Facteurs et méthodes sous-jacents à l'amélioration de la peformance des procédés de production du biopesticide à base de B. thuringiensis en utilisant comme substrat des boues d'épuration des eaux usées.

Lachhab, Kanza (2005). Facteurs et méthodes sous-jacents à l'amélioration de la peformance des procédés de production du biopesticide à base de B. thuringiensis en utilisant comme substrat des boues d'épuration des eaux usées. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 218 p.

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Résumé

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Les capacités de divers sérotypes de Bacillus thuringiensis (Bt) d'utiliser différentes sources de carbone et d'azote ont été évaluées en comparant la croissance d'une souche sauvage Bta et qui a été isolée directement des boues de l'usine de traitement des eaux usées de la CUQ, vis-à-vis de celle de Bt var. kurstaki (Btk ou Bt-HDI), d'une part, dans le milieu commercial à base de soya, et d'autre part, dans différents types de substrats subissant ou non des traitements par hydrolyse acide, alcaline ou enzymatique. Toutes les expériences ont été réalisées en erlenmeyers sous une agitation de 250 rpm et en bioréacteur sous une agitation de 350 rpm et à une température constante de 31°C. Les résultats montrent que Bta croît mieux que Btk dans les boues. L'utilisation d'une souche isolée à partir des boues, pour la production de Bt dans des substrats appropriés, conduit donc à l'obtention d'un Bacille plus performant. L'utilisation d'amidon comme substrat ainsi que l'hydrolyse enzymatique des boues ont permis d'obtenir des suspensions de Bt ayant un meilleur potentiel entomotoxique. Dans ce dernier cas, le pouvoir insecticide de Bta a augmenté d'environ 13%; il a atteint 13540 UI/µl. Le potentiel entomotoxique de Bta a été confirmé par une caractérisation génétique à l'aide de l'amplification en chaînes (PCR) de l'ADN. Ceci a permis de mettre en évidence la présence chez ce bacille des gènes Cry IA et Cry IC codant des séquences protéiques actives contre les larves de Lépidoptères. Par ailleurs, les boues ne semblent pas perturber les caractéristiques physiologiques de Bt. Enfin les boues de la CUQ et celles d'amidon ont un certain pouvoir tampon plus fort que celui du milieu conventionnel à base de soya. L'utilisation de différents types de milieux pour la culture de Bt, à savoir, boues mixtes de la station d'épuration de la CUQ, boues primaires et secondaires de la station d'épuration des eaux usées de Val cartier, boues de levure et boues d'amidon, a permis de constater que ces milieux ne perdent pas leur faculté toxique. Par ailleurs, ce sont ces boues d'amidon qui ont permis de produire un biopesticide plus efficace (nombre de cellules et de spores sont respectivement de 1.3x1010 UFC/ml, 1.1x1010 UFC/ml). Le potentiel entomotoxique a atteint des valeurs de 13115 UI/µl. Il est cependant important de signaler que les boues de la CUQ ont permis d'obtenir des résultats concurrentiels. Le mélange de trois types de boues à savoir les boues de la CUQ, les boues d'amidon et les boues de levure était une pratique fort intéressante du moment qu'il a permis d'améliorer la croissance et la sporulation de Bt. Le nombre de cellules et de spores a atteint des valeurs de 8.1 x 1010 UFC/ml, 7. 7x 1010 UFC/ml, le potentiel entomotoxique quant à lui a atteint 13370 UI/µl. Il importe de noter également que l'hydrolyse des boues a permis d'améliorer la concentration des cellules et des spores. Les résultats de l'optimisation des solides totaux (ST) dans les boues ainsi que de l'inoculum au cour de la fermentation de Bt et qui ont fait l'objet d'une publication (Lachhab et al., 2001) ont montré que la concentration des ST influence considérablement la croissance et l'efficacité entomopathogène de cet insecticide microbien. En effet, une concentration de 46 g/l entraîne une réduction non seulement de la croissance des cellules et des spores qui sont respectivement de 5.4x108 UFC/ml et 4.8x108 UFC/ml mais également une faible toxicité, soit 9743 UI/µl ; le taux de sporulation étant de 89%. Ceci a également été constaté dans le cas d'une faible concentration des ST dans les boues (10 g/l) où l'entomotoxicité fut de 8231 UI/µl. Cependant, un optimum de 26 g/l de ST permet d'obtenir un meilleur potentiel entomotoxique (12970 UI/µl). Le nombre de cellules et de spores dans ce cas était