Caractérisation biochimique de l'algue verte Scenedesmus abundans : influence des conditions de culture

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1 Annls Limnl. 36 (1) 2000 : 3-12 Caractérisatin bichimique de l'algue verte Scenedesmus abundans : influence des cnditins de culture M. Tahiri 1, A. Benider 1, M. Belkura 1 ' 2 A. Dauta 3 abundans, prtéines, glucides, lipides, température, lumière, azte, phase de crissance, taux de cris Mts-clés : Scenedesmus sance. Dans le but d'évaluer les perspectives de valrisatin de l'algue verte Scenedesmus abundans Chlrphyceae, sa cmpsitin bichimique a été réalisée sur des cultures sumises à différentes cnditins envirnnementales. Parmi les facteurs retenus, la température a le plus d'influence. Les teneurs en prtéines snt maximales à 15 C, celles des cmpsés lipidiques et glucidiques à 25 et 35 C respectivement. L'intensité lumineuse n'affecte pas la cmpsitin bichimique glbale, si ce n'est une baisse d'envirn 20 % des substances lipidiques, sus un éclairement de 300 uml quanta.m' 2.s _1. De même, la surce aztée a peu d'effet significatif sur les teneurs des 3 cnstituants cellulaires. L'augmentatin de la cncentratin en azte induit un accrissement des teneurs en prtéines et en lipides avec cependant une réductin de la prductin de bimasse, au-delà de 400 mg.l" 1 de KN0 3. Des mdificatins de la cmpsitin bichimique de Scenedesmus abundans en fnctin du stade de crissance nt également été bservées. En phase de crissance statinnaire, ces mdificatins se résument en une réductin marquée de la teneur en prtéines et, dans une mindre mesure, de la teneur en lipides, accmpagnée d'une accumulatin imprtante des hydrates de carbne. Les résultats snt analysés en tenant cmpte de la ntin de rendement de prductin de chacun des tris types de cmpsé. Bichemical cmpsitin f the green algae Scenedesmus abundans : effects f culture cnditins Keywrds : Scenedesmus abundans, prteins, carbhydrates, lipids, temperature, light, nitrgen, grwth phase, grwth rate. T evaluate aspects f enhancement f the green algae Scenedesmus abundans (Chlrphyceae), its bichemical cmpsitin was examined in cultures expsed t different envirnmental cnditins. Amngst the factrs studied, temperature has the greatest effect. Prtein cntent is maximal at 15 C, while lipid and carbhydrate cntents were maximal at 25 C and 35 C respectively. Light intensity has n effect n prtein and carbhydrate cntent, but the lipid cmpnent decreases by apprximately 20% at a light intensity f 300 (iml quanta-m^.s' 1. Mrever the nitrgen surce has n significant effect n the cellular cntent f these three cmpunds. An increase in nitrgen cncentratin induces an increase in prtein and lipid cntent with, hwever, a reductin in bimass prductin abve cncentratins f 400 mg H KN0 3. Mdificatins f the bichemical cmpsitin f Scenedesmus abundans as a functin f the grwth phase have als been bserved. In the statinary grwth phase, these mdificatins can be summarised as a marked reductin in prtein cntent and, t a lesser extent, in lipid cntent, accmpanied by a cnsiderable accumulatin f carbhydrates. The results are analysed taking int accunt the prductin yield f each f the three types f cmpund. 1. Equipe Bitechnlgie Algale (JER 5001 assciée à l'agence Universitaire de la Francphnie "ex AUPELF-UREF"). Labratire de Physilgie Végétale. Faculté des Sciences Semlalia,. Avenue Prince Mulay Abdallah. B.P Marrakech. Marc. 2. Auteur crrespndant : belkura@ucam.ac.ma 3. Centre d'eclgie des Systèmes Aquatiques Cntinentaux, UMR C5576 CNRS, Université Paul Sabatier, 118 rute de Narbnne, F Tuluse Cedex, France. Article available at r

2 4 M. TAHIRI, A. BENIDER, M. BELKOURA, A. DAUTA (2) 1. Intrductin L'utilisatin des micralgues à des fins appliquées (alimentatin, médecine, csmétlgie, aquaculture, etc...) s'est nettement dévelppée depuis les années 80 (pur revue, vir Brwitzka 1995). Parmi les algues cultivées actuellement dans divers pays, les espèces du genre Scenedesmus snt explitées dans l'alimentatin humaine et animale. En effet, de par leurs caractéristiques bichimiques particulièrement intéressantes, ntamment des teneurs élevées en prtéines (cmparables à celles des céréales), une bnne cmpsitin en acides aminés, en acides gras (en particulier en acides gras plyinsaturés) et en vitamines (y cmpris la vitamine B 1 2, déficiente chez de nmbreuses plantes furragères), ces micralgues cnstituent un aliment de qualité (Becker 1988, 1994). Par ailleurs, utre leur très grande diversité spécifique, la plasticité de leur métablisme permet d'rienter ces rganismes vers la prductin du u des metablites suhaités, en fnctin des cnditins de culture adptées. De nmbreux systèmes de prductin en masse nt ainsi été dévelppés pur diverses