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Mécanisme de transport du Nickel
Mécanisme d’absorption racinaire
Après solubilisation du Ni au sein de la rhizosphère, celui-ci est dirigé vers la paroi externe pecto-cellulosique des racines par flux convectifs et diffusifs (Morel, 1985 ; Hopkins, 2003). La formation de complexes organo-métalliques peut faciliter le transport du Ni vers la racine. Cependant, au point d’absorption, le Ni serait vraisemblablement dissocié du ligand (Uren, 1992). Ainsi, la forme principale de Ni que la racine serait capable d’absorber serait l’ion Ni2+ sous forme hydratée (Mishra et Kar, 1974 ; L’huillier, 1994). Ce dernier diffuserait alors de manière passive au travers de la membrane cellulaire externe pour se retrouver dans l’apoplasme. Puis, les ions métalliques se déplaceraient transversalement vers le centre de la racine afin de rejoindre les vaisseaux conducteurs du xylème par lesquels ils seront transférés vers les parties aériennes. Aussi, le métal doit passer au travers de la membrane plasmique afin de rejoindre le symplasme, car des barrières physiques (cadres de Caspary) empêchent la diffusion des ions par l’apoplasme au-delà de l’endoderme (Hopkins, 2003). Environ 95 % du Ni dosé dans les racines seraient situés au niveau du symplasme (Boominathan et Doran, 2003). D’une manière générale, les plantes prélèveraient les éléments en trace présents dans le sol, sous forme de cations libres et/ou sous forme complexée (Kerkeb et Krämer, 2003 ; Kataba-Pendias, 2004). Chez l’espèce Alyssum bertolonii, le Ni serait distribué le long des racines y compris au niveau de la coiffe avec une légère diminution de la concentration de l’élément dans la zone du méristème apical. Le métal serait principalement complexé par des acides organiques de type acide malique, acide citrique et acide malonique. Seule une faible fraction du Ni contenu dans les racines serait sous la forme de cation libre hydraté. Cependant, ces acides étant initialement en importantes quantités dans les racines des plantes, la présence de Ni dans le milieu de culture ne semble pas influencer l’accumulation de ces acides au niveau des racines par rapport à un milieu dépourvu en Ni (Boominathan et Doran, 2003). Chez l’espèce Alyssum lesbiacum, le transport du métal dans le symplasme des racines serait facilité par la complexation du Ni avec de l’histidine (Kerkeb et Krämer, 2003).
Stockage du Ni dans les feuilles
Le degré d’accumulation du Ni dans les feuilles serait lié à la taille et à l’âge de la plante, plus qu’à la concentration en Ni (total ou échangeable) du sol (Brooks, 1998). Afin d’éliminer les effets toxiques du métal, les plantes doivent être capables de stocker celui-ci sous forme de complexes non disponibles. Les compartiments les plus indiqués pour séquestrer le métal sont : la paroi cellulaire, le cytosol et la vacuole (Callahan et al., 2006). Les travaux effectués sur la localisation du Ni dans les feuilles de différentes espèces hyperaccumulatrices montrent des résultats similaires quelle que soit l’espèce considérée. Le métal serait concentré majoritairement dans les vacuoles des cellules de l’épiderme inférieur et supérieur des feuilles de la plante (Brooks et al., 1981 ; Krämer et al., 2000 ; Küpper et al., 2001 ; Broadhurst et al., 2004 ; Bidwell et al., 2004 ; McNear et al., 2005). Toutefois, chez l’espèce Hymenopus coronatus, le Ni serait préférentiellement localisé au niveau des parois cellulaires des cellules de l’épiderme et non au niveau des vacuoles (Mesjasz-Przybylowics et al., 1995).
