Stage de Master 1 BioGet

Variation de la résistance des bryophytes à la dessiccation à l’échelle du microhabitat au sein d’une forêt tropicale de montagne

 

Étudiante en première année de master Biologie Écologie Évolution parcours Biodiversité végétale et Gestion des Écosystèmes Tropicaux à l’Université de Montpellier et AgroParisTech, j’ai effectué un stage de quatre mois, du 26 mars au 27 juillet 2018, au sein de l’Unité Mixte de Recherche Peuplements Végétaux et Bioagresseurs en Milieu Tropical (UMR PVBMT) sur l’île de La Réunion. Cette étude a pour objectif de mieux comprendre comment des espèces de bryophytes réagissent face à la dessiccation en réponse à de futurs changements climatiques dans la forêt de nuages (TMCF = Tropical Montane Cloud Forests) de l’île, à une altitude moyenne de 1300 m. Cet écosystème, caractérisé par la présence fréquente de brouillard, est très menacé par la hausse des températures et par la déforestation. Les bryophytes font parties des groupes de plantes les abondants dans ce type de forêt et contribuent ainsi à leur équilibre hydrique, d’où l’importance de leur étude.

Ce stage s’inscrit dans le projet « Cloud Layer tempErature inVersion and vEgetation in La Réunion » (CLEVER, Fédération OMNCG) dirigé par Claudine Ah-Peng. Ce projet « s’intéresse à caractériser la couche basse des nuages et la couche d’inversion de température à La Réunion, à l'aide d'un LIDAR mobile. Cette caractérisation de la couche nuageuse sera mise en lien avec les différents types de végétations d'un transect altitudinal dans l'Est de l'île et également avec le bassin versant SOERE de la Plaine des Fougères. » (ERORUN).

J’ai débuté mon stage par une sortie terrain dans la savane du Cap La Houssaye, dans le cadre du stage de Maëva Tangama (Master 2), où nous avons récolté des espèces végétales afin d’effectuer des mesures de la qualité fourragère. Durant cette sortie, j’ai commencé à réfléchir à l’organisation de mon stage.

Puis, j’ai passé environ un mois à réaliser des recherches bibliographiques, à préparer mes sorties terrains au niveau du matériel nécessaire et des espèces de bryophytes à trouver afin de compléter le jeu de données de Laura Figenschou (2016), à analyser certains jeux de données, et à voir quelles allaient être mes expériences de laboratoire. Une première sortie terrain a eu lieu à la Plaine des Fougères (55°31’05’’E ; 20°58’57’’S), le 26 avril, où j’ai pu récolter huit espèces de bryophytes de manière stratégique pour compléter des données et en fonction des espèces présentes.

Sortie terrain à la Plaine des Fougères, route forestière (1300 m d’altitude) avec Claudine Ah-Peng, talus humicole composé essentiellement de Gottschelia schizopleura et Sphagnum tumidulum (photos du 26/04/18).

Les échantillons ont été conservés au frais à la station forestière de recherche de Mare-Longue (STAFOR) où ont eu lieu ensuite des expériences de laboratoires. Pour comprendre le déroulé de mes mesures il est important de savoir que les bryophytes sont des plantes chlorophylliennes réalisant la photosynthèse où elles convertissent l’énergie lumineuse en énergie chimique. Lors d’une perturbation, la dessiccation dans le cadre de cette étude, la dissipation de l’énergie lumineuse augmente. Cette dissipation peut être émise par les chloroplastes sous forme de lumière rouge connu sous le nom de fluorescence de la chlorophylle. Pour enregistrer le rendement de la fluorescence en cours de la dessiccation, j’ai utilisé un fluorimètre portable de modulation (Modèle MINI-PAM Potable Chlorophyll Fluorometer ; H. Walz, Effeltrich, Germany). J’ai adapté les échantillons à l’obscurité pendant 10 minutes, puis toutes les deux heures j’ai relevé des mesures de fluorescence jusqu’à ce que les échantillons soient entièrement secs. De plus, en parallèle, j’ai pour chaque temps mesuré la masse de chacun des échantillons afin de calculer par la suite leur teneur en eau en g H2O g-1 de masse sèche.

Expériences de pesées et de mesures de fluorescence de la chlorophylle, Anthocéros (cf. myriandroecius) à la station forestière de Mare-Longue (photos prises le 27/04/18).

Expériences de pesées et de mesures de fluorescence de la chlorophylle pour Anthoceros cf. lamellatus (Anthocerotaceae)  à la station forestière de Mare-Longue (photos prises le 27/04/18).