espèces appartenant au genre Scenedesmus: Scenedesmus bliquus (Payer et al. 1978, Becker & Venkataraman 1982, El Fuly et al. 1985), Scenedesmus acutus (Grss et al. 1982), Scenedesmus quadricauda (Simmer 1969). Parmi cellesci, Scenedesmus bliquus demeure, jusqu'à présent, l'espèce la plus prductive en culture en masse - jusqu'à 54 g de matière sèche.nr^.d 1 - (Seder & Hegewald 1988). Cependant, il cnvient de suligner qu'un nmbre limité d'espèces de ce genre est actuellement explité. Si l'n cnsidère l'effectif répertrié à ce jur (200 à 250 espèces) il apparaît qu'un criblage plus exhaustif des espèces susceptibles d'avir un intérêt alimentaire u industriel s'impse. Ce criblage devrait cependant prendre en cnsidératin un certain nmbre de critères essentiels, à savir une crissance rapide des suches sélectinnées, une capacité d'adaptatin à diverses cnditins envirnnementales et une cmpsitin bichimique intéressante (teneur élevée en prtéines u prductin de substances à haute valeur ajutée). C'est dans cette ptique particulière qu'a été initié ce travail sur l'algue verte Scenedesmus abundans. Bien que cette espèce ait fait l'bjet d'études antérieures (Giddings 1977, Nishijima et al. 1979), ses caractéristiques bichimiques restent à ce jur très fragmentaires. En effet, les seuls travaux réalisés cncernent l'influence de la hmitatin en azte sur les teneurs cellulaires en carbne, azte et chlrphylle (Giddings 1977), ainsi que l'analyse de la cmpsitin en vitamines de cette espèce (Nishijima et al. 1979). Dans le but d'évaluer les perspectives de valrisatin de Scenedesmus abundans, nus avns, dans un premier temps, analysé sa cmpsitin bichimique glbale. Les teneurs en prtéines, glucides et lipides des cellules algales nt été évaluées à l'aide de cultures sumises à différents types de facteurs : hélithermiques - température, intensité lumineuse - nutritinnels - nature et cncentratin de la surce aztée - physilgique - phase de crissance Matériel et méthdes 2.1 Cnditins de culture L'algue verte Scenedesmus abundans a été islée du lac de barrage Lalla Takerkust (régin de Marrakech, Marc). La suche mère utilisée dans tutes les expérimentatins est mnalgale mais nn axénique. Cependant, sn repiquage régulier dans des cnditins d'asepsie et sa mise en culture dans un milieu entièrement minéral réduisent cnsidérablement les risques de cntaminatin bactérienne (Dauta 1982). La suche mère, cultivée en milieu fini (batch), est maintenue en phase expnentielle de crissance par des repiquages chaque 2 à 3 jurs, dans des cnditins de température et d'intensité lumineuse subptimales (i.e. 25 C, 260 p.ml quanta.m^.s 1 ). Elle est incubée sus une phtpéride de 15 heures de lumière pur 9 heures d'bscurité (15/9 ; L/O). Les cultures snt réalisées dans des Erlenmeyers de 500 ml à 2 litres, stérilisés par autclavage (120 C, 20 min). Afin d'éviter la sédimentatin cellulaire et de prévenir l'appauvrissement du milieu en C0 2, les cultures snt frtement bullées (0,5 1 d'air.l" 1 culture.min' 1 ) avec de l'air cmprimé filtré au travers d'une capsule de 0,2 um de prsité (Gelman). Les expérimentatins snt réalisées dans une enceinte thermrégulée. La lumière est apprtée par une lampe Phytclaude de 400 watts placée à la verticale des cultures. L'intensité lumineuse incidente est mesurée à l'aide d'un quantamètre Li-Cr 185A. Avant chaque expérience, les cultures snt préadaptées aux cnditins retenues par des repiquages successifs (au mins 3). Elles snt ensuite (au temps tg de chaque expérience) largement diluées dans un milieu neuf afin d'éviter tut phénmène d'aut-mbrage, ainsi que les risques éventuels de limitatin par les nutriments. Les expériences relatives à l'influence de la température sur la cmpsitin bichimique de Scenedesmus abundans nt été réalisées sus une intensité lumineuse de 300 uml quanta.nr 2.s _1, avec une phtpéride de 15/9 (L/O) et à 3 températures différentes (15, 25,

3 (3) CARACTÉRISATION BIOCHIMIQUE DE SCENEDESMUS ABUNDANS 5 35 C). Celles destinées à évaluer l'effet de l'intensité lumineuse nt été effectuées à une température de 35 C, sus une phtpéride de 15/9 (L/O) et sus 3 intensités lumineuses (75, 150, 300 uml quanta.m- 2.s _1 ). L'étude de l'influence de la nature de la surce aztée sur la cmpsitin bichimique glbale de Scenedesmus abundans a été réalisée sus les cnditins hélithermiques suivantes : température = 30 C, intensité lumineuse = 300 uml quanta.nr 2.s _1, phtpéride = 15/9 (L/O). L'azte est apprté sus frme de nitrate de ptassium (cnstituant du milieu de culture standard), de chlrure d'ammnium u d'urée, à la cncentratin de 27,69 mg N.L 1. Le milieu de culture est tampnné à ph 7,8 avec du Tris 2 mm, et ce afin d'éviter les variatins brusques du ph liées à l'intrductin