Contribution des différents composants de la diversité du sol à la phytoremédiation du phénanthrène par les salicacées

Correa-Garcia, Sara (2021). Contribution des différents composants de la diversité du sol à la phytoremédiation du phénanthrène par les salicacées Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en biologie, 222 p.

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Résumé

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des composés organiques polluants produits lors de la combustion incomplète de la matière organique. La phytoremédiation, et plus précisément la rhizoremédiation, peut décontaminer efficacement les HAP dans les sols grâce à la biostimulation dans la rhizosphère. Cependant, la littérature visant la rhizoremédiation montre des incohérences concernant son succès, parce que ce processus repose sur les interactions existantes entre les composants de l'interface plante-sol. La littérature scientifique a identifié l’espèce végétale, les caractéristiques du sol et la diversité microbienne comme étant les principaux facteurs qui façonnent la communauté microbienne de la rhizosphère. Néanmoins, il y a de plus en plus de preuves que la faune vivant dans le sol peut également altérer les communautés microbiennes dans la rhizosphère. Le but de ma thèse est de mieux comprendre les contributions des différentes composantes de la diversité de la rhizosphère dans l’efficacité de Populus balsamifera (peuplier) et Salix purpurea (saule) lors de la rhizoremédiation du phénanthrène (PHE). Au cours de ce projet, j’ai étudié les communautés microbiennes et le réseau trophique animal en tant que composantes clés de la diversité des sols, moteur du succès de la rhizoremédiation du PHE. Ainsi, l'hypothèse de ma thèse est qu'une grande diversité et complexité trophique dans le sol sont des facteurs clés permettant aux plantes de faire face au stress du PHE, car elles fournissent une redondance fonctionnelle au sein de la communauté microbienne de dégradeurs. Pour tester cette hypothèse, ma thèse est divisée en deux parties. Premièrement, la communauté microbienne rhizosphérique de peupliers poussant dans deux sols présentant des profils de diversité différents (forestier vs agricole) a été comparée pour évaluer les patrons fonctionnels et de diversité communs qui se démarquent lorsque les plantes sont soumises à une contamination par le PHE. Dans le sol agricole, la communauté bactérienne a montré une distribution microbienne plus homogène à travers l’infuence de la contamination et du peuplier que dans le sol forestier. La deuxième partie cherchait à déterminer si une combinaison plus complexe d'invertébrés est plus efficace pour améliorer la rhizoremédiation du PHE et / ou favoriser le développement des arbres que des combinaisons d’invertébrés moins complexes. Les saules témoins contaminés sans animaux ont été affectés négativement par le PHE, mais pas les saules exposés aux traitements avec les animaux, où les nématodes, les collemboles et les vers de terre ont aidé les saules à atteindre des niveaux de biomasse comparables aux témoins non-contaminés. Ensemble, ces résultats aident à élucider quels aspects de la diversité des sols ont une influence plus forte sur le devenir du PHE dans le sol. À l'avenir, cela nous aidera à concevoir de meilleures stratégies de phytoremédiation, en s'attaquant à la diversité autour du système végétal.

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are pollutant organic compounds produced during incomplete combustion of organic matter. Phytoremediation can effectively decontaminate PAHs in soils. More specifically, rhizoremediation performs most of the degradation through biostimulation in the rhizosphere. However, the literature shows inconsistent results regarding rhizoremediation success. Part of the inconsistency is due to the fact that rhizoremediation relies on the interactions occurring among different components of the plant-soil interface. There is a scientific consensus identifying the main drivers shaping the rhizosphere microbial community as the plant species, soil characteristics and microbial diversity. However, there is increasing evidence that soil dwelling fauna may also shift microbial communities in the rhizosphere. Considering this, the aim of my thesis is to understand the contributions of different components of the diversity of the rhizosphere involved in the survival of Populus balsamifera (poplar) and Salix purpurea (willow) during phenanthrene (PHE) rhizoremediation. During my thesis I focused on microbial species composition, functional redundancy, and food webs as key components of the soil diversity driving the success of rhizoremediation of PHE. Therefore, the general hypothesis of my research project is that high diversity and trophic complexity in soil are the most important factors allowing plants to cope with PHE stress because it provides functional redundancy within the microbial community of degraders. To test this, my research is divided in two parts. First, the rhizospheric microbial community of poplars growing in soils with different diversity profiles (forest soil vs. agricultural soil) was compared to assess the common functional and diversity patterns that stand out when plants are subjected to PHE contamination. In agricultural soil the bacterial community showed a more homogeneous microbial distribution across contamination and plant factors than in forest soil. The second part evaluated the effect of increasingly complex food web interactions occurring in the rhizosphere during PHE rhizoremediation. I aimed to determine whether the most complex (diverse) combination of invertebrates is more effective in enhancing rhizoremediation and/or promoting plant development under PHE contamination. Control contaminated willows were negatively impacted by PHE but not those exposed to the food web interaction treatments, were nematodes, springtails and earthworms helped the plant achieve biomass levels comparable to control uncontaminated treatments. Together, these results help elucidate which aspects of soil diversity have a stronger influence in PHE fate in soil. In the future, this will help us to design better phytoremediation strategies, by tackling the diversity around the plant system.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Yergeau, Étienne
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Séguin, Armand (Ressources Naturelles Canada)
Mots-clés libres:	phytoremédiation; phénanthrène ; peuplier ; saule ; biodégradation ; communauté microbienne ; diversité du sol; phytoremediation; phenanthrene; poplar; willow; biodegradation; microbial community; soil diversity
Centre:	Centre INRS-Institut Armand Frappier
Date de dépôt:	19 déc. 2023 18:05
Dernière modification:	19 déc. 2023 18:05
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/13801

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