Dynamique du Cd disponible du sol sous l'influence de l'hyperaccumulateur Thlaspi caerulescens - INRAE - Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2004

Effect of the hyperaccumulator Thlaspi cærulescens on the bioavailable Cd dynamic in soils

Dynamique du Cd disponible du sol sous l'influence de l'hyperaccumulateur Thlaspi caerulescens

Catherine Sirguey

Résumé

The Zn- and Cd- hyperaccumulator Thlaspi cærulescens is one of the most promising candidates for in situ phytoextraction. This work was undertaken to better understand the interactions between the bioavailable Cd in soil and the hyperaccumulation of Cd by T. cærulescens. Contrasted populations of T. cærulescens were studied in their natural environment and the relationships between the soil parameters, particularly the metal bioavailability, and hyperaccumulation were analysed. Four populations were selected according to their ability to hyperaccumulate Cd. Hundred plants of each population were cultivated in pots to assess genetic differences. The four populations were also grown under natural climatic conditions. The effect of T. cærulescens on the bioavailable compartments of soil metals was studied during successive crops in a lysimetric device equiped to follow the evolution of the soil-water-plant compartments of metals. Our results demonstrated that Cd accumulation by T. cærulescens is mainly explained by the soil Cd bioavailability. The Cd concentration in shoots could be predicted using easily and quickly measurable soil parameters (CaCl2 exctractable Cd, pH and CEC). Genetic differences between populations were also recorded. The Cd and Zn hyperaccumulating populations seemed to differ from the Ni hyperaccumulating populations by a particularly efficient transporter of Cd in the root cell membrane. Also, some Cd hyperaccumulating populations appeared to present a more efficient Cd absorption and translocation than others. The Cd absorption was independant of Zn absorption which suggested different mecanisms. It was also shown that a small fraction of the Cd extracted by T. cærulescens originated from the non available soil Cd compartment. During the phytoextraction, the plant firstly deplete the soluble compartment, which is then replenished by the bioavailable compartment. This one would be replenished by the less available compartment according to the buffer capacity of the soil. Finaly, we demonstrated that it is possible to predict Cd phytoextraction based on a simplified model using soil Cd bioavailaility, soil pH, CEC and T. cærulescens biomass production.
La plante hyperaccumulatrice de Zn et de Cd, Thlaspi cærulescens, est l’un des candidats les plus prometteurs en vue d’une application à grande échelle de la phytoextraction. Ce travail a été entrepris afin de mieux comprendre les interactions entre la fourniture des métaux par la phase solide du sol, ou biodisponibilité, et l’hyperaccumulation du Cd par T. cærulescens dans le cadre de scénarios de phytoextraction. Des populations contrastées de T. cærulescens ont été étudiées dans leur milieu naturel (friches industrielles de mines de Zn/Pb et de fonderie de Zn ; site de serpentine à concentration élevée du Ni géochimique). Les relations existant entre les paramètres du sol, et en particulier la biodisponibilité des métaux, et l’hyperaccumulation chez ces plantes ont été analysées. Quatre populations ont été sélectionnées pour leur aptitude différente à accumuler les métaux. Cent individus de chaque population ont été cultivés en vases de végétation afin de mettre en évidence des différences génétiques entre les populations. Des individus des mêmes populations ont également été cultivés en conditions climatiques réelles. L’impact de T. cærulescens sur le compartiment biodisponible des métaux a été étudié à l’aide de cultures successives d’une même population dans des systèmes lysimétriques équipés pour suivre l’évolution des compartiments eau-sol-plantes des métaux. Nos résultats montrent que la concentration du Cd biodisponible est le principal facteur gouvernant l’absorption du métal. Ainsi, il est possible de prédire la concentration du Cd dans les feuilles de T. cærulescens à partir de paramètres du sol facilement et rapidement mesurables (Cd extractible au CaCl2, pH et CEC). Nous avons également mis en évidence des différences génétiques. Les populations hyperaccumulatrices de Cd et de Zn se distingueraient alors de celles hyperaccumulatrices de Ni par la présence d’un transporteur efficace du Cd dans la membrane plasmique racinaire des plantes. Parmi les populations hyperaccumulatrices de Cd, certaines présenteraient une absorption et une translocation du Cd plus efficace et indépendante de l’absorption du Zn, suggérant des mécanismes distincts. Il a également été montré qu’une faible fraction du Cd prélevé par T. cærulescens proviendrait du compartiment du Cd du sol non labile. Au cours de la phytoextraction, les plantes agissent en premier lieu sur le compartiment soluble des métaux du sol, celui-ci étant réapprovisionné par le compartiment biodisponible. En fonction de la capacité tampon des terres, le compartiment biodisponible du Cd pourra être plus ou moins réapprovisionné par ceux moins échangeables. Enfin, nous avons démontré qu’il était possible de prédire le rendement d’extraction du Cd à partir d’un modèle simplifié prenant en compte la biodisponibilité du Cd, la CEC, le pH et la production de biomasse par T. cærulescens.
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Catherine Sirguey. Dynamique du Cd disponible du sol sous l'influence de l'hyperaccumulateur Thlaspi caerulescens. Sciences du Vivant [q-bio]. Institut National Polytechnique de Lorraine, 2004. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02829500⟩
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