des différentes surces d'azte. Les expérimentatins relatives à l'effet des différentes cncentratins en nitrate de ptassium sur la cmpsitin bichimique nt été réalisées dans les cnditins de culture précitées, avec des apprts initiaux en KN0 3 cmpris entre 200 et 1600 mg.l 1. Pur tutes les différentes analyses, les prélèvements de la bimasse algale snt effectués en phase expnentielle de crissance (au 3 e m e jur de culture), à la fin de la phase éclairée. Les variatins de la cmpsitin bichimique de Scenedesmus abundans en fnctin du stade de crissance nt été évaluées à partir de cultures réalisées à 30 C, 300 uml quanta.nr 2.s _1 et sus une phtpéride de 15/9 (L/O). Les analyses nt été effectuées sur la bimasse algale prélevée en phase expnentielle (3 e m e jur de culture) et en phase statinnaire de crissance (12 ème jur). Les résultats des différentes expériences crrespndent à la myenne de tris répétitins indépendantes Méthdes La déterminatin de la matière sèche (MS) a été réalisée sur des échantillns de 25 à 200 ml seln la densité de la culture. La suspensin algale est filtrée sur un filtre en fibre de verre (filtre Wathman GF/C, 047 mm) prépesé (balance Mettler AE260, précisin : ± 10" 4 g). Le filtre est ensuite séché dans une étuve à 80 C jusqu'à l'btentin d'une masse cnstante. La différence des pesées permet de déterminer le pids sec de l'échantilln. Les résultats crrespndent à la myenne de tris réplicats. L'extractin des prtéines a été réalisée par la technique de Rausch (1981) mdifiée par l'ajut de désxychlate de sdium (Belkura 1994). Le dsage a ensuite été réalisé par la méthde de Bradfrd (1976)_. Les résultats crrespndent à la myenne de neuf réplicats et snt exprimés en équivalent BSA (albumine bvine sérique). Les glucides nt été analysés par la méthde "phénl-acide sulfurique" décrite par Kchert (1978). Les résultats, exprimés en équivalent glucse, crrespndent à la myenne de 5 répétitins. L'extractin et le dsage des lipides nt été réalisés seln la méthde de Kates (1972). 3. Résultats Les variatins de la cmpsitin prtéique, glucidique et lipidique de Scenedesmus abundans, cultivée sus 3 températures différentes snt représentées dans la figure 1. L'analyse des résultats btenus mntre que la synthèse prtéique évlue à la baisse avec l'accrissement de la température de culture. Inversement, la teneur en glucides passe du simple au duble, entre 15 et 35 C. Les cmpsés lipidiques présentent, quant à eux, un maximum à la température intermédiaire de 25 C. L'augmentatin de la température du milieu de culture engendre, par ailleurs, un accrissement particulièrement imprtant de la bimasse algale (facteur visin de 3, Fig. 1). Cet effet se répercute psitivement MS 400 -i O) > E S Prtéines Glucides Eu Lipides 140 mg MS. I" mg MS. I" 410 mg MS 'ï' 'SU m ni:' r V! Température ( C) 35 i. si Fig. 1. Evlutin de la cmpsitin bichimique de Scenedesmus abundans en fnctin de la température d'incubatin. (Intensité lumineuse = 300 Liml quanta.nv 2.s _1. Les chiffres mentinnés dans la partie supérieure du graphique représentent la cncentratin de la bimasse algale. Les barres verticales indiquent l'écarttype). Fig. 1. Changes in the bichemical cmpsitin f Scenedesmus abundans as a functin f the cultivatin temperature. (Light intensity = 300 Liml quanta.nr 2.s -1. Numbers abve the graph indicate algal bimass cncentratin. Vertical bars dente standard deviatin).

4 M. TAHIRI, A. BENIDER, M. BELKOURA, A. DAUTA (4) sur les rendements de prductin (rapprt des teneurs des cnstituants et de la bimasse prduite) des différents metablites; les valeurs les plus élevées étant bservées à 35 C (Tableau 1). Parallèlement aux expérimentatins précédentes, l'influence de l'intensité lumineuse sur la cmpsitin bichimique de Scenedesmus abundans a également été évaluée. Pur cela, tris éclairements d'intensité variable (75, 150 et 300 iml quanta.nr2.s~ 1 ) nt été retenus. Les résultats des analyses effectuées snt représentés dans la figure 2. Ils mntrent en particulier que les synthèses prtéique et glucidique ne semblent pas affectées de manière très marquée par l'intensité lumineuse incidente, le rapprt glyc-prtéique ne subissant qu'une légère augmentatin (de 1,18 à 1,27, entre 75 et 300 uml quanta.nr 2.s _1 ). La bisynthèse des cnstituants lipidiques est, quant à elle, mdifiée à la baisse aux frtes intensités lumineuses (réductin de 23 % entre 75 et 300 p.ml quanta.m^s 1 ). Cependant, si l'augmentatin de l'intensité lumineuse n'engendre pas de mdificatin de la cmpsitin bichimique de l'algue, il n'en demeure pas mins qu'elle induit un accrissement substantiel de la bimasse algale (Fig. 2). En effet, les teneurs en matière sèche par litre de culture passent de 304 à 410 mg (respectivement à 75 