TD Nutrition des producteurs primaires © All Rights reserved. Dominique Boeuf, 2015. Citation : Boeuf D. 2015. Nutrition des producteurs primaires. Aix-Marseille Université– Institut Pytheas, 24 pp.

photosynthèse Diffusion (passif) CO2 Energie Pompe solubilité Photosystème Energie photosynthèse CO2 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2 O2 15,9 secondes 25°C S35 pH8.2 HCO3- Pompe chimique CaCO3 J = – D0  (∂C/∂x) J : flux diffusif (mol/m2/s) C : [composé] (mol/m3) x : direction du flux D0 : coef de diffusion (m2/s) Diffusion (passif) suit la loi de Fick

Photosynthèse Oxygénique Source d’énergie = photon lito- Source de pouvoir réducteur MINERALE = H2O auto-trophe Source de carbone MINERALE = CO2 1 photon = 3 H+  1 ATP H+ Cyt B6/F NADP + H+ PS II PS I Fd NADPH Q PC e- RuBisCO H+ ADP + Pi Calvin H2O O2 + H+ H+ ATP Synthase H+ ATP Sucres (CH2O)n problème : RuBisCO a peu d’affinité pour le CO2 (fort Km)

CCM (CO2 concentrating mechanisms) Energie Pompe solubilité Photosystème Energie photosynthèse CO2 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2 O2 15,9 secondes 25°C S35 pH8.2 HCO3- Pompe chimique Transport (actif) CCM (CO2 concentrating mechanisms) CaCO3 J = – D0  (∂C/∂x) J : flux diffusif (mol/m2/s) C : [composé] (mol/m3) x : direction du flux D0 : coef de diffusion (m2/s) Diffusion (passif) suit la loi de Fick

CCM O2 CO2 HCO3- High Concentration Dunaliella tertiolecta entière Dunaliella tertiolecta chloroplastes seuls Low Concentration

CCM

Photosynthèse C3 et C4 Carboxylation PEPcase C4 Cycle de Calvin-Benson RuBisCO C3 glycolate (DOC) relargué

Glycolate

photosynthèse respiration métabolisme CO2 Energie Pompe solubilité Photosystème Energie photosynthèse CO2 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2 O2 15,9 secondes 25°C S35 pH8.2 respiration DOC HCO3- Chaîne respiratoire stockage Pompe chimique métabolisme CaCO3 Châleur

Exo1 H14CO3- : marquage chaud (radioactif) O2 CO2 Energie Pompe solubilité Photosystème Energie photosynthèse 14CO2 6 14CO2 + 6 H2O 14C6H12O6 + 6 O2 O2 15,9 secondes 25°C S35 pH8.2 respiration DO14C H14CO3- Chaîne respiratoire stockage 14C Pompe chimique métabolisme CaCO3 Châleur

Rapport C/Chla • rapport C/Chla très variable : 10-330 mgC/mgChla effet température concentration des nutriments le groupe taxinomique Isochrysis galbana Thalassiosira weissflogii Prorocentrum micans

Rapport C/Chla • rapport C/Chla très variable : 10-330 mgC/mgChla effet température concentration des nutriments le groupe taxinomique adaptation à l’intensité et qualité de lumière

Dunaliella tertiolecta Synechococcus

type chromatique Synechococcus

Rapport C/Chla • rapport C/Chla très variable : 10-330 mgC/mgChla effet température concentration des nutriments le groupe taxinomique adaptation à l’intensité et qualité de lumière • En condition de bloom, le rapport C/Chla est voisin de 40-50 mg C/mg Chla. Le rapport peut être estimé sur seulement 3 paramètres :   la température,  l'éclairement journalier  le taux de croissance des organismes (qui intègre les effets des intéractions du métabolismes C / N et les limitations nutritionnelle ou lumineuse

Rapport C/Chla Cloern (1995) T : température (°C) I : éclairement journalier (E/m2/j) µ’ : taux de croissance normalisé par rapport au taux de croissance maximum obtenu en l’absence de limitation nutritionnelle

photosynthèse respiration métabolisme CO2 Energie Pompe solubilité Photosystème Energie photosynthèse CO2 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2 O2 15,9 secondes 25°C S35 pH8.2 respiration DOC HCO3- Chaîne respiratoire stockage Pompe chimique métabolisme CaCO3 Macro – nutriments N, P, Si Micro – nutriments Fe, Cu, Zn, Mn Châleur

Rapport élémentaire Macronutriment Rapport de Redfield (1963) C / N / P / (Si) = 106 / 16 / 1 / (14) atomes / atomes en moyenne MAIS vrai qu’en conditions non limitantes varie en fonction : la composition en organismes des communautés planctoniques des différentes vitesses de régénération des éléments

Couplage entre C et N/P Niveau structural : croissance ↔︎ capacité photosynthèse  N/C contraint Niveau fonctionnel : N impacte réactions claires et obscures de la photosynthèse car important dans les photosystèmes + RuBisCO Niveau énergétique : NAD(P) / ATP ....  N/P mais aussi soufre, minéraux dépend aussi du degré d’oxydation des substrats

Rapport C/N • rapport C/N très variable et loin de Redfield:  bactéries C/N faible (4) car peptidoglycane [N]élevé algues phytoplanctoniques C/N = 5-6 Phaeocystis C/N ~ 7,7 • Selon les conditions lumineuses il peut y avoir une variation de 20 fois chez Dunaliella tertiolecta en condition limitante N modification environnement lumineux modifie C/Chla et C/N

Rapport C/N • Bactéries ≃4 (peptidoglycane riche en N) [3,3 à 4,3] • Algues phytoplanctoniques ≃Redfield diatomée 4-5 Phaeocystis 7,6 (flagellé) – 7,8/9,2 (colonies) • Zooplancton (varie en fonction de la saison) moyenne en Méditerranée 4,2 en période productive ≃4 printemps 3-4,5 gélatineux <4 • organismes à thèque solide peuvent avoir des valeurs hautes Peridinium (dinoflagellés) 13,9 coccolithophoridés ou foraminifères 6,4 – 9,7

Rapport C/N contrôle du rapport C/N dans les eaux de surface arctiques: • faible activité bactérienne  DOC enrichi en C • limitation nutritionnelle du phytoplancton  moins de protéines et plus de réserves lipidiques et polysaccharidiques • dominance d’espèces phytoplanctoniques à mucilage (Chaetoceros sociale) • dominance d’espèces zooplanctoniques à réserves lipidiques élevées, fécès enrichis en C  l’ensemble du fonctionnement du réseau trophique contrôle le rapport C/N  fortes différences régionales et saisonnière

Rapport Si/C/N • espèces de grande taille Si/C 0,13 vs. nanoplanctoniques 0,09 • variations interspécifiques • conditions nutritionnelles Différence entre ED et EM : • stratégie de vie : lac = sédimentation moins néfaste qu’en mer ↘ ︎Si au large = avantage? sédimentation en côtier = survie • adaptation nutritionnelle : disponibilité en acide orthosilicique • taxinomie : ED = diatomées pennées EM = centriques sauf dans l’océan Austral cultures en conditions nutritionnelles non limitantes Eaux douces Eaux de mer