les propriétés du sol et la pollution multiple affectent

Les propriétés du sol et la pollution

multiple affectent la diversité

bactérienne taxonomique et

fonctionnelle dans une gamme de

sols présentant un gradient

d'anthropisation

CEBRON Aurélie, LIECAtelier 2

2Titre et/ou intitulé Datewww.ademe.fr

Introduction

L’anthropisation des sols

• Au XXème siècle : Industrialisation et développement urbain

anthropisation et pollution

300-400 000 sites potentiellement pollués (env. 100 000 hectares; Basias)

4 100 sites faisant l’objet de mesures de gestion des sols (Basol)

• Activités sidérurgiques crise de la métallurgie friches industrielles

les sols : réceptacles majeurs de la pollution

Organique (ex: charbon, coke)

Métallique (ex: scories, laitier, boues)

Basol, 2

012

HAP

(hydrocarbures aromatiques polycycliques)

ETM

(éléments trace métalliques)


Microorganismes (bactéries et champignons)

Acteurs essentiels de certaines étapes clés des cycles biogéochimiques, notamment cycle du carbone

Introduction

Les communautés microbiennes des sols

Communautés

microbiennes

plantes

Cycle du C(très simplifié!)

CO2

MO (litière, exsudats,

rhizodépots…


Microorganismes (bactéries et champignons)

Acteurs essentiels de certaines étapes clés des cycles biogéochimiques, notamment cycle du carbone

Quel est l’impact des polluants (HAP/ETM) sur les microorganismes et leur fonctions?

Introduction

Les communautés microbiennes des sols

Communautés

microbiennes

plantes

Cycle du C(très simplifié!)

CO2

MO (litière, exsudats,

rhizodépots…HAP

ETM

?

?


Evaluer l’abondance, la diversité taxonomique et la diversité métabolique fonctionnelle des

communautés microbiennes dans un contexte de multi-pollution.

Objectifs

Abondance

Diversité

taxonomiqu

e

Fonctions

Communautés

microbiennes


Evaluer l’abondance, la diversité taxonomique et la diversité métabolique fonctionnelle des

communautés microbiennes dans un contexte de multi-pollution.

Déterminer les facteurs des sols (paramètres physico-chimiques, polluants) qui ont affecté ces

diversités.

Objectifs

Abondance

Diversité

taxonomiqu

e

Fonctions

Communautés

microbiennes


10 sols = gradient de pollution

Matériel et méthodes

Bassins à boues (ETM, HAP)

Contrôles (peu/pas contaminés)

Crassiers sidérurgiques (HAP, ETM)


10 sols = gradient de pollution

Matériel et méthodes

Bassins à boues (ETM, HAP)

Contrôles (peu/pas contaminés)

Crassiers sidérurgiques (HAP, ETM)

Physico-chimie

C, N, P, pH, texture, HAP, ETM

Microbiologie

1. Moléculaire (ADN) :

• Abondances (qPCR ADNr 16S et 18S)

• Diversité taxonomique (séquençage

Illumina MiSeq)

2. Fonctionnelle

• Diversité métabolique (Biolog®)


Caractérisation physico-chimique

Résultats

Gradient de Zn

Gradient de HAP

Zinc total

Ʃ 16 HAP


Caractérisation physico-chimique

Résultats

Gradient de Zn

Gradient de HAP

Zinc total

Ʃ 16 HAP

Ho Uc

Te

Mo

Di

He

RM

Po

MsM

NM

PC1 (35.39%)

PC

2 (

28.5

1%

)

ETM

HAP

C org

N

PK

pH

Sables

Argiles

Contrôles

Crassiers

Bassins à

boues

Limons

ACP


Abondances bactérienne et fongique

Résultats

1,00E+09

1,00E+10

1,00E+11

1,00E+12

Mo He Di Uc Te NM Ho Po MsM RM

16S18S

Nom

bre

de c

opie

s d

e g

ène g

-1 d

e s

ol

109

1010

1012

1011

ADNr 16S (bactéries)

ADNr 18S (champignons)

