Dissertations / Theses on the topic 'Fertilisation biologique'

Parmi les produits frais pouvant être cultivés en milieux urbains ou bâtiments, la production de jeunes légumes-feuilles riches en nutriments, communément appelés verdurettes, est en plein développement. La régie de fertilisation appliquée en culture biologique hors sol reste un déterminant majeur de la performance agronomique des cultures et de la qualité des produits. Par ailleurs plusieurs études rapportent que les biostimulants peuvent entraîner une production de biomasse plus élevée et améliorer la qualité de plusieurs légumes et fruits en augmentant l’absorption des éléments nutritifs ainsi que la résilience des plantes aux stress abiotiques et biotiques. Cependant, on sait peu de choses sur les apports optimaux en fertilisants et les avantages de l’ajout de biostimulants au milieu de culture de verdurettes biologiques. Par conséquent, ce projet visait à évaluer l’effet de (1) 5 concentrations de fertilisation biologique (0 % ; 50 % ; 100 % [14 g N m -2 ] ; 150 % ; 200 %) pour 3 milieux de culture (sans ou avec mycorrhizes et algues et acides humiques) (2) la réutilisation de ces milieux de culture et (3) 11 biostimulants (Bacillus pumilus, algues, Triacontanol, vermicompost, Trichoderma harzianum, acide humique, CaSiO3, engrais d’insectes, frass et farine de Hermetia illucens et témoin) sur la croissance, la productivité et l’activité biologique du sol de 6 espèces de verdurette. Les doses de fertilisation de 100 et 150 % ont été suffisantes pour la production de la chicorée, shiso, basilic et laitue, alors que l’épinard et la bette à carde ont bénéficié d’une fertilisation de 200 %. La teneur en NO3 observée dans les feuilles a été à l’intérieur des normes de la Commission Européenne UE n ° 1258/2011 (2 000 à 7000 mg NO3/kg selon l’espèce et saison. Peu de différences ont été observées entre le milieu de culture témoin et le milieu de culture amendé de mycorhizes. La réutilisation des milieux de culture a permis d’accroître les rendements. Par ailleurs, peu d’effets positifs des biostimulants sur le rendement et les paramètres photobiologiques ont été observés, suite au court cycle de production et l’absence de stress. Les traitements à base de frass ont toutefois augmenté l’activité biologique du milieu de culture. Avec les frass, la baisse du rendement observée pourrait impliquer une éventuelle immobilisation et/ou utilisation des éléments nutritifs dans le milieu de culture par les microorganismes du sol.
Among the fresh produce that can be grown in urban settings or in buildings, the production of nutrient-rich baby leafy vegetables or microgreens is booming. The management of fertilization applied to organic cultivation remains a major determinant of the agronomic performance of greenhouse crops and of product quality. In addition, several studies reported that biostimulants can lead to higher biomass and improve the quality of several vegetables and fruits by increasing nutrient uptake and plant resilience to abiotic and biotic stresses. However, little is known about the optimal fertilization and the benefits of adding biostimulants to organic growing media. Therefore, this project aimed to evaluate the effect of (1) 5 concentrations of organic fertilization (0%; 50%; 100%; 150%; 200%) for 3 growing media (without or with mycorrizae, seaweed and humates), (2) reusing the growing media and (3) 11 biostimulants (Bacillus pumilus, seaweed extract, triacontanol vermicompost, Trichoderma harzianum, humic acid, CaSiO3, insect fertilizer, frass and meal of Hermetia illucens and control) on 6 species of microgreens. The growing media had significant effects on plant biomass. The growing medium amended with mycorrhizae, algae and humic acids increased the total fresh and dry biomass of shiso, basil and lettuce, while no gain in productivity was observed for spinach and Swiss chard. For chicory, only the total dry biomass was increased. Spinach and Swiss chard had the highest biomass with 200% fertilization, while chicory, shiso, basil and lettuce achieved optimal yield with 100 and 150%. In general, a positive correlation was observed between yield, nutrient uptake and mineral availability. However, the nutrient use efficiency decreased with increasing rates of fertilization. The fertilization treatments had a significant effect on leaf NO3 content, which increased with N concentration. However, leaf NO3 content was within the standards of the European Commission EUn°1258/2011; 2000-7000 mg NO3/kg spinach according to species and seasons. When reusing the growing media, similar effects of fertilizer x growing medium treatments were observed. However, biostimulants had few significant effects on yield and the photobiological parameters. This could be explained by the short growth cycle, added to the lack of stress in the plants. Frass resulted in an increase in the biological activity of the growing medium compared with the control without any biostimulant, but reduced yield which could imply a possible immobilization and/or use of nutrients by soil microorganisms, while humic acid decreased the FDA.

La chicouté présente des rendements fruitiers faibles et variables possiblement liés à l’oligotrophie des tourbières ombrotrophes où elle croît. Deux techniques de fertilisation furent donc testées dans deux tourbières naturelles, en Basse-Côte-Nord (Québec). Un engrais organo-minéral (farines de crabe et de poisson, muriate de potassium) a été appliqué au sol annuellement pendant trois ans. Des applications foliaires de bore et de cuivre ont été effectuées la troisième année. Les engrais n’ont eu aucun impact sur la croissance et la productivité de la chicouté et l’engrais organo-minéral s’est très peu minéralisé et dispersé dans le sol. La capacité de minéralisation d’autres engrais organiques en tourbière ombrotrophe devra donc être testée. Le bore et le cuivre sont relativement abondants dans les fruits et pourraient limiter la production fruitière, mais de nouveaux essais seront nécessaires pour le confirmer. En conclusion, davantage d’informations sur les besoins nutritifs de la chicouté seront nécessaires pour sélectionner les engrais appropriés.
Cloudberry present low and variable fruit yields that are probably explained by the oligotrophy of the ombrotrophic peatlands where it grows. Two different fertilization techniques were tested in two natural bogs of the Quebec Lower-North-Shore. An organo-mineral fertilizer (crab and fish meal, potassium chloride) was applied annually in soil for three years. Foliar applications of boron and copper were tested during the third year. The fertilizers had no effect on cloudberry growth and productivity and the organo-mineral fertilizer hardly mineralized and dispersed in the soil. Mineralization capacity of other organic fertilizers in natural peatlands should thus be tested. Boron and copper are abundant in the fruits and are likely limiting fruit production, but new trials are needed to confirm it. In conclusion, more information on the nutrient requirements of cloudberry is needed to select suitable fertilizers.

L'utilisation du biochar en agriculture permet une meilleure durabilité et productivité des cultures en améliorant la qualité et la structure du sol propice au développement de la flore microbienne, à une réduction du lessivage des nutriments et à une diminution des émissions de gaz à effet de serre. L'objectif de ce projet était d'évaluer l'impact du biochar (10 % v/v) pour six types de substrats biologiques sur la rétention en nutriments, l'activité biologique du sol et les émissions de gaz à effet de serre pour une culture de tomates (Solanum lycopersicum) sous serre. Les résultats ont montré que l'amendement en biochar a généré une meilleure réserve minérale et activité microbienne du sol, une réduction de 30 % des pertes de NO3-, une diminution des flux de CO2 et aucun impact sur les émissions de N2O. Somme toute, l'amendement en biochar des substrats biologiques a amélioré la durabilité de la culture.

Les principaux resultats obtenus sur l'incidence de la fertilisation de l'aubergine (solanum melongena) et de la tomate (lycopersicum esculentum), cultivees hors sol, sur la fecondite du puceron macrosiphum euphorbiae sont les suivants: 1) la fecondite de m. Euphorbiae est plus importante lorsque l'apport de nitrates dans la fertilisation de l'aubergine passe de 10 a 16 meq. /l. Par contre, la variation du rapport k+/mg++ de 1,5 a 5,5 n'a aucun effet sur la fecondite de cet aphide. 2) la modification du rapport nh4+/n total de 0 a 0,35 dans la fertilisation de la tomate n'a aucune influence sur la fecondite du puceron. Cependant, et pour l'ensemble des plantes en experience irriguees par les differentes solutions, la reproduction est plus elevee sur les feuilles du bouquet floraison que sur celles des bouquets nouaison, grossissement, et maturite des fruits. 3) la suppression des feuilles et des fruits des plants de tomate, ainsi que la presence de l'inflorescence terminale augmente d'une facon significative, la fecondite des pucerons se trouvant sur les feuilles terminales. 4) l'interruption de la fertilisation minerale des plants de tomate pendant quatre jours, aux stades 4 et 8 bouquet floral, et son remplacement par une irrigation exclusivement hydrique a diminue la fecondite des pucerons. Cependant, l'arret de toute alimentation pendant 8, 16, 24 et 32 heures n'a eu aucune incidence sur la fecondite du puceron

