MECANISES ADAPTATIFS DE  L’HALOPHYTE SPONTANEE Sueada  mollis SOUS DEUX REGIMES HYDRIQUES DIFFERENTS

 DE LA REGION DE OUARGLA

 Ghania ANNOU* et Aminata OULD EL-HADJ KHELIL**

 Laboratoire de Protection des Ecosystèmes en Zones Arides et Semi Arides,

 Université de Kasdi Merbah Ouargla, Ouargla 30000, Algérie

  RESUME :

 Quelques aspectes de la résistance des halophytes spontanées poussant dans la région de Ouargla ont été étudiés. L’espèce retenue est : Suaeda mollis, et ce pendant deux périodes (hivernale et estivale) et sous deux régimes hydriques (continu et discontinu).

 L'analyse physico-chimique des rhizosphères indique que le sol de Chott Ain El Beida est plus salé que celui de l'exploitation qui montre une variabilité de la salinité sous l'effet de l'irrigation.

 Les essais réalisés sur cette espèce a permis de tirer quelques renseignements concernant l'effet du sel sur la composition minérale des différents organes, leur état hydrique, leur contenu en glucides solubles, en proline et en protéines en fonction du régime hydrique.

 Le statut hydrominéral permet de constater que le mécanisme adaptatif de Suaeda mollis est la compartimentation (inclusion).

 Une proportionnalité entre l'évolution de la teneur des rhizosphères en sel avec l'évolution de la teneur de cette espèce en ions toxiques et en solutés compatibles telles que les sucres solubles totaux, la proline et les protéines est généralement constatée. Ces éléments sont compartimentés à l'échelle de la plante entière par la séquestration des ions toxiques dans les feuilles les plus âgées, les jeunes feuilles bénéficient alors d'une protection accrue. Celles-ci en contre partie accumulent de préférence des solutés compatibles qui contribuent à leur ajustement osmotique.

 MOTS CLES : Salinité, adaptation, ions, glucides solubles totaux, proline, protéines. 

 ABSTRACT :

 Some aspects of spontaneous resistance of halophytes growing in the region of Ouargla were studied. The species selected are: Suaeda mollis, and for two periods (winter and summer) and two water regimes (continuous

 and discontinuous).

 The physico-chemical analyses of the rhizospheres indicates that the soil of Chott el Ain Beida is more salty than

 the farm which showed a variability of salinity as a result of irrigation.

 Testing of these species have yielded some information concerning the effect of salt on the mineral composition of different organs, their water, their content in soluble carbohydrates, proline and protein as a function of water regime.
The Hydromineral status identifies the adaptive mechanisms of plants. This is the compartmentalization (inclusion) for Suaeda m.

 Proportionality between changes in the content of salt in rhizospheres with the evolution of the species content of toxic ions and compatible solutes such as total soluble sugars, proline and proteins is generally found. These elements are fragmented throughout the entire plant by the sequestration of toxic ions in older leaves, young leaves then benefit from increased protection. These in part accumulate against preferably compatible solutes contributing to osmotic adjustment.

 KEYWORDS : Salinity, salt stress, adaptation, ions, total soluble carbohydrates, proline, proteins.

 I. Introduction

 La salinité est l'un des stress environnementaux les plus importants, affectant la productivité agricole autour du monde. Il occupe et continuera d’occuper une très grande place dans les chroniques agro-économiques [1].

 Lasalinisation des sols représente l'étape ultime et difficilement réversible de la dégradation des écosystèmes secs [2]. Cette salinisation n’est pas seulement d’origine naturelle mais elle est aussi liée à l’Homme qui, pour des raisons économiques a développé une agriculture intensive souvent mal contrôlée en pratiquant des techniques d’irrigation inadéquates. Ainsi,  il est noté que sur les 91 millions d’hectares des terres irriguées sur le globe, de 30 à 50% sont devenues stériles par la salinisation [2].

