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International audience

National audience; Les champignons endophytiques racinaires de type « dark septate endophytes » (DSE) pourraientaméliorer le potentiel de phytoextraction de métaux de plantes hyperaccumulatrices. Dans notre étude,nous avons isolé et identifié des souches DSE de différentes populations naturelles de Nocceaecaerulescens et montré que la forte accumulation de métaux n’était pas le facteur principal concourantà l’établissement de la diversité fongique endophytique. Certaines souches ont montré un atout positifen terme de croissance et/ou de nutrition minérale et/ou de phytoextraction de la plante hôte. Cespremières expériences ouvrent la voie à des études plus approfondies qui permettront d’améliorer leprocédé de phytoextraction.

National audience

National audience; Une minorité d’espèces végétales, dites hyperaccumulatrices, est capable d’accumuler les métaux dans leurs parties aériennes à des concentrations pouvant dépasser 1% de la matière sèche. La nature des pressions évolutives pouvant être à l’origine de l’évolution de l’hyperaccumulation sont encore très discutées. Les paramètres édaphiques, en particulier les concentrations en métaux dans le sol pourraient y avoir joué un rôle important. Ces espèces ont un intérêt agronomique en vue de la phytoremédiation des sols pollués. Noccaea caerulescens est la principale Brassicacée hyperaccumulatrice de métaux candidate pour la phytoremédiation. La distribution française l’espèce se caractérise par une importante hétérogénéité environnementale, notamment la nature des sols. On constante des variations importantes des capacités d’accumulation entre populations. Nous avons souhaité déterminer quels étaient les facteurs expliquant la distribution actuelle de la variation quantitative entre les populations, en discutant notamment les rôles respectifs de la démographie et de la sélection. Un échantillonnage de 52 stations a été réalisé dans 4 massifs français. L’analyse de la diversité génétique neutre a été effectuée l’aide de 16 SNP chloroplastiques et 12 microsatellites nucléaires. Les groupes génétiques déterminés par deux méthodes de regroupement différentes montrent 3 zones géographiques fortement différenciées, sans cohérence avec le type édaphique. Les différents scénarios démographiques ont été testés par analyse bayésienne. Le rôle potentiel de la sélection a été testé en comparant la structure en populations de la variation quantitative de l’hyperaccumulation (Qst) avec la structure en populations de la diversité génétique neutre (Fst).

