Rôle de champignons mycorhiziens à arbuscules dans le transfert du cadmium (Cd) du sol à la luzerne (Medicago truncatula), Role of arbuscular mycorrhizal fungi on cadmium (Cd) transfer from soil to barrel medic (Medicago truncatula)

Paul-Olivier Redon

Description

Sous la direction de Corinne Leyval
Thèse soutenue le 06 mars 2009: Nancy 1
L’accumulation d’éléments en traces métalliques (ETM), dont le cadmium (Cd), dans les sols et leur transfert aux plantes sont problématiques à cause de leur toxicité. Les champignons mycorhiziens à arbuscules (MA), symbiontes des plantes, peuvent influencer le transfert des ETM de manière directe en les transportant jusqu’aux racines et de manière indirecte en favorisant la croissance de la plante. Des résultats divergents ont néanmoins été reportés et leur rôle global doit donc être éclairci. En prenant comme plante modèle la luzerne Medicago truncatula, l’effet d’un champignon MA (Glomus intraradices) sur le bilan de Cd dans la plante, le sol et les percolats a été étudié. La contribution du champignon au transfert de Cd a été évaluée dans des cultures en pot et des dispositifs à compartiment. Le champignon a principalement influencé la dynamique de Cd dans le système sol-plante de manière indirecte en améliorant fortement la croissance de la plante sur sol contaminé, conduisant à une quantité plus importante de Cd exporté dans les parties aériennes de la plante, bien que leur concentration en Cd soit plus faible que dans les plantes non mycorhizées. Cette forte augmentation de croissance de la luzerne par ce champignon est associée à la stimulation de bactéries formant des nodules. Cette influence mycorhizienne est néanmoins complexe, elle est variable selon les conditions édaphiques et selon l’isolat du champignon étudié. Le champignon MA contribue aussi directement au transfert de Cd en sorbant et en transportant le Cd soluble-échangeable par son mycélium extraracinaire, mais cette contribution directe semble être faible en comparaison de l’effet des racines.
-Endomycorhizes à vésicules et arbuscules Sols – Pollution Sols – Pollution par les métaux lourds Rhizosphère Cadmium Phytorestauration Luzerne
Accumulation of trace metals, such as cadmium (Cd), in soils and their transfer to plants are serious environmental problems because of their acute toxicity. Metal mobility in soil depends on various abiotic and biotic factors. Among them, arbuscular mycorrhizal (AM) fungi are known to influence metal transfer by transporting metals to roots and also by improving plant growth. However, diverging results were reported and the global role of AM fungi thus needed more investigation. The influence of an AM fungus (Glomus intraradices) on Cd uptake and transfer to leachates was studied with Medicago truncatula as a host plant. Experiments were performed in pot cultures and in compartmented devices. The dynamic of Cd in the soil-plant system was indirectly influenced by the fungus via a strong increase of plant biomass, in interaction with nodulating rhizobacteria, leading to a higher total quantity of Cd transferred to shoots although Cd plant concentration was lower than in non mycorrhizal plants. This fungal influence was complex, and was variable according to soil conditions and to the fungal isolate studied. The AM fungus also contributed directly to Cd transfer thanks to its sorption capacity and its ability to transport soluble-exchangeable Cd via the extraradical mycelium, but this direct contribution seemed to be low as compared to the influence of roots.
Source: http://www.theses.fr/2009NAN10015/document

Informations

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• Poids de l'ouvrage: 1 Mo

Extrait

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Faculté des Sciences et Techniques
U.F.R. STMP
Ecole Doctorale RP2E

Thèse
présentée pour l’obtention du titre de
Docteur de l’Université Henri Poincaré, Nancy I
en Sciences du Sol

par Paul-Olivier REDON

Rôle de champignons mycorhiziens à arbuscules dans le transfert
du cadmium (Cd) du sol à la luzerne (Medicago truncatula)


Soutenue publiquement le 06 Mars 2009





Membres du jury :
M. Thibault Sterckeman, Ingénieur de Recherche, INPL/INRA, Nancy, président du jury
Mme Laurence Denaix, Directrice de Recherche, INRA, Bordeaux, rapporteur
M. Stéphane Declerck, Professeur, UCL, Louvain-la-Neuve, Belgique, rapporteur
Mme Vivienne Gianinazzi-Pearson, Directrice de Recherche, CNRS, Dijon, examinateur
Mme Corinne Leyval, Directrice de Recherche, CNRS, Nancy, directeur de thèse







Laboratoire des Interactions Microorganismes-Minéraux-Matière Organique dans les Sols
UMR 7137 Nancy Université - CNRS, Faculté des Sciences
BP 70239, 54506 Vandoeuvre-lès-Nancy, Cedex, France Remerciements

Je tiens à remercier mon laboratoire d’accueil, le LIMOS, qui pendant
trois ans et demi a constitué pour moi comme une seconde famille.