 Dans le cas de stress salin, une double problématique se pose à l’organisme végétal : d’un coté, la présence de sel, en abaissant le potentiel hydrique du sol, menace l’approvisionnement en eau de la plante. De l’autre, l’absorption de sel dans les tissus, menace le bon fonctionnement physiologique des cellules. Face à ce danger, toutes les plantes ne sont pas égales. Certaines, nommées glycophytes, ne sont pas capables de supporter la présence de sel. Les halophytes au contraire, ont développé des réponses physiologiques pour assurer leur approvisionnement en eau tout en préservant leur métabolisme [3].

La principale caractéristique des halophytes est de posséder une matière vivante capable de fonctionner activement en présence de fortes concentrations salines. C'est là l'aspect essentiel de leur résistance au sel [4].Cette matière vivante est représentée essentiellement parles glucides solubles principalement le glucose, le fructose et le saccharose mais aussi les sucres alcools et les acides organiques qui semblent jouer un rôle très important dans le maintien d’une pression de turgescence qui est à la base des différents processus contrôlant la vie d’une plante [5, 6].

Les acides aminés et leurs dérivés interviennent aussi dans l’ajustement osmotique. Ils sont localisés dans le cytosol mais aussi dans la vacuole. La proline, l’alanine, la β-alanine et la glycine bétaïne, sont les plus connus [4,7].

Les études relatives aux mécanismes physiologiques impliqués dans la tolérance à la salinité ont montré que le maintien de la sélectivité entre sodium et potassium, les ajustements des métabolismes glucidiques et prolinique et l’aptitude à compartimenter les solutés accumulés sont parmi les conditions nécessaires à la survie en milieu salin [8]. C’est à ce niveau d’appréhension des mécanismes adaptatifs exprimés par les halophytes pour résister à la salinité que se situe ce travail par l’évaluation des composées minéraux et organiques jugés comme les éléments clés de la résistance à la salinité et ce chez l’halophyte spontanée Sueada mollissous deux régimes hydriques dans la région de Ouargla.

 II. Matériel et méthodes

 1. Matériel

Sur la base de la représentativité, indiquant la présence de plusieurs individus d'une même espèce à un même endroit nous avons choisis une espèce commune aux deux stations d’étude, il s’agit de Suaeda mollis.

Nous avons réalisé deux échantillonnages : Le premier au mois  février  et le seconde au mois de juin. Au niveau de la palmeraie de l’université l’échantillonnage à été effectué en deux temps avant (av) et après l’irrigation (ap) pour chaque période. Il est réalisé une seule  fois par période au niveau du  chott (ch) vu qu’il s’agit d’un régime hydrique permanent.

Les plantes prélevées en triplicata sont fractionnées en parties aériennes (feuilles basales FB et feuilles jeunes FJ) et racinaires.

 Après lavage à l’eau distillée et essuyage, une aliquote de chaque fraction est conservé  dans l’éthanol avant l’extraction des composées hydrosolubles et le reste est aussi tôt pesé et séché à l’étuve.

 Les échantillons de sols avec leurs racines ont aussi été prélevés afin d’effectuer les analyses physico-chimiques.

 2. Méthodes

 2.1. Détermination de la teneur en eau

 La teneur en eau est obtenue par différence entre la masse de matière fraiche (MF) et la masse de matière sèche (MS). Elle est rapportée au gramme de matière fraiche et exprimée en pour-cent selon l’expression :

 TE = [(MF- MS) ⁄ MF] x100   Audigie et al., (1984) [9].

 2.2. Extraction des métabolites et des composés minéraux

 L’extraction est réalisée dans l’éthanol qui déstabilise le matériel végétal ce qui permet d’extraire les glucides, la proline, d’autres acides aminés libres, les protéines, et une fraction importante des composés minéraux.

