This study investigated the natural durability of 8 and 60 year old Eucalyptus bosistoana (coast grey box). The sample’s heartwood compounds were extracted with an optimised extraction process and then incorporated into agar. Trametes versicolor (white rot) and Gloeophyllum trabeum (brown rot) fungi were grown upon these agars and their growth rate was used to assess the fungicidal abilities of the extracts. The extraction method of cell wall compounds was optimised. An Accelerated Solvent Extraction system (ASE) was used with the following settings: • 2 cycles per sample • 70°C extraction temperature • 50% rinse • 5 minute static time Ethanol was found to extract the compounds of the highest fungicidal activity. Ethanol was found to extract similar amounts to water (~13% of dry weight for a 60 year old sample), however analysis of both water and ethanol extracts with a FTIR spectrometer, found that they were of different chemical composition. A difference in fungicidal activity of extracts was found between the 8 year old and 60 year old samples. There was a large difference in the percentage of extracts present between the samples as well as the type of compounds present, shown by FTIR.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(農学) / 甲第21277号 / 農博第2293号 / 新制||農||1062(附属図書館) / 学位論文||H30||N5141(農学部図書室) / 京都大学大学院農学研究科森林科学専攻 / (主査)教授 杉山 淳司, 教授 吉村 剛, 教授 渡邊 隆司, 教授 高妻 洋成 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DFAM

White and brown-rot fungi damage wood by production of enzymes that attack the structural components. The objective of this study was to characterize decay related genes and proteins that are expressed on three different wood types undergoing decay over 18 months. Variation in gene expression, presence of decay enzymes and proteins were determined for untreated pine (non-resistant), western red cedar (naturally durable), and alkaline copper quaternary (ACQ) treated pine (chemically resistant) exposed in a soil decay bed test. Decay was assessed by visual decay ratings, dynamic modulus of elasticity (MOE), and microscopy. There were no significant differences in decay between cedar and ACQ-treated pine over the 18 month period. However, there were significant differences in decay between pine and cedar and between pine and ACQtreated pine. The fungal mycelia penetrated the cell walls of pine and were continually observed over 18 months, but were not observed in cedar or ACQ-treated pine. Basidiomycetes containing decay genes lignin peroxidase (Lip), manganese peroxidase (Mnp), and laccase (Lcc) were detected on pine and ACQ-treated pine which also a greater diversity of fungi had compared to cedar. Phlebia radiata specific-lignin peroxidase and manganese peroxidase genes were expressed approximately equally on pine and ACQ-treated pine at most sampling times. The expression of P. radiata specific Lcc was higher on ACQ-treated pine than untreated pine. No basidiomycete genes were expressed and only a few basidiomycetes were identified on cedar, which also showed little decay. ACQ-treated pine also showed little decay, however basidiomycetes were present and active. Proteins were first detected on pine and ACQ-treated pine at 6 months and continued to increase through 18 months, but were not detected on cedar until 14 months exposure. There were greater numbers of total proteins on pine than on cedar and ACQ-treated pine at each time period. Decay genes were only found on pine but not on cedar and ACQ-treated pine. Additionally, the types of proteins and their score were different among the three wood types. From these results, the natural durability of cedar reduced the wood decay community and its activities. It appears that ACQ-treated wood did not stop the production of the decay enzymes but the chemical treatment did inhibit the effectiveness of the wood decay genes.

L'Angélique (Dicorynia guianensis Amsh.) est une espèce forestière de Guyane très exploitée pour son bois mais ce dernier est connu pour présenter une durabilité naturelle variable, dont les conséquences peuvent être très lourdes pour l'utilisateur. Dans le cadre de cette thèse nous avons souhaité comprendre l'origine de la durabilité naturelle du duramen se l'Angélique afin d'appréhender sa variabilité pour mieux la prédire. Dans un premier temps, nous avons mis en oeuvre une stratégie d'échantillonnage basée sur l'étude architecturale de l'arbre pour appréhender la variabilité de la durabilité naturelle, ce qui a été confirmé par les essais biologiques réalisés. Nous avons par la suite évalué l'influence de potentiels facteurs mesurés dans le bois sur la durabilité naturelle. A ce titre, le rôle des extractibles a été évalué par des approches métaboliques ciblées et non ciblées, couplées à une stratégie de déréplication. La lignine et l'infradensité ont également été retenues comme facteurs de durabilité naturelle de l'Angélique. Enfin, ses caractéristiques propres à l'ontogénie se l'arbre ont été pris en compte et les résultats mettent en lumière l'importance du stade de développement de l'arbre ainsi que son environnement. Enfin, nous avons proposé ses outils spectroscopiques (moyen et proche infrarouge) simples, rapides et fiables pour prédire la durabilité naturelle. Ces résultats sont encourageants et suggèrent leur utilisation potentielle pour la filière bois pour prédire la durabilité naturelle du bois de l'Angélique. / Angélique (Dicorynia guianensis Amsh.) is a tree species in French Guiana that is heavily exploited for its wood, but it is known to have variable natural durability, which can be of severe consequences for the user. In this thesis we wanted to understand the origin of the natural durability of Angelique heartwood in order to understand its variability, to beter predict it. This multidisciplinary work combines wood sciences, natural products chemistry and microbiology. First, we implemented a sampling strategy based on the architectural profile of tree individuals to understand the variability of natural durabilityn which was confirmed by biological assays. We then assessed the influence of potential natural durability factors that we measured in the wood samples. As such, the role of metabolies was investigated using targeted and untargeted metabolomics, coupled with a dereplication strategy. Lignin and infradensity have also been tested as factors of durability for Angelique heartwood. Finally, factors that are related to tree ontogeny have been taken into account and the results highlight the importance of the stage development and the environment of tree individuals. Lastly, we have proposez esasy, fast and reliable spectroscopie tools (medium and near infrared) to predict the nartural durability. These results are encouraging and suggest their potential use by the timber industry to predict durability of Angélique heartwood.