Mécanisme de transport du cadmium
Mécanismes d’absorption racinaire du cadmium
Puisque le Cd2+ est un ion métallique non essentiel, on considère qu’il n’existe pas de mécanisme spécifique d’absorption de cet élément. Le cadmium étant un métal facilement absorbé par les racines des plantes, il est probable qu’il puisse entrer dans les cellules de plantes par l’intermédiaire de plusieurs systèmes de prélèvement des cations essentiels (Greger et Landberg, 2008), Il a cependant été rapporté que le cadmium peut être absorbé par simple diffusion et que les différentes voies d’absorption du cadmium peuvent varier selon l’espèce végétale considérée. Chez le riz, le maïs et le soja, l’absorption est réalisée principalement par des transporteurs membranaires (Redjala et al., 2009) alors que chez l’orge, l’absorption du cadmium se fait principalement par une simple diffusion (Hart et al., 1998 ; Redjala et al., 2010). Chez d’autres espèces, les deux voies peuvent coexister comme chez le blé dur où l’absorption du cadmium est effectuée par simple diffusion et par des transporteurs (Lux et al., 2011). La principale famille des transporteurs impliqués dans l’absorption du Cd, est la famille des transporteurs ZIP (Zinc regulated transporter/Iron regulated transporter-like protein), transporteurs dédiés en premier lieu à l’absorption du Zn2+ (Harris and Taylor, 2004 ; Hart et al., 2006). D’autres transporteurs sont également supposés participer à l’internalisation du Cd, les transporteurs AtNramp (Fe) associés également au transport du Mn (Buckley et al., 2010). Les protéines YSL (Yellow-Stripe 1-Like) transporteraient le Cd sous forme complexée (Curie et al., 2009).
Table des matières
Résumé
ملخص
Abstract
Liste des figures
Liste des tableaux
Liste des abréviations
INTRODUCTION
CONTEXTE BIBLIOGRAPHIQUE
1. LE SOL : UN COMPARTIMENT COMPLEXE ET DYNAMIQUE
1.1. Structure du sol
1.1.1. La phase solide du sol
La fraction minérale
La fraction organique
1.1.2. La phase liquide du sol
1.1.3. La phase gazeuse du sol
1.2. Microflore du sol.
1.2.1. Champignons
1.2.2. Bactéries
1.2.3. Algues
1.2.4. Protozoaires
2. LA POLLUTION DU SOL PAR LES ETM
2.1. Transfert sol-plantes des métaux lourds
2.1.1. Mécanisme de transport du cuivre
a. L’apoplasme, voie principale d’adsorption de Cu2
b. Absorption du cuivre Cu+ par la voie symplasmique
c. Translocation du cuivre vers les parties aériennes
2.1.2. Mécanisme de transport du Nickel
a. Mécanisme d’absorption racinaire
b. Stockage du Ni dans les feuilles
2.1.3. Mécanisme de transport du cadmium
a. Les mécanismes d’absorption racinaire du cadmium
b. Translocation du cadmium
3. PHYTOTOXICITE DES ETM
3.1. Effets sur les photosystèmes
3.2. Effets sur la reproduction des plantes
3.3. Effets génotoxiques
4. IMPACT DES METAUX LOURD SUR LA MICROFLORE TELLURIQUE
4.1. Impact sur la biomasse
4.2. Impact sur la Structure de la communauté microbienne
4.3. Impact sur les activités enzymatiques
5. REPONSE CELLULAIRE ET STRESS
5.1. Source des espèces réactive d’oxygène dans la plante
5.1.1. Mitochondries
5.1.2. Chloroplaste
5.1.3. Peroxysome
5.1.4 Autres sources des radicaux libres dans la cellule
5.2. Mécanisme de l’induction du stress oxydatif par les métaux
5.2.1. Effets des stress chimiques chez les plantes
5.2.2. Effets primaires des xénobiotique
5.2.3. Effets globaux et effets en cascade des xénobiotiques
5.2.4. Effets de dose et effets paradoxaux
5.3. Importance physiologique des ERO et signalisation oxydative