et 300 uml quanta.m~2.s~ 1 ), sit une augmentatin de 35 %. Les rendements de prductin des différents cmpsés cellulaires suivent, en cnséquence, la même tendance (Tableau 2). A l'issue de ces expérimentatins, nus avns dnc envisagé d'ptimiser la prductin de prtéines par cette espèce, en évaluant d'une part, l'effet de la nature de la surce aztée (KN0 3 C1NH 4, urée), et d'autre part, l'influence des apprts crissants en azte dans le milieu de culture. Les résultats btenus mntrent que les teneurs en prtéines snt sensiblement identiques, quelle que sit la surce aztée utilisée (Fig. 3). L'apprt d'azte, sus frme de nitrate de ptassium, prduit néanmins une algue de meilleure qualité si l'n prend en cnsidératin les tris cnstituants cellulaires. En utre, plus la cncentratin en nitrate du milieu de culture est imprtante, plus les teneurs en prtéines snt élevées (Fig. 4). L'augmentatin de la bisynthèse de ces cmpsés est, de surcrît, accmpagnée d'un accrissement de la teneur en lipides; la prductin de glucides ne subissant, quant à elle, que de légères variatins (Fig. 4). Cependant, il faut nter que l'apprt excessif de nitrate de ptassium, au-delà de 400 mg.l" 1, prvque un ralentissement de la crissance cellulaire et, par vie de cnséquence, une diminutin de la prductin de bimasse (Fig. 5). En terme de rendements, la prductin glbale en prtéines n'est Tableau 1. Rendements de prductin des différents metablites d'une culture de Scenedesmus abundans en fnctin de la température (Intensité lumineuse = 300 uml quanta-nv 2^1)- Table 1. Yield f the different cellular cmpunds f the Scenedesmus abundans culture as a functin f cultivatin temperature (Light intensity = 300 uml quanta-m^.s" 1 ). Température mg.l -1 de culture ( C) Prtéines Glucides Lipides Tableau 2. Rendements de prductin des différents metablites d'une culture de Scenedesmus abundans en fnctin de l'intensité lumineuse (Température = 35 C). Table 2. Yield f the different cellular cmpunds f the Scenedesmus abundans culture as a functin f the light intensity (Temperature = 35 C). Intensité lumineuse mg.f de culture (uml quanta.nr'.s- 1 ) Prtéines Glucides Lipides S 350 -r O) E H Prtéines Glucides H Lipides 304 mg MS. 342 mg MS. I' 410mgMS. I I Intensité lumineuse (//ml quanta. 11 II Fig. 2. Influence de l'intensité lumineuse sur la cmpsitin bichimique de Scenedesmus abundans. (Température = 35 C. Les chiffres mentinnés dans la partie supérieure du graphique représentent la cncentratin de la bimasse algale. Les barres verticales indiquent l'écart-type). Fig. 2. Effect f light intensity n the bichemical cmpsitin f Scenedesmus abundans. (Temperature = 35 C. Numbers abve the graph indicate algal bimass cncentratin. Vertical bars dente standard deviatin).

5 (5) CARACTÉRISATION BIOCHIMIQUE DE SCENEDESMUS ABUNDANS 7 Prtéines Glucides El Lipides Í T "O X H" 0 t 1 i : i Cncentratin en KN0 3 (mg.l' 1 ) KN03 Urée NH4CI Surce d'azte Fig. 3. Evlutin de la cmpsitin bichimique de Scenedesmus abundans en fnctin de la nature de la surce aztée. (Température - 30 C, Intensité lumineuse = 300 uml quanta.nr 2. s 1. Les barres verticales indiquent l'écart-type de la myenne). Fig. 3. Changes in the bichemical cmpsitin f Scenedesmus abundans as a functin f the nitrgen surce. (Temperature = 30 C, Light intensity = 300 uml quanta.nr2.s- 1. Vertical bars dente standard deviatin). Fig. 5. Evlutin du taux de crissance (u)* de Scenedesmus abundans en fnctin de la cncentratin en nitrate du milieu de culture.(température = 30 C, Intensité lumineuse = 300 uml quanta.mm -2.s -1. Les barres verticales indiquent l'écart-type de la myenne). * u, = Ln (AJ/AQ) * l/tj-tg ; AQ et Aj étant les densités ptiques mesurées à 750 nm aux temps tg et tj (temps exprimé en jur). Fig. 5.Effect f nitrate cncentratin n the grwth rate (li)* f Scenedesmus abundans (Temperature = 30 C, Light intensity = 300 uml quanta-irr 2^- 1. Vertical bars dente standard deviatin). * u = Ln (AJAAQ) * 1/ti-t ; AQ and A x are the ptical densities measured at 750 nm in the times t et tj (time is expressed in days). Prtéines CZZ1 Glucides I S Lipides M atiere sèche 3 O" 1!c u CO 1 * c 'ra 2 g (O Q. E O 400 H A 100 T lili ffft I M H-í ai. 1 Pl ) <- O) 3" O 3 (O Cncentratin en KN0 3 (mg.l 1 ) Fig. 4. Evlutin de la cmpsitin bichimique de Scenedesmus abundans et de la bimasse prduite en fnctin de la cncentratin en nitrate du milieu de culture. (Température = 30 C, Intensité lumineuse = 300 uml quanta.m- 2.s _1. Les barres verticales indiquent l'écart-type). Fig. 4. Changes in the bichemical cmpsitin f Scenedesmus abundans and bimass prductin as a functin f the nitrate cncentratin. (Temperature = 30 C, Light intensity = 300 uml quanta.nr 2.s _1. Vertical bars dente standard deviatin).

