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La réponse physiologique au stress sodique de semis d’épinette blanche (Picea glauca (Moench) Voss) et de pin gris (Pinus banksiana Lamb.) inoculés avec des champignons ectomycorhiziens (ECM) a été évaluée afin de déterminer les bénéfices de l’inoculation pour la croissance et la survie. Ces expériences ont été menées avec un objectif appliqué servant l’amélioration des techniques de production de semis destinés à la végétalisation de sols reconstitués à partir de rejets salins issus de l’exploitation des sables bitumineux dans le Nord-Est de l’Alberta (Canada). Dans un premier volet, nous avons observé que le potentiel inoculant de sols reconstruits d’âges différents ainsi que des matériaux utilisés pour la reconstruction des sols est très faible voire nul. Dans un deuxième temps, la résistance et la réponse physiologique in vitro de champignons ecto- et ectendomycorhiziens (Hymenoscyphus sp., Phialocephala sp., Suillus tomentosus (Kauff.) Sing., Snell and Dick, Laccaria bicolor (Maire) Orton, Hebeloma crustuliniforme (Bull) Quel.) de différentes provenances ont été déterminées. Enfin, des semis d’épinette blanche et de pin gris inoculés en serre avec les trois champignons ECM évalués in vitro ont été exposés à différents niveaux d’excès de NaCl. La mesure d’un ensemble d’indicateurs physiologiques a montré que les mycobiotes sont capables d’influencer la réponse de l’hôte face à une concentration donnée de NaCl. L’inoculation d’une souche de S. tomentosus, isolée d’un site salin et sodique, a permis une augmentation de la production de biomasse des semis et l’inoculation avec une souche de H. crustuliniforme a favorisé les capacités d’ajustement osmotique des semis. Ces deux champignons sont des espèces potentielles pour l’inoculation contrôlée en pépinière.

The physiological response of inoculated ectomycorrhizal (ECM) white spruce (Picea glauca (Moench) Voss) and jack pine (Pinus banksiana Lamb.) seedlings to sodic stress was evaluated to determine the benefits of inoculation for growth and survival. These experiments served the improvement of nursery seedling production for revegetation of reconstructed soils from tailing sands originating from the oil sand mining in Northeastern Alberta (Canada). In a first step, we showed that the inoculum potential of reconstructed soils of different ages and materials used in soil reconstruction was very low or null. In a second step, the resistance and physiological response of five ecto- and ectendomycorrhizal fungal species (Hymenoscyphus sp., Phialocephala sp., Suillus tomentosus (Kauff.) Sing., Snell and Dick, Laccaria bicolor (Maire) Orton, Hebeloma crustuliniforme (Bull) Quel.) from different sources were assessed in vitro. Finally, white spruce and jack pine seedlings inoculated in greenhouse with the three ECM fungi evaluated in vitro were exposed to different concentrations of NaCl. Using several physiological indicators, mycobionts were showed to influence host response to a given NaCl concentration. Under sodic conditions, inoculation with an isolate of S. tomentosus from a saline and sodic site increased seedling biomass production and inoculation with an isolate of H. crustuliniforme increased seedling osmotic adjustment capabilities. The latter two fungi are potential candidates for tree nursery inoculation.

Salinité et sodicité sont des problématiques majeures pour la restauration des rejets sableux issus de l’exploitation à ciel ouvert des sables bitumineux du Nord-Est de l’Alberta (Canada). Les champignons ectomycorhiziens (ECM) sont reconnus pour réduire certains stress abiotiques affectant leur hôte. Ces champignons sont naturellement associés aux conifères utilisés pour la restauration. La présente thèse porte sur la physiologie de la symbiose ECM en réponse à un stress sodique contrôlé, ceci afin de promouvoir l’intégration de la mycorhization contrôlée en pépinière dans le cadre des programmes de végétalisation de sites présentant un excès de sels.

Dans un premier temps, une expérience de piégeage a été réalisée en serre sur les matériaux composant un sol reconstruit et sur des échantillons non perturbés de sols reconstruits de différents âges. Ceci a servi à donner une image du cortège mycorhizien présent sur les sites à restaurer de Syncrude Canada Ltd. (Alberta). Aucune propagule de champignon ECM viable n’a été détectée dans les rejets sableux. De plus, la tourbe servant d’amendement pour les rejets sableux a montré un faible potentiel inoculant et une faible diversité d’espèces fongiques ECM.

