Ce travail porte sur la dynamique bactérienne (abondances totale, vivante et active, productions de cellules et de biomasse, activités de dégradation exo-enzymatique) en Manche orientale, depuis une approche écosystémique à l'application d'outils microbiens spécifiques. Il permet de mieux comprendre le rôle des bactéries, jusqu'alors peu étudiées en Manche orientale, dans les flux de matière et d'énergie, particulièrement en période de floraison printanière.<br />Le premier objectif consistait à déterminer la réponse du bactérioplancton à la variabilité spatio-temporelle du milieu, à l'échelle (i) de l'écosystème au cours de deux années consécutives (2003/2004), (ii) saisonnière sur le site de Wimereux et (iii) journalière au cours de suivis Lagrangiens de masse d'eau. Cette étude montre que les années 2003 et 2004 ont été très différentes en termes de fonctionnement trophique du réseau microbien. Par ailleurs, la diversité des paramètres de contrôle de la dynamique bactérienne (température, disponibilité en matières organiques, pression de prédation) conditionne son caractère saisonnier. Sur un cycle journalier, l'application de deux méthodes de mesure de la production a permis une analyse plus précise et plus fine des conditions de croissance bactérienne.<br />Afin d'évaluer le rôle trophique du bactérioplancton, particulièrement lors des blooms massifs de Phaeocystis globosa, les fractions cellulaires viables et actives du pool bactérien, responsables de l'activité mesurée, ont été estimées. Les abondances de ces cellules augmentent significativement en réponse aux matières organiques accumulées pendant et après le bloom phytoplanctonique. Des mesures d'activité exo-enzymatique montrent une dégradation bactérienne significative des matières issues du bloom, et soulignent l'existence d'une étroite relation « trophique » entre bactéries et P. globosa.

Afin de mieux comprendre et évaluer l'impact du changement climatique sur les stocks de carbone organique du sol (COS) et les flux de carbone, et en particulier la respiration hétérotrophe du sol (RS), il est nécessaire d'étudier la sensibilité de la RS à la température. Plusieurs études sur les facteurs contrôlant la dépendance de la RS à la température ont été faites antérieurement et montrent que la sensibilité de la RS à la température diminue avec la température. Ces études ont suggéré que cette diminution de sensibilité de la RS à la température était liée à la modification de la disponibilité en substrat. D'autres études ont suggéré que cette diminution est liée à l'adaptation de la communauté microbienne aux températures élevées. La sensibilité de la RS à la température est plus particulièrement critique dans les régions semi-arides, comme le Nord Ouest de la Tunisie où le stock de COS est faible. Il est nécessaire de connaître l'effet de la disponibilité en substrat sur la sensibilité de la RS à la température. Dans cette étude, les échantillons de sol ont été incubés pendant 28 jours après une période de 28 jours de pré-incubation. Les pré-incubations et incubations ont été réalisées à 20, 30, 40 et 50°C. Pour tester l'effet de la disponibilité en substrat sur la sensibilité de la RS à la température, du glucose a été ajouté au sol au début de la période d'incubation. L'analyse des résultats a montré que les températures élevées de pré-incubation réduisent la sensibilité de la RS à la température d'incubation. L'addition de glucose réduit l'effet de températures élevées de pré-incubation sur la réponse de la RS. Il apparaît ainsi que la diminution de la sensibilité de la RS après un mois de pré-incubation aux fortes températures est due à la diminution de la disponibilité en substrat. Elle semble aussi liée à une diminution de la biomasse microbienne. Puisque, le sol utilisé pour cette étude est un Cambi sol Calco-magnésimorphe, une deuxième expérimentation a été réalisée afin de déterminer la part de CO2 provenant des carbonates et la part de CO2 provenant du COS. Cette étude a été réalisée par des mesures des signatures isotopiques (δ13C) du COS, des carbonates et du CO2 émis. Après 28 jours d'incubation, 23±9% de CO2 provient des carbonates. Cette contribution est faible par rapport à la teneur initiale élevée de C-CaCO3 dans le sol (4,3%) et est indépendante de la température d'incubation. Cette étude a montré que la réduction de la sensibilité de la RS aux fortes