Il est important de quantifier la réponse des stocks de carbone (C) du sol à l’application d’effluents d’élevage pour des enjeux agronomiques et environnementaux. Les objectifs de cette thèse étaient de : 1/ Mesurer la réponse des stocks de C du sol à l’application d’effluents d’élevage à partir d’études individuelles du monde entier et d’évaluer l’impact de différents facteurs (climat, propriétés du sol, utilisation des terres, caractéristiques de l’effluent) sur cette réponse; 2/ Évaluer l’influence du type de travail du sol et du système de culture sur la réponse des stocks de C après l’application de lisier; 3/ Déterminer l’impact à long terme de l’application de lisier sur le stock de C du sol et sur des formes de C de différents degrés de protection. Les résultats de la méta-analyse (chapitre 1) montrent qu’en moyenne à l’échelle globale, l’application d’effluents d’élevage mène à des stocks de C du sol plus élevés comparativement à la fertilisation minérale ou à un témoin non amendé. L’amplitude de la réponse du stock du C du sol à l’application d’effluents dépend principalement de la quantité de C apportée par l’effluent. Le climat a également influencé la réponse du stock de C mais son effet pourrait être confondu avec celui de la quantité totale de C apportée par l’effluent. À une échelle plus locale, 15 et 21 années d’application de lisier de bovins ont mené à des stocks de C plus élevés comparativement à un témoin non amendé (chapitre 3) ou à la fertilisation minérale (chapitres 2 et 3). Pour les deux sites, l’effet du lisier était limité à la surface du sol (20 et 30 premiers centimètres). Sur le site de Normandin (QC), la réponse du C du sol à l’application de lisier était différente selon la séquence de cultures avec une réponse plus forte pour la rotation à base de plantes pérennes que pour la monoculture de céréales. Sur le site d’Agassiz (CB), l’amplitude de la réponse du C du sol à l’application du lisier dépendait de la quantité de C apportée et cette réponse était atténuée lorsque cette application était combinée avec celle de la fertilisation minérale. De plus, l’application de lisier sur ce site a favorisé l’incorporation de C dans des fractions de matière organique relativement protégées. / For both agronomic and environmental purposes, it is important to quantify the response of soil organic carbon (SOC) stocks to animal manure application. The objectives of this PhD thesis were : 1/ To quantify the response of SOC stocks to manure application from a large worldwide pool of individual studies, and to assess the impact of explanatory factors such as climate, soil properties, land use and manure characteristics; 2/ To determine the influence of tillage and cropping systems on the response of SOC stocks to the application of liquid dairy manure (LDM); 3/ To determine the impact of LDM on SOC stocks in the whole soil and specific physical fractions corresponding to different levels of protection. The meta-analysis (chapter 1) suggests that overall, at the global scale, animal manure application results in significantly larger SOC stocks compared to mineral fertilization or unamended control. The magnitude of SOC stock response to manure application depends mainly on the cumulative manure-C input. Climate also influenced the SOC stock response but its effect could not be decoupled from that of manure-C input. At a local scale, 15 and 21 years of LDM application resulted in significantly higher SOC stocks compared to an unamended control (chapter 3) or mineral fertilization (chapters 2 and 3). For both sites, the LDM effect was limited to the topsoil (down to 20- or 30-cm). In Normandin (QC), the magnitude of the SOC stock response to LDM was dependent on crop sequence, with a much greater effect of LDM application in SOC stocks in the perennial-based rotation than in the cereal monoculture (chapter 2). In Agassiz (BC), the magnitude of the SOC stock response was dependent on manure C input and this response seemed to be smaller with the combined application of LDM and mineral fertilization (chapter 3). In addition, LDM application favoured the incorporation of C in relatively protected fractions of organic matter.