National audience

The Zn- and Cd- hyperaccumulator Thlaspi cærulescens is one of the most promising candidates for in situ phytoextraction. This work was undertaken to better understand the interactions between the bioavailable Cd in soil and the hyperaccumulation of Cd by T. cærulescens. Contrasted populations of T. cærulescens were studied in their natural environment and the relationships between the soil parameters, particularly the metal bioavailability, and hyperaccumulation were analysed. Four populations were selected according to their ability to hyperaccumulate Cd. Hundred plants of each population were cultivated in pots to assess genetic differences. The four populations were also grown under natural climatic conditions. The effect of T. cærulescens on the bioavailable compartments of soil metals was studied during successive crops in a lysimetric device equiped to follow the evolution of the soil-water-plant compartments of metals. Our results demonstrated that Cd accumulation by T. cærulescens is mainly explained by the soil Cd bioavailability. The Cd concentration in shoots could be predicted using easily and quickly measurable soil parameters (CaCl2 exctractable Cd, pH and CEC). Genetic differences between populations were also recorded. The Cd and Zn hyperaccumulating populations seemed to differ from the Ni hyperaccumulating populations by a particularly efficient transporter of Cd in the root cell membrane. Also, some Cd hyperaccumulating populations appeared to present a more efficient Cd absorption and translocation than others. The Cd absorption was independant of Zn absorption which suggested different mecanisms. It was also shown that a small fraction of the Cd extracted by T. cærulescens originated from the non available soil Cd compartment. During the phytoextraction, the plant firstly deplete the soluble compartment, which is then replenished by the bioavailable compartment. This one would be replenished by the less available compartment according to the buffer capacity of the soil. Finaly, we demonstrated that it is possible to predict Cd phytoextraction based on a simplified model using soil Cd bioavailaility, soil pH, CEC and T. cærulescens biomass production.; La plante hyperaccumulatrice de Zn et de Cd, Thlaspi cærulescens, est l’un des candidats les plus prometteurs en vue d’une application à grande échelle de la phytoextraction. Ce travail a été entrepris afin de mieux comprendre les interactions entre la fourniture des métaux par la phase solide du sol, ou biodisponibilité, et l’hyperaccumulation du Cd par T. cærulescens dans le cadre de scénarios de phytoextraction. Des populations contrastées de T. cærulescens ont été étudiées dans leur milieu naturel (friches industrielles de mines de Zn/Pb et de fonderie de Zn ; site de serpentine à concentration élevée du Ni géochimique). Les relations existant entre les paramètres du sol, et en particulier la biodisponibilité des métaux, et l’hyperaccumulation chez ces plantes ont été analysées. Quatre populations ont été sélectionnées pour leur aptitude différente à accumuler les métaux. Cent individus de chaque population ont été cultivés en vases de végétation afin de mettre en évidence des différences génétiques entre les populations. Des individus des mêmes populations ont également été cultivés en conditions climatiques réelles. L’impact de T. cærulescens sur le compartiment biodisponible des métaux a été étudié à l’aide de cultures successives d’une même population dans des systèmes lysimétriques équipés pour suivre l’évolution des compartiments eau-sol-plantes des métaux. Nos résultats montrent que la concentration du Cd biodisponible est le principal facteur gouvernant l’absorption du métal. Ainsi, il est possible de prédire la concentration du Cd dans les feuilles de T. cærulescens à partir de paramètres du sol facilement et rapidement mesurables (Cd extractible au CaCl2, pH et CEC). Nous avons également mis en évidence des différences génétiques. Les populations hyperaccumulatrices de Cd et de Zn se distingueraient alors de celles hyperaccumulatrices de Ni par la présence d’un transporteur efficace du Cd dans la membrane plasmique racinaire des plantes. Parmi les populations hyperaccumulatrices de Cd, certaines présenteraient une absorption et une translocation du Cd plus efficace et indépendante de l’absorption du Zn, suggérant des mécanismes distincts. Il a également été montré qu’une faible fraction du Cd prélevé par T. cærulescens proviendrait du compartiment du Cd du sol non labile. Au cours de la phytoextraction, les plantes agissent en premier lieu sur le compartiment soluble des métaux du sol, celui-ci étant réapprovisionné par le compartiment biodisponible. En fonction de la capacité tampon des terres, le compartiment biodisponible du Cd pourra être plus ou moins réapprovisionné par ceux moins échangeables. Enfin, nous avons démontré qu’il était possible de prédire le rendement d’extraction du Cd à partir d’un modèle simplifié prenant en compte la biodisponibilité du Cd, la CEC, le pH et la production de biomasse par T. cærulescens.