Le système « plante-ravageur-ennemi naturel » fournit un modèle de base idéal pour comprendre comment les communautés d'arthropodes sont structurées et comment les interactions (directes et indirectes) entre les différents acteurs contribuent à façonner la structure des communautés. Dans les agroécosystèmes, les forces "top-down" correspondent aux effets de contrôle que les organismes arthropodes des niveaux trophiques supérieurs (par exemple, les prédateurs) ont sur les espèces des niveaux inférieurs (par exemple, leurs proies). Les communautés d'arthropodes peuvent également être influencées par des forces "bottom-up" induites par des variations dans les régimes de fertilisation ou d'irrigation ou par des variations de certains traits des plantes (résistance aux herbivores ou adaptations aux stress environnementaux). De plus, les forces "bottom-up" peuvent affecter l'impact "top-down" des ennemis naturels sur les herbivores soit directement (par exemple, les effets sur prédateur omnivore) ou médiées par les insectes herbivores intermédiaires. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse ont été de comprendre comment les variations de l'apport des ressources dans les agroecoécosytsèmes (disponibilité en azote et en eau) peuvent influencer les interactions entre les plantes, les herbivores et les ennemis naturels. Cette question a été étudiée aussi bien à l'échelle individuelle (traits d'histoire de vie des insectes) que populationnelle (dynamique des populations). Les études ont été réalisées sur deux agroécosystèmes basés sur les cultures de la tomate et du coton
The “Plant-herbivorous insect-natural enemy” system provides an ideal basic model to understand how the plant-inhabiting arthropod communities are structured and how various mechanisms (i.e. direct and indirect interactions) contribute to shape the community structure. In agro-ecosystems, top-down forces encompass the controlling effects that arthropod organisms of the higher trophic level (e.g., predators) have on species at the next lower level (e.g., prey). Arthropod communities may also be influenced by bottom-up forces induced by environmental variations (e.g. fertilization or irrigation regimes) or plant traits (plant insect-resistance or plant-adaptive traits). Furthermore, bottom-up forces may affect top-down forces on herbivores either directly (e.g., effects on omnivorous predator) or mediated by the intermediate herbivorous insects. In this context, the aims of the PhD study were to disentangle how variations in resource inputs (i.e. nitrogen and water availability) affect interactions among plant, herbivores and their natural enemies at both the individual (life-history traits) and population (population dynamic) levels. The studies were carried out on two agrosystems based on tomato and cotton. On tomato, the system 'Solanum lycopersicum L - leafminer Tuta absoluta - omnivorous predator Macrolphis pygmaeus' was used under laboratory and greenhouse conditions in France. We found strong evidence of bottom-up effects of nitrogen and/or water inputs on the herbivore and the omnivorous predator. Feeding ecology of the predator was also strongly influenced by water availability

Etude de la periode favorable au recepage, effets du recepagez sur la croissance et sur la productivite. Etudes en laboratoire sur la culture en presence de mercure en milieu hydroponique et sur les potentialites de retention du sol. Effets sur la croissance et sur la composition chimique de l'application de boues residuaires

L'insecticide microbiologique bacillus thuringiensis provoque des reponses de niveaux divers chez les especes susceptibles lorsqu'elles sont alimentees par differents especes vegetales. Il a ete emis l'hypothese que ces manifestations sont dependantes du systeme intestinal, lui-meme conditionne par le type d'alimentation. L'objet de ce travail est l'etude de l'effet de la fertilisation minerale du vegetal consomme sur la sensibilite de spodoptera littoralis a l'intoxication par bacillus thuringiensis

La phytoextraction est l'utilisation de plantes hyperaccumulatrices pour retirer les métaux toxiques des sols. La thèse était destinée à connaitre le comportement et l'aptitude à extraire les métaux d'un hyperaccumulateur de Zn/Cd, Thlaspi caerulescens, sur différents sols pollués et d'évaluer sa réponse à des pratiques agronomiques. Des semences provenant de deux sites métallifères ont été semées sur divers matériaux pollués et la biomasse et minéralomasse métallique mesurées. Des profils de sols ont été reconstitués en rhizotrons et le développement du système racinaire et les changements de pH rhizosphérique déterminés. La réponse des plantes à la fertilisation N et P et à la présence de plantes compagnes a été étudiée. Des essais en plein champ ont été installés sur un sol agricole recevant une boue urbaine contaminée et sur un sol industriel présentant une pollution organo-minérale. Les résultats montrent que T. Caerulescens peut s'installer sur des matériaux très différents du support d'origine comme une terre agricole, une boue et des terres industrielles. Un niveau de Zn biodisponible trop faible limite la croissance de la plante et augmente le prélèvement de Pb et Cd. Suivant son origine, la plante peut prélever jusqu'a 23 000 mg Zn kg-1 et 2 100 mg Cd kg-1 ms. La fertilisation P a peu d'effet sur la croissance et diminue la phytoextraction. La fertilisation N augmente la production de biomasse et l'extraction des métaux malgré une baisse de la concentration du métal dans les tissus des plus grandes plantes inferieure à celle attendue par l'effet de dilution. Le système racinaire s'installe préférentiellement et montre des changements de morphologie dans les zones polluées ou des variations de pH sont observées. Au champ, les plantes se développent sur sol agricole et industriel dans les conditions climatiques de la lorraine et répondent à la présence de boues par un accroissement de la production de biomasse et du prélèvement des métaux. Des simulations montrent une extraction significative des métaux des sols accompagnée d'une réduction des pools de métaux facilement extractibles. En conclusion, la phytoextraction des métaux avec des hyperaccumulateurs choisis peut être fortement améliorée par des pratiques agronomiques adaptées qui favorisent la production de biomasse sans réduire l'extraction des métaux.

Le colza, espece phylogenetiquement proche d'arabidopsis thaliana et presentant des capacites d'absorption elevees, a ete choisi pour etudier le metabolisme azote des especes cultivees. Les etudes cinetiques revelent un profil d'absorption du nitrate biphasique, suggerant qu'il existe au moins 2 systemes d'absorption : un systeme saturable a forte affinite agissant pour des faibles concentrations externes en no 3 (hats), et un systeme non saturable a faible affinite intervenant pour les fortes concentrations (lats). Ces deux systemes seraient constitues chacun d'une composante constitutive (chats et clats) et d'une composante inductible (ihats et ilats). Le suivi de la transcription des genes nrt1 et nrt2 au cours d'une privation partielle ou totale en azote conforte l'hypothese selon laquelle le gene nrt2 code un systeme ihats alors que le gene nrt1 code un systeme ilats. Si dans nos conditions experimentales, l'existence d'un mecanisme de de-induction et/ou de repression par les acides amines libres pourrait expliquer la chute de la transcription des genes nrt1 et nrt2 pendant les 48 premieres heures de privation. Par contre aucun mecanisme de de-repression n'a pu etre mis en evidence. L'expression des genes nrt1 et nrt2 est regulee au niveau transcriptionnel par le no 3 externe et probablement par la demande en azote des parties aeriennes, mais aussi au niveau post-transcriptionnel. Nos resultats montrent que chez le colza, les pools racinaires en no 3 et en acides amines libres n'interviennent pas au niveau transcriptionnel. Nous avons initier un modele mecaniste de l'absorption du nitrate au cous d'un cycle de culture uniquement base sur l'offre en nitrate du sol et sur le fonctionnement des transporteurs. Les simulations realisees montrent que le systeme hats intervient pour 94% en l'absence de fertilisation et pour 82% lors d'un apport azote a l'automne. Une fertilisation azotee augmente la capacite et la duree d'intervention du systeme lats.

La culture de la fraise (Fragaria) est l’une des productions fruitières les plus répandues dans le monde. Ce petit fruit se cultive dans toutes les provinces du Canada et le Québec est considéré comme le leader canadien de cette production. Par contre, la culture fait face à des problèmes récurrents de maladies telluriques qui limitent les rendements. Pour pallier les problèmes phytosanitaires, on explore la possibilité de cultiver les fraisiers dans des systèmes hors-sol. Bien que la culture hors-sol des fraisiers se répande partout à travers le monde, les fruits issus de cette culture sont différents de ceux obtenus en culture au champ du point de vue de la qualité et du goût. L’objectif du présent projet est d’accroître la productivité et d’améliorer la qualité des fruits des fraisiers remontants cultivés hors-sol en optimisant la fertilisation. Nous avons comparé trois solutions nutritives afin de déterminer les rapports K/Ca et K/N favorisant l’obtention d’un meilleur goût des fraises et celle d’un rendement plus élevé. De plus, nous avons étudié l’effet de l’application foliaire de calcium sur le maintien de la texture et sur la durée de conservation des fruits. Les travaux ont porté sur deux sélections génétiques : Seascape de l’Université de la Californie et Charlotte du CIREF en France. De manière générale, la fertilisation potassique provoque une augmentation de la fermeté, sans toutefois influencer l’acidité et la teneur en sucres des fruits. De plus, le nitrate améliore les rendements. Les deux variétés ne répondent pas de la même façon à la fertilisation. De son côté, le Ca foliaire n’a pas eu d’effet sur la fermeté, ni la durée de conservation des fruits.

