Transcript Herbivorie - Jérôme Mathieu

L'herbivorie
Module LV 396 Fonctionnement des écosystèmes
Jérôme Mathieu
http://www.jerome-mathieu.com
Questions
L’herbivorie peut -elle être favorable pour les plantes?
Comment les plantes se défendent?
Quel rôle joue t’elle dans les flux de matière?
Les herbivores mangent ils tous les memes (partie de)
plantes?
Plan du cours
I
II
III
IV
V
Contexte du cycle des nutriments
Types d'herbivorie
Conséquences de l'herbivorie
Adaptations des plantes
Contraintes et adaptations des herbivores
I Contexte du cycle des nutriments
I Contexte du cycle des nutriments
plantes
Productivité
primaire
Nutriments
Roche mère
5
I Contexte du cycle des nutriments
plantes
Matière Organique
du sol
Nutriments
Roche mère
6
I Contexte du cycle des nutriments
herbivores
plantes
carnivores
Matière Organique
du sol
Nutriments
Roche mère
7
II Les types d'herbivorie
8
Définition formelle de l'herbivorie
Herbivory :
The consumption of all or parts of living plants.
“Predation” is sometimes used to indicate that the
herbivore consumes the entire plant.
9
II Les types d'herbivorie
10
II.1Nectarivores, piqueurs suceurs
11
II.2 les frugivores
Frugivores – consume fruits, often without damaging the
seeds within; when the seeds are dispersed to more
favorable sites than would result from lack of visits by the
frugivores, the relationship is likely to be mutualistic
12
II.3 Les granivores
13
II.3 attention au terme granivore !

Finalement qu'est ce qu'une graine ??
14
II.3 graine ou fruit sec akène ?
http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/Fruits/index.htm
15
II.3 graine ou fruit sec akène ?
fleur
fruit akène
= " graine "
"Akenivorie "
à la place de
"granivorie"!
http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/Fruits/index.htm
16
II.4 Le browsing
Browsers – consume plant parts (mostly green) well
above the substrate, e.g., deer browse the leaves of
shrubs and saplings
17
II.5 Le broutage
Grazers – consume plant parts (mostly green) near the
substrate, e.g., snails graze algae, antelope graze grass;
including roots
18
II.6 Herbivorie des racines
consommation ou déterioration des racines
fléau agricole
Nématodes
19
II.6 Herbivorie des racines
consommation ou déterioration des racines
fléau agricole
Nématodes
lutte biologique
champignon "chasseur"
20
II.6 Herbivorie des racines
le hanneton commun
fléau d'antant
protégé maintenant
21
III Conséquences de l'herbivorie
III Conséquences de l'herbivorie






III.1
III.2
III.3
III.4
III.5
III.6
Perte de tissus et nutriments
Nutrient dislocation
Création d'hétérogénéité
Dispersion des graines
Equilibres compétitifs
Biodiversité des plantes
23
III.1 perte de tissus et nutriments
plantes
Matière Organique
du sol
Nutriments
Roche mère
24
III.1 perte de tissus et nutriments
sans herbivorie
résorption
plantes
Matière Organique
du sol
Nutriments
Roche mère
25
III.1 perte de tissus et nutriments
plantes
Herbivorie
herbivores
Matière Organique
du sol
Nutriments
Roche mère
26
III.1 perte de tissus et nutriments
peu de résorption
plantes
Herbivorie
perte importante
perte en nutriments
élevée
herbivores
Matière Organique
du sol
Nutriments
Roche mère
27
III.1 perte de tissus et nutriments
diminution de la quantité de N
28
III.1 perte de tissus et nutriments
15% des pertes des cultures
sont dues aux insectes
http://asae.frymulti.com/abstract.asp?aid=8398&t=2
http://www1.agric.gov.ab.ca/$department/deptdocs.nsf/all/prm11949
29
III.1 perte de tissus et nutriments
30
III.2 nutrient dislocation
sortie de nutriments
plantes
Herbivorie
herbivores
Matière Organique
du sol
Nutriments
Roche mère
31
III.2 nutrient dislocation
32
III.3 création d'hétérogénéité
33
III.4 dispersion des graines
34
III.5 équilibres compétitifs entre espèces
équilibre ligneux - herbacées
témoin
- herbivores
favorise les herbacées
35
III.5 équilibres compétitifs entre espèces
herbivorie
?
Projet BIOFUN
36
III.6 biodiversité et productivité
colonisation
extinction
Augmentation de la diversité
37
III.6 biodiversité et productivité
Grazing Optimization Hypothesis (cf td)
38
IV Adaptation des plantes
IV Adaptation des plantes


