l'herbivorie jérôme mathieu module lv 396 fonctionnement des écosystèmes

L'herbivorie

Jérôme Mathieu

http://www.jerome-mathieu.com

Module LV 396 Fonctionnement des écosystèmes

Questions

L’herbivorie peut -elle être favorable pour les plantes?

Comment les plantes se défendent?

Quel rôle joue t’elle dans les flux de matière?

Les herbivores mangent ils tous les memes (partie de) plantes?

Plan du cours

I Contexte du cycle des nutrimentsII Types d'herbivorieIII Conséquences de l'herbivorieIV Adaptations des plantesV Contraintes et adaptations des herbivores

I Contexte du cycle des nutriments

5

I Contexte du cycle des nutriments

plantes

Roche mère

NutrimentsProductivitéprimaire

6

I Contexte du cycle des nutriments

plantes

Matière Organiquedu sol

Roche mère

Nutriments

7

I Contexte du cycle des nutriments

plantes herbivores carnivores

Matière Organiquedu sol

Roche mère

Nutriments

pertes?

8

II Les types d'herbivorie

9

Définition formelle de l'herbivorie

Herbivory : The consumption of all or parts of living plants.

“Predation” is sometimes used to indicate that the herbivore consumes the entire plant.

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II Les types d'herbivorie

11

II.1Nectarivores, piqueurs suceurs

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II.2 les frugivores

Frugivores – consume fruits, often without damaging the seeds within; when the seeds are dispersed to more favorable sites than would result from lack of visits by the frugivores, the relationship is likely to be mutualistic

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II.3 Les granivores

14

II.3 attention au terme granivore !

Finalement qu'est ce qu'une graine ??

15

II.3 graine ou fruit sec akène ?

http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/Fruits/index.htm

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II.3 graine ou fruit sec akène ?

fruit akène= " graine "

fleur

http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/Fruits/index.htm

"Akenivorie "à la place de"granivorie"!

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II.4 Le browsing

Browsers – consume plant parts (mostly green) well above the substrate, e.g., deer browse the leaves of shrubs and saplings

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II.5 Le broutage

Grazers – consume plant parts (mostly green) near the substrate, e.g., snails graze algae, antelope graze grass; including roots

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II.6 Herbivorie des racines

consommation ou déterioration des racines

Nématodes

fléau agricole

20

II.6 Herbivorie des racines

consommation ou déterioration des racines

Nématodes

lutte biologique

champignon "chasseur"

fléau agricole

21

II.6 Herbivorie des racines

le hanneton communfléau d'antantprotégé maintenant

III Conséquences de l'herbivorie

23

III Conséquences de l'herbivorie

III.1 Perte de tissus et nutriments III.2 Nutrient dislocation III.3 Création d'hétérogénéité III.4 Dispersion des graines III.5 Equilibres compétitifs III.6 Biodiversité des plantes

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III.1 perte de tissus et nutriments

plantes

Matière Organiquedu sol

Roche mère

Nutriments

25

plantes

Matière Organiquedu sol

Roche mère

Nutriments

résorption

sans herbivorie

III.1 perte de tissus et nutriments

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plantes herbivores

Matière Organiquedu sol

Roche mère

Nutriments

Herbivorie

III.1 perte de tissus et nutriments

27

plantes herbivores

Matière Organiquedu sol

Roche mère

Nutriments

Herbivorie

peu de résorption

perte importante

perte en nutrimentsélevée

III.1 perte de tissus et nutriments

28

diminution de la quantité de N

III.1 perte de tissus et nutriments

29

15% des pertes des culturessont dues aux insectes

http://asae.frymulti.com/abstract.asp?aid=8398&t=2

http://www1.agric.gov.ab.ca/$department/deptdocs.nsf/all/prm11949

III.1 perte de tissus et nutriments

30

III.1 perte de tissus et nutriments

31

III.2 nutrient dislocation

plantes herbivores

Matière Organiquedu sol

Roche mère

Nutriments

Herbivorie

sortie de nutriments

32

III.2 nutrient dislocation

33

III.3 création d'hétérogénéité

34

III.4 dispersion des graines

35

III.5 équilibres compétitifs entre espèces

favorise les herbacées

équilibre ligneux - herbacées

témoin

- herbivores

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Projet BIOFUN

herbivorie

?