In der Forschung dient die Hauskatze als Modellspezies für die Entwicklung und Verbesserung assistierter Reproduktionstechniken (ART) für wildlebende Katzenarten, von denen die meisten der 36 Arten auf der Roten Liste für bedrohte Tierarten als gefährdet eingestuft sind. Eine erfolgreich angewandte Methode der ART bei Hauskatzen ist die In-vitro-Produktion von Embryonen. Allerdings gestaltet sich die Übertragbarkeit der Protokolle auf andere Feliden aufgrund speziesspezifischer reproduktionsbiologischer Besonderheiten oft sehr schwierig. Das Ziel dieser Doktorarbeit war daher die Charakterisierung des felinen Oviductins, ein Glykoprotein, welches ausschließlich im Eileiter exprimiert wird und das in mehreren Studien bei anderen Tierarten einen positiven Effekt auf die Interaktion der Gameten, Befruchtung, Teilungsraten und Embryonalentwicklung gezeigt hat. Die feline Oviductinsequenz konnte in der vorliegenden Arbeit vollständig identifiziert werden. Sowohl auf mRNA- als auch auf Proteinebene zeigte sich eine zyklusabhängige Expression von Oviductin im Eileiter mit höchsten mRNA-Kopienzahlen bzw. höchster Proteinsynthese während des Östrus. Für funktionelle Studien wurde eine Methode zur Herstellung eines rekombinant exprimierten Oviductins in E.coli etabliert. Die Anwesenheit des rekombinanten Proteins führte zu einer signifikant höheren Spermienbindung an die Zona pellucida feliner Eizellen. Die Zugabe des rekombinanten Proteins während der In-vitro Fertilisation (IVF) hatte keinen Einfluss auf die Teilungs- oder Entwicklungsraten der Embryonen, allerdings zeigten Blastocysten, die sich aus einer IVF mit Oviductin entwickelten, eine signifikant höhere Expression des gap junction protein alpha 1 Gens, was für eine verbesserte Embryonenqualität spricht.
The domestic cat serves as a model to develop and improve assisted reproductive techniques for wild felid species from which most of them are listed on the IUCN Red List of threatened species. In-vitro embryo production is successfully applied for the domestic cat but adaption to other felids, caused by their diversity in reproductive physiology, is often difficult. The biggest challenge is to create an in-vitro environment as near as possible to in-vivo conditions within the oviduct where final maturation of gametes, fertilization and early embryo development occur. Therefore, the aim of this doctoral thesis was to characterize feline oviductin, a glycoprotein which is exclusively expressed in the oviduct. Several functional studies with other species could show an influence of oviductin on gamete interaction, fertilization, cleavage rates and embryo development. In the present work gene sequence of the feline oviductin could be identified. Highest mRNA copy numbers and protein synthesis were detected during oestrus, indicating a cycle-dependent expression of oviductin in the cat. For functional studies, a method for production of recombinant oviductin in E.coli was established. Sperm-zona binding was significantly higher when recombinant oviductin was present. Addition of oviductin during in-vitro fertilization (IVF) had no effect on cleavage, morula rates or blastocyst development. In contrast, in blastocysts developed from IVF with oviductin, we found a significantly higher mRNA expression of gap junction alpha protein 1, suggesting a higher quality of in-vitro produced embryos.

La présence des mutations délétères a favorisé l'évolution de mécanismes, au niveau cellulaire et au niveau des organismes (e.g. les régimes de reproduction), permettant de diminuer leurs effets négatifs. Au cours de cette thèse nous avons étudié leur impact sur la taille des populations à travers des modèles tenant compte de l'interaction entre la démographie et la sélection, cette interaction étant souvent mise de coté dans les modèles conventionnels de génétique des populations. Dans un contexte déterministe à un seul locus des mutations somatiques et gamétiques influencent la taille et le fardeau génétique des populations (ces derniers étant dépendants du moment d’expression des mutations dans le cycle de vie). Nos modèles stochastiques avec un grand nombre de locus indiquent que la viabilité des populations dépend des paramètres démographiques et génétiques (taux de mutation, effet délétère des mutations). L'autofécondation est généralement avantageuse, augmentant la taille et la viabilité des populations, mais lorsque les mutations sont de faible effet un régime d'autogamie stricte mène à l'extinction par fonte mutationelle. En permettant l'évolution de l'autofécondation à partir d'une population allogame nous observons des cas de suicide évolutif où les populations évoluent vers l'autogamie stricte et s'éteignent, ce qui pourrait expliquer les taux d’extinctions élevés des espèces auto-fécondantes comparées aux allo-fécondantes. Ces modèles prédisent que la taille des populations pourrait être une conséquence et non une cause de leurs propriétés génétiques, appuyant sur l’importance de prendre en compte leur interaction dans l'étude de l'évolution des populations
As the ultimate source of genetic variation, mutation has the inconvenience of introducing deleterious mutations. These mutations shape the evolution of species, from genetic mechanisms on the cellular level to reproductive systems, which lessen their effects on fitness. In this thesis we explore how these mutations influence population size by allowing the interaction between population size and selection, which has been little explored in conventional population genetics models. In a deterministic context with a single locus, germ-line and somatic mutations influence population size and the mutation load, both which depend on the timing of the expression of these mutations. Multi-locus individual based models show that population viability depends on the demographic properties and on the rate of introduction and impact of mutations. Though self-fertilisation generally increases population viability, strictly self-fertilising populations go extinct due to mutational meltdown when mutations are of small effect. When selfing is allowed to evolve from an outcrossing reproductive regime, there are cases of evolutionary suicide where strict selfing evolves and leads to extinction. We predict that the genetic properties of populations may not be a consequence but a cause of population size. We have emphasized the importance of taking the demographic consequences of deleterious mutations into account when studying the evolution of populations, as in the case of the evolution of self-fertilisation where the previously undetected evolutionary suicide was observed. This result may explain the observed higher extinction rates in selfing compared to outcrossing species

L’objectif de ce projet était de vérifier les rendements et la qualité du blé panifiable ensemencé dans deux types de sol où deux travaux de sol et divers engrais organiques ont été appliqués. Les rendements en grains ont été plus élevés lorsque le blé a été ensemencé dans l’argile limoneuse plutôt que dans le loam sableux. Le travail du sol a eu peu d’impact sur les rendements du blé. Le blé fertilisé au lisier de porcs et au fumier de volailles avait des rendements similaires à la fertilisation minérale, mais de plus faibles teneurs en protéines (respectivement 14,3 et 14,4% contre 15,0 %). Le rendement en grains et la teneur en protéines du blé fertilisé au lisier de bovins étaient intermédiaires entre le témoin sans azote et les autres engrais organiques. Que le blé ait été fertilisé ou non avec de l’azote, le volume des pains a été similaire (moyenne de 790 cm3).