6. REHABILITATION BIOLOGIQUE DES SOLS POLLUES PAR LES ETM
6.1. La phytoremédiation
La phytostimulation ou rhizodégradation
La phytostabilisation
La phytostabilisation
La phytodégradation ou phytotransformation
La phytoextraction
La phytovolatilisation
6.2. La bioremédiation microbienne
6.2.1. L’atténuation naturelle
6.2.2. La biostimulation
6.2.3. La bioaugmentation
6.3. Rôle des microorganismes dans la bioremédiation
6.3.1. Champignons
6.3.2. Bactéries
6.3.3. Microalgues
MATERIEL ET METHODES
1. Caractéristiques physicochimiques et quantification d’ETM présents dans la parcelle étudiée
1.1. Prélèvement des échantillons du sol
1.2. Caractéristiques physico-chimiques du sol
Détermination du pH
Détermination de la conductivité électrique, norme AFNOR NF EN 27888 Janvier 1994
Détermination de la matière organique (norme NF ISO 10694)
Détermination du calcium (norme NF EN 12946)
Détermination du magnésium et potassium (norme AFNOR NF T90-019)
Détermination du sodium (norme AFNOR NF EN 15105)
1.3. Dosage des éléments traces métalliques dans le sol
2. Réalisation de la mycothéque
2.1. Technique d’isolement direct (Les suspensions-dilutions)
2.2. Identification des isolats fongiques
2.2.1. Etude macroscopique
2.2.2. Etude microscopique
3. Essais in vitro : Evaluation de la toxicité des ETM
3.1 .Choix des souches fongiques
3.1.1. Présentation de Fusarium oxysporum
3.1.2. Présentation d’Aspergillus niger
3.2. Présentation du matériel chimique
3.2.1. Sulfate de cuivre
3.2.2. Sulfate de nickel
3.2.3. Chlorure de cadmium
3.3. Essai sur les champignons
3.3.1. Détermination de la concentration minimale inhibitrice (CMI)
Technique de dilution en milieu solide
Technique de dilution en milieu liquide
3.3.2. Détermination des concentrations fongistatique (CFS) et fongicide (CMF)
3.3.3. Nombre de filaments.
3.4. Essai sur une légumineuse cicer arietinum
3.4.1. Variété Cicer arietinum..
3.4.2. Classification botanique
3.4.3. Préparation des graines de pois chiche
3.4.4. Inoculation des sols par les champignons
3.4.5. Application de stress
3.4.6. Fertilisation
3.4.7. Techniques analytiques
3.4.7.1. Dosage des protéines totales
3.4.7.2. Dosage des lipides totales
3.4.7.3. Biomarqueurs de stress
a. Dosage du malondialdehyde (MDA)
b. Dosage du Glutathion (GSH)
c. Préparation de l’extrait enzymatique pour le dosage des enzymes antioxydantes
d. Activité catalase (CAT)
e. Activité Ascorbate – peroxydase (APX)
f. Activité Guaïacol – peroxydase (GPX)
3.4.7.4. Dosage des métaux lourds aux niveaux des racines et des feuilles
3.4.7.5. Analyse statistique des données
4. Evaluation de la capacité des champignons dans la décontamination des sols
RESULTATS
I. Caractérisation physico-chimique du sol étudié
II. Caractérisation biologique du sol étudié : La mycothèque Taxonomie des espèces isolées
III. Evaluation de la toxicité des ETM sur les champignons isolés
A. Essais sur Fusarium oxysporum
1. Effet du Sulfate de Cuivre sur la croissance de Fusarium oxysporum
1.1. Détermination du pourcentage d’inhibition
1.2. Détermination du nombre de filaments de Fusarium oxysporum exposée au sulfate de cuivre
2. Effet de sulfate de nickel sur la croissance de Fusarium oxysporum
2.1. Détermination du pourcentage d’inhibition
2.2. Détermination du nombre de filaments de Fusarium oxysporum exposé au sulfate de nickel
3. Effet de chlorure de cadmium sur la croissance de Fusarium oxysporum
3.1. Détermination du pourcentage d’inhibition