• Abondances variables entre les sols

• Pas de différence significative entre les groupes

• Pas de corrélation entre abondance microbienne et teneur en polluants

qPCR


Diversité taxonomique bactérienne

Résultats

• Influence mineure de la pollution HAP/ETM sur l’abondance de certains phyla

Abondances relatives des phyla bactériens : séquençage Illumina® ADNr 16S

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%


Unclassified OTUs

Others

Verrucomicrobia

Gamma-Proteobacteria

Delta-Proteobacteria

Beta-Proteobacteria

Alpha-Proteobacteria

TM7

Nitrospirae

Gemmatimonadetes

Firmicutes

Chloroflexi

Bacteroidetes

Actinobacteria

Acidobacteria


Diversité taxonomique bactérienne

Résultats

• Influence mineure de la pollution HAP/ETM sur l’abondance de certains phyla

• Structure, richesse, diversité des communautés différentes selon les sols : pas d’influence

majeur de la pollution

Abondances relatives des phyla bactériens : séquençage Illumina® ADNr 16S

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%


Unclassified OTUs

Others

Verrucomicrobia

Gamma-Proteobacteria

Delta-Proteobacteria

Beta-Proteobacteria

Alpha-Proteobacteria

TM7

Nitrospirae

Gemmatimonadetes

Firmicutes

Chloroflexi

Bacteroidetes

Actinobacteria

Acidobacteria

0

2 000

4 000

6 000

Indic

e C

hao1

Richesse spécifique

0,60

0,65

0,70

0,75

0,80

0,85

0,90

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

Indic

e d

e P

iélo

u(J

)

Indic

e d

e S

hannon (

H’)

Diversité et équitabilité


Paramètres expliquant la variabilité de la

diversité taxonomique

Résultats

d = 0.5

Mo

He

DiUc

Te

NM

HoPo

MsM

RM

RDA1 (94%)

RD

A2 (

6%)

métaux

HAP

pH sable

Diversité (H’)

Equitabilité (J’)

Richesse (chao1)

Analyse des redondances (RDA)

Contrôles

Crassiers

Bassins à boues

Corrélation

significative

• Diversité taxonomique bactérienne

majoritairement expliquée par la texture du sol

: plus la texture est sableuse plus la diversité

est importante

• HAP et ETM n’ont que peu d’influence


Impact des HAP et ETM sur la certains

taxons bactériens

Résultats

• Les HAP non pas d’impact négatif sur la

diversité bactérienne

• Les HAP ont un effet positif (sélection)

• Les ETM ont un effet positif et négatif

(inhibition)