L’océan Pacifique Sud-Ouest a été identifié comme un point chaud de fixation de diazote (N2) par les organismes diazotrophes, arborant des taux de fixation parmi les plus élevés des océans du globe. Le succès de ces espèces repose sur les concentrations non limitantes en fer dissous (DFe) dans la couche photique de la région, dont l’origine demeure méconnue. Dans le cadre de ce travail de thèse, la distribution du DFe a été étudiée le long d’un transect de 6100 km, allant de Nouméa jusqu’aux eaux de la gyre et traversant le Bassin de Lau et l’Arc des Tonga (175 °E à 166 °W, le long de 19–21 °S). Combinées avec une analyse optimale multiparamétrique des masses d’eau, les anomalies de DFe ont été déterminées sur la zone du transect, les plus notables étant présentes le long de l’Arc des Tonga. Les résultats ont démontré que les masses d’eau d’origine lointaine alimentant le Bassin de Lau ne peuvent expliquer les concentrations observées en surface dans cette région, permettant de conclure avec certitude que le DFe provient de sources hydrothermales peu profondes présentes le long de l’arc. Bien qu’une portion non négligeable de cet apport de DFe soit transportée sur de longues distances, une large majorité est rapidement éliminée à proximité des sources sous l’action de divers processus mis en lumière à l’aide d’un modèle en boîte. Outre le fer, les fluides hydrothermaux sont enrichis en de nombreux autres métaux susceptibles d’être toxiques pour les organismes. Ces fluides, directement introduits dans la couche photique, pourraient impacter le phytoplancton. Leur effet a été évalué lors d’une expérience innovante pendant laquelle des communautés planctoniques naturelles ont été soumises à un gradient d’enrichissement en fluides hydrothermaux. Malgré un effet toxique initial de quelques jours, les apports hydrothermaux ont finalement induit des taux de fixation de N2, de productivité et d’export de matière organique deux à trois fois plus élevés que dans le contrôle non enrichi. Cet effet fertilisant résulte probablement de la détoxification de l’environnement, riche en de nombreux éléments potentiellement toxiques, par des écotypes résistants capables de produire des ligands forts, les thiols, limitant la biodisponibilité de certains métaux. L’apport additionnel d’éléments fertilisants par les fluides, en particulier le DFe, a ainsi permis la croissance ultérieure des espèces les plus sensibles. Ces résultats expérimentaux, reproduisant fidèlement les observations in-situ, confirment l’implication des fluides hydrothermaux peu profonds dans la forte productivité observée dans la région. Les sources hydrothermales ont pu être tracées à différentes échelles spatiales et temporelles par le déploiement de pièges à sédiments dérivants (durant quelques jours, le long de l’Arc des Tonga) et fixe (durant une année, le long de la dorsale de Lau) et par le carottage des sédiments du fond marin aux sites de déploiement des pièges (échelle de temps géologique). Le traçage Al-Fe-Mn a révélé que le matériel lithogénique exporté à petite et large échelle spatiale dans la région provenait de sources hydrothermales peu profondes et/ou profondes localisées le long de l’Arc des Tonga. Cette empreinte hydrothermale a également été détectée dans les sédiments, notamment à proximité de la dorsale de Lau où la présence d’une importante source active est fortement suspectée. Finalement, les dynamiques similaires observées pour l’export de particules d’origine biologique et hydrothermale suggèrent que la production de surface serait liée aux apports hydrothermaux dans la couche photique. En conclusion, ce travail de thèse a démontré l’impact de sources hydrothermales peu profondes sur le cycle des éléments traces, notamment du fer, dans la colonne d’eau et les sédiments, ainsi que leur lien avec la productivité biologique dans la région du Pacifique Sud-Ouest
The Western Tropical South Pacific Ocean has been identified as a hotspot for dinitrogen (N2) fixation by diazotrophic organisms, with some of the highest rates recorded in the global ocean. The success of these species relies on non-limiting concentrations of dissolved iron (DFe) in the photic layer of the region, whose origin remains unclear. In this thesis work, the distribution of DFe was studied along a 6100-km transect from Noumea to the gyre waters, crossing the Lau Basin and the Tonga Arc (175°E to 166°W, along 19-21°S). Combined with an optimal multiparametric water mass analysis, DFe anomalies were determined over the transect area, the most notable being present along the Tonga Arc. The results demonstrated that water masses of remote origin entering the Lau Basin could not explain the concentrations observed at the surface in this region, leading to the confident conclusion that DFe originates from shallow hydrothermal sources present along the arc. Although a non-negligeable portion of this DFe input is transported over long distances, a large majority is rapidly removed near the sources through a variety of processes highlighted by a box model. Besides iron, hydrothermal fluids are enriched in numerous other metals that may be toxic to organisms. These fluids, introduced directly into the photic layer, could have an impact on phytoplankton. Their effect was evaluated in an innovative experiment during which natural plankton communities were subjected to an enrichment gradient of hydrothermal fluids. Despite an initial toxic effect of a few days, hydrothermal inputs ultimately induced N2 fixation, productivity and organic matter export rates two to three times higher than those of the non-enriched control. This fertilizing effect probably results from the detoxification of the environment, rich in numerous potentially toxic elements, by resistant ecotypes able to produce strong ligands, such as thiols, limiting the bioavailability of certain metals. The additional supply of fertilizing elements by the fluids, in particular DFe, thus allowed the subsequent growth of the most sensitive species. These experimental results, faithfully reproducing the in-situ observations, confirm the involvement of shallow hydrothermal fluids in the high productivity observed in the region. Hydrothermal sources could be traced at different spatial and temporal scales through the deployment of drifting (for a few days, along the Tonga Arc) and fixed (for a year, along the Lau Ridge) sediment traps and through the coring of seafloor sediments at the trap deployment sites (geological time scale). Al-Fe-Mn tracing revealed that the lithogenic material exported at small and large spatial scales in the region originated from shallow and/or deep hydrothermal sources located along the Tonga Arc. This hydrothermal signature has also been detected in the seafloor sediments, particularly in the vicinity of the Lau Ridge where the presence of a major active source is strongly suspected. Finally, the similar patterns observed for the export of biological and hydrothermal particles suggest that surface production is closely linked to hydrothermal inputs into the photic layer. In conclusion, this thesis work has demonstrated the influence of shallow hydrothermal sources on the fate of trace elements, particularly iron, in the water column and seafloor sediments, and their link to biological productivity in the Western Tropical South Pacific region

Notre objectif consiste à identifier les causes de variation des différents termes de l'équation d'efficience de l'engrais (by = Po + CAU. X) afin d'en améliorer la prévision pour le calcul de la fertilisation azotée du blé d'hiver. Pour les besoins en azote, nos résultats montrent l'importance de l'objectif de rendement prévisionnel, dont les variations sont expliquées par les caractéristiques des sols et du climat. Les besoins en azote par unité de production (b en kg N/quintal de grain) varient en fonction des variétés et des années. Le ratio B (azote absorbe/matière sèche des parties aériennes) est beaucoup plus stable que b. Sa valeur est d'environ 1,7 kg N,q de matière sèche. Le test de différents modèles pour prévoir la valeur du terme po (azote absorbe en l'absence de fertilisation) montre que l'élément déterminant est la teneur en azote organique du sol. L’utilisation de modèles de minéralisation dynamique (azodyn) permet d'améliorer la prévision des quantités d'azote minéral présentes dans le sol à la récolte. Pour le coefficient apparent d'utilisation de l'azote (CAU) nos résultats montrent que le facteur principal est la vitesse de croissance instantanée du peuplement au moment de l'apport d'azote. L’utilisation de l'isotope 15 N montre que le coefficient réel d'utilisation (CRU) est déterminé par la rapidité d'absorption par la culture après la fertilisation. Les quantités organisées sont stables et indépendantes du fonctionnement du peuplement. Les quantités d'azote minéral de l'engrais dans le sol à la récolte sont nulles, le défaut de bilan étant du a des pertes par voies gazeuses.

Ce travail concerne l'analyse de l'impact de l'augmentation de la [CO2] atmosphérique sur la productivité des forêts. Nous avons pris en compte des effets interactifs entre l'augmentation de la [CO2] et le niveau de fertilisation N concomitamment sur la gestion et le métabolisme C et N. Nos résultats montrent l'importance de la disponibilité en N dans le contrôle de la réponse de Quercus robur aux [CO2] élevées, et en particulier pour la formation des nouveaux organes au printemps par le biais de son effet prépondérant sur les réserves carbonées et surtout azotées. Notre travail met également en évidence, en réponse à une [CO2] élevée, une augmentation de la densité du bois chez Quercus robur mais pas chez Fagus sylvatica, ainsi qu'une évolution inverse au cours du temps de la réponse de la croissance pour ces 2 espèces
This work addresses the impacts of elevated atmospheric [CO2] on forest productivity. We considered the interactive effects of elevated [CO2] and N fertilization level on both C and N metabolism. Our results underline the importance of N availability in controlling the response of Quercus robur to elevated [CO2], and in particular during spring growth by the way of its major effect on C storage compounds, and primarily on N storage compounds. In response to elevated [CO2], we found that wood density was increased for Quercus robur but not for Fagus sylvatica. We also found an opposite time course of the growth responses in these two species

La dynamique de l'azote a été suivie à l'aide de l'azote 15 dans les trois principaux sols de l'écosystème amazonien, un oxisol, un ultisol et un Gley peu humique (GHP). Les études ont été conduites en plein champ et sous conditions contrôlées. L'urée a été mieux utilisée que le sulfate d'ammonium. Dans les oxisols et ultisols cette supériorité est probablement due à l'augmentation du ph qui favoriserait l'activité des microorganismes du sol. L'engrais a contribué faiblement à la nutrition azotée des plantes par rapport à l'azote provenant du sol. Les apports d'engrais, principalement sous forme uréique et dans les sols acides, ont augmenté la minéralisation de l'azote organique du sol. Il y a eu dans ce cas, une interaction positive (ANI=added nitrogen interaction) entre l'azote de l'engrais et l'azote du sol. Après 60 jours d'incubation environ 60% de l'azote apporté par les engrais a été retrouve sous forme nh₄+ dans l'oxisol et l'ultisol, tandis que 50% de l'azote apporte a été minéralisé sous forme de no₃- dans le GPH. Par ailleurs, dans l'oxisol et l'ultisol on obtient avec l'incorporation de l'engrais vert caupi (vigna unguiculata l. ), une concentration en ions nh₄+ aussi élevée que celle observée en présence d'engrais minéraux; ceci montre le potentiel de ces légumineuses pour la fourniture d'azote dans ces sols acides. L'organisation biologique de l'engrais est également favorisée dans le cas de l'urée alors que les pertes sont toujours plus élevées en présence de sulfate d'ammonium que d'urée. Leur diminution devrait permettre une amélioration de l'efficience de ces engrais azotés. Sur un plan économique, le meilleur fertilisant à conseiller dans les écosystèmes amazoniens est l'urée

