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Contribution à la modélisation de la phytoaccumulation du Cadmium par

Noccaea caerulescens

Lucie Lovy

Séminaire RP2E28.01.10

Laboratoire Sols et Environnement

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Thibault Sterckeman, Guillaume Echevarria

Tous les ET sont potentiellement polluants

Eléments Traces = Constitutifs de la croûte terrestre en très faibles concentrations

• Certains indispensables au déroulement des processus biologiques = oligoéléments

• D’autres sans fonction biologique connue

Fonction de leur concentration dans milieu considéréet de leur forme chimique

Contexte et enjeux

• Naturellement présents dans tout organisme vivant

Contexte et enjeux

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Opérer à leur dépollution

Intervention de la phytoextraction :

Prévision des teneurs en ET et dynamique dans le système sol-plante au cours d’un cycle de culture

= Technique consistant en la culture de plantes hyperaccumulatrices qui maximisent concentrations en éléments traces dans parties aériennes

800 000 sites susceptibles d’être contaminés en France (EEA)

Contamination eau, sol, récoltes…

Risque de transfert à la chaîne alimentaire

Objectifs

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(I) Prélèvement de Cd piloté par la production de MS (fixation de C)

Répartition du Cd entre solution et plante et entre différents organes de la plante peut être formalisée par des coefficients de partage spécifiques

(II) Influx racinaire varie selon âge de la plante, stade phénologique, teneur en Cd

Hypothèses :

Prévoir la phytoaccumulation

Métal

Temps

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Métal Métal

Développement et croissance système plante

Schéma conceptuel

κPR

κPA

κPx =

Facteur de bioconcentration

[M]x (t)

[M]s

(1)

κPR

κPA

κPR

κPA

[M]s : concentration en métal M en mol/L[M]x : concentration en métal dans partie x

Quantité métal prélevé Q(t) (mole)

Q (t) = κPE (t) * [M]S * MS (t)

Quantité de métal dans parties aériennes QPA

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Démarche (I) – à partir de la production de MS

QPA = APA * QPE

APA =

Facteur d’allocation aérienne du métal APA

κPA MSPA

κPE MSPE

*

MS : matière sèche en kg

Q : quantité de métal en moles

Facteur d’allocation racinaire du métal APR

APR = 1 - APA

Quantité instantanée de métal prélevé

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Démarche (II) – à partir du prélèvement racinaire

Sr (t) : surface racinaire en cm²dQ

dt= I (t) * Sr (t) I (t) : influx racinaire en mole/cm²/s

Quantité totale de métal prélevé à la fin de la culture

QT = ∫0 dQ = ∫0 I (t) * Sr (t) dtt t

Hyp : À [M]S constante, I va varier au cours du temps

Décrire I (t) et Sr (t)

Etude cinétique de la phytoaccumulation du Cd par Noccaea caerulescens soumis à une concentration en Cd maintenue constante

Culture en aéroponie de Noccaea pendant 3 mois

Soumis à une concentration théorique de 1µM de Cd

1er semestre 2009

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Expérience 1

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Expérience 1

Récoltes à intervalles de temps réguliers

Mesures réalisées :

Biomasse

Dosage Cd (+Cu, Fe, Zn) PA et PR (ICP)

Architecture du système racinaire (Winrhizo)

Surface foliaire, racinaire (Winrhizo)

Détermination de κPA et κPR, Sr (t) et I (t)

Dynamique du Cd dans Noccaea soumis à concentration constante en Cd

Evolution du prélèvement avec âge et architecture du système racinaire

Suivi temporel de la concentration en Cd (µM) dans la solution de culture

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Expérience 1

Suivi de la MS (mg) dans le temps

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Expérience 1 – à partir de la production de biomasse

Suivi de la répartition de la MS entre PA et PR en fonction du temps

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CPx : Facteur de répartition de la MS

MSPx

MSPE

CPx =

Expérience 1 – à partir de la production de biomasse

Suivi de la concentration en Cd (mole/kg) en fonction du temps

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Concentration en Cd constante quelque soit âge de la plante

Expérience 1 – à partir de la production de biomasse

Quantité de Cd accumulé (mole) par plante en fonction du temps

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Expérience 1 – à partir de la production de biomasse

Répartition du Cd entre PA et PR par rapport à la quantité de Cd total (%)

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Expérience 1 – à partir de la production de biomasse

Facteurs de bioconcentration κPx

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Expérience 1 – à partir de la production de biomasse

Affinité plus forte du Cd pour les PA que pour PR

Suivi de la surface racinaire (cm²) en fonction du temps

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Expérience 1 – à partir du prélèvement racinaire

Influx racinaire de Cd (mole/cm²/j) en fonction du temps

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Expérience 1 – à partir du prélèvement racinaire

Influx calculé variable, augmente avec l’âge de la plante

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Conclusions partielles

• Concentration dans la solution maintenue à un niveau d’exposition acceptable

• MS préférentiellement allouée aux PA

Approche qui donne des premiers résultats intéressants en vue de la prédiction de la phytoaccumulation

Affinité du Cd plus forte pour les PA

• Influx racinaire calculé très variable

Exposer la plante dans les mêmes conditions de culture

Niveau d’exposition différent : plus faible - élevé / témoin

Continuer d’acquérir des données sur la phytoaccumulation à l’échelle du cycle de culture

Obtenir floraison puis montée en graine en conditions contrôlées

Faire varier la MS des compartiments à instant t

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Perspectives

Affiner les κP

Merci pour votre attention