Dans un deuxième temps, des champignons (ecto- et ectendo-) mycorhiziens isolés d’un terrain sodique ou provenant d’une mycothèque, i.e., Hymenoscyphus sp., Phialocephala sp., Suillus tomentosus (Kauff.) Sing., Snell and Dick, Laccaria bicolor (Maire) Orton, Hebeloma crustuliniforme (Bull) Quel., ont été exposés in vitro à un gradient de concentrations de NaCl. Tous les champignons ont montré une grande résistance. Toutefois, les champignons isolés du terrain ont montré une plus forte croissance et une accumulation moindre de Na+ et de Cl- dans leurs tissus en conditions sodiques.

Dans un troisième temps, trois espèces ECM, L. bicolor, H. crustuliniforme et S. tomentosus, ont été utilisées pour des expériences en serre en association avec des semis de pin gris (Pinus banksiana Lamb.) et d’épinette blanche (Picea glauca (Moench) Voss). Ces combinaisons symbiotiques ont été exposées à un gradient de concentrations de NaCl et ont montré que l’inoculation de champignons ECM peut augmenter la croissance et réduire le stress perçu par l’hôte en conditions salines et sodiques.

L’isolat de S. tomentosus s’est avéré être le champignon le plus intéressant pour l’inoculation de semis de pépinière destinés à la végétalisation de terrains salins et/ou sodiques. Hebeloma crustuliniforme UAMH 5247 est un deuxième choix pour les terrains les plus stressants puisqu’il dynamise l’ajustement osmotique de son hôte.

Salinity and sodicity are major concerns for the reclamation of sand tailings originating from the open-pit mining of oil sand ores in Northeastern Alberta (Canada). Ectomycorrhizal (ECM) fungi are known to reduce certain abiotic stresses affecting their host. These fungi are naturally associated with conifers used for reclamation. The present thesis depicts the physiological response of the ECM symbiosis under controlled sodic conditions. This serves to promote integration of controlled mycorrhization in tree nurseries within revegetation programs for salt-affected sites.

In a first step, a bait experiment was performed on materials constituting reconstructed soil and on undisturbed samples of reconstructed soil of different ages. This served to assess the mycorrhizal inoculum potential present on sites to reclaim at Syncrude Canada Ltd. (Alberta). There were not any viable propagules of ECM fungi on tailing sands. In addition, the peat moss used as amendment for tailing sands exhibited a weak ECM inoculum potential and a low ECM fungal species diversity.

In a second step, (ecto- and ectendo-) mycorrhizal fungi isolated from a sodic site or selected within a fungal collection, i.e., Hymenoscyphus sp., Phialocephala sp., Suillus tomentosus (Kauff.) Sing., Snell and Dick, Laccaria bicolor (Maire) Orton, Hebeloma crustuliniforme (Bull) Quel., were subjected to a gradient of NaCl concentrations. All fungal species exhibited a strong resistance. Nevertheless, species isolated from a sodic site showed a higher growth and a lower Na+ et Cl- accumulation in their tissues under sodic conditions.

In a third step, three ECM species, L. bicolor, H. crustuliniforme and S. tomentosus, were used in greenhouse experiment in association with jack pine (Pinus banksiana Lamb.) and white spruce (Picea glauca (Moench) Voss) seedlings. These symbiotic combinations were exposed to a gradient of NaCl concentrations and showed that inoculation of ECM fungi can enhance growth and reduce the stress perceived by the host in saline and sodic conditions.

The S. tomentosus isolate was shown to be the most interesting fungus for inoculation of tree-nursery seedlings used for revegetation of saline and/or sodic sites. Hebeloma crustuliniforme UAMH 5247 was a second choice for highly affected sites as it stimulates osmotic adjustment of its host.

À présent que cette thèse est achevée, sans stress, je voudrais remercier tout spécialement mes parents source de ma physiologie qui m’ont aidé et soutenu tout au long de mon parcours depuis tout petit. Je tiens également à souligner le soutien inestimable de tous mes amis de longue date toujours présents et j’espère que notre partenariat mutualiste s’entretiendra encore longtemps.

Bien entendu, mon parcours initiatique dans la recherche n’aurait pu se faire sans l’aide de mon directeur de thèse Damase Khasa dont le sens des affaires et de la recherche fut un exemple. Sa gentillesse et sa tolérance ont laissé mon indépendance se libérer sans contraintes ni flétrissement. Je tiens également à remercier mon co-directeur, Yves Piché, pour son soutien dans les situations complexes, pour son inégalable sens de l’humour et parce qu’il m’a permis de découvrir le monde des mycorhizes et le Québec. L’achèvement de cette thèse n’aurait pas non plus pu se faire sans Francine Bigras qui m’a donné les outils pour « physiologer » ainsi qu’une énergie lumineuse pour avancer.