Influence d'un stress hydrique sur l'établissement et la croissance des semis transplantés (effets sur la photosynthèse et la transpiration). Aide à la règlementation racinaire et à la reprise des plants par habillage des racines et apport d'une fertilisation azotée. Évolution des réserves carbonées : sucres solubles et amidon. Enrichissement atmosphérique en CO::(2) pour augmenter la production de biomasse et réduire le temps d'élevage en pépinière

(. . . ) les resultats ont montre que la meilleure efficience de l'eau est obtenue lorsque cette derniere est apportee pendant la phase gonflement-floraison. Pendant le reste du cycle, le ble s'est avere tres peu sensible a la secheresse. Neanmoins, l'irrigation au semis sur un sol sec a favorise le developpement du systeme racinaire qui, a son tour a permis une meilleure exploitation de la reserve hydrique du sol. (. . . )

Cette these concerne les resultats d'une experimentation intensive et pluridisciplinaire, mise en place en 1991 a la cote st andre (isere) sur une parcelle de 2 ha, afin de caracteriser la reponse d'une culture de mais a l'irrigation et a la fertilisation en situation de techniques culturales traditionnelles. Le but est de proposer des modifications permettant de limiter les pertes en eau et en nitrates, tout en maintenant un niveau de rendement economique. Elle comporte deux volets: experimentation et modelisation. La mise en uvre d'une metrologie non destructive (humidimetrie neutronique, tensiometrie et bougies poreuses d'extraction de solution du sol) a permis un suivi pluriannuel (1991-1994) des bilans hydriques et azotes sous differents traitements agronomiques. Les principaux resultats sont: i) les risques importants d'entrainement des matieres solubles ne se manifestent que lors d'episodes pluvieux en debut ou en fin de cycle cultural, ii) la dose optimale d'engrais se situe autour de 180 kgn/ha ; elle permet d'eliminer pratiquement les risques de pollution pendant la saison culturale et d'atteindre le seuil de rendement maximal (13 mg/ha), enfin, iii) grace au tracage isotopique de l'azote, on peut obtenir une bonne evaluation du bilan de l'engrais entre le semi et la recolte. Les donnees acquises ont permis d'evaluer les capacites de reproduction et de prediction du modele mecaniste monodimensionnel, wave. La difficulte de caracteriser in situ l'ensemble des parametres, nous a conduit a elaborer une procedure de type systemique de decouplage des processus elementaires, basee sur l'utilisation de donnees issues de plusieurs sites de mesure: mais ou sol nu, avec ou sans apport d'engrais. Le calage progressif du modele a ete realise avec succes sur les donnees de la saison 1992, permettant de simuler correctement la situation la plus complexe: mais fertilise. Dans l'ensemble les parametres ainsi obtenus permettent de predire assez bien les resultats des autres annees

Les alpages laitiers des alpes du nord externes (france) representent un type de systeme ecologique original refletant les effets des pratiques d'eleveurs (fertilisation, paturage) combines aux contraintes du milieu montagnard (etage subalpin). Face aux mutations recentes des modes d'exploitation des alpages, des recherches ont ete engagees pour comprendre et prevoir l'impact des pratiques pastorales sur la dynamique de ces pelouses d'altitude. Nous proposons un modele d'evolution de la composition botanique qui integre l'effet des facteurs anthropiques et celui des facteurs edaphiques. Ce modele s'appuie sur une analyse factorielle des correspondances portant sur un echantillonnage de six cent releves floristiques couvrant l'ensemble de la zone d'etude. La reconstitution des trajectoires dynamiques se fait principalement par une approche synchronique, completee par des observations diachroniques qui ont permis de preciser les vitesses d'evolution de la vegetation. L'essentiel des travaux porte sur des situations de deprise: la dynamique de la vegetation y reflete une degradation de la fertilite des sols consecutive a l'abandon ou a l'allegement de la fertilisation. Cette evolution est generalement lente: deux a cinq decennies sont necessaires pour que l'on enregistre des changements notables dans la composition botanique. Les resultats mettent egalement en evidence l'influence des parametres edaphiques sur les limites et le deroulement de ces successions. Les modalites d'evolution de la vegetation et la hierarchie des facteurs sont precisees dans des trajectoires-types qui permettent d'adapter localement la demarche de diagnostic ecologique. Differents indicateurs, relatifs aux processus physiologiques ou demographiques d'evolution de la vegetation, sont testes afin de preciser ou d'anticiper le diagnostic floristique. Les indices de diversite specifique ou factorielle restent d'un usage delicat en raison de leur sensibilite a l'egard des methodes d'echantillonnage et d'observation. Les indices de nutrition minerale font rapidement apparaitre les modifications d'equilibres trophiques qui suivent l'arret ou la reprise de la fertilisation

La fertilisation phosphatée est très répandue dans les pratiques agricoles Nord-Américaines. Bien que généralement très efficace pour augmenter la production végétale, son utilisation peut engendrer certaines contaminations environnementales. Afin de diminuer ce problème, plusieurs pratiques de gestion sont envisagées. Parmi celles-ci, on retrouve l’intéressante possibilité de manipuler la flore microbienne car cette dernière est reconnue pour son implication dans bons nombres de processus fondamentaux liés à la fertilité du sol. Cette étude a démontré que lors d’essais en champs, la forme de fertilisant ajouté au sol ainsi que la dose de phosphore (P) appliquée avaient un impact sur la distribution des microorganismes dans les différentes parcelles. Une première expérience menée sur une culture de luzerne en prairie semi-aride a montré que les échantillons provenant de parcelles ayant reçu différentes doses de P présentaient des différences significatives dans leurs communautés bactériennes et fongiques. La communauté de CMA est restée similaire entre les différents traitements. Une deuxième expérience fut menée pendant trois saisons consécutives afin de déterminer l’effet de différentes formes de fertilisation organiques et minérale ajustées selon une dose unique de P sur les populations bactériennes et fongiques d’une culture intensive de maïs en rotation avec du soja. Les résultats des analyses ont montrés que les populations varient selon le type de fertilisation reçu et que les changements sont indépendants du type de végétaux cultivé. Par contre, les populations microbiennes subissent une variation plus marquée au cours de la saison de culture. La technique de DGGE a permis d’observer les changements frappant la diversité microbienne du sol mais n’a permis d’identifier qu’une faible proportion des organismes en cause. Parallèlement à cette deuxième étude, une seconde expérience au même site fut menée sur la communauté de champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) puisqu’il s’agit d’organismes vivant en symbiose mutualiste avec la majorité des plantes et favorisant la nutrition de même que l’augmentation de la résistance aux stress de l’hôte. Ceci permit d’identifier et de comparer les différents CMA présents dans des échantillons de sol et de racines de maïs et soja. Contrairement aux bactéries et aux champignons en général, les CMA présentaient une diversité très stable lors des différents traitements. Par contre, au cours des trois années expérimentales, il a été noté que certains ribotypes étaient significativement plus liés au sol ou aux racines. Finalement, l’ensemble de l’étude a démontré que la fertilisation phosphatée affecte la structure des communautés microbiennes du sol dans les systèmes évalués. Cependant, lors de chaque expérience, la date d’échantillonnage jouait également un rôle prépondérant sur la distribution des organismes. Plusieurs paramètres du sol furent aussi mesurés et ils présentaient aussi une variation au cours de la saison. L’ensemble des interactions possibles entre ces différents paramètres qui, dans certains cas, variaient selon le traitement appliqué, aurait alors probablement plus d’impact sur la biodiversité microbienne que la seule fertilisation.
Phosphorus fertilization is a widespread practice in North American agriculture. Although it is generally efficient to increase yields, its use can also induce some environmental contaminations. Several management practices are considered in order to decrease this problem. Among these possibilities there is the challenging one of manipulating microbial flora, which is well known for its implication in many processes related to soil fertility. We have demonstrated in field trials that both the form of fertilizer added to soil and the applied P amounts impact microbial distribution in plots. A first experiment performed on alfalfa monocultures in semi-arid prairie conditions demonstrated that samples coming from plots that had received different doses of P fertilizer presented significant differences on their bacterial and fungal communities. AMF population remained stable between treatments. A second experiment was conducted over three growing season of an intensive maize/soybean rotation cropping system. It aimed to determine the effect of different organic and mineral fertilizers containing equal P amount on bacterial and fungal populations. It was demonstrated that these communities varied according to the fertilizer type applied. Changes are independent from the grown crop. However, microbial populations have undergone greater variation within each growing season. DGGE approach allowed to observe changes occurring in soil microbial diversity but have only permit to identify a small proportion of organisms. A second experiment in the latter study was performed on the same site and focused on arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) as they are organisms living in a mutualistic symbiosis with most land plants and increasing host nutrition and resistance to stresses. It led to the identification and comparison of the different AMF found in maize and soybean soil and root samples. In opposition to what was observed with bacteria and fungi previously, AMF presented a very stable diversity between the different treatments. However, some ribotypes were significantly more present in soil or roots during each growing season. Finally, our whole project demonstrated that P fertilization affected microbial community structure on studied sites. Nevertheless, in each experiment, sampling time also played a substantial role in the organism distribution. Many soil parameters were also monitored and presented a seasonal variation. The sum of possible interactions between these parameters, which in some cases varied according to treatment, would thus have more impact on microbial diversity that the sole fertilization.

