EFFET DU CHROME HEXAVALENT (K2CrO7) SUR LA GERMINATION D’Atriplex halimus L.pdf

SAIDANI E., NEDJIMI B.

Université de Djelfa, Faculté des Sciences de la Nature et de la Vie, Laboratoire d’Exploration et de Valorisation des Écosystèmes Steppiques, Cité Aîn Chih, BP3117 Djelfa 17000, Algérie.

 

Résumé : Notre étude a pour objectif de déterminer l’effet d’un polluant toxique sur la germination des graines d’Atiplex halimus, halophyte d’une grande importance fourragère et écologique. Les semences ont été mises à germer en présence du K2CrO7 (0, 1mM, 10 mM, 20 mM, 50 mM, 100 mM et 150 mM) avec une  photopériode de16h de lumière et 8h d’obscurité. Les résultats obtenus ont montré que les graines de cette espèce se caractérisent par une bonne aptitude à germer et leur faible sensibilité en présence de 1mM K2CrO7. Le seuil de sensibilité de la germination qui cause 25% de réduction est de l’ordre de 10.5 mM K2CrO7. A. halimus peut être considéré comme une espèce hautement tolérante au chrome pendant sa phase germinative.

Mots-clés: Atriplex halimus, chrome hexavalent, métaux lourds, taux de germination,  dépollution.

EFFECT OF HEXAVALENT CHROMIUM (K2CrO7) ON GERMINATION OF Atriplex halimus L.

Abstract:Atriplex halimus is a perennial halophyte, which is widely distributed in the Algerian salt steppes. This study reports the effect of Hexavalent chromium (K2CrO7) on the germination this species. Seeds were germinated in presence of ten metal concentrations (0, 1, 10, 20, 50, 100 and 150 mM K2CrO7) and 16h/8h of photoperiod. Results showed that seeds were characterized by low sensitivity to 1mM K2CrO7. The threshold of sensitivity of germination was about 10.5 mM K2CrO7. A. halimus is highly tolerant of chromium pollution at germination stage.

Key words: Atiplex halimus, hexavalent chromium, heavy metals, rate of germination, depollution.

Introduction 

Les métaux lourds sont des polluants engendrés par l'activité humaine qui ont un fort impact toxicologique. Ils ont des effets néfastes sur les végétaux, les denrées  alimentaires et sur la santé humaine [1]. Ces dernières années, la contamination de l'environnement par le chrome est devenue un problème majeur. Sous sa forme hexavalente (Cr IV), il est hautement toxique pour les animaux et les végétaux [2].

La capacité d'une plante à résister ou à tolérer la toxicité aux métaux lourds dépend de son aptitude à maintenir la germination dans un environnement pollué [3]. Compte tenu de l’importance de la phase germinative dans le déroulement des stades ultérieurs du développement de toute espèce végétale il s’avère indispensable d’étudier le comportement germinatif et d’évaluer la tolérance vis à vis d’un stress métallique.

En Algérie A. halimus est une espèce halophyte autochtone qui pousse généralement sur des sols salés et en bordures des chotts et des sebkhas. Son importance fourragère s’explique par sa richesse en azote, son adaptation à la sécheresse et à la salure, le maintien de son feuillage vert durant toute l’année et par sa tolérance au pâturage [4].

Les espèces du genre Atriplex sont testées à des fins de phytorémediation pour décontaminer les sols pollués par les métaux lourds.Atriplex halimus peut être planté pour stabiliser les sols et pourrait contribuer à leur désalinisation, dans les régions arides [5]. L'espèce est présente, à l'état spontané, sur d'anciens sites miniers contaminés par divers métaux lourds. Des études récentes ont permis de souligner le caractère prometteur de l'espèce qui, soumise à une importante dose de cadmium (Cd), est capable d'accumuler des quantités importantes de cet élément sans présenter d'inhibition de croissance ou d'augmentation de la mortalité [6]. Cependant, peu d’études ont porté jusqu’à présent sur l’évaluation de la tolérance de cette espèce au chrome (Cr). Dans ce contexte, une expérience a été menée avec des gaines d’A. halimus en condition contrôlées pour évaluer l’effet de K2CrO7 sur la germination de cette halophyte.

1. Matériel et méthodes

Le facteur de variation étudié est la concentration de chrome hexavalent (K2CrO7) qui est réputé  pour être hautement toxique. Ce sel a été retenu en raison de sa grande solubilité qui lui confère une mobilité élevée en solution du sol. Pour déterminer l’effet de K2CrO7 sur la germination d’A. halimus et déterminer le seuil critique de sensibilité de cette espèce, nous avons utilisés sept (07) concentrations de K2CrO7 à savoir ; 0, 1, 10, 20, 50, 100 et 150 mM.

