1TP n°9.3

Mise en évidence du rôle des microorganismes du sol dans

la dégradation de la cellulose

L’histoire d’un sol commence systématiquement par le dépôt de matière organique végétale et animale en surface. Ensuite, un groupe fonctionnel essentiel dans le renouvellement de cette matière organique intervient : les décomposeurs. Chaque élément de la matière aura généralement son lot de décomposeurs spécialisés, offrant une gigantesque usine de recyclage souvent invisible à l’œil humain. Une grande partie de ces décomposeurs (décrite dans le TP n° 9.1) forme ce que l’on appelle la microfaune du sol. En intervenant sur les cycles chimiques de la matière, le terme « ingénieur chimiste » du sol est parfois utilisé pour indiquer la fonction de ces organismes. Dans ce TP, nous nous intéressons, à l’aide d’une approche expérimentale, au rôle de ces microorganismes dans la dégradation de la cellulose végétale. Trois types de sols seront comparés :– un sol riche en matière organique et microorganismes (le compost) laissé en

l’état ;– un sol riche en matière organique et microorganismes (le compost) où les mi-

croorganismes ont été tués ;– un sol très pauvre en matière organique et microorganismes (le sable) laissé en

l’état.Une ouverture sur l’impact des pratiques conventionnelles, réputées détruire une grande part de ces microorganismes, sera possible.

ObjectifMettre en évidence le rôle des microorganismes du sol dans la décomposition de la cellulose.

TypeLaboratoire

DuréeMise en place : 1 heureAttente minimum : 15 joursObservation : 1 heure

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Section 9 • Cycle de la matière dans les écosystèmes

OrganisationCette manipulation peut être complémentaire du TP n° 9.1, du TP n° 9.2 et du TP n° 9.4.

Matériel

. Compost frais

. Sable

. Feuille de cellulose (papier buvard, papier blanc, grosse feuille d’arbre par exemple)

. Boîte de Petri

. Ciseaux

. Autoclave

. Cuvette à dissection

. Film étirable

. Appareil photo numérique

Protocole

1/ Tamiser (maille de 0,2 mm) le compost et le sable de manière à ne conserver que la fraction du sol contenant les microorganismes du sol.

2/ Stériliser à l’autoclave pendant 30 minutes une partie du compost frais.3/ Découper trois rondelles de cellulose ou de feuille d’arbre au diamètre de la

boîte de Petri.4/ Placer dans le fond de trois boîtes de Petri une rondelle de cellulose ou de feuille

d’arbre.5/ Ajouter la même quantité des substrats suivants :

a/ compost frais et humideb/ compost autoclavé, réhumidifié en condition stérile (calculer la quantité d’eau à rajouter en pesant la boîte A)c/ sable humide

6/ Fermer les boîtes de Petri.7/ Écrire sur la tranche de la boîte le nom du groupe et la date.8/ Écrire sur le couvercle le contenu de la boîte A, B, ou C.9/ Placer les boîtes dans une cuvette à dissection en mettant un fond d’eau et recou-

vrir de film étirable pour garder l’ambiance humide.10/ Observer et photographier (ou dessiner) les boîtes chaque semaine pendant

un mois. Il est possible de quantifier différents éléments liés à la dégradation de la cellulose. En particulier en soulevant la boîte on peut relever :

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TP n° 9.3 - Mise en évidence du rôle des microorganismes du sol dans la dégradation de la cellulose 3

– la surface présentant des modifications indicatrices de développement bactérien (couleur changée) ;

– le développement fongique (avec un feutrage de mycéliums) ;– la surface de disparition de la feuille originale.

Figure 1 : Protocole expérimental

Exploitation des données

Présenter vos observations. Conclure quant aux rôles des organismes du sol.

Exemple de résultats

La rondelle de cellulose avec le sol stérile n’est que très peu, voire pas du tout dé-gradée. En présence de sable humide on observe une dégradation plus importante. Enfin, avec du sol normal non stérilisé la cellulose est bien dégradée. Les acteurs de la dégradation de la cellulose sont donc présents en majorité dans le sol non stérilisé et en moindre quantité dans le sable humide.

La stérilisation ayant tué les organismes vivants du sol, on peut donc déduire que ce sont des microorganismes vivants qui sont à l’origine de cette dégradation (aca-

feuille de celluloseà poser au fondde la boîte

couvercle

boîte de Petri

mettre à l’étuve

substratà tester

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Section 9 • Cycle de la matière dans les écosystèmes

riens, insectes, nématodes, champignons, bactéries par exemple). Leur présence est donc étroitement liée à la présence de matière organique décomposable, comme cela est le cas dans le compost.

Figure 2 : Résultats de l’expérience

Pour aller plus loin

Afin d’expliquer la vitesse différentielle de la formation des sols, il est possible de faire varier la nature des sols en choisissant des sols avec des pH différents. Il est aussi possible de mettre à dégrader des feuilles d’origines différentes, notamment des aiguilles de gymnosperme difficilement dégradables.

Afin d’expliquer l’impact des pratiques agricole sur les sols, on peut préalablement asperger le sol d’un pesticide couramment utilisé, par exemple un acaricide ou bien

sol stérile sol non stérile

sable non stérile

vue dedessous

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TP n° 9.3 - Mise en évidence du rôle des microorganismes du sol dans la dégradation de la cellulose 5

un fongicide, et observer ses conséquences par rapport à la boîte témoin.

Pour l’observation directe des champignons décomposeurs du bois, placer des bouts du bois en décomposition et des feuilles mortes dans un terrarium. Arroser et maintenir l’ambiance humide en refermant le terrarium avec un couvercle her-métique ou du film étirable puis laisser pourrir pendant 15 jours à l’étuve à 30 °C. Grâce à des prélèvements directs avec une aiguille lancéolée, observer les différents hyphes (filaments) mycéliens au microscope (utiliser un colorant : le bleu coton ou bleu de méthylène).

Pour observer les bactéries du sol, préparer une boîte de Petri avec une gélose riche en matière organique (bouillon cube par exemple). Déposer alors sur la gé-lose quelques « grains » de sol et mettre à l’étuve à 30 °C pendant quelques jours. Observer alors l’aspect et la couleur des colonies qui se sont développées autour des grains dans la gélose (il est important de porter un masque et des gants). À l’aide d’une aiguille lancéolée, prélever un morceau de la colonie bactérienne et l’observer entre lame et lamelle avec une goutte de bleu de méthylène. À la fin de l’observation, stériliser les milieux de culture par autoclave.

Bibliographie / sitographie

Faurie C. (coord.) et al., Écologie : approche scientifique et pratique (6e éd.), Tec & Doc Lavoisier, 2011

www.agropolis.fr/pdf/actu/2013-presentation-p-hinsinger-e-blanchart-journee-nouvelles-orientations-recherche-agronomique.pdf(Hinsinger P et Blanchart É, Intensification des processus écologiques des sols)

www.biolo-ecolo.fr (ressources pédagogiques pour la classe de 2de, la filière STAV et la filière S option EAT)

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