La camerise (Lonicera caerulea) est une nouvelle culture en émergence au Québec et très peu d’informations agronomiques ont été publiées dans la littérature scientifique jusqu’à maintenant. Les documents de références retrouvés indiquent que les camerisiers sont en mesure de croître dans divers milieux et de s’adapter à de vastes conditions édaphiques. Cependant, ces informations demeurent vagues puisqu’elles ne permettent pas de préciser les conditions optimales de culture pour la croissance et le développement de l’arbuste. Par exemple, selon les références, les camerisiers peuvent croître dans des sols à pH de 5 à 8. Toutefois, en sachant que la disponibilité des éléments nutritifs varie en fonction du pH du sol et que certaines formes de fertilisants azotés peuvent être plus facilement assimilables par les plantes en milieux acides, il devient pertinent de vérifier les effets combinés du pH et des fertilisants azotés sur la croissance des camerisiers pour éventuellement être en mesure d’établir une gestion de fertilisation adaptée à la culture. L’objectif principal de cette étude était donc de déterminer les effets de différents pH du sol et du type de fertilisation appliqué sur la croissance de jeunes camerisiers. L’expérience s’est déroulée en serre durant l’hiver 2016. Au total, quatre catégories de pH ont été expérimentées soient des valeurs de pH du sol comprises entre 4 et 7. Pour chacune des catégories de pH, cinq types de fertilisation ont été testés : un contrôle sans fertilisation, un témoin sans azote mais avec ajout de phosphore et de potassium, un traitement complet (N-P-K) avec l’azote provenant du sulfate d’ammonium (N-NH4+), un traitement complet avec l’azote provenant du nitrate de calcium (N-NO3-) et un traitement complet avec une fertilisation organique [fumier de poulet en granule (5-3-2)]. Les doses équivalentes à l’hectare ont été fixées à 40 kg d’N, 29 kg de P2O5 et 17 kg de K2O. Les apports d’azote avec engrais minéraux ont été fractionnés en quatre applications (~1 mois d’intervalle). Les camerisiers utilisés étaient de la variété Indigo Treat © et âgés d’une année. La croissance des jeunes camerisiers a été déterminée par les biomasses finales obtenues aux niveaux racinaire et aérien après 19 semaines de croissance. Les résultats montrent que les modifications du pH du sol et l’application de fertilisation azotée ont affecté significativement (P < 0.001) la croissance des jeunes camerisiers. En effet, les biomasses totales (BMT) produites par les camerisiers ont été trois fois plus importantes dans les sols aux pH faiblement acides (entre 5.5 et 6.0) que dans les sols aux pH fortement acides (entre 4.3 et 4.6). Comparativement aux sols faiblement acides, les sols moyennement acides (5.1 à 5.4) et neutres (6.3 à 7.0) ont également entrainé des diminutions en BMT de 35 % en moyenne. De plus, les apports en fertilisants azotés ont entrainé une diminution moyenne des BMT de 30 %. Toutefois, c’est au niveau des biomasses racinaires (BMR) que les effets négatifs des fertilisants azotés ont été observés. En effet, aucune différence significative n’a été notée aux niveaux des biomasses aériennes (BMA) (P = 0.127), alors qu’une diminution d’environ 50 % a été obtenue pour les BMR (P < 0.001) suite aux applications d’azote, et ce, peu importe la forme utilisée. Nos résultats démontrent que les conditions idéales favorisant la croissance de jeunes camerisiers sont un sol aux pH faiblement acides (entre 5.5 et 6.0) et une fertilisation sans azote avec ou sans phosphore et potassium.

Les métaux lourds (ML) s’accumulent de plus en plus dans les sols à l’échelle mondiale, d’une part à cause des engrais minéraux et divers produits chimiques utilisés en agriculture intensive, et d’autre part à cause des activités industrielles. Toutes ces activités génèrent des déchets toxiques qui s’accumulent dans l’environnement. Les ML ne sont pas biodégradables et leur accumulation cause donc des problèmes de toxicité des sols et affecte la biodiversité des microorganismes qui y vivent. La fertilisation en azote (N) est une pratique courante en agriculture à grande échelle qui permet d’augmenter la fertilité des sols et la productivité des cultures. Cependant, son utilisation à long terme cause plusieurs effets néfastes pour l'environnement. Par exemple, elle augmente la quantité des ML dans les sols, les nappes phréatiques et les plantes. En outre, ces effets néfastes réduisent et changent considérablement la biodiversité des écosystèmes terrestres. La structure des communautés des champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) a été étudiée dans des sols contaminés par des ML issus de la fertilisation à long terme en N. Le rôle des différentes espèces de CMA dans l'absorption et la séquestration des ML a été aussi investigué. Dans une première expérience, la structure des communautés de CMA a été analysée à partir d’échantillons de sols de sites contaminés par des ML et de sites témoins non-contaminés. Nous avons constaté que la diversité des CMA indigènes a été plus faible dans les sols et les racines des plantes récoltées à partir de sites contaminés par rapport aux sites noncontaminés. Nous avons également constaté que la structure de la communauté d'AMF a été modifiée par la présence des ML dans les sols. Certains ribotypes des CMA ont été plus souvent associés aux sites contaminés, alors que d’autres ribotypes ont été associés aux sites non-contaminés. Cependant, certains ribotypes ont été observés aussi bien dans les sols pollués que non-pollués. Dans une deuxième expérience, les effets de la fertilisation organique et minérale (N) sur les différentes structures des communautés des CMA ont été étudiés. La variation de la structure de la communauté de CMA colonisant les racines a été analysée en fonction du type de fertilisation. Certains ribotypes de CMA étaient associés à la fertilisation organique et d'autres à la fertilisation minérale. En revanche, la fertilisation minérale a réduit le nombre de ribotypes de CMA alors que la fertilisation organique l’a augmenté. Dans cette expérience, j’ai démontré que le changement de structure des communautés de CMA colonisant des racines a eu un effet significatif sur la productivité des plantes. Dans une troisième expérience, le rôle de deux espèces de CMA (Glomus irregulare et G. mosseae) dans l'absorption du cadmium (Cd) par des plants de tournesol cultivés dans des sols amendés avec trois niveaux différents de Cd a été évalué. J’ai démontré que les deux espèces de CMA affectent différemment l’absorption ou la séquestration de ce ML par les plants de tournesol. Cette expérience a permis de mieux comprendre le rôle potentiel des CMA dans l'absorption des ML selon la concentration de cadmium dans le sol et les espèces de CMA. Mes recherches de doctorat démontrent donc que la fertilisation en N affecte la structure des communautés des CMA dans les racines et le sol. Le changement de structure de la communauté de CMA colonisant les racines affecte de manière significative la productivité des plantes. J’ai aussi démontré que, sous nos conditions expériemntales, l’espèce de CMA G. irregulare a été observée dans tous les sites (pollués et non-pollués), tandis que le G. mosseae n’a été observé en abondance que dans les sites contaminés. Par conséquent, j’ai étudié le rôle de ces deux espèces (G. irregulare et G. mosseae) dans l'absorption du Cd par le tournesol cultivé dans des sols amendés avec trois différents niveaux de Cd en serre. Les résultats indiquent que les espèces de CMA ont un potentiel différent pour atténuer la toxicité des ML dans les plantes hôtes, selon le niveau de concentration en Cd. En conclusion, mes travaux suggèrent que le G. irregulare est une espèce potentiellement importante pour la phytoextration du Cd, alors que le G. mosseae pourrait être une espèce appropriée pour phytostabilisation du Cd et du Zn.
Trace metals (TM) are continually world-wide added to soils through the intensive use of mineral fertilizers and agriculture chemicals, together with industrial and other activities generating toxic wastes. Problems associated with metal-contaminated soil exists because TM are not biodegradable. TM that accumulate in soils affect the biodiversity of soil microorganisms. Nitrogen (N) fertilization is a widespread practice to increase soil fertility and crop production. However, the long-term use of N fertilization causes many detrimental effects in the environment. The intensive use of N fertilization increase TM input in soils, and in extreme cases, N fertilization result in TM pollution of the surrounding soil and water and increase TM concentration in plant tissues. In addition, the long-term use of N fertilizers changes and declines the biodiversity of above and underground ecosystems. The community structure of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) was investigated in TM contaminated and long-term N fertilized soils. In addition, the role of different AMF species in TM uptake or sequestration was investigated. In the first experiment, AMF community structure was analyzed from non-contaminated and TM contaminated sites. We found the diversity of native AMF was lower in soils and plant roots harvested from TM polluted soils than from unpolluted soils. We also found that the community structure of AMF was modified by TM contamination. Some AMF ribotypes were more often associated with TM contaminated sites, other ribotypes with uncontaminated sites, while still other ribotypes were found both in polluted and unpolluted soils. In the second experiment, the effect of different organic and mineral N fertilization on AMF community structure was investigated. Variation in root-colonizing AMF community structure was observed in both organic and mineral fertilization. Some AMF ribotypes were more affiliated to organic fertilization and other to mineral fertilization. In addition, mineral fertilization reduced AMF ribotypes number while organic fertilization increased AMF ribotypes number. In this experiment, it was demonstrated that change in root-colonizing AMF community structure had a significant effect on plant productivity. In the third experiment, the role of different AMF species (G. irregulare and G. mosseae) in TM uptake by sunflower plants grown in soil amended with three different Cd levels was evaluated. It was demonstrated that AMF species differentially affected TM uptake or sequestration by sunflower plants. This experiment supported a different effect of AMF in TM uptake based on Cd concentration in soil and the AMF species involved. Our research demonstrated that TM and N fertilization affected and shifted AMF community structure within roots and soils. It was shown that change in root-colonizing AMF community structure significantly affected plant productivity. In this study, it was showed that the AMF species G. irregulare was recorded in all uncontaminated sites while G. mosseae was the most abundant AMF species in TM contaminated sites. Therefore, the role of G. irregulare and G. mosseae in Cd uptake by sunflower plants grown in soils amended with three different Cd levels was investigated. The results indicated that AMF species mediate different mechanisms to alleviate TM toxicity in host plants, depending on AMF species and soil Cd level involved. We hypothesize that G. irregulare is a potentially important species for Cd phytoextration processes, while G. mosseae might be a suitable candidate for Cd and Zn phytostabilization processes.