 Pour cela on ajoute 4 ml d’éthanol à 95 % dans des tubes à essais contenants un gramme de matériel végétal frais et découpé finement. On agite vigoureusement puis on place les tubes dans un bain marie à 95°C jusqu’à évaporation totale de l’alcool. Les échantillons sont refroidis puis rincés trois fois avec de l’eau distillé, à chaque fois on agite vigoureusement et on récupère le surnageant, les trois fractions réunis sont centrifugées 10 mn à 4000 rpm puis le surnageant est récupéré et conservé à -20°C jusqu’à utilisation pour les dosages [7].

 2.3. Dosage des ions et des métabolites

    L’analyse des ions Sodium (Na+), Potassium (K+), Chlorure (Cl-), Calcium (Ca++) du sol et des extraits est faite par l’ionogramme ESCHEILER, les valeurs sont exprimées en méq/g MF.

Les glucides solubles totaux sont quantifiés via la méthode de Roe (1955) [10].

 La teneur en proline libre est déterminée selon la méthode de Troll et Lindsey (1954) [11] améliorée par Bates et al (1973) [12], puis par Magné et Larher (1992) [13].

 La teneur de nos extraits en protéines solubles totales est effectuée par la méthode de Lowry (1951) [14].

 III. Résultats et discussion

 1. Résultats

 1.1. Caractéristiques physico-chimiques des rhizosphères des plantes étudiées

 1.1.1. Potentiel Hydrogène (pH) et la Conductivité électrique (CE)

Le tableau 1 ci-dessous, regroupe les valeurs de pH et de la CE des extraits aqueux 1/5 des rhizosphères des plantes étudiées.

 Tableau 1. Potentiel Hydrogène (pH) et la Conductivité électrique (CE)

 des rhizosphères des plantes étudiées.

 Le pH des rhizosphères des plantes étudiées variant entre 7.34 et 7.9 au niveau des deux stations et pendant les deux périodes de récolte (tableau 1). 

 Au niveau de l’exploitation où le pH est plus bas, on assiste à sa diminution après irrigation et son augmentation pendant la seconde période de récolte. Cette augmentation du pH en fonction des saisons est aussi constatée au niveau de la station chott Ain El Beida (tableau 1). 

 La conductivité électrique des échantillons de sol décroît sous l’effet de l’irrigation à  l’exploitation où sa valeur ne semble pas être affectée par les différentes espèces, contrairement au chott Ain El Beida. Les échantillons de la seconde récolte montrent une augmentation de la CE et ce, au niveau des deux stations d’étude (tableau 1).

  1.1.2. Statut ionique

 Les sols des stations d’étude sont caractérisés par leur richesse en Na+ et Cl- et leur faibles teneurs en K+ et Ca++ (Fig. 1).

 Pendant la seconde période de récolte effectuée au mois de juin (période estivale), une augmentation des teneurs en Na+ et Cl- est observée au niveau des deux stations sans variation notable de celles de K+ et Ca++. Une augmentation en Na+ et Cl- au voisinage de Sueada mollis dans les deux stations est notée, où l’on passe respectivement pour Na+ et Cl- de 0.072 à 0.086 et 0.095 à 0.12 méq/g de sol à l’exploitation et de 0.11 à 0.14 et de 0.13 à 0.17 méq/g de sol au niveau du chott (Fig.1)

 L’irrigation appliquée à l’exploitation provoque la diminution des teneurs des rhizosphères en Na+ et Cl- (Fig. 1). 

De manière générale, on peut constater que les rhizosphères les plus pourvues en Na+ et en Cl- sont celles de Suaeda mollis au niveau du chott. À l’opposé, les sols prélevés à l’exploitation notamment, après irrigation semblent moins pourvues en ces ions. Ces sols présentent des teneurs en K+ et Ca++ relativement plus importantes que celles enregistrées au niveau du chott Ain El Beida.