Ma reconnaissance va en premier lieu à Corinne Leyval, ma directrice de
thèse, qui m’a donné l’opportunité de venir travailler à Nancy au sein de son
laboratoire et d’apprendre toutes les ficelles du métier de chercheur. Elle a su
me conseiller et m’orienter pour que je mène à bien mes recherches en me laissant
une grande part de liberté et de responsabilités. J’ai ainsi pu apprécier
grandement la qualité de nos relations.

Des bonnes relations et une ambiance chaleureuse dans le bureau, c’est aussi ce
qui m’a permis d’effectuer ma thèse dans les meilleures conditions. Je remercie
donc énormément mes « collègues » de bureau (et personnels non permanents qui
y sont passé) : Thierry Béguiristain, mon co-encadrant non officiel, merci
pour tous ces bons moments passés et ta bonne humeur ; Aurélie Cébron,
Marie-Paule Norini, Pierre Léglize, Cécile Caupert, j’ai été vraiment ravi
de passer tout ce temps à vos côtés. Je n’oublie bien évidemment pas Geneviève
Magnin (la « JoJo ») et sa complice Christine Friry, un grand merci,
mesdames, pour toute votre aide et pour l’attention que vous m’avez porté.

Un clin d’œil également à tous les autres doctorants, post-docs et ater qui
m’ont accompagné dans cette aventure, avant tout humaine, Jeanne Bongoua-
Devisme, Emile Boulou Bi, Clarisse Balland, Arsène Sanon, Brice
Louvel, Norbert Ondo, Malgorzata « Goshia » Grybos, Corinne Fesneau,
Antoine Joubert, Isabelle Paskiewicz, Isabelle Auvray, Nicolas Angeli,
Céline Pisapia, Judicaël Moukoumi, Remy Albrecht, Veronica
Landeros, Diane Zhou, Fabien Laurent, je vous souhaite à tous bon courage
pour la suite de votre carrière. Merci aux chercheurs et enseignants-chercheurs, permanents du laboratoire, pour leur accueil : Christian Mustin,
Patrick Billard, Anne Poszwa, Colette Munier-Lamy, Sylvie Dousset,
Jean-Pierre Boudot, Sylvie Desobry, Jacques Berthelin, François
Toutain.

Tous mes remerciements et mon respect vont aussi aux personnels techniques
pour toute leur patience et leur aide sans lesquels le laboratoire fonctionnerait
beaucoup moins bien : Chantal Ginsburger, Dominique Goepfer, Nadim
Mallouhi, Denis Merlet, Hervé Marmier, David Billet, Géraldine
Kitzinger ; encore merci pour votre aide précieuse.

Je tiens ensuite à grandement remercier mes rapporteurs, Laurence Denaix et
Stéphane Declerck, ainsi que les autres membres du jury, Vivienne
Gianinazzi-Pearson et Thibault Sterckeman, pour avoir accepté de juger mon
travail.

Enfin, je ne peux terminer sans remercier de tout cœur mes amis et ma famille,
en particulier mes parents, sans qui je ne serais pas arrivé où j’en suis
aujourd’hui. Merci pour tout votre amour. Sommaire

Introduction générale............................................................................................................... 3

Partie 1 : État des connaissances ............................................................................................ 9

I. Les pollutions anthropiques métalliques ........................................................................ 9
1. Les sources de pollution................................................................................................. 9
2. Les dangers de ce type de pollution ............................................................................. 11
3. Chiffres et réglementations .......................................................................................... 12
II. Effets du stress métallique sur les organismes terrestres et réponses de ces
organismes...................................................................................................................... 14
1. Les effets délétères des éléments en traces métalliques............................................... 14
2. Les mécanismes de réponse au stress métallique......................................................... 16
III. Cas du cadmium (Cd) : un élément particulièrement étudié .................................. 18
1. Origine, utilisations et toxicité ..................................................................................... 18
2. Comportement dans les sols......................................................................................... 19
3. Phytodisponibilité......................................................................................................... 21
a. Le transfert sol-plante de Cd .................................................................................... 21
b. Mécanismes moléculaires d’absorption de Cd par les plantes................................. 24
c. Estimation de la phytodisponibilité du Cd ............................................................... 26
IV. Les champignons mycorhiziens à arbuscules (MA).................................................. 27
1. Taxonomie des champignons mycorhiziens................................................................. 27
2. Fonctionnement de la symbiose mycorhizienne arbusculaire...................................... 31
3. Effets et protection des champignons MA ................................................................... 35
a. Amélioration de la croissance et de la nutrition des plantes .................................... 35
b. Effet sur la structure du sol ...................................................................................... 36
c. Protection contre les stress abiotiques et biotiques .................................................. 36
V. Dépolluer les sols : notion de bioremédiation ............................................................. 40
1. Les différentes méthodes de dépollution...................................................................... 40
a. Les techniques physico-chimiques ........................................................................... 42
b. Utilisation des organismes vivants pour la remédiation........................................... 43
2. Optimisation de la phytoremédiation 46

Objectifs de l’étude................................................................................................................. 51

Partie 2 : Matériel et méthodes ............................................................................................. 55

I. Les objets d’étude ........................................................................................................... 55
1. La plante hôte ............................................................................................................... 55
2. L’inoculum mycorhizien ...............................................................