Je remercie également les bailleurs de fonds de ce projet, le CRSNG et la compagnie Syncrude Canada Ltd., telle une ressource minérale essentielle sans qui rien n’aurait été possible, à moins d’un stress extrême. À ce titre, je tiens également à remercier Martin Fung qui m’a donné l’accès aux sites de Syncrude et a ainsi facilité ma tâche.

Je remercie les membres de mon comité, Janusz Zwiazek qui m’a également accueilli dans son laboratoire au cours de l’été 2003, Jacques-André Rioux qui m’a accordé de son temps pour la pré-lecture de cette thèse, et Yves Desjardins pour avoir généreusement accepté de corriger cette thèse.

Un grand merci à Jean-Luc Jany pour toutes ces discussions et réflexions sur la symbiose...En tant que voisin de bureau, il m’a permis de réguler mon homéostasie dans les situations les plus contraignantes. On a planté des semis jusqu’aux dernières heures du jour où la vie sauvage se faisait plus menaçante...

Un merci très spécial à Andrew Coughlan dont les compétences en mycologie et l’anglais savant ont été une aide précieuse au travers de tous ces articles et expériences.

Je suis également redevable envers Alexis Guérin-Laguette qui m’a donné les moyens de maîtriser l’art de l’inoculation. Sans lui, les expériences en pépinière auraient été de « bonnes galères » !

Merci également à Annick Bertrand pour l’ajustement osmotique. Je suis très heureux de notre collaboration, cela a porté ses fruits.

Je tiens également à rendre hommage à toutes les personnes qui m’ont aidé de près ou de loin pour la prise des mesures et la mise en Ĺ“uvre de mes expériences : Julie Talbot, Erin Bergrand, Sauphie Senneville, Yves Dubuc, Lucette Chouinard, Pierre Lechasseur, Kent Apostol ainsi que Claude Fortin et son pouce vert.

Je ne peux conclure cet avant-propos sans remercier tous mes collègues de travail devenus des amis : Frank, Sylvain, Guillaume, André, Jean-guy, Estelle, Soul, Brice (deux fois papa pendant ma thèse) et Bertrand.

AB : Alberta

ABA : abscisic acid ou acide abscissique

AM : arbuscular mycorrhizal

AMF : arbuscular mycorrhizal fungi

BCERN : British Columbia ectomycorrhizal research network

CA : Californie

CCF : concentration critique de floculation

CEC : capacité d’échange cationique

CFL : centre de foresterie des Laurentides

ChFl : chlorophyll a fluorescence

Chl: chlorophyll a

Chl: chlorophyll b

CRBF : centre de recherche en biologie forestière

CT ou RC : composite tailings ou rejets consolidés

CTE : concentration totale en électrolytes

DM ou MS : dry mass ou masse sèche

DNA ou ADN : desoxyribonucleic acid ou acide desoxyribonucléique

DS : dark septate

DW : dry weight

EC ou CE : electrical conductivity ou conductivité électrique

ECM: ectomycorrhizal ou ectomycorhizien

e.g. : exempli gratia (par exemple)

EOR : espèces oxygénées radicalaires

ESP : Exchangeable sodium pourcentage ou pourcentage de sodium échangeable

FM ou MF : fresh mass ou masse fraîche

i.e. : id est (c'est-à-dire)

ITS : internal transcribed spacer

MA : Massachussetts

MK : tourbe Muskeg

Na+, Cl-, K+, Ca2+ : formes ioniques

Na, Cl, K, Ca: éléments

NJ : New Jersey

NY : NewYork

NSERC ou CRSNG ou : Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada ou Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada

OB ou MT : overburden ou mort-terrain

OR : Orégon

PAR : photosynthetically active radiation

PCR : polymérase chain reaction

PFD : photon flux density

P:V : peat :vermiculite

PVC: polyvynile de chlorure

QC : Québec

R99, R88 et R82 : sites restaurés respectivement en 1999, 1988 et 1982

RFLP : restriction fragment length polymorphism

RH ou HR : relative humidity ou humidité relative

SAR : sodium absorption ratio ou ratio d’absorption du sodium

S:T:P:Pe ou S:T:To:P: Sand:Turface®:Peat:Perlite ou Sable:Turface®:Tourbe:Perlite

TCA: taux de croissance absolue

TS ou RS : tailing sands ou rejets sableux

UAMH : university of Alberta microfungus collection and herbarium

© Gregory Bois, 2005