températures est surtout liée à une réduction de la disponibilité en substrat organique et de la biomasse microbienne aux fortes températures. / To better understand and assess the impact of climate change on the stocks of soil organic carbon (SOC) and carbon fluxes, and particularly heterotrophic soil respiration (SR), it is necessary to study the sensitivity of SR to temperature. Several studies have been achieved to improve the understanding of factors controlling the temperature dependence of SR and showed that the temperature sensitivity of SR decreases with temperature. These studies suggested that this decrease in temperature sensitivity of SR was related to change in substrate availability. Other studies presented microbial adaptation to warmed conditions. The temperature sensitivity of SR is especially critical in semi-arid regions, such as North West Tunisia, where the SOC stock is low. It is necessary to know the influence of substrate availability on the sensitivity of SR to temperature. In this study, soil samples were incubated for 28 days after a 28-day pre-incubation per iod. Pre-incubation and incubation were carried out at 20, 30, 40 and 50°C. To test the substrate availability effect on the temperature sensitivity of SR, glucose was added to soil at the beginning of the incubation period. Results showed that the highest pre-incubation temperature reduced the temperature sensitivity of SR during the subsequent incubation period. Glucose addition reduced the effect of high pre-incubation temperature on SR response. Thus, it appears that the observed decrease in SR sensitivity to temperature after one month pre-incubation at high temperature was due to a reduce in substrate availability and to a decrease in microbial biomass. Since the soil used in this study is a Calcari-Leptic Cambisol, a second experiment was also performed to determine the amount of CO2 from carbonates and the amount of CO2 from SOC. This study was carried out by measurements of the isotopic signatures (δ13C) of SOC, carbonates and emitted CO2. After 28 days of inc ubation, 23±9% of CO2 came from carbonates. This contribution was low compared to the high initial C-CaCO3 content in soil (4.3%), and it was independent to the incubation temperature. This study showed that reduce in the sensitivity of SR to high temperatures was probably due to a reduction in the substrate availability and to a decrease in microbial biomass.

Le rôle des écosystèmes agricoles - représentant environ 1/3 des terres émergées - dans la régulation du cycle du carbone est une question cruciale posée par la société aux scientifiques. L'étude de la respiration du sol, de ses composantes et de ses mécanismes doit permettre de fixer les bases de la compréhension du fonctionnement carboné du sol puis de l'écosystème agricole en lien avec les questions de réduction des émissions et de stockage de carbone atmosphérique. Les échanges de carbone du sol font d'ailleurs l'objet d'efforts de recherche récents très poussés, tant leur dynamique et leur variabilité sont encore mal connues. Aujourd'hui, il est difficile d'estimer l'efficacité des pratiques expérimentales et aucune méthode n'a encore été reconnue comme référence. La compréhension des sources des émissions et de leurs fluctuations est cruciale pour l'estimation du potentiel de séquestration du carbone par les sols agricoles via l'application de pratiques culturales appropriées. Dans ce contexte, la modélisation s'avère être un outil incontournable pour quantifier les flux (approche empirique) mais aussi pour orienter les recherches vers des domaines où la faible compréhension des mécanismes rend aléatoire l'établissement du bilan carboné (approche mécaniste). La démarche retenue pour ce travail fait appel à la modélisation théorique selon deux approches (empirique et mécaniste) définies pour satisfaire à différents compromis entre précision, généricité et réalité. Le développement de modèles empiriques, sur 5 sites d'étude aux conditions pédoclimatiques différentes, montre l'importance de lier la respiration à plusieurs facteurs abiotiques et biotiques afin d'obtenir des prédictions génériques et robustes. Ainsi, un modèle de respiration hétérotrophe Rh paramétré à l'aide des variables climatiques de température Ts et d'humidité θs s'est avéré convaincant alors que la modélisation de la respiration du sol Rs n'a pu être satisfaisante