Le récepteur nucléaire Nr5a2, également connu sous le nom de liver receptor homolog-1 (Lrh-1), est exprimé au niveau de l’ovaire chez la souris, exclusivement dans les cellules lutéales et de la granulosa. La perturbation de Nr5a2, spécifique aux cellules de la granulosa chez la souris à partir des follicules primaires dans la trajectoire du développement folliculaire a démontré que Nr5a2 est un régulateur clé de l’ovulation et de la fertilité chez la femelle. Notre hypothèse veut que Nr5a2 régule les évènements péri- et post-ovulatoires dans une séquence temporelle lors de la folliculogénèse. Afin d'étudier l’implication de Nr5a2 lors de l’ovulation et de la lutéinisation à différents stades du développement folliculaire, nous avons généré deux modèles de souris knockout spécifiques aux cellules de la granulosa pour Nr5a2: 1) Nr5a2Amhr2-/-, avec une réduction de Nr5a2 à partir des follicules primaires et subséquents; 2) Nr5a2Cyp19-/-, avec une réduction de Nr5a2 débutant au stade antral de développement en progressant. L’absence de Nr5a2 à partir des follicules antraux a résulté en une infertilité chez les femelles Nr5a2Cyp19-/-, de même qu’en des structures non-fonctionnelles similaires aux structures lutéales au niveau des ovaires, en une réduction des niveaux de progestérone synthétisée ainsi qu’en un échec dans le support d’une pseudo-gestation. La synthèse de progestérone a été entravée suite à l’absence de Nr5a2 par l’entremise d’une régulation à la baisse des gènes reliés au transport du cholestérol, Scarb1, StAR et Ldlr, démontré par qPCR. Les complexes cumulus-oocytes des femelles Nr5a2Cyp19-/- immatures super-stimulées ont subi une expansion in vivo, mais l’ovulation a été perturbée, possiblement par une régulation à la baisse du gène du récepteur de la progestérone (Pgr). Un essai d’expansion du cumulus in vitro a démontré une expansion défectueuse du cumulus chez les Nr5a2Amhr2-/-, associée à un dérèglement de la protéine des jonctions communicantes (Gja1; Cx43). Cependant, l’expansion du cumulus chez les Nr5a2Cyp19-/- n’a pas été autant affectée. Des résultats obtenus par qPCR ont démontré une régulation à la baisse dans l’expression des gènes Areg, Ereg, Btc et Tnfaip6 chez les deux modèles de cellules ovariennes knockout à 2h et 4h post hCG. Nous avons observé que 85% des oocytes, chez les deux génotypes mutants, peuvent subir une rupture de la vésicule germinative, confirmant leur capacité de maturation in vivo. La technique d’injection intra-cytoplasmique de spermatozoïdes a prouvé que les oocytes des deux génotypes mutants sont fertilisables et que 70% des embryons résultants ont poursuivi leur développement vers le stade de blastocyste, et ce, indépendamment du génotype. En conclusion, Nr5a2 régule la fertilité chez les femelles tout au long du processus du développement folliculaire. Il a été démontré que Nr5a2 est essentiel à la lutéinisation et que sa perturbation dans les cellules somatiques ovariennes ne compromet pas la capacité des oocytes à être fertilisés. En vue d’ensemble, nous avons fourni une investigation inédite et complète, utilisant de multiples modèles et techniques afin de déterminer les mécanismes par lesquels Nr5a2 régule les importants processus que sont l’expansion du cumulus, l’ovulation ainsi que la formation du corps jaune.
The nuclear receptor Nr5a2, also known as liver receptor homolog-1 (Lrh-1), is expressed in the mouse ovary, exclusively in granulosa and luteal cells. Granulosa-specific disruption of Nr5a2 in mice from primary follicles onward in the follicle development trajectory has shown that Nr5a2 is a key regulator of ovulation and female fertility. We hypothesized that Nr5a2 modulates peri- and post-ovulatory events in a temporal sequence during folliculogenesis. To examine the role of Nr5a2 in ovulation and luteinization at different stages of the follicular development, we generated two Nr5a2 granulosa-specific knockout mice models: 1) Nr5a2Amhr2-/-, with Nr5a2 depletion from primary follicles forward; and 2) Nr5a2Cyp19-/-, with Nr5a2 depletion from the antral stage of development forward. The lack of Nr5a2 beginning in antral follicles resulted in infertility in Nr5a2Cyp19-/- females, with ovaries displaying non-functional luteal-like structures, synthesizing reduced progesterone levels and failing in supporting pseudopregnancy. Progesterone synthesis was affected by the lack of Nr5a2 through the downregulation of the cholesterol transport-related genes, Scarb1, StAR and Ldlr, as shown by qPCR. The cumulus-oocyte complexes of superstimulated Nr5a2Cyp19-/- immature females underwent expansion in vivo, but ovulation was disrupted, likely due to the downregulation of the progesterone receptor (Pgr) gene. An in vitro cumulus expansion assay showed defective cumulus expansion in Nr5a2Amhr2-/- associated with a dysregulation in the gap junction alpha-1 (Gja1; Cx43). In vitro cumulus expansion in Nr5a2Cyp19-/- was less affected than in Nr5a2Amhr2-/- cumulus-oocyte complexes. Data from qPCR showed a downregulation in the gene expression of Areg, Ereg, Btc and Tnfaip6 in both knockout ovarian cells at 2 h and 4 h post hCG. We found that 85% of the oocytes in both mutant genotypes can undergo germinal vesicle breakdown, confirming their capability to mature in vivo. Intracytoplasmic sperm injection (ICSI) showed the oocytes in both mutant models to be fertilizable and 70% of the resulting embryos proceeded to a blastocyst stage, independent of the genotype. In conclusion, Nr5a2 regulates female fertility along the entire process of the follicular development. Nr5a2 is shown to be essential for luteinization and its disruption in ovarian somatic cells does not compromise oocyte fertilizability. In overview, we provided a novel and comprehensive investigation, using multiple models and techniques to determine the mechanisms by which Nr5a2 regulates the important processes of cumulus expansion, ovulation and formation of the corpus luteum.