La plante hyperaccumulatrice de Zn et de Cd, Thlaspi cærulescens, est l’un des candidats les plus prometteurs en vue d’une application à grande échelle de la phytoextraction. Ce travail a été entrepris afin de mieux comprendre les interactions entre la fourniture des métaux par la phase solide du sol, ou biodisponibilité, et l’hyperaccumulation du Cd par T. cærulescens dans le cadre de scénarios de phytoextraction. Des populations contrastées de T. cærulescens ont été étudiées dans leur milieu naturel (friches industrielles de mines de Zn/Pb et de fonderie de Zn ; site de serpentine à concentration élevée du Ni géochimique). Les relations existant entre les paramètres du sol, et en particulier la biodisponibilité des métaux, et l’hyperaccumulation chez ces plantes ont été analysées. Quatre populations ont été sélectionnées pour leur aptitude différente à accumuler les métaux. Cent individus de chaque population ont été cultivés en vases de végétation afin de mettre en évidence des différences génétiques entre les populations. Des individus des mêmes populations ont également été cultivés en conditions climatiques réelles. L’impact de T. cærulescens sur le compartiment biodisponible des métaux a été étudié à l’aide de cultures successives d’une même population dans des systèmes lysimétriques équipés pour suivre l’évolution des compartiments eau-sol-plantes des métaux. Nos résultats montrent que la concentration du Cd biodisponible est le principal facteur gouvernant l’absorption du métal. Ainsi, il est possible de prédire la concentration du Cd dans les feuilles de T. cærulescens à partir de paramètres du sol facilement et rapidement mesurables (Cd extractible au CaCl2, pH et CEC). Nous avons également mis en évidence des différences génétiques. Les populations hyperaccumulatrices de Cd et de Zn se distingueraient alors de celles hyperaccumulatrices de Ni par la présence d’un transporteur efficace du Cd dans la membrane plasmique racinaire des plantes. Parmi les populations hyperaccumulatrices de Cd, certaines présenteraient une absorption et une translocation du Cd plus efficace et indépendante de l’absorption du Zn, suggérant des mécanismes distincts. Il a également été montré qu’une faible fraction du Cd prélevé par T. cærulescens proviendrait du compartiment du Cd du sol non labile. Au cours de la phytoextraction, les plantes agissent en premier lieu sur le compartiment soluble des métaux du sol, celui-ci étant réapprovisionné par le compartiment biodisponible. En fonction de la capacité tampon des terres, le compartiment biodisponible du Cd pourra être plus ou moins réapprovisionné par ceux moins échangeables. Enfin, nous avons démontré qu’il était possible de prédire le rendement d’extraction du Cd à partir d’un modèle simplifié prenant en compte la biodisponibilité du Cd, la CEC, le pH et la production de biomasse par T. cærulescens., The Zn- and Cd- hyperaccumulator Thlaspi cærulescens is one of the most promising candidates for in situ phytoextraction. This work was undertaken to better understand the interactions between the bioavailable Cd in soil and the hyperaccumulation of Cd by T. cærulescens. Contrasted populations of T. cærulescens were studied in their natural environment and the relationships between the soil parameters, particularly the metal bioavailability, and hyperaccumulation were analysed. Four populations were selected according to their ability to hyperaccumulate Cd. Hundred plants of each population were cultivated in pots to assess genetic differences. The four populations were also grown under natural climatic conditions. The effect of T. cærulescens on the bioavailable compartments of soil metals was studied during successive crops in a lysimetric device equiped to follow the evolution of the soil-water-plant compartments of metals. Our results demonstrated that Cd accumulation by T. cærulescens is mainly explained by the soil Cd bioavailability. The Cd concentration in shoots could be predicted using easily and quickly measurable soil parameters (CaCl2 exctractable Cd, pH and CEC). Genetic differences between populations were also recorded. The Cd and Zn hyperaccumulating populations seemed to differ from the Ni hyperaccumulating populations by a particularly efficient transporter of Cd in the root cell membrane. Also, some Cd hyperaccumulating populations appeared to present a more efficient Cd absorption and translocation than others. The Cd absorption was independant of Zn absorption which suggested different mecanisms. It was also shown that a small fraction of the Cd extracted by T. cærulescens originated from the non available soil Cd compartment. During the phytoextraction, the plant firstly deplete the soluble compartment, which is then replenished by the bioavailable compartment. This one would be replenished by the less available compartment according to the buffer capacity of the soil. Finaly, we demonstrated that it is possible to predict Cd phytoextraction based on a simplified model using soil Cd bioavailaility, soil pH, CEC and T. cærulescens biomass production.

Non disponible / Not available, La plante hyperaccumulatrice de Zn et de Cd, Thlaspi caerulescens, est l'un des candidats les plus prometteurs en vue d'une application à grande échelle de la phytoextraction. Ce travail a été entrepris afin de mieux comprendre les interactions entre la fourniture des métaux par la phase solide du sol, ou biodisponibilité, et l'hyperaccumulation du Cd par T. caerulescens dans le cadre de scénarios de phytoextraction. Des populations contrastées de T. caerulescens ont été étudiées dans leur milieu naturel (friches industrielles de mines de Zn/Pb et de fonderie de Zn ; site de serpentine à concentration élevée du Ni géochimique). Les relations existant entre les paramètres du sol, et en particulier la biodisponibilité des métaux, et l'hyperaccumulation chez ces plantes ont été analysées. Quatre populations ont été sélectionnées pour leur aptitude différente à accumuler les métaux. Cent individus de chaque population ont été cultivés en vases de végétation afin de mettre en évidence des différences génétiques entre les populations. Des individus des mêmes populations ont également été cultivés en conditions climatiques réelles. L'impact de T. caerulescens sur le compartiment biodisponible des métaux a été étudié à l'aide de cultures successives d'une même population dans des systèmes Iysimétriques équipés pour suivre l'évolution des compartiments eau- sol-plantes des métaux. Nos résultats montrent que la concentration du Cd biodisponible est le principal facteur gouvernant l'absorption du métal. Ainsi, il est possible de prédire la concentration du Cd dans les feuilles de T. caerulescens à partir de paramètres du sol facilement et rapidement mesurables (Cd extractible au CaCI2, pH et CEC). Nous avons également mis en évidence des différences génétiques. Les populations hyperaccumulatrices de Cd et de Zn se distingueraient alors de celles hyperaccumulatrices de Ni par la présence d'un transporteur efficace du Cd dans la membrane plasmique racinaire des plantes. Parmi les populations hyperaccumulatrices de Cd, certaines présenteraient une absorption et une translocation du Cd plus efficace et indépendante de l'absorption du Zn, suggérant des mécanismes distincts. Il a également été montré qu'une faible fraction du Cd prélevé par T. caerulescens proviendrait du compartiment du Cd du sol non labile. Au cours de la phytoextraction, les plantes agissent en premier lieu sur le compartiment soluble des métaux du sol, celui-ci étant réapprovisionné par le compartiment biodisponible. En fonction de la capacité tampon des terres, le compartiment biodisponible du Cd pourra être plus ou moins réapprovisionné par ceux moins échangeables. Enfin, nous avons démontré qu'il était possible de prédire le rendement d'extraction du Cd à partir d'un modèle simplifié prenant en compte la biodisponibilité du Cd, la CEC, le pH et la production de biomasse par T. caerulescens.