III.5 équilibres compétitifs entre espèces

37

III.6 biodiversité et productivité

Augmentation de la diversité

colonisation extinction

38

Grazing Optimization Hypothesis (cf td)

III.6 biodiversité et productivité

IV Adaptation des plantes

40

IV Adaptation des plantes

IV.1 compensation IV.2 défenses des plantes

Physiques Chimiques

IV.3 inductibilité des défenses IV.4 aspects évolutifs

41

IV Adaptation des plantes IV.1 compensation : pousser plus !

plantesherbivores

Herbivorie

McNaughton (1983) & Belsky et al. (1993)

théorie de la compensation

42

??

IV Adaptation des plantes IV.1 compensation : pousser plus !

herbivorieexclue

herbivorieautorisée

43

Seed p

roduct

ion (

g)

IV Adaptation des plantes IV.1 compensation : pousser plus !

herbivorieexclue

herbivorieautorisée

44

Seed p

roduct

ion (

g)

grazed

ungrazed

herbivorieexclue

herbivorieautorisée

IV Adaptation des plantes IV.1 compensation : pousser plus !

45

Seed p

roduct

ion (

g)

= true herbivory effect

http://www3.imperial.ac.uk/naturalsciences/research/statisticsusingr

IV Adaptation des plantes IV.1 compensation : pousser plus !

46

Conclusion données souvent ambiguës théorie de la compensation très

controversée plutôt rejetée actuellement

IV Adaptation des plantes IV.1 compensation : pousser plus ?

47

IV Adaptation des plantes IV.2 défenses

production d'organes ou de molécules de défense

48

réponse physique chimique

constitutive inductible

IV Adaptation des plantes IV.2 défenses

49

épines

trichomes

coques

IV Adaptation des plantes IV.2 défenses physiques

50

Photosynthèse

métabolitesprimaires

métabolitessecondaires

terpènescomp.phénol.

composésazotés

IV Adaptation des plantes IV.2 défenses Chimiques

51

IV Adaptation des plantes IV.2 défenses Chimiques

composés métaboliques secondaires terpènes composés phénoliques composés azotés

52

IV Adaptation des plantes IV.2 défenses Chimiques - terpènes

molécule de base

exemples

isopentane (=hydrocarbures)

menthol

gibbereline

caroténoides

huiles essentielles (anti oxydant)

53

IV Adaptation des plantes IV.2 défenses Chimiques - terpènes

pyréthroides

résine, épines de pin

Bifen IT--1 Pt.* Active Ingredient:Bifenthrin- 7.9% synthetic pyrethroid; low odor chemical. Talstar One and Bifen IT have the exact same label. Long residual control over termites and 75 other pests.

54

IV Adaptation des plantes IV.2 défenses Chimiques – composés phénoliques

lignine

tanins

flavonoides

structure

antimicrobienscouleurs

toxines

55

IV Adaptation des plantes IV.2 défenses Chimiques – composés azotés

alcaloïdes nicotine codéine cocaïne morphine

acides aminés non protéiques

56

IV Adaptation des plantes IV.3 inductibilité des défenses

défenses constitutives vs défenses inductibles

57

IV Adaptation des plantes IV.3 défenses constitutives – paroi des cellules

cellulose

58

IV Adaptation des plantes IV.3 défenses constitutives – association avec défenseurs

Cecropia sp.

gîte + couvert -> défense

59

IV Adaptation des plantes IV.3 défenses induites - molécules de défense

Raphanus sativus L.Brassicaceae

Pieris rapae

Myzus persicae Forficula sp.)

60

IV Adaptation des plantes IV.3 défenses induites – recrutement de défenseurs

Cecropia sp.

61

IV Adaptation des plantes IV.3 défenses induites – recrutement de défenseurs

Tetranchus urticaeherbivore

Phytoseiluspersimilisprédateur

attraction

Phaseolus lunatus(haricot de Lima)

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IV Adaptation des plantes IV.3 défenses induites molécules de défense + communication entre plantes

éthylène volatile

Koudou

réponseinduite

= signal d'alarme

Tannins

Tannins

63

IV Adaptation des plantes IV.4 aspects évolutifs

tout ça c'est bien, mais ça coût cher… et y a aussi compétition avec les

autres plantes

64Coley et al. (1985)