Après décortication de leurs valves fructifères, les graines sont mises à germer par lot de100 graines pour chaque traitement dans des boites de pétri de 9 cm de diamètre, tapissées de papier filtre stérilisé et fermées hermétiquement, à raison de 25 graines/boite, soit 04 répétition par traitement [7]. Le papier filtre est humecté au départ, et puis toutes les 24 heures avec 05 ml d’eau distillée (témoin) ou avec les différentes solutions de (K2CrO7).

            Les boites sont déposées dans un incubateur dont la températeure est réglée à 20±1°C. la photopériode est de 16 heures de lumière et 08 heures d'obscurité et l'éclairement est assuré par  un dispositif lumineux composé de tubes fluorescents (Figure 1). Les graines germées sont dénombrées toutes les 24 heures, sur la base de l’apparition  d’une radicule de 1mm environ a été utilisée.

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2. Résultats et discussion

2.1. Taux de germination

Les résultats obtenus montrent que le pourcentage de germination des graines d’A. halimus obtenu au bout de 15 jours varie en fonction de la concentration en K2CrOdu milieu (Figure 2). En absence de chrome le taux de germination est de 84%. Pour le milieu contenant 1mM de K2CrO7 la capacité germinative a augmenté de 4% par rapport à celle obtenue chez les graines témoins. Cependant avec les concentrations 10, 20 et 50 mM K2CrO7, le taux de germination a diminué respectivement de 16%, 23% et 21% par rapport au témoin. Le pourcentage des graines germées baisse au niveau du traitement 100 mM et devient encore plus faible pour la concentration de150 mM K2CrO7 (diminution de 81%).

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Statistiquement, l’analyse de la variance montre qu’il existe un effet très hautement significatif (P<0.001) de la concentration en K2CrO7 sur le taux de germination (Tableau 1). 

Par ailleurs, le test de Tukey au seuil de 5%, met en évidence une différence significative entre les concentrations 1 mM K2CrO7 (groupe a), et le groupe b qui correspond à une concentration de 20 mM K2CrO7 (Figure 2). Le seuil de sensibilité de la germination au K2CrO7 se situerait dans l’intervalle des concentrations comprises entre 1 et 20 mM K2CrO7.

Tableau 1: Analyse de la variance du pourcentage de germination des graines d’A. halimus en fonction des différentes concentrations en K2CrO7 (n=4).

Effet

DDL

S.C.E

C.M

Test F

P

Ordre origine

1

84700

84700

735

0.00001

Var. Facteur  (K2CrO7)

6

25088

4181.33

36.28

0.00001

Erreur

21

2420

115.24

   

Total

27

27508

     

Les plantes hyper-accumulatrices des métaux lourds présentent un intérêt pratique puisqu'elles pourraient être utilisées pour décontaminer des sols pollués par ces métaux (phytoextraction). A plus grande échelle, le chrome est principalement rejeté dans l'environnement à la suite d'activités humaines comme l'exploitation minière, l'incinération de déchets... A doses élevées, le chrome devient toxique; pour la santé humaine, il peut entraîner des manifestations de tératisme. De plus, les composés du chrome sont cancérigènes.

Nos résultats montrent que les graines d’A. halimus tolèrent une toxicité du chrome  jusqu’à 20 mM avec un taux de germination de 61%.  Chidambaram et al. [9] ont noté chez Vigna mungo, une réduction du taux et de la vitesse de germination des graines en additionnant 200 mg/l de chrome dans le milieu de culture. Datta et al. [10], en étudiant la germination chez cinq variétés de blé (HD2956, HD2932, DBW14, KO512 et WH775) ont trouvé que, la présence de Cr dans le milieu se traduit par un allongement de la phase de latence, et un allongement de la période d’extrusion (phase durant laquelle la radicule perce le tégument).

2.2. Vitesse de germination

Selon la Figure 3, une phase de latence a été observée chez les graines semées en présence de concentrations élevées de chromate de potassium. La durée de cette phase est variable selon la concentration du chrome. Elle est courte, de l’ordre de moins de 24 heures, chez les graines témoins et celles soumises à des concentrations jusqu'à 20 mM de K2CrO7. Cependant, elle peut atteindre 4 à 7 jours chez les gaines traitées par 100 et 150 mM K2CrO7.

B040106032.3.  Le taux de réduction

La recherche de la meilleure fonction d’ajustement statistique de la relation entre le taux de germination et la concentration en K2CrO7 aboutit à une équation de la forme linéaire suivante (Figure 4) :

y = -0.54 x + 80.76,       R² = 0.94    

Où : y = Le taux de germination.

        x = La concentration en K2CrO7.

Le coefficient de détermination montre que 94% de la variance des taux de germination sont expliqués par le gradient de concentration en K2CrO7.

La recherche du seuil critique admissible ou seuil de toxicité sera calculé pour une réduction du taux de germination de 25% [8]. Le résultat est égal à 10.50 mM K2CrO7, ce résultat confirme le test de Tukey, et situe de façon plus précise le seuil de sensibilité ou de tolérance d’A. halimus au K2CrO7.