6 8 M. TAHIRJ, A. BENIDER, M. BELKOURA, A. DAUTA (6) effectivement pas amélirée de manière significative (Tableau 3). Au-delà de l'influence qu'exercent les facteurs envirnnementaux sur la cmpsitin bichimique de Scenedesmus abundans, des mdificatins qualitatives de la bimasse algale peuvent également être bservées en fnctin du stade physilgique de crissance. Les analyses effectuées sur la bimasse algale prélevée au 3 è m e (phase expnentielle) et au 12 è m e jur (phase statinnaire) de culture mntrent, en effet, une réductin très imprtante des teneurs en prtéines et en lipides, avec une amplitude avisinant 70 et 45 % respectivement (Fig. 6). Inversement, les teneurs des cmpsés glucidiques enregistrent un accrissement cnsidérable (+ 93 %). Il faut nter néanmins que la réductin des cmpsés prtéiques et lipidiques bservée en phase statinnaire est cmpensée par une prductin de bimasse 4 à 5 fis plus imprtante par rapprt à celle élabrée en phase expnentielle; il en résulte ainsi des rendements de prductin plus élevés (Tableau 4). 4. Discussin & cnclusin L'explitatin de la bimasse algale à des fins alimentaires u pur la prductin de divers bicmpsés suppse la cnnaissance des caractéristiques quali- S Prtéines Glucides Lipides 252 mg MS mg MS. I Phase expnentielle Phase statinnaire Fig. 6. Evlutin de la cmpsitin bichimique de Scenedesmus abundans en fnctin de la phase de crissance. (Température = 30 C, Intensité lumineuse = 300 uml quanta.m 2.s -1. Les chiffres mentinnés sur la partie supérieure du graphique représentent la cncentratin de la bimasse algale. Les barres verticales indiquent l'écart-type). Fig. 6. Changes in bichemical cmpsitin f Scenedesmus abundans as a functin f the grwth phase. (Temperature = 30 C, Light intensity = 300 uml quanta.m-2.s- 1. The numbers appeared in the graph indicate the algal bimass cncentratin. Vertical bars dente the standard deviatin). Tableau 3. Rendements de prductin des différents metablites d'une culture de Scenedesmus abundans en fnctin de la cncentratin en KNO3 du milieu de culture (Température = 30 C, Intensité lumineuse = 300 uml quanta.m-2.s- 1.). Table 3. Yield f the different cellular cmpunds f the Scenedesmus abundans culture as a functin f die nitrate cncentratin (Temperature = 30 C, Light intensity = 300 uml quanta.m-2.s- 1.). [KNOg] mg.h de culture (mg.1 1 ) Prtéines Glucides Lipides Tableau 4. Rendements de prductin des différents metablites d'une culture de Scenedesmus abundans en phases expnentielle et statinnaire de crissance (Température = 30 C, Intensité lumineuse = 300 uml quanta.m"2.s"^.). Table 4. Yield f the different cellular cmpunds f the Scenedesmus abundans culture as a functin f the grwth phase (Temperature = 30 C, Light intensity = 300 uml quanta.m-2.s- 1.). mg.h de culture Prtéines Glucides Lipides Phase expnentielle Phase statinnaire tatives de l'algue en questin et une maîtrise des cnditins de culture. En effet, au-delà des spécificités intrinsèques dé chaque espèce, le métablisme de ces rganismes est sus la dépendance d'une multitude de paramètres envirnnementaux. Les résultats btenus dans cette étude mntrent que les teneurs des principaux cnstituants cellulaires varient, en fnctin des cnditins de cultures testées, entre 9 et 39 % (par rapprt à la matière sèche) pur les prtéines, 4 et 26 % pur les glucides, 9 et 36 % pur des cmpsés lipidiques. Cmparé aux autres espèces du même genre, Scenedesmus abundans se caractérise par des teneurs en lipides et en glucides relativement plus élevées et un cntenu en prtéines sensiblement inférieur (Tableau 5). Cependant, il est imprtant de nter que les dnnées relatives aux teneurs en prtéines snt déterminées, dans la plupart des travaux cités, à partir de l'analyse de l'azte ttal auquel est affecté un facteur de 6,25. Cette prcédure a récemment été critiquée par de nmbreux auteurs en raisn de la variabilité de ce facteur seln les espèces cnsidérées (4,97 d'après Ahlgren et al. 1992, entre 3,60 et 4,99 seln Lurenc et al. (1998) et de la prise en cmpte de l'azte nn prtéique qui peut représenter jusqu'à 20 % de l'azte ttal