Cette expérience de dessiccation, m’a permis de représenter pour chacune de mes espèces de bryophytes (en plus de celles de Laura Figenschou), l’évolution de leur activité photosynthétique en fonction de leur teneur en eau. J’ai pu constater que, plus la plante perd de l’eau plus son activité photosynthétique diminue. Pour la suite j’ai estimé deux paramètres à partir de ces courbes, A pour la pente et B pour la dose létale médiane (DL50), la teneur en eau pour laquelle l’activité photosynthétique est réduite de moitié.

Exemple de courbe de dessiccation réalisées pour les espèces de bryophytes représentées par l’activité photosynthétique avec la valeur de fluorescence de la chlorophylle FV/FM en fonction de la teneur en eau g H2O g-1 de masse sèche (données de Dicranoloma billardieiri)

Suite à cette expérience de dessiccation, j’ai laissé une partie des échantillons à l’état sec pendant une semaine et l’autre partie pendant 7 semaines, puis j’ai réalisé des expériences de réhydratations des échantillons (3 et 4 mai ; 14 et 15 juin). J’ai pris trois mesures de fluorescence à 5 min, une heure et 24 heures suivant la réhydratation. Cette expérience a pour but d’observer comment les bryophytes vont récupérer ou non leur activité photosynthétique suite à une période de dessiccation plus ou moins longue et une réhydratation. J’ai en effet calculé le pourcentage de récupération de l’activité photosynthétique.

Vue d’ensemble des échantillons à l’état sec (à gauche), aspect de Sphagnum tumidulum (à droite) juste avant l’expérience de réhydratation (photos prises le 03/05/18).

Ces secondes expériences de réhydratations m’ont permis de constater une multiplicité de réponses selon les différentes espèces tout comme la dessiccation de chacune d’entre-elles. Ensuite, souhaitant obtenir la capacité de rétention en eau (CRE) et le contenu en eau relatif (RWC) de chacun de mes espèces, j’ai dû récolter les espèces dont la donnée de masse saturée en eau étant manquante. Pour cela, j’ai fait des récoltes le long de la route forestière Bébour/Bélouve suivi du GR du Piton des Neiges au départ du gîte de Bélouve (55°32′11’’E ; 21°03′38’’S), du 30 mai au 1er juin, et à Grand Étang le 11 juin (55°38’25’’E ; 21°05’46’’S).

Sortie terrain sur le GR du Piton des Neiges, Macromitrium serpens à droite (photos prises le 31/05/18).

Puis, j’ai mis en commun l’ensemble de mes données provenant des courbes de dessiccation, des résultats de récupération de l’activité photosynthétique suivant une réhydratation, et les données de CRE et RWC. J’ai pu ainsi distinguer trois regroupements d’espèces pouvant refléter trois stratégies adoptées par les bryophytes face à un stress hydrique. Mes résultats sont concordants avec des genres de bryophytes que Vitt et al. (2014) avaient observés. Certaines espèces ont plus une stratégie d’évitement de la dessiccation, elles font en sorte de retenir un maximum d’eau le plus longtemps possible, et garder ainsi une activité photosynthétique élevée, telle que Sphagnum tumidulum par exemple. D’autres, vont être plutôt dans de la tolérance à la dessiccation, elles vont avoir tendance à se dessécher plus rapidement mais, suite à une réhydratation, retrouver une très bonne activité photosynthétique, telle qu’Holomitrium borbonicum. Enfin, certaines espèces vont former une stratégie intermédiaire, telle que Bazzania decrescens, elles ont une teneur en eau, par exemple, se situant entre les deux groupes d’espèces précédent. J’ai pu expliquer ces trois stratégies selon la forme de vie propre à chacune des espèces et leur position dans la canopée. Afin de définir au mieux et de caractériser avec plus de précision ces stratégies, des mesures de traits morphologiques et physiologiques sont prévues durant le mois de juillet 2018. Ce mois de juillet permet de prolonger le stage de trois mois obligatoires pour valider la première année en master.

             De plus, les échantillons d’espèces de bryophytes de l’étude ont été triés à la fin des expériences et conservés afin d’en faire un herbier, certains seront déposés au Museum d’Histoire Naturelle de Paris (PC) et à l’Institut de botanique de Montpellier, en plus de l’Herbier Universitaire de La Réunion.

            J’ai également participé à des vérifications de mesures de diamètres d’arbres de la forêt de Mare-Longue (2 et 3 juillet 2018) dans le cadre du projet « Suivi de la bioDIVersité et INnovation pour l'acquisition des connaissances des EcoSystèmes naturels du bien classé patrimoine mondial à La Réunion » mené par Dominique Strasberg, Professeur.

Louise Guérot