La domestication du sureau du Canada pour la production de ses petits fruits stimule, depuis quelques années, l'étude des principaux facteurs de régie de culture de cet arbuste. Ce mémoire présente une étude de l'impact de la pollinisation assistée sur la mise à fruit du sureau du Canada (Sambucus nigra ssp. canadensis (L.) R. Bolli). Des études exploratoires sur la floraison ont d'abord été réalisées avant d'entreprendre des essais sur les limitations potentielles de la mise à fruit par la pollinisation. Suite à la caractérisation de la période de floraison et à la mise au point d'un test de viabilité du pollen, l'influence de la quantité et de la source du pollen a été étudié à l'aide d'une technique de pollinisation assistée. Des expériences au champ ainsi qu'en serre ont permis de vérifier l'effet positif d'un apport supplémentaire de pollen chez des plants indigènes et ont également démontré des phénomènes d'incompatibilité partielle chez des plants indigènes et chez certains cultivars.

Tout au long de sa maturation, l'ovocyte entouré de cumulus baigne dans un liquide appelé liqueur folliculaire. Cette substance est composée de sécrétion des cellules folliculaires, de l'ovocyte et de protéines provenant du sérum. Le but de cette étude est d'identifier des protéines contenues dans la liqueur folliculaire qui serviraient de marqueurs de la qualité des ovules bovins. Pour ce faire, nous avons utilisé cinq groupes de follicules bovins et produit des gels de protéines pour voir la composition protéique de leur liqueur folliculaire. En parallèle, nous avons utilisé les cellules de granulosa des mêmes follicules pour examiner l'expression de gènes codant pour des protéines pouvant se retrouver dans la liqueur folliculaire. Des protéines et des gènes qui ayant un potentiel pour être de bons marqueurs de qualité ont été identifié. Ainsi, ces marqueurs pourront servir à l'amélioration de la fécondation in vitro tant au niveau du choix de l'ovule que du milieu de maturation.

L'utilisation de substrats composés de sous produits peut être envisagée par les producteurs serricoles pour diminuer leurs impacts environnementaux et favoriser un développement durable de l'industrie. Pour la culture de la tomate, des mélanges de sciures et de tourbe ont démontré leur potentiel, mais ces substrats sont sujets à une accumulation problématique de sels en cours de culture. Cette étude vise l'obtention d'une meilleure compréhension des phénomènes liés aux mouvements de sels dans les substrats de culture. Un essai de culture en serre de la tomate a été réalisé pour effectuer un suivi de la salinité dans différents substrats et des expériences de lessivage en laboratoire ont été faits pour déterminer la proportion d'eau immobile qu'ils contiennent. Sans que les rendements n'en soient affectés, des salinités élevées et une proportion d'eau immobile importante liée à la présence de substances humiques ont été observées dans des mélanges de sciures et tourbe.

La culture de canneberges, étant intensément drainée souterrainement, peut accélérer le transport des particules fines dans le sol. Ce projet vise à évaluer la migration des particules fines dans les sols de canneberges. Cette expérience a été mise en place sur 3 sites (A, B, C) de production au Québec. Un traceur physique inerte, l'oxyde de zirconium (ZrO2), a été appliqué sur des parcelles de 25 x 25 cm au début de l'été 2014. Les parcelles étaient munies de puits d'observation de la nappe et de tensiomètres (TX3) positionnés sur le drain, au quart de l'écartement et à demi-écartement, à 10 et à 20 cm de profondeur. De plus, deux puits d'observation de la nappe supplémentaires par site ont été installés dans le milieu naturel à côté du champ. Des colonnes de sol de 60 cm de long et de 6 cm de diamètre ont été échantillonnées sur chacun des sites en août 2014 (T1) et juillet 2015 (T2), pour un total de 18 colonnes. Celles-ci ont été coupées et séchées en segments de 2 cm d'épaisseur, donnant ainsi 30 échantillons de sol par colonne. La concentration de ZrO2 a été mesurée par spectromètre de fluorescence rayon-X (EDXRF). La granulométrie a aussi été mesurée sur les mêmes segments afin d'identifier des zones d'accumulation de particules fines. Les résultats obtenus par EDXRF ont montré une migration de ZrO2 sur toutes les colonnes à 10 cm de profondeur au T1, soit la profondeur racinaire de la canneberge. Cependant au T2, les colonnes du site C ont montré une migration entre 15 à 30 cm de profondeur. Le site A et B sont plus susceptibles au problème de colmatage que le site C.