1.2. Composition minérale et organique des plantes

 1.2.1. Composition minérale   

 1.2.1.1.  Statut hydrique   

 Lors de la première récolte effectuée au mois de février, on constate que les feuilles basales de Suaeda mollis sont les plus riches en eau (85.63%) suivies des feuilles jeunes (84.86%) et des racines (44%) (Fig. 2A). Les valeurs les plus élevées sont enregistrées au niveau de l’exploitation où elles semblent même augmenter légèrement sous l’effet de l’irrigation (Fig. 2A).

 Une diminution visible de la teneur en eau (TE) des feuilles jeunes et des racines est notée lors de la deuxième récolte. Les feuilles basales semblent moins touchées par cette diminution. L’irrigation pendant cette période permet de corriger le statut hydrique des feuilles jeunes et des racines (Fig. 2A′).

 

1.2.1.2. Statut ionique

 Les teneurs en sodium et en chlore de Suaeda mollis varient d’un organe à l’autre (Fig. 3). Les feuilles basales en sont généralement les mieux pourvues. Le contenu sodique des plantes récoltées au niveau du chott est plus important que celui des plantes récoltées au niveau de l’exploitation (Fig. 3).

 La teneur de Suaeda mollis, du chott en K+ semblent très faibles par rapport au Na+. Car le rapport  K+/Na+ varie de 0.01 à 0.88 sachant que ce rapport diminue à  la deuxième récolte, témoignant de l’augmentation de la teneur de cette espèce en Na+ et la diminution de la teneur en K+.

 En comparant l’évolution de la salinité (CE et composition ionique) des rhizosphères avec l’évolution de la composition ionique des plantes étudiées (entre la 1ère et la deuxième récolte incluant l’effet de l’irrigation) on constate une proportionnalité entre les deux paramètres.

1.2.2. Composition organique des plantes

 1.2.2.1. Évaluation du contenu glucidique

 Les plantes de  Suaeda mollis récoltées au niveau du chott accumulent de plus fortes teneurs en GST que celles de l’exploitation. Les plantes récoltées pendant la période hivernale semblent accumuler le plus de GST dans leurs racines, dont la  teneur est de 56.4 μmoles éq. glucose.g-1 MF. Suaeda mollis récoltée au niveau du chott accumule de plus fortes teneurs en GST que celles de l’exploitation. Concernant la partie foliaire, on note une accumulation préférentielle des GST au niveau des feuilles jeunes (Fig. 4 A’).

 Les échantillons de plantes prélevées le mois de juin (2ème échantillonnage) révèlent une augmentation dans le contenu des racines en GST surtout au niveau du chott où il passe de 70.4 à 85.09 μmoles éq. glucose.g-1 MF (Fig. 4 A’).

1.2.2.2. Evaluation du contenu prolinique

 Suaeda mollis de la première récolte accumule plus de proline dans leurs racines que dans leurs feuilles

 Les planes Suaeda mollis récoltés au mois de juin montrent une augmentation des concentrations en proline dans les deux sites expérimentaux mais plus visiblement au niveau du chott et au niveau de tous les organes. Dont on  passe de  1.83 à 1.88 µmoles.g- MF au niveau des feuilles basales, de 2.19 à 6.28 µmoles.g-1 MF au niveau des feuilles jeunes et de 3.52 à 10 µmoles.g-1 MF au niveau des racines (Fig. 5 A, A′).

 1.2.2.3. Contenu en  protéines solubles totales

 Suaeda mollis de la 1ère récolte présente de fortes teneurs des feuilles en protéines par rapport aux racines, notamment au niveau des feuilles jeunes.

 Les plantes de la seconde récolte exhibent des teneurs en protéines plus importantes que celles de la 1ière récolte et ce, au niveau de tous les organes considérés et des deux stations d’étude. Cette augmentation est plus remarquable au niveau des feuilles jeunes où l’on passe de  15.82 à 46.73 µg.g-1MF à l’exploitation et de 30.96 à 71.94 µg.g-1MF au chott (Fig. 6A, A′),

2. Discussion

 D’après la classification de  Duchafour, (1977) [15] et Aubert, (1983) [16] et à partir de nos résultats de déduire que les sols de deux stations d’études sont extrêmement salins.

