Diapositive 1

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Contribution à la modélisation de la
phytoaccumulation du Cadmium par Noccaea
caerulescens
Lucie Lovy
Thibault Sterckeman, Guillaume Echevarria
Laboratoire Sols et Environnement
Séminaire RP2E 28.01.10
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Contexte et enjeux
Eléments Traces Constitutifs de la croûte
terrestre en très faibles concentrations

• Naturellement présents dans tout organisme vivant

• Certains indispensables au déroulement des
  processus biologiques oligoéléments

• Dautres sans fonction biologique connue

Tous les ET sont potentiellement polluants
Fonction de leur concentration dans milieu
considéré et de leur forme chimique
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Contexte et enjeux
800 000 sites susceptibles dêtre contaminés en
France (EEA)
Contamination eau, sol, récoltes
Risque de transfert à la chaîne alimentaire
Opérer à leur dépollution
Intervention de la phytoextraction
Technique consistant en la culture de plantes
hyperaccumulatrices qui maximisent concentrations
en éléments traces dans parties aériennes
Prévision des teneurs en ET et dynamique dans le
système sol-plante au cours dun cycle de culture
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Objectifs
Prévoir la phytoaccumulation
Hypothèses
(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
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Schéma conceptuel
Développement et croissance système plante
(1)
?PA
?PA
?PA
?PR
?PR
?PR
Métal
Métal
Métal
Temps
Facteur de bioconcentration
Ms concentration en métal M en mol/L
Mx (t)
Mx concentration en métal dans partie x
?Px
Ms
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Démarche (I) à partir de la production de MS
Quantité métal prélevé Q(t) (mole)
MS matière sèche en kg
?PE (t) MS MS (t)
Q (t)
Q quantité de métal en moles
Quantité de métal dans parties aériennes QPA
QPA APA QPE
Facteur dallocation aérienne du métal APA
Facteur dallocation racinaire du métal APR
?PA MSPA
APA

APR 1 - APA
?PE MSPE
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Démarche (II) à partir du prélèvement racinaire
Quantité instantanée de métal prélevé
Sr (t) surface racinaire en cm²
dQ
I (t) Sr (t)
dt
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) dt
t
t
Hyp À MS constante, I va varier au cours du
temps
Décrire I (t) et Sr (t)
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Expérience 1
1er semestre 2009
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
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Expérience 1
Dynamique du Cd dans Noccaea soumis à
concentration constante en Cd
Evolution du prélèvement avec âge et architecture
du système racinaire
Détermination de ?PA et ?PR, Sr (t) et I (t)
Récoltes à intervalles de temps réguliers
Mesures réalisées
Biomasse
Surface foliaire, racinaire (Winrhizo)
Architecture du système racinaire (Winrhizo)
Dosage Cd (Cu, Fe, Zn) PA et PR (ICP)
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Expérience 1
Suivi temporel de la concentration en Cd (µM)
dans la solution de culture
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Expérience 1 à partir de la production de
biomasse
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
CPx Facteur de répartition de la MS
MSPx
CPx
MSPE
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Expérience 1 à partir de la production de
biomasse
Suivi de la concentration en Cd (mole/kg) en
fonction du temps
Concentration en Cd constante quelque soit âge de
la plante
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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 ?Px
Affinité plus forte du Cd pour les PA que pour PR
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Expérience 1 à partir du prélèvement racinaire
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
Influx calculé variable, augmente avec lâge de
la plante
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Conclusions partielles

• Concentration dans la solution maintenue à un
  niveau dexposition acceptable

• MS préférentiellement allouée aux PA

Affinité du Cd plus forte pour les PA

• Influx racinaire calculé très variable

Approche qui donne des premiers résultats
intéressants en vue de la prédiction de la
phytoaccumulation
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Perspectives
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
Affiner les ?P
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Merci pour votre attention