La lutte aux maladies des cultures est une bataille de tous les instants. Au cours du XXe siècle, l’essor de l’industrie chimique a mené à la création de nombreux produits phytosanitaires d’une grande efficacité qui a permis d’accroître de manière substantielle la productivité des cultures. Aujourd’hui, l’utilisation intensive de certains de ces produits est reconnue comme entrainant de fâcheuses conséquences sur la santé humaine ou celle des écosystèmes. À la suite de cette prise de conscience, plusieurs initiatives visant à réduire la dépendance des systèmes agricoles aux pesticides les plus nocifs ont vu le jour. Une des approches préconisées, celle de la lutte biologique, consiste à tirer profit de l’antagonisme naturel qui caractérise la relation qu’entretiennent certains organismes entre eux. La découverte de l’agent de lutte biologique (ALB) Pseudozyma flocculosa et les efforts de recherche qui en ont découlé s’inscrivent directement dans cette mouvance. Depuis 1987, les découvertes concernant ce champignon n’ont cessé d’étonner et d’entretenir de grands espoirs quant à l’élaboration d’un biofongicide efficace et écologique pour la lutte contre la maladie du blanc (oïdium) qui affecte plusieurs espèces végétales. La présente thèse constitue la somme des découvertes les plus récentes concernant P. flocculosa. En effet, l’avènement des technologies de séquençage a créé de nouvelles opportunités de recherche qui ont mené à de nombreuses découvertes d’une importance capitale. D’une part, il a été possible de caractériser avec précision la batterie de gènes associée à la synthèse de la flocculosine. Pour ce faire, l’utilisation d’un système d’expression hétérologue basé sur la transformation génétique de l’espèce Ustilago maydis a été nécessaire pour déterminer la fonction de certains gènes. D’autre part, une analyse comparative en profondeur du génome de l’ALB et de ceux d’Ustilaginales apparentées a permis de mieux comprendre l’évolution de l’organisme tout en générant un ensemble d’informations de haute qualité et de grande valeur. Le développement de nouvelles approches basées sur la biologie d’organismes bénéfiques demande beaucoup d’efforts. Cependant, les retombées potentielles associées à la réduction de l’utilisation de produits nocifs pour l’environnement et la santé humaine dépassent bien souvent les investissements qui y sont consacrés. / Controlling pests is an important part of crop cultivation. The rise of the chemical industry during the XXth century led to the design of efficient molecules for the control of plant diseases that prompted a substantial increase in crop productivity. However, the intensive use of pesticides in agricultural systems quickly raised doubts about sustainablility. In response to those concerns, many initiatives were put in place to reduce the reliance of farmers on synthetic pesticides. Biological control, one of these initiatives, is about favoring the growth and the dispersal of natural antagonists in agricultural systems to fight plant diseases as ecological alternatives to pesticides. The discovery and characterization of the biocontrol agent Pseudozyma flocculosa was part of this trend. Since 1987, the discoveries regarding the biology of the fungus never ceased to amaze, maintaining hopes for the development of an efficicent biofongicide to control powdery mildews in many crops. This thesis presents the most recent work that was accomplished to reveal the most interesting properties associated with the biology of the biocontrol agent. Much of this work was made possible, or at least facilitated, by the access to emerging and powerful DNA sequencing and bioinformatics tools that created opportunities to answer pending questions in new ways. First, we characterized with precision the function and structure of the flocculosin gene cluster. Using the genomic sequences of P. flocculosa, we localized a putative gene cluster for flocculosin and caraterized the function of the most ambiguous genes using Ustilago maydis as a heterologous expression system. Second, we conducted an in-depth comparative analysis of P. flocculosa genome with those of other Ustilaginales species. This work shed a new light on the evolution of the species and that generated a data set of high quality that will be available for future projects. The development of novel alternatives to pesticides based on the biology of beneficial organisms requires time and effort. However, the beneficial impact associated with a reduction in pesticide use often exceeds the investments that lead to such a positive outcome.