7 (7) CARACTÉRISATION BIOCHIMIQUE DE SCENEDESMUS ABUNDANS 9 (Becker 1988). Celle-ci abutit, de ce fait, à une surestimatin du cntenu en prtéines des algues. Par ailleurs, au-delà de ces cnsidératins méthdlgiques, il cnvient de suligner que les cmparaisns interspécifiques demeurent suvent difficiles en raisn de la diversité des cnditins de culture. En effet, de nmbreux travaux, réalisés sur des algues d'eau duce u marines, nt mntré l'influence déterminante des cnditins envirnnementales sur la cmpsitin bichimique glbale (Mrris et al. 1974, Pirreck et al. 1984, Harrisn et al. 1990, Renaud et al. 1991, Thmpsn et al. 1992, Chu et al. 1993, Aidar et al. 1994, Herrer et al. 1994, Belkura et al. 1997, Zhu et al. 1997, Vargas et al. 1998). Parmi les facteurs envirnnementaux retenus dans cette étude, la température semble avir le plus de répercussin sur la cmpsitin bichimique de Scenedesmus abundans. Ainsi, seln les cnditins thermiques du milieu, la bimasse algale présente des caractéristiques qualitatives différentes. La prductin de prtéines est maximale à faible température (15 C), alrs que celle des cmpsés lipidiques et glucidiques l'est à des températures nettement plus élevées (25 et 35 C respectivement). L'accrissement des teneurs en prtéines, aux basses températures, a également été signalé dans d'autres travaux (Falkwski 1977, Piquemal 1990, Thmpsn et al. 1992). Ce phénmène serait étritement lié à l'augmentatin de l'incrpratin du carbne dans les prtéines, induite par la diminutin de la température (Mrris et al. 1974, Thmpsn et al. 1992). D'après Chapman et al. (1983) ce type de répnse refléterait les besins crissants en enzymes des cellules u un effet de cmpensatin de la réductin de la fluidité membranaire. Cntrairement aux cmpsés prtéiques, les teneurs en glucides augmentent de manière cnsidérable avec l'accrissement de la température de culture, en particulier entre 25 et 35 C. Des bservatins similaires nt été effectuées sur d'autres espèces (Mrris et al. 1974, Dermun 1987, Piquemal 1990, Belkura et al. 1997) mais il semblerait que ce résultat ne sit pas généralisable. En effet, Thmpsn et al. (1992) nt mntré l'existence d'une diversité de cmprtement des espèces d'algues avec l'accrissement de la température. Chez Chaetcers simplex, aucune variatin significative n'est bservée entre 10 et 25 C, alrs que chez d'autres espèces (Pavlva lutheri, Dunaliella tertilecta, Chaetcers calcitrans, etc..) les teneurs en glucides évluent en "dents de scie" avec, chez certaines (Chaetcers gracilis), une tendance à la baisse aux températures élevées. Cette dernière bservatin a également été rapprtée par Zhu et al. (1997) chez l'algue Ischrysis galbana, dans l'intervalle de température C. Par ppsitin aux deux premiers cnstituants cellulaires, l'influence de la température sur les teneurs en lipides de Scenedesmus abundans ne fait apparaître aucune tendance précise ; les purcentages les plus élevés étant bservés à une température intermédiaire (25 C). Des cmprtements similaires nt été signalés chez d'autres espèces d'algues (Tedesc & Duerr 1989, Tan & Jhns 1991, Thmpsn et al. Í992) sans qu'aucune explicatin physilgique ne sit avancée. En effet, une revue plus large des différents travaux réalisés sur les lipides chez les algues permet de se rendre cmpte de la cmplexité des mécanismes de régulatin du métablisme de ces cmpsés. Tableau 5. Dnnées de la littérature relatives à la cmpsitin en prtéines, glucides et lipides chez différentes espèces du genre Scenedesmus. Talbeau 5. Bibligraphie data fr prtein, carbhydrate and lipid cntents in the Scenedesmus spp. Espèces % Prtéines de la matière sèche Glucides Lipides Références - Sc. abundans Présent travail Sc. acutus Ahlgren et al Sc. dimrphus Renaud et al Sc. incrassatulus Fumadzieva et al Sc. bliquus Becker & Venkatamaran 1982 Sc. bliquus El-Fuly et al Sc. bliquus Payer et al Sc. bliquus Pirreck et al Sc. bliquus Seder 1981 Sc. quadricauda Ahlgren et al Sc. quadricauda Renaud et al. 1994

8 10 M. TAHIRI, A. BENIDER, M. BELKOURA, A. DAUTA (8) Parallèlement aux effets de la température du milieu de culture, nus avns également tenté d'apprécier l'influence de l'intensité lumineuse sur la cmpsitin bichimique de Scenedesmus abundans. Les résultats btenus, dans l'intervalle d'éclairement retenu (75 à 300 (iml quanta.nr 2^" 1 ), ne fnt apparaître aucune différence significative au niveau des teneurs en prtéines et en glucides. A l'inverse, les cmpsés lipidiques enregistrent une baisse d'envirn 23 % lrsque les cultures snt expsées à un éclairement élevé (300 uml quanta.m" 2.s _1 ). L'absence d'effet de l'intensité de l'éclairement sur les teneurs en prtéines a été signalé à maintes reprises dans la littérature et semble une répnse cmmune à de nmbreuses espèces d'algues (Sukenik et al. 1989, Renaud et al. 1991, Muget et al. 1995, BeLkura et al. 1997). Cependant, dans le cas des deux autres types de cmpsés cellulaires (lipides et glucides), les répnses à l'accrissement de l'intensité lumineuse snt diverses (Mrris et al. 1974, Dermun 1987, Tedesc & Duerr 1989, Harrisn et al. 1990, Renaud et al. 1991, Muget et al. 1995, BeLkura et al. 1997, Grdill et al. 1998). Elles déntent l'existence de spécificités intrinsèques u d'une certaine variabilité dans la capacité d'adaptatin aux différents éclairements. Il est à signaler, en utre, que les différences spectrales des surces lumineuses utilisées dans les travaux cités peuvent également être à l'rigine des variatins enregistrées. En effet, de