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Contribution à la modélisation de la phytoaccumulation du Cadmium par Noccaea caerulescens Lucie Lovy Séminaire RP2E 28.01.10 Laboratoire Sols et Environnement.

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1 Contribution à la modélisation de la phytoaccumulation du Cadmium par Noccaea caerulescens Lucie Lovy Séminaire RP2E Laboratoire Sols et Environnement 1 Thibault Sterckeman, Guillaume Echevarria

2 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 Dautres sans fonction biologique connue Fonction de leur concentration dans milieu considéré et de leur forme chimique Contexte et enjeux Naturellement présents dans tout organisme vivant

3 Contexte et enjeux 3 Opérer à leur dépollution Intervention de la phytoextraction : Prévision des teneurs en ET et dynamique dans le système sol-plante au cours dun cycle de culture = Technique consistant en la culture de plantes hyperaccumulatrices qui maximisent concentrations en éléments traces dans parties aériennes sites susceptibles dêtre contaminés en France (EEA) Contamination eau, sol, récoltes… Risque de transfert à la chaîne alimentaire

4 Objectifs 4 (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

5 Métal Temps 5 Métal Développement et croissance système plante Schéma conceptuel κ PR κ PA κ Px = Facteur de bioconcentration [M] x (t) [M] s (1) κ PR κ PA κ PR κ PA [M] s : concentration en métal M en mol/L [M] x : concentration en métal dans partie x

6 Quantité métal prélevé Q(t) (mole) Q (t) = κ PE (t) * [M] S * MS (t) Quantité de métal dans parties aériennes Q PA 6 Démarche (I) – à partir de la production de MS Q PA = A PA * Q PE A PA = Facteur dallocation aérienne du métal A PA κ PA MS PA κ PE MS PE * MS : matière sèche en kg Q : quantité de métal en moles Facteur dallocation racinaire du métal A PR A PR = 1 - A PA

7 Quantité instantanée de métal prélevé 7 Démarche (II) – à partir du prélèvement racinaire S r (t) : surface racinaire en cm² dQ dt = I (t) * S r (t) I (t) : influx racinaire en mole/cm²/s Quantité totale de métal prélevé à la fin de la culture Q T = 0 dQ = 0 I (t) * S r (t) dt tt Hyp : À [M] S constante, I va varier au cours du temps Décrire I (t) et S r (t)

8 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 1 er semestre Expérience 1

9 9 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 κ PA et κ PR, 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

10 Suivi temporel de la concentration en Cd (µM) dans la solution de culture 10 Expérience 1

11 Suivi de la MS (mg) dans le temps 11 Expérience 1 – à partir de la production de biomasse

12 Suivi de la répartition de la MS entre PA et PR en fonction du temps 12 C Px : Facteur de répartition de la MS MS Px MS PE C Px = Expérience 1 – à partir de la production de biomasse

13 Suivi de la concentration en Cd (mole/kg) en fonction du temps 13 Concentration en Cd constante quelque soit âge de la plante Expérience 1 – à partir de la production de biomasse

14 Quantité de Cd accumulé (mole) par plante en fonction du temps 14 Expérience 1 – à partir de la production de biomasse

15 Répartition du Cd entre PA et PR par rapport à la quantité de Cd total (%) 15 Expérience 1 – à partir de la production de biomasse

16 Facteurs de bioconcentration κ Px 16 Expérience 1 – à partir de la production de biomasse Affinité plus forte du Cd pour les PA que pour PR

17 Suivi de la surface racinaire (cm²) en fonction du temps 17 Expérience 1 – à partir du prélèvement racinaire

18 Influx racinaire de Cd (mole/cm²/j) en fonction du temps 18 Expérience 1 – à partir du prélèvement racinaire Influx calculé variable, augmente avec lâge de la plante

19 19 Conclusions partielles Concentration dans la solution maintenue à un niveau dexposition 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

20 Exposer la plante dans les mêmes conditions de culture Niveau dexposition différent : plus faible - élevé / témoin Continuer dacquérir des données sur la phytoaccumulation à léchelle du cycle de culture Obtenir floraison puis montée en graine en conditions contrôlées Faire varier la MS des compartiments à instant t 20 Perspectives Affiner les κ P

21 Merci pour votre attention


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