Ce travail avait pour but d’étudier le fractionnement par nanofiltration (NF) des peptides contenus dans un hydrolysat trypsique de β-lactoglobuline (β-LG), d’une part en déterminant comment le fractionnement des peptides de l’hydrolysat enzymatique total est influencé par les phénomènes de polarisation de concentration et de colmatage et, d’autre part, en vérifiant s’il est possible d’accentuer le fractionnement de ces peptides par l’application d’un champ électrique en cours de filtration, procédé appelé électrofiltration (EF). Les résultats ont montré que le phénomène de polarisation des peptides peut être utilisé favorablement afin d’augmenter la transmission sélective des peptides cationiques (pI basique) dans le perméat durant la NF d’un hydrolysat trypsique de β-LG à pH basique. Dans ces conditions, la résistance hydraulique associée au colmatage des membranes est généralement restreinte. Cependant, bien que limité, le phénomène de colmatage par les peptides trypsiques de β-LG modifie les propriétés de rétention stérique et électrostatiques d’une membrane. Les interactions peptides-membrane et la nature des peptides conduisant au colmatage varient en fonction du pH. Certaines séquences spécifiques semblent jouer un rôle prépondérant dans le processus de colmatage des membranes. Quant au module expérimental d’EF développé dans le cadre de ce travail, celui-ci a permis d’augmenter de façon importante la séparation des peptides cationiques, comparativement à la NF conventionnelle. / The purpose of this work was to study the peptide fractionation of a tryptic β-lactoglobulin (β-LG) hydrolysate using nanofiltration (NF). More specifically this thesis aimed at determining how the fractionation process was influenced by concentration polarization and fouling, and next, to show if it was possible to increase peptide fractionation by applying an electric field during NF, a process called electrofiltration (EF). The results showed that the polarization of peptides can be used favorably to increase the selective transmission of cationic peptides (basic pI) in the permeate during NF of the tryptic β-LG hydrolysate at basic pH. Under these conditions, the hydraulic resistance associated with fouling of the NF membrane is generally restricted. However, although limited, fouling by tryptic β-LG peptides modify both the sieving and electrostatic properties of the membrane. Peptide-membrane interactions and the nature of interacting peptides vary according to the pH. In this regard, some specific peptides seem to be prevailing in the membrane fouling process. Regarding EF, the purpose-built module developped during this work allowed to increase the separation of cationic peptides, as compared to conventional NF.

Deux études ont été initiées dans le but d’évaluer les effets du type de fourrages et du rapport fourrage : concentrés sur la synthèse ruminale de vitamines B. Dans un premier essai, huit vaches Holstein ont été alimentées avec une ration contenant de l’ensilage de luzerne ou de l’ensilage de dactyle comme unique fourrage. Dans un deuxième essai, quatorze vaches Holstein ont été alimentées avec une ration à faible taux de fourrages (44.8%) ou à fort taux de fourrages (64.1%). Utiliser le dactyle comme unique fourrage a augmenté les synthèses ruminales de thiamine, riboflavine, niacine et vitamine B6, mais n’a eu aucun effet sur celle de vitamine B12. Utiliser une ration à bas taux de fourrages a augmenté la synthèse ruminale de thiamine et de niacine, mais a réduit celle de la vitamine B12 tout en diminuant la dégradation ruminale de la vitamine B6. Cette étude est une étape vers l’identification de rations qui nécessiteront une éventuelle supplémentation afin d’optimiser la production laitière. / B-vitamins are synthesized by rumen microflora but knowledge on factors affecting this synthesis is very scarce. Two studies were conducted to determine the effects of dietary factors such as family forage or forage-to-concentrate ratio on B-vitamin ruminal syntheses. In study 1, eight Holstein cows were fed with diets containing either alfalfa or orchardgrass silages as sole forage. In study 2, fourteen Holstein cows were fed low-forage (44.8% forage) or high-forage (64.1% forage) diets. Apparent ruminal synthesis of thiamin, riboflavin, niacin and vitamin B6 were greater with orchardgrass silage than with alfalfa silage. Using a low-forage diet increased ruminal syntheses of thiamin, riboflavin and niacin, reduced vitamin B6 degradation, but decreased ruminal synthesis of vitamin B12. These studies are a step towards identification of diets that may require B-vitamin supplementation to optimize milk production of dairy cows.