Die Kulturlandschaft und ihre Bewirtschaftung haben sich seit dem Beginn der großräumigen Intensivierungsprozesse (z.B. Meliorationen, synthetischer Düngung und Herbizidgebrauch) in den 1950/60er Jahren in Mitteleuropa dramatisch geändert. Viele der ehemaligen artenreichen Grünlandflächen wurden in den letzten Jahrzehnten beseitigt (z.B. durch Umbruch zu Acker). Dies führte zu einem allgemeinen Grünlandrückgang in Deutschland. Heute werden die meisten Ackerflächen und die restlichen Grünlandflächen sehr intensiv bewirtschaftet. Die gegenläufige Entwicklung, die Umwandlung von Äckern zu Grünland, ist eher eine regionale Erscheinung, z.B. im Hügeland oder im Zuge von Kompensationsmaßnahmen. Die Artenzusammensetzung dieser Grünländer unterscheidet sich jedoch häufig von solchen mit längerer Habitatkontinuität. Um die Effekte von solch weiträumigen Meliorationsmaßnahmen auf die Phytodiversität, die Landschaftsstruktur und die hiermit einhergehende Grünlandfragmentierung sowie deren Auswirkungen auf die Pflanzenarten des Grünlandes zu erfassen, ist es nötig, historische Daten aus den 1950er Jahren, bevor die gravierenden, ackerbaulichen Intensivierungen begannen, auszuwerten. Feucht- sowie artenreiche Frischgrünländer waren in den 1950/60er Jahren ein typischer und weit verbreiteter Habitattyp, gelten jedoch aktuell als sehr bedroht in Mitteleuropa. Wiederholungsstudien mit mehreren Untersuchungsflächen und einem Untersuchungs-zeitraum von 50-60 Jahren, der vor den weiträumigen Intensivierungen beginnt, fehlen bislang und klar verortete historische Vegetationsdaten sind selten. Obwohl der Graslandanteil in einigen Hügelregionen in Deutschland zugenommen hat ist die ökologische Qualität vieler dieser Flächen gering. Zusätzlich sind artenreiche Kalkmagerrasen als ein Relikt früherer Bewirtschaftsformen und typischer Bestandteil des Hügellandes durch Nutzungsaufgabe (Sukzession) und Nährstoffeintrag gefährdet. Das Ziel dieser Doktorarbeit war es, den Landschaftswandel und die Veränderungen im Grünland in sechs Flussauengebieten (sowie einem durch Naturschutzstatus geschützten Gebiet) und einem typischen Gebiet des Hügellandes in Norddeutschland zu untersuchen. Hierzu wurden sowohl der Grünlandanteil, die Habitatkontinuität, der aktuelle Habitattyp, der Fragmentierungsgrad als auch die Auswirkungen auf die Artenzahlen, Artenzusammensetzung und die funktionelle Diversität untersucht. Die Studien in den Flussauen basieren auf fein aufgelösten historischen Vegetationskarten und dazugehörigen Vegetationsaufnahmen aus demselben Zeitraum. In 2008 wurden diese sechs Gebiete (+1 geschütztes Gebiet) mittels einer Biotoptypenkartierung erneut erfasst. Innerhalb dieser kanpp 2800 ha (2500 + 293 ha) früherer Grünländer wurden randomisierte Punkte gelegt und zusätzlich Vegetationaufnahmen in allen aktuellen Grünländern (inklusive Sukzessionsstadien) angefertigt. Die Fallstudie (2500 ha) aus dem niedersächsischen Hügelland basiert auf aktuellen Vegetationsaufnahmen, die ebenfalls mittels randomisierter Punkte in den bestehenden Grünländern (394 ha) angefertig wurden. Zusatzdaten über z.B. die aktuelle Bewirtschaftung oder die Habitatkontinuität (Auswertung historischer Karten) wurden ebenfalls erfasst. Die erste Studie zeigte, dass die ehemaligen artenreichen Feucht- und Frischgrünländer in den ungeschützten Gebieten drastisch, um über 80% der ursprünglichen Fläche, zurückgegangen sind. Sie wurden größtenteils durch Äcker, Intensivgrünländer aber auch Brachestadien ersetzt. Bedingt durch diesen starken Flächenrückgang hat die Fragmentierung der Restflächen stark zugenommen. Die durch ein Naturschutzgebiet geschützte Untersuchungsfläche an der Havel zeigte im Vergleich relative geringe Veränderungen. Daraus lässt sich deuten, dass lokale Effekte wie Düngung oder Drainage und nicht überregionale Effekte wie Klimaerwärmung oder der Eintrag von Stickstoff durch Luft die Hauptursache für den dokumentierten Wandel sind. Die zweite Studie in den Grünländern der Auen zeigte, dass sich die Artenzusammensetzung in den letzten fünf bis sechs Jahrzehnten in allen Gebieten stark verändert hat, die Artenzahlen der Vegetationsaufnahmen um 30-50% und auch die funktionelle Diversität in ähnlichem Maße zurückgegangen sind. Die Ellenberg-Zeigerwerte (EIV) für Nährstoffverfügbarkeit sind im Vergleich zu den 1950/60er Jahren stark gestiegen und die Unterschiede zwischen den ungeschützen und dem geschützten Gebiet unterstützen ebenfalls die Annahme, dass Veränderungen größtenteils durch lokale Faktoren und nicht durch überregionale Effekte verursacht wurden. Der Trend in den ungeschützten Gebieten geht zu artenamen Grünlandgesellschaften, die von wenigen konkurrenzstarken und mahdtoleranten Arten dominiert werden. Frühblühende und auf Insektenbestäubung angewiesene Pflanzen sind stark zurückgegangen, mit entsprechenden Auswirkungen auf die Tierwelt. Die dritte Studie verknüpft den dramatischen Grünlandrückgang und die zunehmende Fragmentierung mit der Artenverarmung seit den 1950/60er Jahren. Hierfür wurden mittels definierter Kriterien eine Liste von 78 für das Feucht- und Frischgrünland charakteristischen Grünlandarten definiert, die die Grundlage für die weiteren Analysen bildeten. Die Artenzahlen auf Ebene der Vegetationsaufnahmen nahmen um 30-66% ab. Die getesteten Landschaftsstrukturmaße hatten keinen nachweisbaren Einfluss auf die Artenzahlen auf Landschaftsebene. Die Distanz zum nächstgelegenen und geeigneten Habitat für die charakteristischen Arten hatte einen geringen negativen Effekt auf die Artenzahl der Vegetationsaufnahmen. Die Ellenberg-Zeigerwerte (N, F) und die Diversitätsmaßzahlen an charakteristischen Arten weisen ebenfalls auf den Effekt der lokalen Bewirtschaftung und nicht auf Fragmentierung als treibende Kraft beim Rückgang und dem Wandel der Artengarnitur hin. Im Gegensatz zu den Untersuchungsgebieten in den Flussauen hat sich der Grünlandanteil in der Fallstudie im niedersächsischen Hügelland seit den 1950er Jahren verdoppelt. Es wurden sechs verschiedene Grünlandtypen mit einer Spanne von unter 15 bis zu deutlich mehr als 27 Arten pro Aufnahme erfasst. Die besonders artenreichen Bestände sind aber mit ca. 6% der Fläche sehr selten. Die Anzahl an insektenbestäubten Pflanzen als auch die absoluten Artenzahlen gehen mit steigender Nutzungsintensität (indiziert durch die Ellenberg-Zeigerwerte Nährstoffe (N) und Mahdtoleranz (M)) wie in den Untersuchungsgebieten in den Flussauen zurück. Artenreiche Grünländer kommen nur auf mit Schafen beweideten Flächen mit einer Habitatkontinuität von mindestens 100 Jahren vor. Grünländer mit mittleren Artenzahlen sind größtenteils auf früheren Äckern mit einer Habitatkontinuität von weniger als 30 Jahren zu finden. Die dargestellte Untersuchung hat dramatische Verluste in den Grünlandflächen der Flussauen aufgezeigt. Die Restflächen sind fragmentiert und die Artenzahlen sowie die funtionelle Diversität stark zurückgegangen. Die Fallstudie im niedersächsischen Hügelland zeigt, dass selbst in Landschaften mit hohem Grasslandanteil die ökologische Qualität von den meisten Grünländern nur noch gering ist.