Pour l’identification et l’accès aux métabolites secondaires du bois de Douglas, les optimisations des conditions d’extractions ont été réalisées dans différents solvants. L’identification de composés par LC-MS/MS a été privilégiée. L’analyse en LC-ESI-MS/MS des extraits de bois issus des trois zones a été effectuée afin d’identifier les différents groupesde métabolites présents dans chaque zone. Une cinquantaine de métabolites a été identifié. Les groupes de métabolites les plus représentatifs sont les polyphénols et les terpènes qui sont réputés avoir des propriétés antioxydantes, antifongiques à l’origine de la durabilité naturelle du bois. Dans un deuxième temps la quantification relative de métabolites d’intérêt a été réalisée à partir d’échantillon de bois prélevés aux 4 saisons de l’année. Les résultats ont montré que le duramen était la zone la plus riche en métabolites quelque soit la saison. Cependant, la quantité de chaque métabolite varie différemment en fonction des saisons. Pour une majorité de composés quantifiés, le printemps et l’été sont les saisons au cours desquelles le bois accumulait une grande quantité de métabolites. Ces résultats confirment que leduramen est la zone la plus riche en métabolites protecteurs. Ces informations peuvent être utiles pour la sélection des lignées les plus résistantes et l’amélioration de la durabilité naturelle du bois. / For the identification and access to secondary metabolites of Douglas-fir, the optimization of the extraction conditions was carried out in different solvents. The identification of compounds by LC-MS / MS was favored. LC-ESI-MS / MS analysis of thewood extracts from the three zones was carried out to identify the different groups of metabolites present in each zone. About fifty metabolites have been identified. The most representative groups of metabolites are polyphenols and terpenes, which are said to have antioxidant, antifungal properties that are at origin of the natural durability of wood. In a second step, the relative quantification of metabolites of interest was carried out using wood samples taken during the 4 seasons of the year. The results showed that duramen was the richest metabolite area in any season. However, the amount of each metabolite varies differently depending on the season. For a majority of quantified compounds, spring and summer are the seasons in which wood accumulates a large amount of metabolites. These results confirm that the duramen is the area richest in protective metabolites. This information can be useful for selecting the most resistant lines and improving the natural durability of wood.

La durabilité du bois de teck (Tectona grandis) est une propriété pouvant varier selon le génotype et les facteurs environnementaux. Chez le teck, le degré d'implication des extractibles dans la durabilité naturelle est controversé. A partir d'une approche quantitative incluant les aspects biologiques et technologiques conduites sur des échantillons de bois séchés à l'air ambiant, cette thèse s'est attachée à rechercher les déterminants chimiques de nature phénolique de la durabilité naturelle. Nous avons tout d'abord mis en évidence que les formes osidiques stockées dans l'aubier sont transformées en extractibles de nature quinonique. Nous avons ainsi caractérisé deux composés, l'un dans l'aubier le forsythoside B, un trisaccharide de l'acide caféique et l'autre dans le duramen, le 4',5'-dihydroxy-épiisocatalponol qui ont été identifiés pour la première fois dans le bois de teck. Nous avons mis en évidence que le second composé inhibe la croissance de Trametes versicolor indiquant son rôle directe dans la propriété de durabilité naturelle du bois de teck. Ainsi, les composés du métabolisme des naphthoquinones sont les plus impliqués dans la durabilité naturelle du bois de teck à l'égard de Trametes versicolor et de Poria placenta. Les mécanismes de transformation des sucres pourraient indiquer le niveau de durabilité naturelle des espèces. Ces nouvelles données contribueront aussi à l'amélioration de la qualité du bois qui par ailleurs assure la pérennité des arbres. / Teak (Tectona grandis) wood natural durability is a property which can vary with genotype and environmental factors. The implication of quinonic extractives in the property of natural durability is controversial. Using a quantitative approach including biological and technological conducted on air-dried wood samples, this thesis aimed to search chemical attributes of natural durability. We first demonstrated that osidic forms stored in the sapwood were transformed into quinone derivative. We have characterized two compounds the forsythoside B, a trisaccharide of cafeic acid in the sapwood and in the heartwood, the 4',5'-dihydroxy(epi)isocatalponol that were identified for the first time in teakwood. The latter compound exhibited strong fungicidal activity against Trametes versicolor indicating that its direct implication in decay resistance of teak wood. We have shown that compounds from naphthoquinones metabolism were involved in decay resistance of teak wood against Trametes versicolor and Poria placenta. The mechanisms of sugars transformation may indicate the natural durability level of sustainable species. There these new data will contribute to improve the wood quality that ensures the perennity of trees.