3.2. Détermination du nombre de filaments de Fusarium oxysporum exposé au chlorure de cadmium
4. Détermination de la CMI, la CMF et la CFS chez Fusarium oxysporum
B. Essais sur Aspergillus niger
1. Effet du sulfate de cuivre sur la croissance d’Aspergillus niger
1.1. Détermination du pourcentage d’inhibition
1.2. Détermination de nombres de filaments d’Aspergillus niger exposé au Sulfate de cuivre
2. Effet du sulfate de nickel sur la croissance d’Aspergillus niger
2.1. Détermination du pourcentage d’inhibition
2.2. Détermination du nombre de filaments de la souche d’Aspergillus niger exposée au Sulfate de nickel
3. Effet de chlorure de cadmium sur la croissance d’Aspergillus niger
3.1. Détermination du pourcentage d’inhibition
3.2. Détermination du nombre de filaments d’Aspergillus niger exposé au chlorure de cadmium
4. Détermination de la CMI, CMF et de la CFS
IV. Evaluation de la toxicité des ETM chez Cicer arietinum en présence ou non de champignons
A. Effets du cuivre chez Cicer arietinum après 1 et 2 mois de traitement en présence et en absence des champignons (Aspergillus et Fusarium)
1. Teneur en protéines totales chez les racines Cicer arietinum
2. Teneurs en lipides totaux chez les racines Cicer arietinum
3. Taux de MDA chez les racines de Cicer arietinum
4. Taux de GSH chez les racines de Cicer arietinum
5. Suivi de l’activité CAT chez les racines de Cicer arietinum
6. Suivi de l’activité APX chez les racines de Cicer arietinum
7. Suivi de l’activité GPX chez les racines de Cicer arietinum
B. Effets du Nickel chez Cicer arietinum après 1 et 2 mois de traitement en présence et en absence des champignons (Aspergillus et Fusarium)
1. Teneur en protéines totales chez les racines de Cicer arietinum
2. Taux des lipides totaux chez les racines de Cicer arietinum
3. Taux de MDA chez les racines de Cicer arietinum
4. Taux de GSH chez les racines de Cicer arietinum
5. Suivi de l’activité CAT chez les racines de Cicer arietinum
6. Suivi de l’activité APX chez les racines de Cicer arietinum
7. Suivi de l’activité GPX chez les racines de Cicer arietinum
C. Effets du Cadmium chez Cicer arietinum après 1 et 2 mois de traitement en présence et en absence des champignons
1. Teneur en protéines totales chez les racines de Cicer arietinum
2. Taux des lipides totaux chez les racines de Cicer arietinum
3. Variation du taux de MDA chez les racines de Cicer arietinum
4. Variation du taux de GSH chez les racines de Cicer arietinum.
5. Suivie de l’activité CAT chez les racines de Cicer arietinum
6. Suivi de l’activité APX chez les racines de Cicer arietinum
7. Suivi de l’activité de la GPX chez les racines de Cicer arietinum..
V. Détermination de la quantité d’ETM chez Cicer arietinum (racines et feuilles)
1. Le cuivre
1.1. Teneur en cuivre au niveau des racines de Cicer arietinum
1.2. Teneurs en cuivre au niveau des feuilles de Cicer arietinum
2. Le nickel
2.1. Teneurs en nickel au niveau des racines de Cicer arietinum
2.2. Teneurs en nickel au niveau des feuilles de Cicer arietinum
3. Le cadmium
3.1. Teneurs en cadmium au niveau des racines de Cicer arietinum
3.2. Teneurs en cadmium au niveau des feuilles Cicer arietinum
VI. Accumulation des ETM dans le sol
4.1. Teneurs de cuivre dans le sol
4.2. Teneurs de cadmium dans le sol
4.3. Teneurs de Nickel dans le sol
VII. Evaluation de la capacité de décontamination du sol par les souches fongiques
DISCUSSION
CONCLUSION ET PERSPECTIVES
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES
