Rôle nutritionnel du picophytoplancton pour les bivalves d'élevage

Sonier, Rémi (2017). Rôle nutritionnel du picophytoplancton pour les bivalves d'élevage. Thèse. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Institut des sciences de la mer de Rimouski, 179 p.

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Résumé

RÉSUMÉ: L’aquaculture des bivalves illustre une forte croissance de la biomasse produite au Canada. Cette augmentation est notamment due à l’innovation constante des techniques d’élevage et une meilleure compréhension des interactions de cette industrie avec l’environnement. Ceci étant dit, la compétition inter- et intra spécifique sur la matière organique disponible comme source de nourriture demeure un enjeu pouvant avoir des répercussions sur la croissance des bivalves d’élevage, telles que la moule bleue (Mytilus edulis) et l’huître américaine (Crassostrea virginica). De fortes densités de bivalves, possédant une capacité de filtration importante, peuvent efficacement induire un certain contrôle sur les communautés phytoplanctoniques d’un estuaire tout en réduisant considérablement la concentration de matière organique en suspension (seston). La disponibilité de la nourriture n’est toutefois pas uniquement limitée à la biomasse présente dans le système, mais aussi à la taille des particules. L’efficacité de rétention de celles-ci par les bivalves augmente généralement en fonction de la taille des particules. Inversement, la rétention des petites cellules phytoplanctoniques, tel que le picophytoplancton (0,2–2,0 μm), est souvent perçue comme étant moindre et sans intérêt nutritionnel. Ce picophytoplancton est pourtant très abondant en milieux riches en nutriments dissouts et domine parfois la biomasse phytoplanctonique des estuaires. Les baies aquacoles du Canada Atlantique, comme à l’Île-du-Prince-Édouard (Î.-P.-É), ne dérogent pas à cette situation, mais la production de coquillages à l’intérieur de ces estuaires ne semble pas être affectée pour autant. Est-ce que M. edulis et C. virginica ont la capacité d’utiliser cette ressource abondante comme source nutritionnelle?
Ainsi, cette thèse est constituée de trois axes de recherche dans lesquels nous explorons le potentiel nutritionnel des cellules picophytoplanctoniques en relation avec les bivalves en élevage intensif. Le tout est regroupé en trois chapitres distincts cherchant à: i) Déterminer si le picophytoplancton est une source majeure de l’alimentation des moules d’élevages (M. edulis); ii) Analyser la capacité des huîtres d’élevage (C. virginica) à filtrer, ingérer et assimiler le picophytoplancton comme source de nourriture; iii) Vérifier le potentiel de compétition entre M. edulis et le tunicier envahisseur (Styela clava) en l’ingestion et l’assimilation du picophytoplancton. Dans un premier temps, nous avons testé la contribution potentielle du picophytoplancton à la croissance des moules d’élevage dans la baie de St. Peters (Î.-P.-É.) en complétant un suivi sur le terrain du phytoplancton (biomasse fractionnée), de la croissance de deux cohortes de moules (1 an et 2 ans), ainsi qu’un volet expérimental où nous avons analysé la capacité de rétention du picophytoplancton naturel par M. edulis qui démontra une efficacité de rétention de 20±2 % de ce petit phytoplancton. Nous avons par la suite intégré ces données de biomasses phytoplanctoniques, de croissances des moules et d’efficacité de rétention de picophytoplancton à l’intérieur d’un modèle numérique de type « Dynamic Energy Budget (DEB) ». Les simulations DEB excluant le picophytoplancton xii (rétention de 0 % par les moules) prédirent une diminution de la croissance des moules de 14 à 29 %. Cette contribution du picophytoplancton (< 2,0 μm) au budget énergétique de l’aquaculture de la moule est donc non négligeable et devrait être considérée lors des études d’interactions entre l’aquaculture des bivalves et la dynamique du phytoplancton.
En second lieu, grâce à des méthodes analytiques utilisant des traceurs diététiques (profilage des isotopes stables et des acides gras), ainsi que l’utilisation de 13C comme marqueur de traçabilité du picophytoplancton, nous avons exploré les sources nutritionnelles distinctes des huîtres cultivées (C. virginica) dans la baie de Foxley (Î.-P.