L'objectif est de mieux connaître les diverses propriétés (physico-mécaniques, biologiques et chimiques) du bois de Mûrier blanc (Morus alba L.), en tant que matériau éminemment utilisé dans la fabrication de luths Iraniens. La différence de caractéristiques vibratoires de cette espèce a été mesurée en fonction de la présence d'extractibles, mais aussi pour trois traitements artisanaux qui ont été adaptés à l'échelle du laboratoire.Le bois Mûrier blanc est caractérisé par un module spécifique modéré, un amortissement plus bas que prévu et une anisotropie faible entre ses trois axes. Il est précisé que cette espèce ne peut pas être classifiée avec les mêmes normes que les autres bois utilisés pour les instruments classiques Européens. En utilisant les deux extractions indépendantes et successives, il est révélé que l'amortissement est régi par deux types d'extraits, certains l'abaissent et certains l'augmentent. Ces composés ne sont pas tous extractibles par les mêmes solvants. L'immersion de longue durée dans une eau à température ambiante ne modifie pas les propriétés mécaniques de l'espèce, toutefois, elle peut laisser le bois avec des défauts irréversibles. Un court traitement à l'eau chaude (70°C) entraîne l'augmentation de l'amortissement et la diminution du module spécifique. Dans ce dernier cas, des modifications sont presque progressives avec le temps.Le bois de Mûrier blanc semble être « très durable » par rapport à une attaque fongique, même dans des conditions extrêmes. Le délavage dans l'eau n'a pas d'effets sur la résistance de cette espèce contre basidiomycètes. Ce bois est classé « moyennement durable » contre l'attaque des termites et devient sensible après le délavage. Ses extractibles ont donc des effets toxique sur les termites. Les phénols, acides gras, stérols, hydrocarbures supérieurs, et composés aromatiques sont les composés présents dans les extraits de cette espèce. Le résorcinol, composé prédominant trouvé dans l'espèce, a été récemment rapporté comme la cause de plusieurs problèmes de santé, ce qui est aujourd'hui observé chez les artisans Iraniens. / This work aims at studying the several divers properties (Physico-mechanical, biological and chemical) of white Mulberry (Morus alba L.), as the leading material used in fabrication of Iranian lutes. The vibrational characteristic of this species is measured in relation with secondary metabolites (extractives) as well as three artisanal hygro-thermal treatments adapted to laboratory scale.White Mulberry wood is characterized with a moderate specific modulus, less than expected damping and a low anisotropy between three directions. It is specified that this species cannot be described with the same standards as other woods used in European classical instruments. Using independent and successive extractions reveal that two types of extraneous compounds govern the damping in this wood, some raising it, when the rest have a decreasing effect. These compounds are not all extractable by the same solvents.Long time immersion in water at ambient temperature hardly changes mechanical properties of the species, however, it can leave wood with irreversible defects. Hot water treatment at 70°C results for damping and moduli to be increased and decreased respectively. These changes are time related. Several mild desorption and adsorption cycles, seem to reduce damping without greatly endangering the moduli. White Mulberry wood is found to be very durable towards fungi, even in extreme conditions. Water leaching seems to be affectless on this species resistance towards basidiomycetes. This wood is rated moderately durable towards termites and becomes sensible after water leaching. Extractives seem to play important role in this wood natural resistance, as they are found to have toxic effect on termites. Resorcinol, a phenol, is the leading compound in the extractives of white Mulberry. Fatty acids, sterols, higher hydrocarbons, and aromatic compounds are also found as the constituents of secondary metabolites. Resorcinol is documented to cause irritations close to what is normally experienced by the fabricants working with white Mulberry for a long time.