• Citer

Variation de la tolérance et de l'accumulation des métaux dans le genre Haumaniastrum

par Ilunga Kabeya, Francine
Président du jury El Jaziri, Mondher
Promoteur Verbruggen, Nathalie ;Ngongo Luhembwe, Michel
Publication Non publié, 2016-12-16

Thèse de doctorat

• Accès en ligne
• Détails
• Contenu
• Statistiques

Résumé :

Le présent travail rapporte les résultats d’une étude menée sur la variation de la tolérance et de l’accumulation des métaux dans le genre Haumaniastrum. Dans l’arc cuprifère katangais, les concentrations en métaux et particulièrement cuivre et cobalt, sont très élevées. L’exploitation minière apporte la création d’emploi mais aussi la modification du milieu. Les rejets miniers mal gérés causent des problèmes environnementaux et de santé publique pour les populations locales. La présence d’importantes concentrations de ces éléments traces métalliques dans le sol a constitué la pression de sélection d’espèces les mieux adaptées. Sur ces sols contaminés, poussent des plantes appelées métallophytes qui peuvent être utilisées pour la phytoremédiation. Cependant les mécanismes de tolérance et d’accumulation des métaux de cette flore sont peu connus. Nous avons choisi un système d’étude exceptionnel composé de trois espèces du genre Haumaniastrum avec des comportements différents. (i) H. katangense, une cuprophyte facultative à large distribution pousse sur des sols dont la concentration en cuivre varie entre 400 et 1000 mg Cu kg-1, (ii) H. robertii, cuprophyte stricte endémique des sols cupro-cobaltifères de l’arc cuprifère à faible distribution, croît sur des sols dont la concentration en cuivre peut aller jusqu’à 100.000 mg Cu kg-1 et H. villosum, une non cuprophyte à très large distribution, pousse exclusivement sur des sols non contaminés. La croissance et l’accumulation dans les plantes exposées à un excès en Cu et en Cu/Co dans une culture hydroponique pendant trois semaines de traitement ont été analysées. Ces analyses ont également été effectuées au niveau intraspécifique dans quatre populations d’H. katangense. Contrairement à l’espèce non métallicole parente et à celle non parente contrôle (Nicotiana plumbaginifolia), les deux espèces métallophytes poussent mieux en présence de Cu à la concentration de base contenant 0,1 µM Cu et pour H. robertii, un excès en Cu et en Co est indispensable pour faire pousser cette espèce en milieu hydroponique. Pour les métallophytes, la croissance diminue à 100 µM Cu et H. robertii est plus tolérante que H. katangense. Une variation dans la tolérance au Cu est observée entre les quatre populations d’H. katangense comme pour Crepidorhopalon tenuis et Anisopappus chinensis.Les résultats des analyses minérales montrent que l'accumulation du Co et du Cu se fait préférentiellement dans la racine que dans la partie aérienne. Cependant, l'accumulation du Cu dans les plantes augmente lorsque sa concentration s'élève dans le milieu alors que l'accumulation du Co dépend de l'espèce étudiée. Quand on ajoute le Co dans le substrat, les espèces accumulent plus de Cu dans les parties aériennes et les racines. Par ailleurs, dans des conditions physiologiques de culture sans ou avec peu de toxicité, H. katangense et H. robertii hyperaccumulent le Co dans les feuilles au seuil de 300 ppm sans signe de toxicité à une faible concentration de Co dans le milieu de culture. Aucune des deux espèces cuprophytes n’hyperaccumule le Cu dans nos conditions de culture contrôlées testées mais les plantes de H. robertii récoltées in situ hyperaccumulent le Cu. Toutes les populations de H. katangense hyperaccumulent le Co mais pas le Cu dans nos conditions de culture contrôlées tandis que la population de H. katangense de Kamatanda récoltée in situ hyperaccumule le Cu et celle de Fungurume hyperaccumule le Co au seuil de 300 ppm. Il semble donc que la tolérance des métallophytes soit basée sur une exclusion du Cu au niveau des parties aériennes, ce qui n’est pas le cas du Co. La variabilité observée entre les populations d’H. katangense ne serait pas génétique mais plutôt liée à la tolérance de chaque population à tolérer les conditions du milieu. Le Cu et le Co ne sont pas co-accumulés dans les mêmes tissus des feuilles ou des racines. Le Cu reste plus à l’extérieur et le Co diffuse à l’intérieur des tissus. Ce qui indiquerait que les deux métaux possèdent des transporteurs différents.En outre, une quantification de certains métabolites connus pour le rôle de ligand ou d’antioxydant a été effectuée. Haumaniastrum villosum synthétise autant de citrate que les métallophytes mais plus de proline. Contrairement aux métallophytes, H. villosum est incapable d’augmenter la production de glutathion lors d’un excès de Cu. La tolérance des métallophytes à des concentrations élevées des métaux semble reposer en partie sur leur capacité anti-oxydante mais la synthèse de chaque métabolite dépend de l’espèce. Enfin certains traits liés à la tolérance des plantes aux milieux stressants ont été mesurés par une approche in situ et ex situ. Des mesures des traits morphologiques, reproducteurs et foliaires ont été effectuées in situ et ex situ au jardin de la Faculté des Sciences Agronomiques de l’UNILU. Les résultats montrent que les traits semblent être modelés par le Co et d’autres conditions du milieu. H. villosum est plus sensible au Cu que H. katangense quand celui-ci augmente dans le substrat. En outre, les variations observées entre les quatre populations d’H. katangense récoltées in situ sont liées aux conditions du milieu et les plantes in situ sont soumises à un stress moins intense que dans leur milieu naturel.Ce