IV.1
IV.2
compensation
défenses des plantes




IV.3
IV.4
Physiques
Chimiques
inductibilité des défenses
aspects évolutifs
40
IV Adaptation des plantes
IV.1 compensation : pousser plus !
plantes
Herbivorie
herbivores
théorie de la compensation
McNaughton (1983) & Belsky et al. (1993)
41
IV Adaptation des plantes
IV.1 compensation : pousser plus !
?
herbivorie
exclue
?
herbivorie
autorisée
42
IV Adaptation des plantes
Seed production (g)
IV.1 compensation : pousser plus !
herbivorie
exclue
herbivorie
autorisée
43
IV Adaptation des plantes
IV.1 compensation : pousser plus !
Seed production (g)
ungrazed
grazed
herbivorie
exclue
herbivorie
autorisée
44
IV Adaptation des plantes
Seed production (g)
IV.1 compensation : pousser plus !
= true herbivory effect
http://www3.imperial.ac.uk/naturalsciences/research/statisticsusingr
45
IV Adaptation des plantes
IV.1 compensation : pousser plus ?

Conclusion



données souvent ambiguës
théorie de la compensation très
controversée
plutôt rejetée actuellement
46
IV Adaptation des plantes
IV.2 défenses

production d'organes ou de molécules de
défense
47
IV Adaptation des plantes
IV.2 défenses

réponse




physique
chimique
constitutive
inductible
48
IV Adaptation des plantes
IV.2 défenses physiques

épines

trichomes

coques
49
IV Adaptation des plantes
IV.2 défenses Chimiques
Photosynthèse
métabolites
primaires
métabolites
secondaires
composés
azotés
comp.
phénol.
terpènes
50
IV Adaptation des plantes
IV.2 défenses Chimiques

composés métaboliques secondaires



terpènes
composés phénoliques
composés azotés
51
IV Adaptation des plantes
IV.2 défenses Chimiques - terpènes

molécule de base
isopentane

(=hydrocarbures)
exemples
menthol
gibbereline
caroténoides
huiles essentielles
(anti oxydant)
52
IV Adaptation des plantes
IV.2 défenses Chimiques - terpènes
résine, épines de pin
pyréthroides
Bifen IT--1 Pt.*
Active Ingredient:Bifenthrin- 7.9% synthetic
pyrethroid; low odor chemical. Talstar One and Bifen IT
have the exact same label. Long residual control over
termites and 75 other pests.
53
IV Adaptation des plantes
IV.2 défenses Chimiques – composés phénoliques

lignine

tanins
structure
toxines

flavonoides
antimicrobiens
couleurs
54
IV Adaptation des plantes
IV.2 défenses Chimiques – composés azotés

alcaloïdes





nicotine
codéine
cocaïne
morphine
acides aminés non protéiques
55
IV Adaptation des plantes
IV.3 inductibilité des défenses
défenses constitutives
vs
défenses inductibles
56
IV Adaptation des plantes
IV.3 défenses constitutives
– paroi des cellules
cellulose
57
IV Adaptation des plantes
IV.3 défenses constitutives
– association avec défenseurs
Cecropia sp.
gîte + couvert
->
défense
58
IV Adaptation des plantes
IV.3 défenses induites -
Myzus persicae
molécules de défense
Forficula sp.)
Raphanus sativus L.
Brassicaceae
Pieris rapae
59
IV Adaptation des plantes
IV.3 défenses induites – recrutement de défenseurs
Cecropia sp.
60
IV Adaptation des plantes
IV.3 défenses induites – recrutement de défenseurs
Phytoseilus
persimilis
prédateur
attraction
Phaseolus lunatus
(haricot de Lima)
Tetranchus urticae
herbivore
61
IV Adaptation des plantes
IV.3 défenses induites
molécules de défense + communication entre plantes