-É.) en plus d’examiner leur capacité d’assimilation du picophytoplancton. Les huîtres cultivées en suspension démontrèrent une concentration en lipides significativement supérieure à celles provenant de la culture sur le fond. Les microalgues demeurent la source principale de nutrition des huîtres. De plus, malgré leur proximité au benthos, les huîtres de fond ne présentèrent aucun lien significatif envers les sources détritiques ou bactériennes. Les résultats d’enrichissement (13C) démontrèrent concrètement une assimilation du picophytoplancton par C. virginica, le tout en intégrant ce carbone isotopiquement marqué directement dans leurs tissus, et ce, même lorsque nourris d’une diète ne comprenant que 20% de picophytoplancton. De surcroît, les huîtres montrèrent même un enrichissement en 13C de l’acide gras spécifique 22:2 (ou NMI), un acide gras uniquement bio synthétisé par les bivalves. En terminant, des manipulations expérimentales à l’intérieur de notre laboratoire mobile (in situ) ont permis de déterminer le potentiel d’assimilation du picophytoplancton par les moules (M. edulis) et, par le fait même, de déterminer si celles-ci sont compétitrices face à l’une des espèces envahissantes retrouvées sur l’Î.-P.-É., soit le tunicier solitaire Styela clava. Utilisant le marquage isotopique (13C) du picophytoplancton, les résultats obtenus nous ont permis de démontrer clairement une assimilation importante, et ce pour les deux espèces de filtreurs.
La moule sembla toutefois présenter un avantage allométrique associé au taux d’assimilation du picophytoplancton comparativement au tunicier. Une compétition semble effectivement présente entre l’espèce cultivée et son envahisseur face à cette source distincte de nourriture. La proximité de ces deux espèces dans le contexte aquacole nous a incités à mener à terme une dernière comparaison expérimentale afin de vérifier si un transfert secondaire d’énergie (13C) est possible. Ce processus fut démontré via l’ingestion des fèces provenant d’individus avoisinants. Pour les deux espèces, les individus ingérant les particules fécales produites par S. clava s’enrichissent de niveaux supérieurs en 13C. Grâce à cette étude, ces résultats apportent de nouvelles pistes de réflexion quant à l’importance des petites cellules phytoplanctoniques, telle que le picophytoplancton, en tant que source de nutrition non négligeable pour les bivalves d’élevage. Ce projet de doctorat présente des conclusions très pertinentes nous permettant d’améliorer nos connaissances sur les interactions entre les bivalves d’élevages et les communautés phytoplanctoniques. -- Mot(s) clé(s) en anglais : picophytoplankton, Mytilus edulis, Crassostrea virginica, Styela clava, aquaculture, assimilation, biomarkers. -- ABSTRACT: Bivalve aquaculture is an industry in constant growth in Canada. This growth can be attributed to thanks to the innovation of husbandry techniques, which translates to a slight increase in biomass production annually. This said, inter- and intra-specific competition for food sources is a concern which can have important repercussions on cultured bivalve species in the area such as the blue mussel (Mytilus edulis) and the eastern oyster (Crassostrea virginica). It is known that high densities of filter feeders, with their important filtration pressure, can control phytoplankton communities and deplete significantly suspended organic matter (seston) from the water column. Although important, food availability is not the only limiting factor to be considered in research on bivalve particle selection. Particle size is also an important parameter often dictating the retention efficiency of variable sources of organic matter during the filter-feeding process. Since, the retention efficiency is generally positively correlated with particle size, thus the retention of small phytoplankton cells such as picophytoplankton (0.2–2.0 μm) is notably low. Picophytoplankton is often abundant in nutrient rich estuaries and occasionally dominates the overall phytoplankton biomass of those productive ecosystems. Shellfish aquaculture areas in Atlantic Canada are not the exception, even though the bivalve production in those estuaries does not display any negative trends in relation to the presence of picophytoplankton. Are M. edulis and C. virginica benefiting from the strong availability of picophytoplankton as an energy source to thrive in these estuaries?
In this context, the present thesis is founded on three research questions relating to the nutritional contribution of picophytoplankton in intensive bivalves’culture settings. The information provided is divided in three distinct chapters focusing on the following specific themes: i) Determine the potential contribution of picophytoplankton is an important food source for cultured mussels (M. edulis). ii) Analyze the capacity of oysters (C. virginica) to filter, ingest and assimilate picohytoplankton as an energy source. iii) Explore the potential competition between M. edulis and its invader, the tunicate (Styela clava), for the ingestion and assimilation of picophytoplankton. To begin with, we verified the contribution of