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Rôle de Chromatium okenii dans le métabolisme d'un lac alpin méromictique (L. Cadagno)
PEDUZZI, Raffael, et al.
PEDUZZI, Raffael, et al. Rôle de Chromatium okenii dans le métabolisme d'un lac alpin méromictique (L. Cadagno). In: Vernet, Jean-Pierre. Hommage à F.-A. Forel: troisième Conférence internationale des limnologues d'expression française. Morges : J.-P.
Vernet, 1991. p. 183-189
Available at:
http://archive-ouverte.unige.ch/unige:152495
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ROLE DE CHROMATIUM OKENll DANS LE M'ETABOLISME D'UN LAC ALPIN MEROMICTIQUE (L. CADAGNO)
R. Peduzzi, M. Tonolla, A. Demarta, C. Del Don*, K. Hanselmann*, R. Bachofen*.
Lab. Ecologie microbienne, Université de Genève et Institut Cantonal de Bactériologie, 6904 Lugano.
* Institut für Pflanzenbiologie Mikrobiologie, Université de Zürich.
1 INTRODUCTION
Chromatium oken ii, bactérie phototrophe anaérobie métabolisant l'hydrogène sulfuré, a une position clef dans le métabolisme
microbien du Lac de Cadagno, un lac alpin avec une profondeur de 21 m, situé à une altitude de 1923 m.s.m. dans le massif du St. Gothard.
Cadagno est un corps d'eau avec un rare exemple de méromicticité crénogénique (stratification saline permanente d'origine naturelle).
En effet, des sources sous-lacustres d'eau sulfureuse alimentent en sels minéraux les couches profondes du lac.
A une profondeur de 12 m, l'absence d'oxygène, la présence
d'hydrogène sulfuré et une bonne pénetration de la lumière dans le lac, constituent les conditions qui permettent le développement de Chromatium okenii.
Pour mieux comprendre le métabolisme microbien et plus en général le mécanisme de cette méromicticité, nous avons jugé intéressant utiliser le Lac de Cadagno comme modèle en procedant à des
campagnes régulières de mesures "in situ" et à des essais de réconstitution du phénomène "in vitro".
2 EMPLACEMENT GEOGRAPHIQUE ET GEOMORPHOLOGIQUE
Figure 1: le Lac de Cadagno est situé dans le Massif du St. Gothard à 1923 m d'altitude.
Platt• Hlm
ll•lll"•one
Figure 2: sur le plan géologique le val Piora a la particularité d'être situé sur une lentille calcaire prise entre deux . mâchoires de roche cristalline. Sur cette lentille composée de dolomie et de gypse se trouve le Lac de Cadagno.
 Piz Tanelin Val Cadl imo
Pro do Rodùc  2km
[] LENTILLE DE DOLOMIE
La stratification saline des eaux du lac est d'origine géologique.
En surface, le lac reçoit des eaux cristallines, pauvres en sels minéraux, provenant du massif cristallin et par des sources sous- lacustres des eaux riches en soufre, calcium et magnésium.
Pendant l'hiver, le niveau du lac est baissé de 3 m afin d'alimenter le barrage hydroélectrique du Ritom.
Les données géomorphologiques pendant les deux saisons sont résumées dans le tableau ci-dessous.
Tableau 1
ETE HIVER
Altitude (m.s.m.) 1923 1920
Longueur (m) 842 760
Largeur (m) 423 380
Profondeur maximale (m) 21 18
Profondeur moyenne (m) 9.27 8.10
Périmètre total (m) 2109.70 1924.08
Surface (ha) 26.10 21.58
Volume total (km3) 2.42 1.70
3 MATERIEL ET METHODES
A) Les paramètres abiotiques: conductivité (µSiern), température (°C), pH, oxygène (mg/I) ont été mesurés avec une sonde Hydropolytester HPT C (Züllig AG).
B) Des mesures colorimétriques ont été utilisées pour les dosages de l'hydrogène sulfuré (µM), des phosphates (µg/I) et de l'ammonium (mg/I).
C) La détermination de la distribution verticale relative du nombre de bactéries (germes totaux) dans l'eau et dans le sédiment du lac a été effectuée sur milieu PCA (Plate Count Agar, Difco art. 0479-01-1 ). Les cultures ont été incubées à 20 ° C et 37 ° C.
D) Essais de mise en culture de Chromatium okenii et reconstitution de la stratification bactérienne. Les "bio-essais" ont été possibles grâce à des cultures d'enrichissement effectuées dans des cylindres de Winogradsky contenant du sédiment et de l'eau du lac ensemencés avec un inoculum de Chromatium okenii provenant de la couche
bactérienne lacustre.
