Concentrations en azote de 3,4 mM

Dans cette seconde série d’expériences, une concentration molaire équivalente en N de 3,4 mM est apportée quotidiennement, soit sous forme de nitrates (culture appelée par la suite 3,4 mM N-NO3), soit sous forme d’un mélange équimolaire de nitrates et d’ammonium (culture appelée 3,4 mM N - 1,7 mM N-NO3 + 1,7 mM N-NH4), soit sous la forme d’un « double fed-batch » avec un apport de 1,7 mM N-NH4 deux fois par jour (culture appelée 1,7 mM N-NH4

163 Les courbes de croissance pour ces trois conditions et la comparaison avec le modèle photosim sont reportées sur la Figure 51.

Figure 51 : Courbes de croissance à 3,4 mM d’azote journalier et comparaison avec le modèle de croissance Photosim. Les barres d’erreur correspondent aux écarts-types (3 répétitions) pour la culture en

mélange.

Pour la culture contenant 3,4 mM N-NO3 et celle à 3,4 mM N sous forme de mélange, les cinétiques de croissance sont similaires, et restent cohérentes avec la prédiction du modèle. Dans le cas de la culture avec 3,4 mM de nitrates, la concentration cellulaire est passée de 0,17 g.L^-1 à 3,13 g.L^-1, soit une productivité en biomasse de 0,32 ± 0.077 g.L^-1.j^-1. Cette productivité en biomasse est identique à celle précédemment obtenue pour la culture à 1,7 mM N-NO3, ce qui est cohérent avec le fait que la cinétique de croissance traduisait uniquement une condition de limitation par le flux lumineux, et non pas une limitation nutritionnelle. Ainsi, apporter d’avantage d’azote dans le milieu n’augmente pas la vitesse de croissance. Pour la culture contenant 3,4 mM d’azote apportée sous la forme d’un mélange équimolaire de nitrates et d’ammonium, la concentration cellulaire passe de 0,23 g.L^-1 à 3,21 g.L^-1,soit une productivité en biomasse = 0,37 ± 0.059 g.L^-1.j^-1.Compte-tenu des écarts-types, la différence de productivité en biomasse par rapport à la culture sur nitrates est jugée non significative. En revanche, pour la culture réalisée avec l’ammonium seul sous forme de 2 apports quotidiens à 1,7 mM, (1,7 mM N-NH4 2x), la vitesse de croissance semble légèrement supérieure durant 4,5 jours, puis la concentration cellulaire se stabilise et la croissance semble

164 stoppée. Ainsi, la concentration cellulaire passe de 0,12 g.L^-1 à 1.99 g.L^-1 à 4,5 jours et reste stable autour de 2,25 g.L^-1 entre les J6 et J8, ce qui représente une productivité en biomasse = 0,27 g.L^-1.j^-1. Cette productivité en biomasse semble donc légèrement inférieure à celles obtenues précédemment, ce qui semble cohérent étant donné qu’elles ont été calculées sur la totalité de l’expérience et compte-tenu du « plateau » atteint en fin de culture. En revanche, sur la première partie de la culture, les concentrations cellulaires sont plus élevées que pour les autres conditions ce qui pourrait traduire une vitesse de croissance plus importante. Cette observation pourrait donc aller dans le sens d’une assimilation simplifiée du NH4 dans le métabolisme d’Arthrospira platensis (Deroche, 1983). Néanmoins, cette expérience n’ayant pas fait l’objet de répétition, il est difficile de savoir si la vitesse de croissance est réellement plus élevée. Afin d’évaluer cet aspect cinétique, le taux de croissance maximal apparent (µmax

app.) et le temps de génération (Tg) ont été calculés pour cette culture et pour celle réalisée avec un apport de 3,4 mM de nitrates. Les résultats obtenus sont µmax, app. = 0,54 j^-1 et Tg = 1,30 j pour la culture 1,7 mM N-NH4 2x, contre µmax, app. = 0,51 j^-1 et Tg = 1,37 j pour la culture 3,4 mM N-NO3. Ces résultats ne semblent donc que très peu différents et nécessiteront d’autres expériences avant de pouvoir tirer des conclusions.

Afin de mieux comprendre le comportement cinétique d’Arthrospira platensis, les concentrations en nitrates et ammonium ont été dosées à chaque prélèvement, permettant d’établir des suivis des concentrations résiduelles et de la consommation d’azote.

