Interactions between polycyclic aromatic hydrocarbons and superior plants: uptake and toxic responses
Interactions entre les hydrocarbures aromatiques polycycliques et les plantes supérieures : prélèvement et réponses toxiques
Résumé
In Europe and France, the end of industrial activities associated to coal exploitation left numerous wastelands contaminated with polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH). Rhizodegradation enables their remediation by using plants associated with microflora. However, the efficiency of this technique, demonstrated at the laboratory scale, is often limited in situ by high plant mortality or inhibited growth. Furthermore, the PAH uptake in plants may threaten the food chain. This work studied the interactions between maize, chosen as model plant, and PAH from industrial contaminated soils or from simplified model systems, i.e. sand spiked with phenanthrene. PAH uptake and their effect on the plant physiology were assessed using systems of increasing complexity, to solve questions raised at different scales, from the cell to the whole plant. Mechanisms involved in PAH uptake and translocation are proposed and the toxic responses of the plant are detailed. Results lead to a new hypothesis: PAH from the solid phase penetrate the roots by physical and direct contact and not only through uptake in pore water. Main arguments are: similar molecular distributions in soils and roots, low correlations between PAH concentrations in pore water and roots and overprediction of bioaccumulation by using predicting models based on root absorption in soil solution. Localization of PHE in roots using microscopic tools showed early suberisation of endoderm and exoderm in presence of PHE, even at low concentration (50 mg kg-1). Nutrient uptake seemed not affected but large elements accumulations and depletion were observed in aerial part of maize. These nutritional disruptions may affect plant functioning and consequently, decrease its growth or even cause its death
En France et en Europe, la fin des activités industrielles liées à l’exploitation du charbon a laissé de nombreux sites et sols pollués par les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP). La rhizodégradation pourrait permettre leur dépollution par l’utilisation de plantes et de leur microflore associée. Toutefois, l’efficacité de cette technique, démontrée en conditions contrôlées de laboratoire, est limitée in situ par de fortes mortalités ou l’inhibition de croissance de la plante. De plus, le transfert de ces polluants dans la plante peut menacer la chaîne alimentaire. Ce travail se propose d’étudier les interactions entre le maïs, choisi ici comme plante modèle, et les HAP de sols industriels contaminés ou un de leur représentant, le phénanthrène ajouté à un substrat simplifié. Le prélèvement des HAP et leur effet sur la physiologie de la plante sont évalués sur des systèmes de complexité croissante et en abordant ces questions à différentes échelles, allant de la cellule à la plante entière. Il s’agit en particulier d’élucider les mécanismes de transfert et de translocation des HAP dans la plante et d’identifier les réponses toxiques de celle-ci. Les résultats mènent à l’hypothèse d’une sorption physique des HAP de la phase solide du sol par contact direct avec les racines comme mécanisme principal d’entrée et non par transport dans la phase aqueuse. Les principaux arguments sont les distributions moléculaires similaires entre les HAP totaux dans les terres et celles dans les racines, les mauvaises corrélations entre les concentrations en HAP dissous dans l’eau porale et les racines, ainsi que la surestimation des concentrations prédites par des modèles existants fondés sur un prélèvement de la solution du sol. La localisation du PHE dans les racines à l’aide d’outils de microscopie montre une subérification précoce de l’exoderme et l’endoderme, même à de faibles teneurs (50 mg kg-1). Le prélèvement de nutriment ne semble pas affecté mais d’importantes accumulations et carences d’éléments sont observées dans les parties aériennes. Ces perturbations nutritionnelles du maïs pourraient affecter le fonctionnement de la plante et par conséquent limiter sa croissance ou entraîner sa mort
Mots clés
Domaines
Sciences agricoles| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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