4 RESULTATS
4.1 Les paramètres physico-chim iques
Les profils sur la colonne d'eau des paramètres abiotiques (température, pH, conductivité, lumière, oxygène, hydrogène sulfuré) nous permettent, pendant les périodes de mesure, de localiser la couche bactérenne qui est variable selon les saisons et les conditions abiotiques (Figure 3).
Figure 3:Paramètres abiotiques et localisation de la couche bactérien ne.
0
5
10
15
[ml 20
7 200 5 100 5
300 8 10 10 200
r.
pH
9 o pH
400 • Ki11S/cmJ
15 • T 1•c1
15 00z1m~/1) 300 .:.HS. l11MJ
I I
Hs· ·.
La détermination des composés toxiques et trophogènes (HS-, NH4+, HP 0 42-) établis aux différentes profondeurs, permet la mise en évidence de la fonction de filtre bactérien. En effet, le métabolisme de Chromatium okenii empèche la diffusion de ces composés dans les eaux de la zone trophogène du Lac (Figure 4).
Figure 4: Profils sur la colonne d'eau ·des paramètres HS-,NH4+,HPQ42-.
0 1 OO 200 300 400 P-PO~ [p.g/1]-..
0 ..
o
0 .. 2 0 ,,4 0 ,,6 0 ..a
N-NH4 (mg /1] -0-0 10 20 HS- (mg/1] ...
0 ______ ...__ ___ .._ _ __. __ --!
3 6 9 12 15 18
21-'-~~~~~~~~~-'
P..-of_ [ m]
4.2 Les paramètres microbiologigues
La figure 5 donne la distribution sur la colonne d'eau des germes totaux esprimée par le log CFU/ml (CFU: .U.nité Formant Colonie par millilitre).
Au niveau de la couche de bactéries autotrophes située à 12 m nous constatons parallelement une forte présence de germes hétérotrophes. Ce fait permet de mettre en évidence une corrélation entre la concentration de la population bactérienne hétérotrophe et les deux productions primaires (algale et bactérienne).
Figure 5: distribution verticale des bactérie hétérotrophes totales.
Log [CFU/ml]
0 1 2 3 4 5
0
I.e·.·
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 15
1 0
r:::::::::: "'""'"--
1 5
,,.____ Aer.20°c
2 0 Aer.37°C
a Anaer .30-37°C
Prof. [m]
4.3 Les essais en vitro
Dans les cultures d'enrichissement effectuées dans des cylindres d'un diamètre de 22 cm et d'un hauteur de 28 cm, il a été possible de suivre avec un système asservi à la lumière le comportement bactérien et en même temps mesurer les paramètres suivants:
oxygène, hydrogène sulfuré, potentiel rédox, conductivité, température et turbidité.
Après la réconstitution "in vitro" du gradient d'hydrogène sulfuré et d'oxygène, avec l'inoculation de la bactérie Chroma tium oke nii prélevée du lac il nous a été possibles de mesurer les déplacements de la couche bactérienne sous influence de la lumière et de mieux étudier la fonction de filtre de la couche bactérienne. Le rôle de la lumière en tant que paramètre essentiel de cette migration bactérienne a été ainsi mis en évidence.
5 CONCLUSIONS
Les résultats obtenus au moyen des campagnes limnologiques sur ce lac méromictique et parallèlement au moyen des essais "in vitro"
permettent de vérifier l'intéraction réciproque entre métabolisme de Chromatium okenii et paramètres de l'environnement. Ainsi, les
conditions de l'environnement (lumière et composantes chimiques) influencent le métabolisme et le comportement des bactéries phototrophes. De même, l'activité des bactéries modifie les
concentrations des ions d'importance biologique. ( HS-, NH4+, HP042-, HC03-).
La distribution microbienne est corrélable avec la disponibilité de substrat due à l'activité phototrophe. Les profils quantitatifs des germes hétérotrophes évidencient, le long de la colonne d'eau, les zones d'activité biologique élevée:
- La zone de production primaire due aux algues (phytoplancton), - Le niveau de la deuxième production primaire due aux bactéries
phototrophes (Chromatium) et le sédiment, lieu classique de la minéralisation anoxique.
Les essais avec les cylindres de Winogradsky représentent une première étape dans la maîtrise des conditions qui reglent les gradients et le comportement bactérien dans un lac méromictique . En effet, il a été possible d'obtenir:
- La formation in vitro d'un gradient stable, placé entre deux couches dont les propriétés physico-chimiques étaient différentes
- Au moyen de variations lumineuses le déplacement des bactéries phototrophes (couche de Chromatium) et leur influence sur les concentrations de l'H2S.
BIBLIOGRAPHIE
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