement sont susceptibles de développer plus d’interactions, est-ce que la déviation à la prédiction augmente avec la dispersion fonctionnelle des mélanges(« FDis », La liberté & Legendre 2010) ? Cette thèse inclut deux expériences de décomposition en sachets à litières : (1) à Sherbrooke (QC, Canada) avec des microcosmes, impliquant des litières de six espèces d’arbres, décomposant seules et en mélanges et (2) sur trois sites au climat contrasté dans la région de Clermont-Ferrand (France) avec des litières de quatre espèces d’herbacées, décomposant seules et en mélanges. Les résultats montrent des déviations positives et négatives par rapport aux taux prédits, mais l’HBMR décrit bien la réponse moyenne des litières plurispécifiques. Bien que l’HAI ait été rejetée, les résultats montrent une convergence des taux observés vers les taux prédits quand (1) la RS des mélanges augmente, (2)l’échelle spatiale augmente et (3) le climat est plus limitant pour la décomposition. Enfin, malgré des corrélations entre FDis et interactions entre espèces dans les litières, cette relation n’est pas généralisable et l’hypothèse de corrélation positive entre FDis et déviation à l’HBMR a été rejetée. / Understanding ecosystem functioning is a key goal in ecology, especially in the context of global changes. To better predict ecosystem processes, I tested the accuracy and the limits of Grime’s biomass-ratio (BMRH) hypothesis and a novel idiosyncratic annulment (IAH) hypothesis. I applied the biomass-ratio to functional traits, using the community-weighted means (CWM) to estimate the global response of species in mixtures. I studied the decomposition of litter species mixtures as a biological model and asked the following questions : (1) does the BMRH predict well the decomposition rates of mixed species litters ? ; (2) does the degree of variability of these rates decrease with increasing species richness (SR) beyond that expected from purely mathematical causes (IAH) ? ; (3) does the variability of rates between mixtures decrease with less favourable abiotic conditions for decomposition ? ; (4) as more functionally contrasted mixtures are expected to develop more interactions, does the deviation from prediction increase with increasing functional dispersion in mixtures (« FDis », Laliberté & Legendre 2010) ? This study involves two decomposition experiments using litterbags : (1) at Sherbrooke (QC, Canada), in microcosms, involving litters from six tree species, decomposed alone and in mixtures and (2) in three climatically contrasted sites in the region of Clermont-Ferrand (France) with litters from four herbaceous species, decomposed alone and in mixtures. Despite both positive and negative deviations from expectation occurring at all levels of SR, the BMRH well described the average response of mixed species litters. Although I rejected the IAH, the results showed a convergence to the predicted values based on CWM with (1) increasing the SR in mixtures, (2) increasing the spatial scale of the study and (3) a less favourable climate to decomposition. Finally, although there was a correlation between litter interactions and functional divergence, this relationship was not generalizable and I rejected the hypothesis of a positive correlation between FDis and the deviations from BMRH.

Sommaire : Comprendre le fonctionnement des écosystèmes est un enjeu crucial, en particulier dans un contexte de changements globaux. Afin de mieux prédire les processus écosystémiques, j’ai testé la précision et les limites des hypothèses du biomass-ratio de Grime (HBMR) et de l’annulation idiosyncratique (HAI), cette dernière étant une hypothèse originale de cette thèse. Pour cela, j’ai appliqué le principe du biomass-ratio aux traits fonctionnels, en employant la méthode des traits agrégés en communauté, pour estimer la réponse globale des espèces en mélange. La décomposition des litières plurispécifiques constitue un bon modèle biologique, pour lequel je me suis posé les questions suivantes : (1) est-ce que l’HBMR prédit bien les taux de décomposition en mélanges plurispécifiques ? ; (2) est-ce que le degré de variabilité de ces taux diminue pour des raisons biologiques avec l’augmentation de la richesse spécifique (RS) des mélanges (HAI) ? ; (3) est-ce que la variabilité des taux entre mélanges diminue quand les conditions abiotiques du site deviennent plus limitantes ? ; (4) considérant que les mélanges plus contrastés fonctionnellement sont susceptibles de développer plus d’interactions, est-ce que la déviation à la prédiction augmente avec la dispersion fonctionnelle des mélanges (« FDis », Laliberté & Legendre 2010) ? Cette thèse inclut deux expériences de décomposition en sachets à litières : (1) à Sherbrooke (QC, Canada) avec des microcosmes, impliquant des litières de six espèces d’arbres, décomposant seules et en mélanges et (2) sur trois sites au climat contrasté dans la région de Clermont-Ferrand (France) avec des litières de quatre espèces d’herbacées, décomposant seules et en mélanges. Les résultats montrent des déviations positives et négatives par rapport aux taux prédits, mais l’HBMR décrit bien la réponse moyenne des litières plurispécifiques. Bien que l’HAI ait été rejetée, les résultats montrent une convergence des taux observés vers les taux prédits quand (1) la RS des mélanges augmente, (2) l’échelle spatiale augmente et (3) le climat est plus limitant pour la décomposition. Enfin, malgré des corrélations entre FDis et interactions entre espèces dans les litières, cette relation n’est pas généralisable et l’hypothèse de corrélation positive entre FDis et déviation à l’HBMR a été rejetée. // Abstract : Understanding ecosystem functioning is a key goal in ecology, especially in the context of global changes. To better predict ecosystem processes, I tested the accuracy and the limits of Grime’s biomass-ratio (BMRH) hypothesis and a novel idiosyncratic annulment (IAH) hypothesis. I applied the biomass-ratio to functional traits, using the community-weighted means (CWM) to estimate the global response of species in mixtures. I studied the decomposition of litter species mixtures as a biological model and asked the following questions : (1) does the BMRH predict well the decomposition rates of mixed species litters? ; (2) does the degree of variability of these rates decrease with increasing species richness (SR) beyond that expected from purely mathematical causes (IAH)? ; (3) does the variability of rates between mixtures decrease with less favourable abiotic conditions for decomposition? ; (4) as more functionally contrasted mixtures are expected to develop more interactions, does the deviation from prediction increase with increasing functional dispersion in mixtures (« FDis », Laliberté & Legendre 2010)? This study involves two decomposition experiments using litterbags: (1) at Sherbrooke (QC, Canada), in microcosms, involving litters from six tree species, decomposed alone and in mixtures and (2) in three climatically contrasted sites in the region of Clermont-Ferrand (France) with litters from four herbaceous species, decomposed alone and in mixtures. Despite both positive and negative deviations from expectation occurring at all levels of SR, the BMRH well described the average response of mixed species litters. Although I rejected the IAH, the results showed a convergence to the predicted values based on CWM with (1) increasing the SR in mixtures, (2) increasing the spatial scale of the study and (3) a less favourable climate to decomposition. Finally, although there was a correlation between litter interactions and functional divergence, this relationship was not generalizable and I rejected the hypothesis of a positive correlation between FDis and the deviations from BMRH.