IV Adaptation des plantes IV.4 aspects évolutifs

Tradeoff défense – croissance

les tissus coutent pas cher les défenses coutent cher

• soit investissement dans les défenses mais croissance lente

-> mortalité faible, plantes d'ombre

• soit investissement dans la croissance plus que dans les défenses

-> mortalité forte, plantes de soleil

65

IV Adaptation des plantes IV.4 aspects évolutifs - coût des défenses

Cecropia peltata

Coley 1986, Oecologia

66Coley et al. (1985)

IV Adaptation des plantes IV.4 aspects évolutifs

Tradeoff défense – croissance

les tissus coutent pas cher les défenses coutent cher

• si peu de nutriments -> croissance lente -> défenses élevées

• si beaucoup de nutriments -> croissance rapide -> peu de défenses

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Pachira brevipes Pachira insiginis

Nutriments Nutriments<

croissance lente

croissance rapide

DéfensesDéfenses >

IV Adaptation des plantes IV.4 aspects évolutifs

68

IV Adaptation des plantes IV.4 aspects évolutifs - La question

Dans quels type de défenses investir ?

69

Durée de vie de la feuille

Coû

t cu

mul

é de

s dé

fens

es

Coley et al. (1985)

Défenses immobiles(lignines, tannins…) durent longtemps (faible turnover) donc les couts s'amortissent dans le temps

défenses i

mmobiles

IV Adaptation des plantes IV.4 aspects évolutifs

70

Coût

cum

ulé

des

défe

nse

s

Défenses m

obiles

Coley et al. (1985)

Défenses mobiles

coût constant dans le temps

donc cumulatif, du fait du turnover défense

s immobile

s

IV Adaptation des plantes IV.4 aspects évolutifs

Durée de vie de la feuille

71

Coût

cum

ulé

des

défe

nse

s

Défensesmobiles

avantageuses

Défensesimmobiles

avantageuses

Coley et al. (1985)

défenses i

mmobiles

Défenses m

obiles

si croissance lenteles tissus coutent cher et doivent durer, interêt à investir dans les défenses immobiles qui sont moins coûteuses à long terme

si croissance rapideles tissus coutent pas cher peu d'interêt à investir dans les défenses immobiles

IV Adaptation des plantes IV.4 aspects évolutifs

Durée de vie de la feuille

V Adaptations des herbivores

73

V Adaptations des herbivores

les plantes ont défenses physiques défenses chimiques Communication

74

V Adaptations des herbivores

V.1 sélectivité V.2 sous traitance V.3 entraide V.2 foraging V.3 co –évolution V.4 détournement

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V Adaptations des herbivores V.1 Sélectivité

sélection selon palabilité goût quantité de nutriment partie de la plante

avancé comme mécanisme de coexistence

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V Adaptations des herbivores V.1 Sélectivité

sélectivité

< < <

espèce, stade de développement, taille, disponibilité

77

V Adaptations des herbivores V.1 Sélectivité

< < <

~ taille/rythme métabolique

sélectivité

78

V Adaptations des herbivores V.1 Sélectivité

< < <

~ stratégies collectives d'évitement des prédateurs?

sélectivité

79

V Adaptations des herbivores V.1 Sélectivité

sélection sur la taille des graines (des akènes…)

80

V Adaptations des herbivores V.2 Sous traitance

81

V Adaptations des herbivores V.2 Sous traitance

interne

82

V Adaptations des herbivores V.2 Sous traitance

interne

panse

bonnet

feuillet

Rumination

83

V Adaptations des herbivores V.2 Sous traitance

externe

fourmisAm. du sud

TermitesAfrique

84

V Adaptations des herbivores V.2 Sous traitance

externe

fourmisAm. du sud

TermitesAfrique

85

V Adaptations des herbivoresV.3 stratégies de foraging

problème : communication des plantes induction des défenses

réponse : choix de plantes isolées ou rares consommation d'individus entiers rare tradeoff qualité nourriture – temps de

prise alimentaire contrainte de vigilance

86

V Adaptations des herbivoresV.4 co-évolution plante-herbivores

nsns

***

***

Lepidium virginicum

Pierisrapae

Noctuidae

87

V Adaptations des herbivoresV.5 détournement

Chrysomela populi

88

V Adaptations des herbivoresV.5 détournement

idem chezcertaines grenouilles

Bilan du cours

I Contexte du cycle des nutrimentsII Types d'herbivorieIII Conséquences de l'herbivorieIV Adaptations des plantesV Contraintes et adaptations des herbivores