Etude de l’interaction entre le transport du phosphate et

la tolérance aux métaux lourds

chez les plantes

Mlle AYADI Amal ENIS: LBVAAC CEA (Cadarache, France): LBDP Groupe Chimique Tunisien

Le phosphate

Le phosphate est une ressource naturelle non renouvelable d’origine minière extraite principalement des gisements sédimentaires A l’heure actuelle, les industries de production d’engrais, d’aliments pour bétails et de pesticides transforment environ 95% du phosphate naturel l'industrie tunisienne des phosphates occupe la 5ème place parmi les plus grands opérateurs internationaux dans cette activité

En Tunisie

La production d’une tonne d’engrais et d’acide phosphorique conduit à la production de 5 tonnes de PG

Phosphogypse :

- Déchet industriel stocké en terril à côté des usines de fabrication du GCT (Sfax, Gabes, Mdhilla, Skhira) - Production estimée à 10 millions de tonnes/an -Son pH est très acide (pH2) - Fine granulométrie  mobilité et de transfert des impuretés par le vent, la pluie…) - Contient différents types de métaux lourds (cadmium) toxiques risque pour santé animaux, plantes et homme

Elément Teneurs en certains métaux lourds du PG tunisien (Sfar Felfoul, 2004) Cadmium (Cd) Mercure (Hg) (µg/kg) Chrome (Cr) Plomb (Pb) Zinc (Zn) Teneur minimale (mg/kg)

3,11 24 14,4 1,76 20,7

Teneur maximale (mg/kg)

22,9 29 22,4 2,01 182

En Tunisie

Ces dernières années, les problèmes de stockage et de valorisation du phosphogypse en Tunisie sont devenus parmi les préoccupations majeures du GCT et du Ministère de l’Environnement

En Tunisie

Valorisation du phosphogypse En industrie

de fabrication du ciment Portland, la : l’industrie de plâtre, construction routière et l’industrie des briques

En agriculture

caractéristiques : utilisé comme engrais ou comme amendements pour des sols salins impropres à la culture et y restaurer ainsi les physiques et chimiques convenables Felfoul et al., 2002).

(Sfar Seulement 15% du phosphogypse produit dans le monde

En Tunisie

Alternative biologique; utiliser les plantes

Couvert végétale: Pour réduire la pollution et stabiliser le phosphogypse

Phytoremédiation

: Utiliser les plantes hyper accumulatrices ayant la capacité à tolérer et extraire des quantités importantes de métaux lourds des sols et des eaux souillées

La Phytoremédiation

Il existe 4 domaines de phytoremédiation:

Phytoremédiation:

• Concept utilisé par l’Homme il y a 3000 ans pour épurer l’eau • Intérêt renouvelé dans les années 1970 pour le traitement des pesticides et des métaux

La Phytoremédiation

Application: Phytoremédiation des sols: Des polluants organiques (TNT, PCB…) Des polluants métalliques (ZN, Cd...) Des polluants radionucléides ( 137 Cs, 90 Sr, U) • • • Avantages: Faible coût Respect du site Concentration des polluants avant traitement

La Phytoremédiation

Aptitude à transférer les métaux dans la partie aérienne Cd Hg Pb Réseau racinaire développé + Capacité de chélation et de séquestration

Cd

Propriétés Des Plantes métallophytes utilisées dans la phytoremédiation

Procédé

Objectif

: Améliorer les capacités d’accumulation, de transfert et de résistance des plantes aux polluants (Métaux lourds, radionucléides…) …)

Approches génétiques

Spécificités des gènes:

 Améliorer le développement racinaire  Optimiser la séquestration et la compartimentation des molécules chélatrices  Favoriser un transfert plus efficace des polluants du sol vers les racines puis vers la partie aérienne (Transporteurs membranaires spécifiques)

Choix du sujet d’expérimentation

Au laboratoire LBDP (CEA de Cadarache)

En utilisant une plante modèle Arabidopsis thaliana:

Caractéristiques :

• Herbe de petite taille et robuste • Appartenant à la famille des Brassicacées • Cycle biologique court (deux mois) • Production de plus de 10000 graines par plantes • 5 chromosomes (26000 gènes) • Génome entièrement décrypté depuis 2001

Relation Pi et métaux

Au laboratoire LBDP (CEA de Cadarache) Quelle relation existe t-il entre phosphate et métaux ?

Le Pi chélate les cations dans le sol (métaux…) Le Pi a un impact majeur de la biodisponibilité de ces éléments polluants dans le sol

Au laboratoire LBDP (CEA de Cadarache)

La carence en Pi dans le sol

A.thaliana

les métaux sont plus facilement accumulés dans la plante les métaux chélatés au Pi interne de la plante s’accumulent dans la vacuole Quel est l’impact de l’import du phosphate et sa compartimentation dans les plantes sur l’absorption des métaux ?

Projet de collaboration Franco (CEA)-Tunisienne (ENIS)

• Caractériser l’impact du phosphogypse sur le développement des plantes pour mieux identifier ses effets négatifs potentiels (toxicité, contamination de la flore…).

• Etudier l’interaction entre la capacité d’absorption ou de stockage du phosphate par la plante et la modulation des effets toxiques potentiels du phosphogypse • Chercher des solutions pour éliminer ces éléments polluants.

Mise en évidence de quelques mutants qui présentent des altérations

Au laboratoire LBDP (CEA de Cadarache)

dans les gènes de transport du phosphate dans la plante des gènes impliqués dans l’accumulation du Pi dans la plante tester l’effet de la modification du niveau de phosphate interne sur l’absorption d’éléments minéraux toxiques tels que certains métaux (As, Cd, Hg, Pb..)

Accumulation des métaux lourds

Lignées sauvages

WS Col

Au laboratoire LBDP (CEA de Cadarache)

pho2

Lignées mutantes

B19.8

 Les lignées ont été cultivées dans un milieu contaminé par des métaux lourds pendant 2 mois.

Résultats et discussion

Au laboratoire LBDP (CEA de Cadarache) Microéléments

0,018 0,016 0,014 0,012 0,010 0,008 0,006 0,004 0,002 0,000 Cd 214.439

Cr 205.560

Cu 213.598

Pb 220.353

La modification de la quantité de phosphate à l’intérieur de la plante pourrait altérer l’accumulation des métaux lourds.

Le mutant pho2 montre la meilleur capacité d’accumulation de métaux

WS col B198 par5 pho2

Résultats et discussion

Au laboratoire LBDP (CEA de Cadarache) Culture d’

A.thaliana

in vitro en présence d’Arsenate pho2 à 30µM AS B19.8 à 30µM AS

La lignée B19.8 présente une résistance à l’AS et une meilleur croissance qui est maintenue.

Résultats et discussion

Conclusion: Tous ces résultats laissent à penser que la manipulation de la teneur en Pi des plantes peut avoir un impact sur l’accumulation de métaux et offrir des pistes pour produire des lignées hypo ou hyper-accumulatrices.

En Tunisie Perspectives



L’impact du phosphogypse (PG) sur la croissance et le développement d’

A.thaliana

.



Vérifier la capacité des lignées présentant un bon taux de croissance et des teneurs de phosphates très basse, à accumuler et à tolérer des métaux lourds après culture sur milieu mélangé avec du (PG).



Etudier la possibilité d’utiliser des terrains de PG pour le développement de plantes ornementales, fourragères…

Merci.