 Concernant la composition ionique, le faciès chimique des sols étudiés semble chloruré sodique. Deux ions toxiques pour les végétaux et pouvant entrainer la dégradation de la structure du sol [17].  Les concentrations élevées en sel génèrent de bas potentiels hydrique du sol, une forme de sécheresse physiologique, qui rend de plus en plus difficile l’acquisition d’eau et de nutriments par les plantes [14]. Les cellules devront donc réagir en diminuant leur potentiel interne. Ce qui permet à la plante d’assurer une hypertonie constante, renforcée par l’absorption de sel et sa conduite vers les feuilles et c’est le mécanisme principal caractéristique des halophytes qui leur permet de s’adapter à ces conditions édaphiques [8].

 Suaeda mollis, plantes en CAM, elles gardent leur succulence grâce à la fermeture diurne des stomates afin de minimiser la perte d’eau par la transpiration[18],Le mécanisme le plus commun aux halophytes pour assurer leurs besoins en eau  est l’ajustement osmotique  en augmentant leur pression osmotique par rapport à celle du sol par l’absorption de sels et leur transport vers les feuilles [3]. 

 Mettant en compte les teneurs en eau de nos espèces, nos résultats concordent avec ceux de Tipirdamaz et al., (2005) [19] obtenus sur les mêmes genres. Des teneurs en ions comparables sont trouvées  entre Sueada mollis et Sueada confusa

 La succulence (richesse en eau) de Suaeda mollis peut être considérée comme un mécanisme compensatoire pour réguler la concentration interne en sel par dilution [17].  Leur richesse en éléments minéraux (Na+ et Cl-) surtout au niveau des feuilles basales, suggère que cette plante représente une compartimentation à  l’échelle de la plante entière par l’exclusion des ions toxiques des feuilles jeunes et leur séquestration dans les feuilles âgées, constituant alors des organes sacrifiés [20]. L’importance de cette compartimentation est liée au fait que la compartimentation cellulaire est limitée par le volume de la vacuole [21, 5].

 Les fortes accumulations des glucides solubles totaux chez les espèces étudiées en relation avec leur contenu ionique suggèrent l’implication de ces composés dans la réponse de ces espèces à la contrainte saline. L’augmentation des sucres est en réalité un paramètre d’adaptation aux conditions de stress salin permettant de constituer une garantie pour le maintien d’une intégrité cellulaire élevée [20].

 La répartition foliaire (feuilles basales et feuilles jeunes) des sucres et des ions Na+ et Cl- se font selon des modalités opposées. L’accumulation en ces ions est accompagnée d’un appauvrissement en sucres solubles et vice versa. Ceci corrobore les résultats de Broyer et Meyer, 1980[20] ; Munns, (1988) [2] ; Perez-Alfocea et al., (1993) [22] et Ould El Hadj-Khelil, (2001) [7]  sur les Tomates suggérant la contribution des glucides à l’ajustement osmotique des plantes et leur intervention dans les mécanismes de résistance au sel.  Cayuela et al, (1996) [1] montrent que l’accumulation racinaire des sucres est la conséquence de l’abaissement du potentiel hydrique externe. Ces composés contribueraient à l’ajustement osmotique par l’abaissement du potentiel hydrique interne des racines ce qui facilite l’absorption de l’eau.

 Une proportionnalité entre le degré d’accumulation des ions Na+ et Cl- et celui de la proline est observée chez les espèces étudiées à l’exception de Salicornia ce qui suggère le rôle de la proline dans l’ajustement osmotique. La participation de cet acide aminé à la protection des structures cellulaires et notamment les protéines, contre les effets déstabilisants de l’abaissement de l’activité de l’eau à aussi été signalée par Handa et al., (1986) [23]. 