travail apporte de nouvelles connaissances de base pour comprendre les mécanismes de tolérance et d’accumulation des métaux des espèces de la flore du Cu du Katanga.Le présent travail rapporte les résultats d’une étude menée sur la variation de la tolérance et de l’accumulation des métaux dans le genre Haumaniastrum. Dans l’arc cuprifère katangais, les concentrations en métaux et particulièrement cuivre et cobalt, sont très élevées. L’exploitation minière apporte la création d’emploi mais aussi la modification du milieu. Les rejets miniers mal gérés causent des problèmes environnementaux et de santé publique pour les populations locales. La présence d’importantes concentrations de ces éléments traces métalliques dans le sol a constitué la pression de sélection d’espèces les mieux adaptées. Sur ces sols contaminés, poussent des plantes appelées métallophytes qui peuvent être utilisées pour la phytoremédiation. Cependant les mécanismes de tolérance et d’accumulation des métaux de cette flore sont peu connus. Nous avons choisi un système d’étude exceptionnel composé de trois espèces du genre Haumaniastrum avec des comportements différents. (i) H. katangense, une cuprophyte facultative à large distribution pousse sur des sols dont la concentration en cuivre varie entre 400 et 1000 mg Cu kg-1, (ii) H. robertii, cuprophyte stricte endémique des sols cupro-cobaltifères de l’arc cuprifère à faible distribution, croît sur des sols dont la concentration en cuivre peut aller jusqu’à 100.000 mg Cu kg-1 et H. villosum, une non cuprophyte à très large distribution, pousse exclusivement sur des sols non contaminés. La croissance et l’accumulation dans les plantes exposées à un excès en Cu et en Cu/Co dans une culture hydroponique pendant trois semaines de traitement ont été analysées. Ces analyses ont également été effectuées au niveau intraspécifique dans quatre populations d’H. katangense. Contrairement à l’espèce non métallicole parente et à celle non parente contrôle (Nicotiana plumbaginifolia), les deux espèces métallophytes poussent mieux en présence de Cu à la concentration de base contenant 0,1 µM Cu et pour H. robertii, un excès en Cu et en Co est indispensable pour faire pousser cette espèce en milieu hydroponique. Pour les métallophytes, la croissance diminue à 100 µM Cu et H. robertii est plus tolérante que H. katangense. Une variation dans la tolérance au Cu est observée entre les quatre populations d’H. katangense comme pour Crepidorhopalon tenuis et Anisopappus chinensis.Les résultats des analyses minérales montrent que l'accumulation du Co et du Cu se fait préférentiellement dans la racine que dans la partie aérienne. Cependant, l'accumulation du Cu dans les plantes augmente lorsque sa concentration s'élève dans le milieu alors que l'accumulation du Co dépend de l'espèce étudiée. Quand on ajoute le Co dans le substrat, les espèces accumulent plus de Cu dans les parties aériennes et les racines. Par ailleurs, dans des conditions physiologiques de culture sans ou avec peu de toxicité, H. katangense et H. robertii hyperaccumulent le Co dans les feuilles au seuil de 300 ppm sans signe de toxicité à une faible concentration de Co dans le milieu de culture. Aucune des deux espèces cuprophytes n’hyperaccumule le Cu dans nos conditions de culture contrôlées testées mais les plantes de H. robertii récoltées in situ hyperaccumulent le Cu. Toutes les populations de H. katangense hyperaccumulent le Co mais pas le Cu dans nos conditions de culture contrôlées tandis que la population de H. katangense de Kamatanda récoltée in situ hyperaccumule le Cu et celle de Fungurume hyperaccumule le Co au seuil de 300 ppm. Il semble donc que la tolérance des métallophytes soit basée sur une exclusion du Cu au niveau des parties aériennes, ce qui n’est pas le cas du Co. La variabilité observée entre les populations d’H. katangense ne serait pas génétique mais plutôt liée à la tolérance de chaque population à tolérer les conditions du milieu. Le Cu et le Co ne sont pas co-accumulés dans les mêmes tissus des feuilles ou des racines. Le Cu reste plus à l’extérieur et le Co diffuse à l’intérieur des tissus. Ce qui indiquerait que les deux métaux possèdent des transporteurs différents.En outre, une quantification de certains métabolites connus pour le rôle de ligand ou d’antioxydant a été effectuée. Haumaniastrum villosum synthétise autant de citrate que les métallophytes mais plus de proline. Contrairement aux métallophytes, H. villosum est incapable d’augmenter la production de glutathion lors d’un excès de Cu. La tolérance des métallophytes à des concentrations élevées des métaux semble reposer en partie sur leur capacité anti-oxydante mais la synthèse de chaque métabolite dépend de l’espèce. Enfin certains traits liés à la tolérance des plantes aux milieux stressants ont été mesurés par une approche in situ et ex situ. Des mesures des traits morphologiques, reproducteurs et foliaires ont été effectuées in situ et ex situ au jardin de la Faculté des Sciences Agronomiques de l’UNILU. Les résultats montrent que les traits semblent être modelés par le Co et d’autres conditions du milieu. H. villosum est plus sensible au Cu que H. katangense quand celui-ci augmente dans le substrat. En outre, les variations observées entre les quatre populations d’H. katangense récoltées in situ sont liées aux conditions du milieu et les plantes in situ sont soumises à un stress moins intense que dans leur milieu naturel.Ce travail apporte de nouvelles connaissances de base pour comprendre les mécanismes de tolérance et d’accumulation des métaux des espèces de la flore du Cu du Katanga.