Clostridium difficile est le microorganisme le plus fréquemment identifié dans les pathologies entériques pour des patients souffrants de coliques pseudomembraneuses et de diarrhées associées aux antibiotiques. Les drogues les plus communément utilisées pour traiter les maladies associées à C. difficile sont limitées au métronidazole et à la vancomycine puisque de nombreuses souches isolées cliniquement de C. difficile sont résistantes à de nombreux antibiotiques couramment utilisés pour traiter des infections à bactéries Gram positif. La recherche de nouveaux traitements pour limiter l’incidence de C. difficile demeure une urgence pour le secteur de la santé. L’usage de probiotiques, particulièrement de bactéries lactiques métaboliquement actives, a récemment été proposé à la communauté médicale comme une alternative. Dans ce contexte, le but de cette étude est d’évaluer la capacité de la bactérie lactique Lactococcus lactis UL719 et la nisine à inhiber C. difficile dans les conditions intestinales. Dans un premier temps, l’activité antibactérienne de la nisine contre des souches cliniques de C. difficile a montré que la nisine était active à des concentrations minimales d’inhibition comprises entre 0,8 et 51,2 µg/mL dépendamment des souches. De plus, la nisine est capable d’inhiber la germination des spores de C. difficile. Suite à ces résultats, la survie de la souche productrice de nisine, L. lactis UL719 et la stabilité physicochimique de la nisine ont été évaluées à l’aide d’un simulateur du tractus gastro-intestinal. Les résultats ont démontré la capacité de la souche productrice de nisine à survivre au tractus gastro-intestinal avec un taux de survie de 0,5 % et, malgré les conditions de stress gastro-intestinal, à garder la capacité à produire sa bactériocine. Par contre, la nisine seule perdait son activité antimicrobienne suite à son passage dans le duodénum. Finalement, quand l’activité antimicrobienne a été évaluée dans un modèle in vitro de fermentation colique simulant les conditions physiologiques intestinales, L. lactis UL719 n’a pas d’effet sur C. difficile mais la nisine a montré une inhibition totale de ce pathogène. Il a aussi été observé que la nisine avait un léger effet inhibant sur la population bactérienne à Gram-positif dans le modèle colique in vitro humain mais l’effet est temporaire. / Clostridium difficile is the most frequently identified enteric pathogen in patients with nosocomial antibiotic-associated diarrhea and pseudomembranous colitis. The most common drugs used to treat diseases associated with C. difficile are limited to metronidazole and vancomycin since most clinically isolated C. difficile strains are resistant to many antibiotics currently used to treat Gram-positive bacterial infections. The search for new treatments to limit the impact of C. difficile becomes an urgent need for the health sector. The use of probiotics, particularly metabolically active lactic acid bacteria, was recently proposed as an alternative for the medical community. In this context, the aim of the study was to investigate the capacity of the lactic acid bacteria Lactococcus lactis UL719 and nisin to inhibit C. difficile in intestinal conditions. First, the antibacterial activity of nisin against clinical strains of C. difficile showed that it was active with minimum inhibitory concentrations between 0.8 and 51.2 µg/mL, depending on the strains. In addition, nisin was able to inhibit spore germination of C. difficile. Given these results, the survival of the nisin-producing strain, L. lactis UL719 and the physicochemical stability of nisin were evaluated using a simulator of the gastrointestinal tract. The results demonstrated the ability of the nisin producing strain to survive the gastrointestinal tract with a 0.5 % survival rate and, despite the conditions of gastrointestinal stress, to keep its ability to produce the bacteriocin. However, the nisin alone lost its antimicrobial activity after its passage through the duodenum. Finally, when the antimicrobial activity was evaluated in an in vitro model of colic fermentation simulating physiological intestinal conditions, L. lactis UL719 had no effect on C. difficile, but nisin showed a complete inhibition of this pathogen. It was also observed that nisin had a slight inhibitory effect on the Gram-positive bacterial population in the in vitro human colic model, but the effect was temporary.