nmbreuses études nt mntré que la qualité de la lumière avait des répercussins sur la cmpsitin bichimique des algues (Wallen & Geen 1971, Kwallik 1978, Falkwski & LaRche 1991, Aidar et al. 1994). Outre le cntrôle qu'exercent les facteurs hélithermiques sur la cmpsitin bichimique des algues, celle-ci est également influencée par les cnditins nutritinnelles, ntamment par la nature et la cncentratin de la surce aztée. Les résultats btenus chez Scenedesmus abundans, mntrent que la teneur en prtéines n'est pas affectée de manière significative par la nature de la surce aztée utilisée. Cependant, sur le plan qualitatif, les algues cultivées en présence de KNO3 présentent une meilleure cmpsitin bichimique glbale. Ces bservatins snt en accrd avec les travaux de Pirreck et al. (1984) sur Chlrella vulgaris et Scenedesmus bliquas, bien que les effets des différentes surces d'azte n'aient pas été dissciés des variatins de ph qu'elles induisent. Il est actuellement bien établi que l'absrptin des ins NO3" induit une alcalinisatin du milieu de culture alrs que celle des ins NH 3 entraîne, au cntraire, une acidificatin de celui-ci (Gldman & Brewer 1980). Ainsi, en milieu nn tampnné, les bservatins effectuées reflètent à la fis les effets du ph sur la crissance et/u le degré d'efficacité des différentes frmes aztées. Dans les expérimentatins que nus avns réalisées sur Scenedesmus abundans, l'utilisatin du Tris (Cf 2.1.) a permis de pallier ce prblème. D'une manière générale, des études récentes nt mntré que les variatins de la cmpsitin bichimique snt plus u mins spécifiques et dépendent de la capacité de chaque espèce à se dévelpper sur tel u tel type de surce aztée (Sliman 1993, Inescu et al. 1994, Lurenc et al. 1997, Fidalg et al. 1998). Par ailleurs, l'accrissement de la cncentratin en azte dans le milieu de culture induit une améliratin de la cmpsitin bichimique glbale de Scenedesmus abundans (augmentatin des teneurs en prtéines et en lipides), avec tutefis une réductin de la prductin de bimasse pur des cncentratins en KNO3 supérieures à 400 mg.l" 1. L'existence d'une crrélatin psitive entre la cncentratin en azte et les teneurs en prtéines n'est plus à démntrer (Pirreck et al. 1984, Herrer et al. 1994, Grdill et al. 1999). Cependant, si cette répnse semble être la règle générale pur la majrité des algues étudiées, il n'en est pas de même des cmpsés lipidiques dans le cas pur lesquels les effets de la cncentratin en azte snt spécifiques. Ainsi, chez Spirulina platens is (Pirreck et al. 1984, Grdill et al. 1999), Hymenmnas carterae (Shifrin & Chishlm 1981), Micrcystis aeruginsa (Pirreck et al. 1984) etdunaliella tertilecta (Herrer et al. 1994), une accumulatin des cmpsés lipidiques est cnsécutive à l'enrichissement en azte du milieu de culture. Le résultat inverse est btenu chez d'autres espèces : Chlamydmnas applanata et Chlrella pyrénidsa (Shifrin & Chishlm 1981), Chlrella vulgaris et Scenedesmus bliquus (Pirreck et al. 1984). Cncernant l'influence des apprts crissants en azte sur l'accumulatin de substances glucidiques, ns résultats n'indiquent aucun effet significatif : il en est de même chez Dunaliella tertilecta (Herrer et al. 1994). Cependant, Harrisn et al. (1990) ainsi que Grdill et al. (1999) rapprtent une tendance à la hausse lrsque les cultures snt appauvries en azte. Au-delà des variatins induites par les différentes cnditins envirnnementales retenues dans cette étude, nus avns également mis en évidence des mdificatins de la cmpsitin bichimique de Scenedesmus abundans en fnctin du stade de crissance. En phase de statinnaire crissance, ces mdificatins se résument en une réductin marquée des teneurs en prtéines et, dans une mindre mesure, en lipides, avec par cntre une frte accumulatin des cmpsés glucidiques. Des bservatins similaires nt été rapprtées à maintes reprises chez diverses espèces (Chu et al. 1993, Herrer et al. 1994, BeLkura et al. 1997, Zhu et

9 (9) CARACTÉRISATION BIOCHIMIQUE DE SCENEDESMUS ABUNDANS 11 al. 1997). Tris facteurs essentiels peuvent expliquer cette évlutin, 1) l'état physilgique des cellules, 2) la réductin de la lumière dispnible par effet d'autmbrage, 3) la déficience en nutriments, et en particulier, en azte. Dans les cultures en "batch", il est très difficile, sinn impssible, de disscier les effets de ces tris facteurs. Néanmins, les variatins de la cmpsitin bichimique bservées en phase statinnaire de crissance retracent parfaitement celles btenues dans les expériences de hmitatin en azte (résultats nn publiés). Ceci laisse suppser que le déficit en azte du milieu de culture semble bien le facteur prépndérant dans cette évlutin. Dans un but de valrisatin de la bimasse algale, la cnnaissance de la cmpsitin bichimique de l'espèce et des variatins induites par les cnditins envirnnementales