éthylène volatile
= signal d'alarme
Tannins
Koudou
Tannins
réponse
induite
62
IV Adaptation des plantes
IV.4 aspects évolutifs



tout ça c'est bien,
mais ça coût cher…
et y a aussi compétition avec les
autres plantes
63
IV Adaptation des plantes
IV.4 aspects évolutifs
Tradeoff défense – croissance
les tissus coutent pas cher
les défenses coutent cher
• soit investissement dans les défenses mais croissance
lente
-> mortalité faible, plantes d'ombre
• soit investissement dans la croissance plus que dans
les défenses
-> mortalité forte, plantes de soleil
Coley et al. (1985)
64
IV Adaptation des plantes
IV.4 aspects évolutifs
- coût des défenses
Cecropia peltata
Coley 1986, Oecologia
65
IV Adaptation des plantes
IV.4 aspects évolutifs
Tradeoff défense – croissance
les tissus coutent pas cher
les défenses coutent cher
• si peu de nutriments -> croissance lente -> défenses
élevées
• si beaucoup de nutriments -> croissance rapide ->
peu de défenses
Coley et al. (1985)
66
IV Adaptation des plantes
IV.4 aspects évolutifs
Nutriments <
croissance
lente
Défenses >
Nutriments
croissance
rapide
Défenses
Pachira brevipes Pachira insiginis
67
IV Adaptation des plantes
IV.4 aspects évolutifs

- La question
Dans quels type de défenses
investir ?
68
IV Adaptation des plantes
Défenses immobiles
(lignines, tannins…)
durent longtemps (faible
turnover)
donc les couts s'amortissent
dans le temps
Coût cumulé des défenses
IV.4 aspects évolutifs
Durée de vie de la feuille
Coley et al. (1985)
69
IV Adaptation des plantes
Défenses mobiles
coût constant dans le temps
donc cumulatif, du fait du
turnover
Coût cumulé des défenses
IV.4 aspects évolutifs
Durée de vie de la feuille
Coley et al. (1985)
70
IV Adaptation des plantes
IV.4 aspects évolutifs
si croissance rapide
les tissus coutent pas cher
peu d'interêt à investir dans les
défenses immobiles
si croissance lente
les tissus coutent cher et doivent
durer,
interêt à investir dans les
défenses immobiles qui sont
moins coûteuses à long terme
Défenses
immobiles
avantageuses
Coût cumulé des défenses
Défenses
mobiles
avantageuses
Durée de vie de la feuille
Coley et al. (1985)
71
V Adaptations des herbivores
V Adaptations des herbivores

les plantes ont



défenses physiques
défenses chimiques
Communication
73
V Adaptations des herbivores






V.1
V.2
V.3
V.2
V.3
V.4
sélectivité
sous traitance
entraide
foraging
co –évolution
détournement
74
V Adaptations des herbivores
V.1 Sélectivité

sélection selon





palabilité
goût
quantité de nutriment
partie de la plante
avancé comme mécanisme de
coexistence
75
V Adaptations des herbivores
V.1 Sélectivité
<
<
<
sélectivité
espèce, stade de développement, taille, disponibilité
76
V Adaptations des herbivores
V.1 Sélectivité
<
<
<
sélectivité
~ taille/rythme métabolique
77
V Adaptations des herbivores
V.1 Sélectivité
<
<
<
sélectivité
~ stratégies collectives d'évitement des prédateurs?
78
V Adaptations des herbivores
V.1 Sélectivité
sélection sur la taille des graines (des akènes…)
79
V Adaptations des herbivores
V.2 Sous traitance
80
V Adaptations des herbivores
V.2 Sous traitance

interne
81
V Adaptations des herbivores
V.2 Sous traitance

Rumination
interne
panse
bonnet
feuillet
82
V Adaptations des herbivores
V.2 Sous traitance

fourmis
Am. du sud
externe
Termites
Afrique
83
V Adaptations des herbivores
V.2 Sous traitance

fourmis
Am. du sud
externe
Termites
Afrique
84
V Adaptations des herbivores
V.3 stratégies de foraging

problème :


communication des plantes
induction des défenses
réponse :




choix de plantes isolées ou rares
consommation d'individus entiers rare
tradeoff qualité nourriture – temps de
prise alimentaire
contrainte de vigilance
85
V Adaptations des herbivores
V.4 co-évolution plante-herbivores
***
Noctuidae
***
ns
ns
Pieris
rapae
Lepidium virginicum
86
V Adaptations des herbivores
V.5 détournement
Chrysomela populi
87
V Adaptations des herbivores
V.5 détournement
idem chez
certaines
grenouilles
88
Bilan du cours
I
II
III
IV
V
Contexte du cycle des nutriments
Types d'herbivorie
Conséquences de l'herbivorie
Adaptations des plantes
Contraintes et adaptations des herbivores