picophytoplankton towards the growth of cultured mussels from St. Peters Bay (P.E.I.) using field monitoring data, specifically phytoplankton size-fractionated biomass and mussel growth from two cohorts (1- and 2-year old crop). Experimental data based on natural seston was exploited to assess the efficiency of mussels to retain picophytoplankton cells; M. edulis demonstrated a retention efficiency of 20±2%. We then integrated phytoplankton biomass, mussel growth and picophytoplankon retention data in a Dynamic Energy Budget (DEB) numerical model. Simulations excluding picophytoplankton (retention efficiency adjusted to 0% by mussels) predicted a reduction in mussel growth of 14–29%. Consequently, the contribution of xiv picophytoplankton (< 2.0μm) to the energy budget of mussel aquaculture is not negligible and should be considered within studies on shellfish aquaculture interactions with phytoplankton dynamics as well as the environment.
Subsequently, using analytical methods such as dietary tracers (stable isotopes and fatty acids profiling) on the field, as well as 13C for picophytoplankton traceability in situ laboratory experiments, we investigated the different nutritional sources for cultivated oysters (C. virginica) in the Foxley River system (P.E.I.). Oysters cultivated in suspension contained significantly higher lipids in their tissues than their bottom cultured counterparts. Microalgae remained the principal food source for oysters independent of culture method, and bottom cultured oysters did not demonstrate significant relations with bacterial and detrital sources. The enrichment experiment with isotopically labelled (13C) picophytoplankton showed important assimilation of picophytoplankton carbon in oysters’ tissues, even when fed a diet containing as low as 20% of picophytoplankton cells. Moreover, the fatty acid 22:2 (or NMI) biosynthesized by oysters showed 13C enrichment. The latter fatty acid is only biosynthesized by bivalves, thus demonstrate enhance complexity of usage of integrated carbon from picophytoplankton. To conclude, one last series of experimental trials were conducted using natural sea water to help us determine the potential of picophytoplankton assimilation by cultured mussels (M. edulis) and invasive tunicates (S. clava). This enabled us to determine if there is inter-specific competition for those small phytoplankton cells between the later cultured and invasive species.
Our results using 13C as dietary tracer clearly demonstrated an assimilation of picophytoplankton by both filter-feeder species and consequently indicated competition for that specific food source. This said, cultured mussels demonstrated a superior allometric relation in regards to the assimilation rates of picophytoplankton in comparison to their invader. In the context of aquaculture, the close proximity of both species on cultivation structures initiated our last series of trials looking at potential secondary transfer of energy through feces ingestion. We concluded that indeed, there is a transfer originating from picophytoplankton assimilation through feces ingestion of individuals in close proximity. For both species, individuals ingesting S. clava feces acquired important levels of enrichment (13C). Results in the present thesis bring new reflexions on the contribution of small phytoplankton cells, such as picophytoplankton, as an important food source for cultured bivalves. This doctoral project presented significant conclusions and novel information which will help better understand the complex relations between shellfish aquaculture and phytoplankton assemblages. -- Mot(s) clé(s) en anglais : picophytoplankton, Mytilus edulis, Crassostrea virginica, Styela clava, aquaculture, assimilation, biomarkers.

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Thèse)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Tremblay, Réjean
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse :	Comeau, Luc et Olivier, Frédéric
Information complémentaire :	Thèse présentée à l'Université du Québec à Rimouski dans le cadre du programme de doctorat en océanographie en vue de l'obtention du grade de Philosophiae Doctor (Ph.D.).
Mots-clés :	Aquaculture Bivalve Moule Bleue Mytilus Edulis Huitre Americaine Crassostrea Virginica Phytoplancton Picophytoplancton Alimentation Assimilation Biomarqueur Tunicier Solitaire Styela Clava
Départements et unités départementales :	Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER) > Océanographie
Déposé par :	DIUQAR UQAR
Date de dépôt :	19 juin 2018 19:55
Dernière modification :	28 août 2019 20:15
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/1359

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