La problématique de la contamination des sols urbains et agricoles par les éléments traces métalliques (ETM) est un enjeu majeur en termes de santé publique et de protection de l’environnement. Dans le contexte de l’expansion de l’agriculture urbaine et des jardins communautaires souvent localisés sur des sites contaminés, il existe un intérêt fort pour le développement de méthodes de décontamination moins coûteuses que les méthodes de remédiation conventionnelles et qui préservent l’intégrité et la fertilité du sol. La phytoextraction est une technique écologique de remédiation des sols contaminés en ETM qui repose sur l’utilisation de plantes accumulatrices de métaux pour diminuer les concentrations en ETM dans le sol. La crucifère européenne Noccaea caerulescens (tabouret calaminaire), hyperaccumulatrice de zinc (Zn), cadmium (Cd) et nickel (Ni), s’est imposée comme plante phytoextractrice modèle vu ses étonnantes capacités d’accumulation in natura. Cependant, les conditions de culture optimales de N. caerulescens sont largement méconnues.L’optimisation de la phytoextraction du Cd et du Zn avec N. caerulescens a donc constitué l’objectif principal de ce travail. Nous avons mené des essais de terrain à Bruxelles sur des sites dont les sols sont modérément contaminés en ETM. Le premier objectif était de comparer l’efficacité d’extraction des populations calaminaires du Sud de la France (CAL-SF) et des populations non-métallicoles luxembourgeoises (NMET) de N. caerulescens. En parallèle, un deuxième objectif était de tester l’effet de plusieurs pratiques de culture sur la croissance et l’accumulation afin de développer un itinéraire technique performant. Un dernier objectif était d’étudier l’influence des paramètres édaphiques sur l’efficacité de la phytoextraction. Nous avons mis en évidence pour la première fois sur le terrain que les populations NMET sont nettement plus efficaces pour l’extraction du Zn que les populations CAL-SF et qu’elles combinent à la fois une meilleure production de biomasse et une plus grande résistance aux herbivores et aux pathogènes. Ce travail de thèse souligne que le cycle de vie – annuel ou bisannuel – est un déterminant important de la vitesse de croissance, du rendement d’extraction et du cycle de culture à privilégier. Nos résultats montrent que l’itinéraire technique le plus performant est celui d’un repiquage à l’automne de plantules à cycle bisannuel à densité élevée (100-120 plantes m-²), suivi d’une longue saison de culture (12 mois), tandis que pour des plantes annuelles il faut favoriser une installation au printemps. Enfin, la croissance de N. caerulescens est essentiellement stimulée par des hautes teneurs en matière organique, une faible densité apparente, une texture limoneuse et un bon apport en azote. Ce dernier élément entraîne cependant une baisse des concentrations en ETM dans les plantes quand sa teneur augmente dans le sol. La fertilisation azotée ne devrait donc être utilisée qu’en cas de forte carence azotée.Ce travail a permis de démontrer qu’une culture de N. caerulescens pouvait extraire jusqu’à 18 % du Cd total (CAL-SF) et 10 % du Zn total (NMET) dans les 20 premiers cm de sols modérément contaminés (jusqu’à 10 mg Cd kg-1 et 1000 mg Zn kg-1). À condition d’augmenter et de stabiliser les rendements de biomasse aérienne, la phytoextraction du Cd avec N. caerulescens pourrait donc être une technique pour décontaminer des sols modérément contaminés en Cd tels que les sols agricoles ou les sols urbains., Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique, info:eu-repo/semantics/nonPublished

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