 La proline est accumulée chez Suaeda mollis de préférence au niveau des racines  comme chez Retam [24]   et le maïs [17].  Ce mécanisme permet de penser à la présence de sites de résistance de la plante à la contrainte. En effet, le transport de la proline de la source (lieu de synthèse) au site de la résistance est admis depuis longtemps comme un paramètre important dans l’acquisition de cette résistance [25]. Paquin (1986) [8] signale que la proline serait synthétisée dans les feuilles et transportée vers ces sites.

 Les protéines solubles totales présentent en générale une similarité avec les GST et la proline dans leur localisation au niveau des feuilles. On note leur existence en concentrations plus élevées au niveau des feuilles jeunes de dette espèce. Ainsi l’évolution de ces osmolytes entre la 1ière et la 2ème récolte est proportionnelle à l’évolution des protéines solubles totales. Cette proportionnalité suggère l’amplification de la synthèse des protéines enzymatiques impliquées dans la biosynthèse des osmolytes. Parmi ces enzymes on estime l’existence de la pyrroline-5-carboxylate synthétase et la pyrroline-5-carboxylase réductase qui catalysent la synthèse de la proline. Comme on estime l’existence d’autres enzymes intervenant dans la synthèse d’autres osmolytes.

  3. Conclusion

 Les sols des deux stations d’étude, sont qualifiés d’extrêmement salés. Cette salinisation est plus forte au niveau du chott Ain El Beida qu’à l’exploitation de l’université. Néanmoins, les fortes teneurs en sels dans cette station connaissent des fluctuations par l’effet de l’irrigation.

Malgré les conditions édaphiques des deux stations d’études caractérisées par leur richesse en ions Na+ et Cl- et leur faibles teneurs en K+ et Ca++ les halophytes spontanées qui y poussent arrivent à maintenir des teneurs en eau acceptables (> 60%).

La richesse des tissus de Sueada mollis en ions Na+ et Cl- suggère l’utilisation de ces ions fortement présent dans la solution du sol comme osmolytes moins coûteuses dans un premièr temps leur permettant d’augmenter leur pression osmotique nécessaire à l’absorption d’eau. Cependant, la non compatibilité de ces ions exige de ces même plantes de les gérer à l’échelle de la plante ou de la cellule de manière à protéger les structures et les fonctions cellulaires.

L’espèce étudiée semble favoriser la compartimentation des ions toxiques au niveau de leurs feuilles âgées préservant ainsi leurs jeunes feuilles (et leurs racines).

 La seconde étape de l’adaptation à la contrainte saline est l’utilisation des solutés compatibles à des teneures proportionnelles à celles des ions Na+ et Cl-. En effet c’est au niveau des organes moins chargés en ces ions que les teneurs en solutés organiques sont les plus élevées. On constate aussi une proportionnalité entre l’accumulation de ces composés dans les plantes et les concentrations de Na+ et Cl- dans les rhizosphères.

Les sucres solubles totaux sont fortement accumulés. Les teneurs de Suaeda mollis en proline sont très faibles comparées à celles des sucres, ceci laisse penser que les sucres ont une grande importance dans l’ajustement osmotique et que la proline serait plus un indicateur de stress qu’un partenaire quantitativement important dans l’ajustement osmotique.

 D’après la proportionnalité révélée entre les teneurs en protéines avec les ions, les glucides solubles et la proline, on peut estimer que ce protéinome est représenté par des protéines enzymatiques impliquées dans la synthèse de différentes osmolytes et aussi par des protéines protectrices des effets néfastes de sels.

Au terme de cette étude, nous pouvons conclure que la salinité constitue un facteur limitant affectant un grand nombre de processus physiologiques et biochimiques. La résistance au sel apparaît comme un caractère polygénique contrôlé à différentsniveaux d’organisation de la cellule à la plante entière. Il serait donc intéressant d’utiliser des techniques basées sur la biologie moléculaire des caractères pour une meilleure identification des marqueurs moléculaires qui pourraient être d’importance sérieuse dans le processus d’amélioration génétique des glycophytes à la salinité.

 Références

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