Traits phénotypiques et développement de plantes exposées aux éléments traces; utilisation pour la phytoremédiation et la biosurveillance

Abstract

Ce travail a pour objectif de tester des solutions viables et durables pour la phytoremédiation de sols contaminés en éléments traces. Il inclut à la fois des données sur l'évaluation initiale et résiduelle des risques (biosurveillance) et sur des solutions de phytomanagement à long terme utilisant des plantes et microorganismes associés, en particulier la phytoextraction aidée couplant l’épuisement du pool labile de contaminants du sol, la production de matière première végétale et la restauration de services écosystémiques. La phytotoxicité du Cu, le rôle améliorant d’amendements organiques et minéraux et la tolérance des plantes ont été examinés en utilisant des essais biologiques ainsi qu’une technique de dilution du sol. L'utilité d’une lignée de mutants de tournesol (Helianthus annuus) et d’une lignée parentale de tabac (Nicotiana tabacum) pour le biomonitoring de sols contaminés en Cu a été évaluée. Les paramètres biochimiques, qui sont en relation avec le statut antioxydant des plantes et leurs réponses moléculaires à l’excès de Cu, ont en général montré une plus grande sensibilité que les traits morphologiques. Le tabac est plus tolérant au Cu que le tournesol. Des bactéries endophytes issues de différentes sources, notamment des graines d’une population métallicole d’une graminée (Agrostis capillaris), ainsi que des composés organiques dans les broyats de graines peuvent stimuler la croissance du tournesol et du tabac aux expositions en Cu modérément en excès. Pour ces plantes annuelles, accumulatrices secondaires du Cu et à phénotype d’exclusion, l'augmentation de la capacité de phytoextraction de Cu par les parties aériennes s’effectue surtout par l’accroissement de la biomasse aérienne, plutôt que par celui de sa concentration en Cu. Plusieurs pratiques pour améliorer la phytoextraction aidée du Cu ont été examinées in situ, en parcelles sur site : l'application d’amendements au sol, l'utilisation de lignées de mutants et de variants somaclonaux, la rotation de cultures et des cultivars, la bioaugmentation, la fertilisation, l’irrigation et l’écimage. Deux lignées de mutants et des cultivars commerciaux de tournesol ainsi qu’une lignée parentale de tabac ont montré un fort potentiel pour la phytoextraction du Cu, accompagné d’une production significative de graines et biomasse aérienne valorisables. Les solutions de restauration écologique basées sur la phytoextraction, utilisant des plantes annuelles accumulatrices secondaires de Cu permettraient (1) la décontamination progressive des sols contaminés en Cu au cours des rotations culturales, (2) un retour financier lié à la valorisation de la biomasse végétale et (3) la restauration de services écosystémiques.