snt d'une imprtance primrdiale dans les prgrammes de criblage. Cependant, les dnnées exprimées en valeurs relatives (mg.g" 1 de MS ntamment) ne rendent pas tujurs cmpte de la prductin glbale d'une culture. L'évaluatin des rendements de prductin d'une substance dnnée, intégrant la quantité ttale de bimasse élabrée, est également un facteur déterminant. Dans le présent travail, nus avns mntré effectivement que cette ntin de rendement avait tute sa significatin et qu'elle devait être prise en cmpte pur le chix des cnditins de culture. A titre d'exemple, les teneurs maximales en prtéines chez Scenedesmus abundans nt été enregistrées à 15 C (Fig. 1), alrs qu'en terme de rendement de la culture, c'est à 35 C que la prductin est ptimale (Tableau 1). En définitive, l'étude réalisée chez Scenedesmus abundans a permis de caractériser cette espèce sur le plan bichimique et d'évaluer l'impact des paramètres de culture sur les teneurs de ses principaux cnstituants cellulaires. Bien qu'elle ne sit pas particulièrement riche en prtéines, les travaux en curs de réalisatin semblent indiquer que cette algue recèle d'autres caractéristiques intéressantes, ntamment la prductin de carténides secndaires en situatin de carence aztée et de substances à activité antibactérienne. Remerciements Ce travail a été sutenu par l'agence Universitaire de la Francphnie (A.U.F.) dans le cadre d'un cntrat d'assciatin "JER 5001" du Fnd Francphne de la Recherche (FFR). Les auteurs remercient cet rganisme pur sn sutien financier. L'identificatin de l'espèce d'algue utilisée dans cette étude a été réalisée par le Prfesseur M. Ludiki Respnsable du Labratire d'alglgie de la Faculté des Sciences Semlalia, que nus tenns à remercier. Les auteurs remercient les lecteurs (référés) pur les critiques qui nt permis l'améliratin du manuscrit. Travaux cités Ahlgren G., Gustafssn I.B. & Bberg M Fatty acid cntent and chemical cmpsitin f freshwater micralgae. J. 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Thèse de Dctrat d'etat, Université Cadi Ayyad, Faculté des Sciences Semlalia : 154 p. (+annexe). Belkura M., Benider A. & Dauta A Influence delà température, de l'intensité lumineuse et du stade de crissance sur la cmpsitin bichimique de Chlrella srkiniana Shihira & Krauss. Annls Limnl., 33 (1) : Brwitzka M.A Micralgae as surces f pharmaceuticals and ther bilgically active cmpund. J. applied Phycl., 7 : Bradfrd M.M A rapid and sensitive methd fr the quantitatin f micrgram quantities f prtein utilizing the principle f prtein-dye binding. Analyt. Bichem., 72 : Chapman D.J., DeFelice J. & Barber J Grwth temperature effects n thylakid membrane lipid and prtein cntent f pea chlrplasts. Plant Physil. (Bethesda), 72 : Chu W-L., Phang S-M. & Gh S-H Variatins in grwth, bichemical cmpsitin and pigmentatin f Ankistrdesmus cnvlutus cultured under 12:12 H light-dark cycle and cntinuus illuminatin. In 6 th Internatinal Cnference n Applied Alglgy. Ceske Budejvice, République Tchèque, 6-11 Septembre Dauta A Cnditins de dévelppement du phytplanctn. Etude cmparative de huit espèces en culture. I. Déterminatin des paramètres de crissance en fnctin de la lumière et de la température. Annls Limnl., 18 (3) : Dermun D Ecphysilgie de Prphyridium cruentum : validatin expérimentale d'un mdèle de crissance. Etude de la prductin de plysaccharide. Thèse de Dctrat, Université de Technlgie de Cmpiègne, France :211p. El-Fuly M.M., Mhn F.H. & Seder CJ Jint Egyptian- German prject. Intensive prtein prductin thrugh micralgae. Kernfrschungsanlage Jiilich GmbH, Publicatin, 34/85.1. Falkwski P.G The adenylate energy charge in marine phytplanktn : the effect f temperature n the physilgical state f Skeletnema cstatum (Cleve.) Cleve. J. Exp. Mar. Bil. Ecl., 27 : Falkwski P.G. & LaRche J Acclimatatin t spectral irradiance in algae. J. 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10 12 M. TAMRI, A. BENIDER, M. BELKOURA, A. DAUTA (10) Furnadzieva S., Gabev A., Pilarski R & Dittrt F Oxygen evlutin, prductivity and bimass quality f pen mass algal culture under cnditin f increased medium bicarbnate cntent. Alglgical Studies, 71 : Giddings J.M Chemical cmpsitin and prductivity f Scenedesmus abundans in nitrgen limited chemstat cultures. Limnl. Oceangr., 22 (5) : Gldman J.C. & Brewer P.G Effect f nitrgen surce and grwth rate n phytplanktn-mediated changes in alkalinity. Limnl. Oceangr., 25 : Grdill F.J.L., Gutx M., Figuera F.L. & Niell FX Effects f light intensity, C0 2 and nitrgen supply n lipid class cmpsitin f Dunaliella viridis. J. applied Phycl., 10 : Grdill F.J.L., Jiménez C, Figuera F.L. & Niell F.X Effects f increased atmspheric C0 2 and N supply n phtsynthesis, grwth and cell cmpsitin f the cyanbacterium Spirulina platensis (Arthspira). 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