Caractérisation et quantification des flux d'azote particulaire et d'azote dissous dans le diazotrophe unicellulaire crocosphaera watsonii : vers un bilan d'azote fermé

Characterisation and quantification of the fluxes of particulate and dissolved nitrogen in the unicellular diazotroph crocosphaera watsonii : towards a closed nitrogen budget

• Auteur / Autrice : Benjamin Randall
• Direction : Sophie Rabouille
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océanographie
• Date : Soutenance le 08/11/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'océanographie de Villefranche (Alpes-Maritimes ; 2001-....)
• Jury : Président / Présidente : Nathalie Vigier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Andreas Oschlies, Aurélien Paulmier, Pascal Claquin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Amel Latifi, Eric Achterberg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biologie marine

Nitrates

Bactéries fixatrices d'azote

Cycles biogéochimiques

Mots clés libres

Biogéochimie marine

Diazotrophie

Nitrate

Azote dissous

Méthodologie

Bilans d’azote

Marine biogeochemistry

Diazotrophy

Nitrate

Dissolved nitrogen

Methodology

Nitrogen budgets

Résumé

Les flux importants de la phase N dissoute, qui renseignent sur les bilans globaux en N des diazotrophes individuels, sont mal compris. Cela est particulièrement vrai des diazotrophes récemment découverts, qui peuvent ne pas fonctionner selon des paradigmes préétablis. Crocosphaera watsonii est un de ces diazotrophes, que l'on trouve largement répandu dans les océans subtropicaux. Nous caractérisons ici les flux d'azote à la diazotrophie de Crocosphaera, y compris les flux de NO3-, NH4 + et de N organique dissous (DON). Nous visons également à utiliser nos résultats pour évaluer la précision des tests biologiques de fixation du N2 couramment utilisés. Nous avons d'abord évalué l'utilisation de NO3- par Crocosphaera. Pour ce faire, des cultures discontinues de Crocosphaera ont été cultivées à long terme avec NO3-, en mesurant l'absorption de NO3-, son effet sur la diazotrophie, la croissance de la culture et d'autres paramètres physiologiques importants. Nous avons trouvé peu d'absorption sans effet sur les paramètres évalués, y compris la diazotrophie. Nous avons ciblé la disponibilité de la lumière comme paramètre important. Entre les conditions de culture de sous-saturation (SSL) et de lumière saturante (SL), nous avons constaté une augmentation de l'acquisition de N, de l'acquisition de C et du taux de croissance cellulaire dans les conditions de SL. De plus, nous avons constaté une absorption du DON sur une période de 24 heures, avec une plus grande adoption dans le scénario SSL (42% contre 7%). Il y avait un plus grand flux de NH4 + dans le support dans le SSL. En utilisant une approche isotopique, nous avons trouvé que 2,5 à 3,5% de l'azote récemment fixé étaient exsudés 24h. Notre évaluation de l'exactitude de la méthodologie a révélé que les incubations de 15N2 sous-estimaient la fixation de N2 alors que le test de réduction à l'acétylène était surestimé.

Diazotrophy exists as a source of fixed N in the ocean, affecting processes like the marine food web. Important fluxes of the dissolved N phase, which inform the overall N budgets of individual diazotrophs, are poorly understood. This is especially true of recently discovered diazotrophs which may not function under pre-established paradigms. One such diazotroph is Crocosphaera watsonii, which is found widespread throughout sub-tropical oceans. Here we characterise N fluxes consequent to diazotrophy for Crocosphaera, including fluxes of NO3-, NH4+, and dissolved organic N (DON). We also aim to use our results to assess the accuracy of commonly used biological N2 fixation assays. We first assessed the use of NO3- by Crocosphaera. To do this, batch cultures of Crocosphaera were grown long term with NO3-, measuring uptake of NO3- uptake its effect on diazotrophy, culture growth and other important physiological parameters. We found little uptake with no effect on the assessed parameters, including diazotrophy. We next focussed on flux of DON and NH4+ in continuous cultures regulated for conditions such as temperature, light, and pH. We targeted light availability as an important parameter. Between culture conditions of sub-saturating (SSL) and saturating light (SL), we found an increase in N acquisition, C acquisition and cell growth rate in the SL condition. Furthermore, we found an uptake of DON over a 24h period, with greater uptake in the SSL scenario (42% v.s. 7%). There was greater flux of NH4+ into the medium in the SSL. Using an isotopic approach, we found 2.5-3.5% of recently fixed N was exuded 24h. Our assessment of the accuracy of methodology found that 15N2 incubations underestimated N2 fixation while the acetylene reduction assay overestimated. Overall, 15N2 incubations were more reliable when factoring in fluxes of dissolved N. Our findings represent new perspectives into the importance of fluxes of dissolved N to N budgets of Crocosphaera watsonii.