L'obésité et les maladies métaboliques telles que le diabète de type 2 sont associées à une inflammation chronique de faible intensité. Plusieurs études ont démontré qu’un régime riche en gras induit une modification de la composition du microbiote intestinal ainsi qu'une augmentation de la concentration en lipopolysacharides (LPS) dans la circulation sanguine. Ces LPS sont considérés comme étant le facteur déclencheur d'une inflammation chronique induisant un ensemble de désordres métaboliques. Selon des études récentes, les probiotiques contribueraient à la prévention de ces maladies métaboliques en réduisant l'inflammation provoquée par les LPS. Toutefois, ce processus inflammatoire est complexe et seules quelques pistes sont évoquées à ce jour. Ce mémoire a pour but 1) d'identifier et de caractériser de nouvelles souches probiotiques appartenant aux genres Lactobacillus, Propionibacterium et Bifidobacterium isolées à partir du fromage, du lait cru et de fèces de bébé et d'adultes et 2) d'étudier in vitro l'activité anti-inflammatoire des bactéries tuées par la chaleur et du surnageant de culture de chacune de ces souches en utilisant le modèle de macrophage murin J774.1. L'effet anti-inflammatoire de ces extraits bactériens a été évalué en mesurant la production d'oxide nitrique (NO) et des cytokines pro-inflammatoires (TNF-α et IL-6) et anti-inflammatoire (IL-10) en absence et en présence de LPS d'Escherichia coli serotype O55:B5. Parmi les cinquante-deux souches testées, trois souches de Lactobacillus, deux souches de Bifidobacterium et une souche de Propionibacterium ont démontré des effets anti-inflammatoires en réduisant la production de NO et d'IL-6 et en stimulant la production d'IL-10 en condition basale et en présence de LPS. Ces souches feront prochainement l’objet d’une étude in vivo chez des souris obèses insulino-résistantes pour confirmer leurs profils anti-inflammatoires. / Obesity and related metabolic diseases such as type 2 diabetes are associated with chronic low-grade inflammation. Several studies have shown that a high-fat diet induces a change in the composition of the intestinal microbiota and an increase in lipopolysaccharides (LPS) serum levels. LPS are considered as the trigger for chronic inflammation inducing a set of metabolic disorders. According to recent studies, probiotics contribute to the prevention of metabolic diseases by reducing inflammation caused by LPS. However, the inflammatory process is complex and only a few tracks are discussed. This study aims to 1) identify and characterize new probiotic strains of Lactobacillus, Propionibacterium and Bifidobacterium isolated from cheese, raw milk and feces of infants and adults and 2) to study in vitro the anti-inflammatory activity of heat-killed bacteria and the conditioned media of each of these strains using the murine macrophage cell line J774.1. The anti-inflammatory effect of these bacterial extracts was evaluated by measuring the production of nitric oxide (NO), the pro-inflammatory cytokines (TNF-α and IL-6) and the anti-inflammatory cytokine (IL-10) in the absence and presence of LPS from Escherichia coli serotype O55:B5. Among the fifty two strains tested, three Lactobacillus, two Bifidobacterium and one Propionibacterium showed anti-inflammatory effects by reducing the production of NO and IL-6 and stimulating the production of IL-10 in basal condition and in presence of LPS. These strains will be used in an in vivo study in obese insulin resistant mice to confirm their anti-inflammatory profiles.