Les résultats obtenus pour la culture à 3,4 mM N-NO3 sont présentés sur la

Figure 52. Comme précédemment pour la culture à 1,7 mM N-NO3, la concentration initiale en nitrates est trop élevée par rapport à la concentration ciblée et provient de l’inoculum. Le profil de consommation est également similaire, avec une concentration résiduelle en N-NO3

peu différente d’un jour à l’autre à partir du J3, et comprise entre 1,78 et 2 mM N-NO3.Ceci confirme également les observations précédentes, selon lesquelles dans nos conditions de flux lumineux, un apport quotidien de 1,7 mM N-NO3 n’est pas limitant pour la cyanobactérie. Enfin, la consommation cumulée en N-NO3 est relativement linéaire, avec une vitesse de consommation de l’azote de 1,4 mM.j^-1.

165

Figure 52 : Culture à 3,4 mM N-NO3. Suivi des concentrations en N-NO3 résiduelles et consommées. Dans la fiole contenant le mélange de sources azotées (3,4 mM N - 1,7 mM N-NO3 + 1,7 mM N-NH4) les suivis de concentrations et les calculs de consommations montrent que les cyanobactéries consomment à la fois les nitrates et l’ammonium (Figure 53).

Figure 53 : Culture en mélange avec un apport quotidien de 3,4 mM d’azote (1,7 mM N-NH4 + 1,7 mM N-NO3). Suivi des concentrations en NH4, NO3, NH3 formé, NH4 consommé et NO3 consommé. Données

quotidiennes et cumulées.

En effet, quotidiennement la concentration résiduelle en ammonium est proche de zéro à la différence de celle en nitrates. Néanmoins, cette faible quantité de NH4 résiduel dans le milieu

166 est due en majeure partie à la transformation de l’ammonium en ammoniac, qui atteint une concentration cumulée de 8,5 mM à la fin de la culture. La vitesse de consommation du N-NH4 a été calculée à 0,65 mM.j^-1, ce qui est du même ordre de grandeur que lors de la culture à 1,7 mM N-NH4 (0,7 mM.j^-1). En revanche, la limitation en azote constatée par les dosages et confirmée par la décoloration des cellules lors de cette précédente culture, n’est pas retrouvée ici, puisque même si la quantité d’ammonium est limitante, les cellules disposent toujours de nitrates pour leur croissance. Par ailleurs, aucune modification des pigments n’a été constatée

visuellement. La vitesse de consommation moyenne du N-NO3 ayant été calculée à 0,84 mM.j^-1, on obtient au global une vitesse de consommation de l’azote de 1,4 mM.j^-1, ce

qui est identique à la culture à 3,4 mM N-NO3. Lochab et al. (2014) et Doeshenmaker (2016) ont montré par des études transcriptomiques qu’en présence de NH4 dans le milieu, une modification de l’expression de certains gènes était observée. En effet, l’expression des gènes ntcA, nrtA (encodant pour les sous-unités des transporteurs nitrite et nitrate), narB (encodant la nitrate reductase NarB) et nirA (encodant la nitrite reductase NirA) se voit réduite et celle du gène narM (rôle dans la transformation de l’ammonium) augmentée. Cette répression de l’expression des gènes est responsable de la diminution de l’assimilation des nitrates, ce qui ici aurait dû se traduire par un « temps d’adaptation » métabolique pour passer d’une source d’azote à l’autre, et donc une vitesse globale de consommation d’azote plus faible. Néanmoins, ces études ont été réalisées à des concentrations en ammonium plus élevées que dans nos conditions (> 4 mM N-NH4 pour Lochab et al., et 28,5 mM pour Doeshenmaker et al.,) suggérant que cette répression des gènes nécessite d’atteindre une concentration seuil en NH4 dans le milieu de culture.

Enfin, pour la culture réalisée en « double fed-batch » avec un apport de 1,7 mM N-NH4 2 fois par jour (culture appelée 1,7 mM N-NH4 2x), les données de concentrations en NH4

167 Figure 54 : Culture à 3,4 mM N-NH4 en 2 apports quotidiens (1,7 mM N-NH4 2x). Suivi des concentrations

en NH4, NH3 formé, NH4 consommé. Données quotidiennes et cumulées.

Tout d’abord, les résultats montrent quotidiennement la présence résiduelle d’ammonium dans la culture, même si elle est parfois très faible, excepté au J7 ou aucune trace n’a été détectée. Néanmoins, contrairement à la culture à 1,7 mM N-NH4 ou une carence récurrente avait été détectée, aucune décoloration des cellules n’a été observée. En ce qui concerne la concentration en NH3 formé, elle est ici très importante, atteignant 20 mM à la fin de la culture. Par ailleurs, alors que la concentration cellulaire est restée stable après environ 5 jours de culture (jour auquel la concentration cumulée en NH3 atteignait 13 mM), la consommation en N-NH4 reste linéaire. Cette vitesse de consommation, estimée à 0,81 mM.j^-1, est plus faible que celle précédemment obtenue.