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 2.4. Taux de récupération

L’étude de ce paramètre permet de qualifier l’action osmotique et /ou toxique du  chrome hexavalent sur la capacité germinative. En effet, Les graines n’ayant pas germé durant les différents traitements, ont été rincées avec de l’eau distillée puis placées dans des boites de pétri et irriguées avec 5ml d’eau distillée. Après ce test, aucune graine n’a germé. Ce résultat permet d’évoquer un effet osmotique de ce métal. Les métaux lourds peuvent affecter la germination de la graine en limitant l'approvisionnement en eau (stress osmotique) et/ou en provoquant  des toxicités spécifiques d’ions (stress ionique). Selon Khan [11], un pourcentage élevé de récupération de la germination indique que la germination précédente a été inhibée par un effet osmotique, par contre, une faible germination pourrait indiquer une toxicité ionique spécifique.

Conclusion

L’effet du Cr sur la germination d’Atriplex  halimus L. a été examiné  lors de cette étude. Les résultats rapportés montrent que cette espèce tolère bien la présence de fortes concentrations en chrome durant le stade de germination. Sa culture peut être envisagée pour décontaminer les sols pollués par ce métal fortement toxique.

Remerciements

Ce travail est financé par le Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Algérien (Projet PNR n°. 1/U7/7606). Nous remercions vivement l’expert anonyme pour ses commentaires constructifs.

Références bibliographiques

[1].- Di Benedetto M. 1997 - Méthodes spectrométriques d’analyse et de caractérisation. Dossier SAM,  les métaux lourds. Axe " Génie des Procédés", centre SPIN, Ecole des Mines de Saint-Etienne. 49p.

[2].- Gaste H., Basly J.Ph., Botineau M., Verger J P. 2005 -  Bioaccumulation du chrome et du nickel par Cladonia portentosa, Hedwigia ciliata, Armeria arenaria et Festuca lemanii en milieu serpentinique (Lande du Cluzeau, Haute-Vienne). Annales Scientifiques du Limousin; 16 : 23 – 33.

[3].- Peralta J.R., Gardea T.J.L., Tiemann K.J., Gomez E., Arteaga S., Rascon E., Parsons J.G. 2001 - Uptake and effects of five heavy metals on seed germination and plant growth in alfalfa (Medicago sativa) L. Environmental Contamination and Toxicology; 66: 727– 734.

[4].- Nedjimi B. 2012 - Atriplex halimus subsp. schweinfurthii (Chenopodiaceae): A native species in salt steppes of Algeria – A Review. In: Lluvia Marín and Dimos Kovač (Eds.) Native Species: Identification, conservation and restoration. Nova Science Publishers, Inc. New York: 155-168.

[5].- Nedjimi B., Daoud Y. 2009a - Effects of calcium chloride on growth, membrane permeability and root hydraulic conductivity in two Atriplex species grown at high (sodium chloride) salinity. Journal of Plant Nutrition; 32:1818 -1830.

[6].- Nedjimi B., Daoud Y. 2009b - Cadmium accumulation in Atriplex halimus subsp. schweinfurthii and its influence on growth, proline, root hydraulic conductivity and nutrient uptake. Flora; 204:316-324

[7].- Bajji M., Kinet J.M., Lutts S. 1998 - Salt stress effects on roots and leaves of Atriplex halimus L. and their corresponding callus cultures. Plant Science; 11(137): 131-142.

[8].- Maas E.V. 1990 - Crop salt tolerance. In: Tanji, K.K. (Ed.), Agricultural Salinity Assessment and Management. ASCE Manuals and Reports on Engineering No. 71, ASCE, New York, pp: 262-304.

[9].- Chidambaram A., Sundaramoorthy P., Murugan A., Sankar G.K., Baskaran L. 2009 - Chromium induced cytotoxicity in Black gram (Vigna mungo L.). Iranian Journal of Environment Health  Science Engineering; 6: 17-22.

[10].- Datta J.K., Bandhyopadhyay A., Banerjee A., Mondal N.K. 2011- Phytotoxic effect of chromium on the germination, seedling growth of some wheat (Triticum aestivum L.) cultivars under laboratory condition. Journal of Agricultural Technology; 7(2): 395-402.

[11].- Jamal S.N., Iqbal M.Z., Athar M. 2006 - Phytotoxic effect of aluminum and chromium on the germination and early growth of wheat (Triticum aestivum) varieties Anmol and Kiran. International Journal of Environmental Science Technology; 3(4): 411-416.

[12].- Khan M.A. 2002 - Halophyte seed germination: Success and Pitfalls. In: Hegazi A.M., El-Shaer H.M., El-Demerdashe S., Guirgis R.A., Abdel Salam Metwally A., Hassan F.A., Khashaba H.E. (Eds.) Optimum resource utilization in salt affected ecosystems in arid and semi-arid regions. International symposium , Desert Research Center, Cairo, Egypt pp. 346-358.