−0.93 −0.46 0 0.46 0.93

Color key

pH

San

d

PA

H

P_O

lse

n

Me

tal_

ind

ex N

C_o

rg k_

t

Cla

y

Otu00046_Actinobacter ia__Aeromicrobium

Otu00026_Verrucomicrobia__DA101

Otu00074_Actinobacter ia__Aeromicrobium

Otu00041_Actinobacter ia__Acidimicrobineae

Otu00091_Alphaproteobacter ia__MNH4

Otu00062_Alphaproteobacter ia__Brevundimonas

Otu00003_unclassified

Otu00031_Alphaproteobacter ia__Nordella

Otu00036_Actinobacter ia__AKIW543



Otu00011_Firmicutes__Bacillus




Otu00121_Acidobacteria__Acidobacteriaceae


Otu00033_Alphaproteobacter ia__Sphingomonas

Otu00044_Bacteroidetes__Chitinophagaceae


Otu00008_Acidobacteria__Candidatus_Chloroacidobacter ium


Otu00057_Betaproteobacter ia__Oxalobacteraceae

Otu00060_Chloroflexi__Anaerolineaceae

Otu00090_Chloroflexi__Roseiflexus

Otu00052_Gemmatimonadetes__Gemmatimonadaceae

Otu00005_Chloroflexi__Anaerolineaceae

Otu00043_Betaproteobacter ia__Alcaligenaceae

Otu00029_Chloroflexi__unclassified

Otu00068_Candidate_division_TM7__unclassified

Otu00115_Actinobacter ia__Acidimicrobineae











Otu00015_Gemmatimonadetes__Gemmatimonadaceae




Otu00051_Bacteroidetes__Flexibacter


Otu00117_Deltaproteobacter ia__GR−WP33−30

Otu00002_Verrucomicrobia__Spartobacteria

Otu00019_Actinobacter ia__Streptomyces

Otu00058_Chloroflexi__KD4−96


Otu00007_Actinobacter ia__Arthrobacter

Otu00013_Alphaproteobacter ia__Sphingomonadaceae

Otu00084_Bacteroidetes__Flavobacterium



Otu00111_Bacteroidetes__Flexibacter

Otu00138_Alphaproteobacter ia__Sphingomonas


Otu00028_Nitrospirae__Nitrospira




Otu00070_Deltaproteobacter ia__GR−WP33−30

Otu00100_Betaproteobacter ia__Massilia


Otu00081_Bacteroidetes__Sphingobacter iales

Otu00114_Firmicutes__unclassified

Otu00064_Firmicutes__Bacillales




Otu00063_Betaproteobacter ia__Delftia

Otu00010_Actinobacter ia__Streptomyces

Otu00001_Firmicutes__Bacillaceae

Otu00016_Firmicutes__Sporosarcina




Otu00104_Actinobacter ia__Micromonospora


Otu00006_Alphaproteobacter ia__Bradyrhizobium

Otu00284_Candidate_division_TM7__unclassified



Otu00075_Acidobacteria__Edaphobacter

Otu00047_Bacteroidetes__Chitinophagaceae






Otu00112_Actinobacter ia__Acidothermus


Otu00107_Actinobacter ia__Catenulispora

HA

P

OTU bactériennes

majoritairesETMp

H

sable P N

Corg K

arg

iles


Diversité fonctionnelle, biolog®

Résultats

• Diversité fonctionnelle négativement impactée

par ETM mais pas par HAP

Richesse fonctionnelle

ETM

58 substrats carbonés

testés

(6)

(9)

(7)

(14)

(17)

(5)

*

*

*

* Impact significatif des ETM


Paramètres expliquant la variabilité de la

diversité fonctionnelle

Résultats

d = 0.5

Mo

He

DiUc

Te NM

Ho

Po

MsM

RM

RDA1 (70,3%)

RD

A2 (

29,0

%) métaux

HAP C_org

N

K

Diversité (H’)

Equitabilité (J’)

Richesse

Contrôles

Crassiers

Bassins à boues

Analyse des Redondances (RDA)

Corrélation

significative

• Relation négative entre diversité/richesse

fonctionnelle et teneur en C et en métaux

• Plus les sols sont riches en C et ETM, plus la diversité

fonctionnelle est faible : diminution des fonctions

altération du fonctionnement des sols?

cycle du carbone ralenti?


Conclusions

• Les HAP et les ETM permettent en plus des autres facteurs édaphiques de différencier nos 3 groupes de sol

• Les HAP et les ETM n’influencent pas l’abondance microbienne

• Les HAP ont un effet positif sur la diversité taxonomique en augmentant l’abondance de certains taxons (bactéries

dégradantes?), mais pas d’effet négatif (pas de toxicité à long terme : biodisponibilité faible)

• Les HAP n’ont pas d’effet sur la diversité métabolique fonctionnelle

Les sols contaminés en HAP semblent avoir des communautés microbiennes aux fonctions non altérées, le fonctionnement

des sols est probablement faiblement affecté au niveau du cycle du C

• Les ETM ont un effet positif ou négatif sur la diversité taxonomique en augmentant ou diminuant l’abondance de certains

taxons (toxicité à long terme)

• Les ETM ont un effet négatif sur la diversité métabolique fonctionnelle (diminution des fonctions)

Les sols contaminés en ETM semblent avoir des communautés microbiennes aux fonctions altérées, le fonctionnement des

sols est probablement affecté au niveau du cycle du C


Financé par :

Remerciements :

[email protected]

Florian Lemmel

Florence

Maunoury-Danger Corinne Leyval


Résultat / point clé des travaux :Les contaminations historiques en ETM et HAP agissent de manières différentes sur la

structuration des communautés microbiennes et induiraient ou non un

dysfonctionnement des cycles biogéochimiques et du fonctionnement global des sols.

Pistes de recherche prioritaire :Evaluer l’impact des ETM et HAP sur d’autres fonctions microbiennes (cycle N, P…)

Evaluer l’impact réel in situ (stock, flux de C…)

Atelier n° - Nom intervenant

Ce qu’il faut retenir

les propriétés du sol et la pollution multiple affectent

Documents