respectivement de 5.0x109 UFC/ml et 4.2x109 UFC/ml et un pourcentage de sporulation de 96%. Les recherches visant l'optimisation de l'inoculum ont permis non seulement d'observer une amélioration de la croissance et de l'entomotoxicité du biopesticide Bt mais également une réduction de la phase de latence. La préparation de la préculture dans le même milieu de culture que celui de la production finale de Bt (Boues) a permis d'améliorer le nombre final des cellules et des spores. Le taux de croissance spécifique dans le cas d'une préculture dans les boues (0.3205 h-1) est plus élevé que dans le cas du TSB (0.1984 h-1). Il a été également montré que l'efficacité de Bt dépend étroitement du pourcentage de l'inoculum utilisé. Le nombre des cellules a atteint 2.2x109 UFC/ml dans le cas d'un pourcentage d'inoculum de 2%. Cependant, ce dernier reste relativement faible dans le cas de 4% et 5%. Les résultats des bioessais ont aussi montré qu'un inoculum de 2% permet d'obtenir une meilleure entomotoxicité (12900 UI/µl) (Lachhab et al., 2001). Deux phénomènes très importants dans la culture de Bt dans les boues ont favorisé la réalisation de la double inoculation, technique développée au cours de ce travail. D'une part, les boues sont des substrats complexes et riches en carbone et en azote pouvant être utilisés par les bactéries directement ou après hydrolyse par des enzymes aux cours de la fermentation. D'autre part, Bt libère des protéines intracellulaires au cours de la sporulation, qui peuvent être utilisées par un deuxième inoculant. En effet, la réalisation d'une deuxième inoculation dans le surnageant des boues de la CUQ a permis de constater qu'après une première inoculation, les boues sont encore capables de supporter la croissance et la sporulation de Bt. Une concentration des cellules de l'ordre de 4.3x107 UFC/ml et un potentiel entomotoxique de 7827 UI/µl, ont été obtenus dans ce cas. Ainsi, l'utilisation d'une deuxième inoculation a permis non seulement d'améliorer la croissance des cellules et des spores de Bt mais également d'augmenter son potentiel entomotoxique. Le nombre de cellules obtenues est de l'ordre de 9x1012 UFC/ml et l'entomotoxicité est d'environ 15980 UI/µl. Ce qui est fort intéressant par rapport au milieu synthétique à base de soya qui permet d'obtenir des suspensions de Bt dont le potentiel entomotoxique est estimé à 12600 UI/µl. Cette méthode simple et facile à manipuler a également montré son efficacité pour une utilisation rationnelle de l'aération et du substrat de culture qui représente 35% à 50% du coût de production de Bt. Les phases d'anaérobioses qui peuvent être engendrées par une forte concentration bactérienne au cours de la sporulation ont pu être évitées. Le suivi de O2 a permis de constater que dans le cas de deux inoculations la concentration de cet élément dans le milieu de culture reste supérieure à 4 ppm durant la fermentation de Bt, ce que je n'ai pas remarqué dans le cas d'une seule inoculation de 2% où la concentration de O2 atteint des valeurs inférieures à 2 ppm. Il importe de noter que la réalisation de la double inoculation dans le cas du milieu synthétique n'a pas été aussi performante que dans les boues; cela peut être expliqué par la nature du milieu. L'optimisation du pourcentage d'inoculum dans le cas de deux inoculations permet de constater qu'un pourcentage de 1 % permet d'obtenir non seulement une meilleure croissance de Bt mais également un meilleur potentiel entomotoxique. De même la réalisation de la double inoculation après 15h permettrait au premier inoculant d'atteindre la phase de sporulation, d'obtenir un temps de fermentation optimum et enfin d'utiliser de façon rationnelle le milieu de culture et le système d'aération et ainsi réduire le coût de production. D'autres paramètres comme le pH, O2, CO2, ont également été évalués au cours des expérimentations.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Tyagi, Rajeshwar Dayal
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Valéro, José R.
Informations complémentaires:	Résumé avec symboles
Mots-clés libres:	boue d'épuration; biopesticides; bacillus thuringiensis; Bt; environnement; agro-foresterie
Centre:	Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt:	22 juin 2012 15:22
Dernière modification:	23 juill. 2024 15:14
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/412

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