Étude de l’effet de faibles concentrations de clomazone sur les processus photosynthétiques chez le tabac (Nicotiana tabacum L.)

Ce chapitre est divisé à deux parties: La première partie est présentée sous la forme d’un article publié dans Journal of Stress Physiology and Biochemistry (Darwish et al., 2013). La deuxième partie est présentée sous la forme d’un article au cours d’acceptation dans Journal of Plant Physiology. L’objectif de ce travail a été de rechercher si les mesures des paramètres de fluorescence chlorophyllienne permettent de mettre en évidence l’existence d’un stress photooxydatif en réponse au clomazone chez deux variétés de tabac Xanthi et Virginie. concentrations de clomazone (10−5, 10−4, 10−3, 10−2, 10−1, 1, 0 µM) pendant 14 jours. Le clomazone est ajouté à la solution nutritive qui est renouvelée tous les deux jours. L’expérimentation a été effectuée dans une chambre de culture, avec un cycle jour/nuit de 16 h/8 h, une température de 22 °C pendant le jour et 17 °C la nuit, une humidité relative de 60 % et une intensité lumineuse de 70 µmol photons m−2 s−1. Les mesures effectuées ont été les dosages des pigments photosynthétiques (chlorophyll (a, b) et caroténoïdes) et les paramètres photosynthétiques calculés de test OJIP à partir des mesures de la cinétique rapide de la fluorescence chlorophyllienne.

Le clomazone réduit la teneur en chlorophylle totale (a+b) et en caroténoïdes, ainsi que la teneur en LHC (le ratio chlorophylle a/b). L’efficacité photochimique maximale (Fv/Fm) du photosystème II (PSII) diminue dans les feuilles jeunes par rapport aux feuilles adultes de manière plus importante chez Virginie que chez Xanthi. De très faibles concentrations (10−4 µM) affectent les paramètres du test OJIP. Leur sensibilité se révèle très efficace pour discriminer les variétés. Pour un grand nombre de paramètres, la variété Virginie est plus affectée par le clomazone que la variété Xanthi. Les résultats montrent que le clomazone induit un stress photooxydatif et que la variété Virginie est plus sensible au clomazone que la variété Xanthi bien que sa teneur en caroténoïdes soit plus élevée. Hors, l’effet toxique du clomazone est décrit comme étant le résultat de l’inhibition de l’activité de l’enzyme DXS, première enzyme de la voie des isoprénoïdes, voie qui conduit à la biosynthèse des caroténoïdes. La teneur en pigments chlorophylliens n’est donc pas le seul paramètre lié à la toxicité du clomazone. Les mesures de la fluorescence de la chlorophylle a et du test OJIP montrent que plusieurs paramètres (PIabs, 1–VJ, ABS/RC, DI0/RC, TR0/RC, ET0/RC et ET0/ABS) sont affectés par le clomazone sans relation directe avec la synthèse des pigments. Le test OJIP peut être utilisé avec efficacité pour étudier les effets du clomazone sur la chaîne de transport des électrons. La compréhension des mécanismes d’action du clomazone sur la chaîne de transport des électrons nécessite des études plus approfondies.

Plant material and chemical treatment

Seeds of two varieties of tobacco (Nicotiana tabacum L. cv. Virgenie vk51; Nicotiana tabacum L. cv. Xanthi) were cultivated in soil for two weeks. Germination was carried out in sterile conditions. Tobacco seedlings were obtained in three leaves stage after 5 weeks of the germination. Then, seedlings were placed for 14 days in a nutrient solution of Auckland (1 M KNO3 (101 g/L) 1 M Ca(NO3)2.H2O (236 g/L) 1 M MgSO4.7H2O (246.5 g/L) 1 M KH2PO4 (136.08 g/L), 0.01 M FeEDDHA (4.352 g/L)) with low concentrations (0, 1, 0.1, 0.01, 0.001, 0.0001, 0.00001) μM of the clomazone herbicide (Sigma-Aldrich, USA) in tubes (15 mL). The culture solution was refreshed two times a week. The plants were grown in a growth chamber with temperature of 22/17 °C, humidity 60%, 16 h light/8 h dark cycle and the flux of photons (PAR) 70 μmol m−2 s−1, to minimize the effect of light and its role in the phenomenon of bleaching, (Duke and Kenyon 1986) shown that the use of the light intensity Total chlorophyll (a+b) and the total carotenoids were determined by extraction using pure acetone (100%) as solvent. Samples were incubated 15 min on ice. Then the samples were centrifuged 5 min at 15000 g and 4 °C. Quantification of chlorophyll and carotenoids was performed immediately after extraction. Absorbance readings were made at 662 and 645 nm for chlorophyll pigments and 470 nm for carotenoids. The content was calculated using the formula of Lichtenthaler (1987).