contribution à la modélisation de la phytoaccumulation du cadmium par noccaea caerulescens lucie...
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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