qu'à condition de prendre en compte un indice de croissance de végétation supplémentaire (GPP). L'approche empirique n'a cependant pas permis d'évaluer correctement les contributions des différentes composantes de Rs. Le modèle semi-mécaniste décrivant finement les processus a été validé sur 3 sites aux conditions pédoclimatiques contrastées et a permis l'estimation des contributions des sources hétérotrophe et autotrophe au sein de la respiration du sol. Ainsi, Rh représente entre 63 % et 66 % de Rs pour une saison de culture de blé d'hiver et entre 52 % et 56 % de Rs pour une saison de culture de blé de printemps. La contribution de la respiration du sol dans le bilan écosystémique est évaluée entre 33% et 43% pour une culture de blé d'hiver et à hauteur de 50 % pour du blé de printemps. Ce modèle, une fois développé pour intégrer différentes pratiques culturales (fertilisation et travail du sol), a aussi permis de démontrer que les dynamiques de stockage/déstockage du carbone du sol et des émissions de CO2 du sol sont davantage conditionnées par l'apport de matières organiques (fumier, résidus de cultures) que par le travail du sol lui-même.

La croissance hétérotrophe de l’hypocotyle est une étape clé pour la réussite de la levée. La présente étude est focalisée sur le déterminisme génétique de l’allongement de cet organe à l’obscurité chez Medicago truncatula en analysant le nombre et la longueur des cellules de l’épiderme, tissu gouvernant l’allongement des organes. Une grande variabilité génétique du nombre de cellules a été révélée dans les graines de 15 génotypes représentatifs de la diversité génétique de l’espèce. La stabilité de ce caractère dans des graines provenant de différentes productions suggère qu’il est sous contrôle génétique fort. Il a été montré que ce nombre de cellules, préétabli dans les graines, est le principal déterminant de la variation génotypique de la longueur de hypocotyle en conditions optimales de croissance. Par contre, l'élongation cellulaire devient le déterminant majeur des différences génotypiques observées sous stress abiotiques (basse température, déficit hydrique).Des loci contrôlant le nombre de cellules de l’épiderme et leur longueur maximale à basse température ont ensuite été identifiés dans une population de lignées recombinantes. Ceux ayant un impact sur l’élongation de l’hypocotyle à basse température ont été mis en évidence. Enfin, deux génotypes présentant un nombre de cellules similaire mais des capacités d’allongement cellulaire contrastées ont été plus finement comparés. Des protéines ayant un rôle dans la formation et l’organisation du cytosquelette et dans la modification des parois cellulaires ont été révélées en lien avec les différences d’allongeme / The heterotrophic growth of hypocotyl is a crucial process for successful seedling emergence. The present study is focused on the genetic determinism of its elongation in darkness in Medicago truncatula by analyzing the number and the length of cells of epidermis, the tissue controlling organ elongation.A large genetic variability of the epidermal cell number of the hypocotyl in seeds of 15 genotypes representative of the genetic diversity of the species was revealed. The stability of this trait in the seeds collected from different productions suggests it is under strong genetic control. This cell number was shown to be the main contributor of genotypic variation of hypocotyl length in optimal conditions. On the other hand, cell elongation becomes the major determinant of the genotypic differences observed under abiotic stresses (low temperature, water deficit).Quantitative Trait Loci (QTLs) controlling the number of epidermal cells and their maximal length at low temperature were then identified using a recombinant inbred lines population, and those impacting hypocotyl elongation at low temperature were highlighted.Finally, two genotypes sharing a similar cell number but contrasted capacities of cell elongation were compared more in detail. Proteins playing a role in the formation and organization of cytoskeleton and in the modification of the cell wall were revealed in connection with the differences in cellular elongation between genotypes. Moreover, differences in the cell wall sugar composition, in the degree of methylation of pectins and in a potential inhibito

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.