La biodégradation des chloroacétanilides dans les zones humides

Biodegradation of chloroacetanilide herbicides in wetlands

• Auteur / Autrice : Omniea Elsayed
• Direction : Stéphane Vuilleumier, Gwenaël Imfeld
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 23/01/2015
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences de la vie et de la santé (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génétique moléculaire, génomique et microbiologie (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Maurice Millet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ivonne Nijenhuis
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Josep M. Bayona, Jaak Truu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écologie des zones humides

Indicateurs biologiques

Génomique comparative

Pesticides -- Aspect environnemental

Biodégradation

Herbicides

Mots clés libres

Chloroacétanilides

Biodégradation de pesticides

Biogéochimie des zones humides

CSIA

T-RFLP

Pyroséquençage

Bioindication basée sur l'ADN

Chloroacetanilides

Pesticide biodegradation

Wetland biogeochemistry

CSIA

T-RFLP

Pyrosequencing

DNA-based bioindication

Résumé

Les chloroacétanilides sont une famille d'herbicides largement utilisée en agriculture, et contribuent de ce fait à la pollution environnementale. Leur devenir, y compris dans les écosystèmes rédox-dynamiques récepteurs comme les zones humides, est encore mal compris. Dans ce travail, la dégradation microbienne de chloroacétanilides (métolachlore, acétochlore et l'alachlore) a été étudiée par des approches innovantes de chimie analytique et de biologie moléculaire, à l'échelle du laboratoire en utilisant des microcosmes en colonnes, et in situ dans des zones humides construites à ciel ouvert et conçues pour traiter les intrants chimiques issus de l'agriculture.Une nouvelle méthode d’analyse isotopique composés-spécifiques a été développée. Les résultats indiquent la biodégradation des chloroacétanilides dans les zones humides, également suggérée par la détection des produits de dégradation correspondants (acides éthane sulfonique et oxanilique). Dans les expériences en microcosme de laboratoire, les chloroacétanilides ont principalement été dégradés dans les zones anoxiques de la rhizosphère, suggèrant un rôle prépondérant des processus anaérobies. L'analyse par chromatographie chirale du métolachlore a en outre révélé la dégradation préférentielle de l'énantiomère S du métolachlore, confirmant l'importance des processus biologiques dans la dissipation des chloroacétanilides. Les corrélations qui ont pu être observées entre les changements de variables hydrochimiques et de conditions hydrauliques et des différences de composition bactérienne détectées par génotypage par polymorphisme de longueur des fragments de restriction (T-RFLP) et par pyroséquençage du gène ARNr 16S confirme le potentiel de bio-indicateurs basés sur l'ADN pour suivre le fonctionnement des écosystèmes.Sur la base de ce travail, la détection et l'identification des micro-organismes et des voies biochimiques responsables de la dégradation de chloroacétanilides dans les zones humides, ainsi que l'élaboration d'indicateurs génétiques bactériens pour le suivi de la dégradation de chloroacétanilides en zones humides, émergent comme autant d’objectifs de recherche à court-terme.

Chloroacetanilide herbicides are widely used in agriculture, and thereby contribute to environmental pollution. Their fate, including in redox-dynamic receptor ecosystems such as wetlands, remains poorly understood. In this work, microbial degradation of chloroacetanilides (metolachlor, acetochlor and alachlor) was investigated by emerging chemical and molecular biological approaches, at the lab-scale using microcosm columns, and in situ, in outdoor constructed wetlands designed for the treatment of chemical pollutants originating from agriculture.A novel compound-specific isotope analysis (CSIA) method was developed, and the results indicated biodegradation of chloroacetanilides in wetlands, which was also suggested by detection of ethane sulfonic acid and oxanilic acid degradation products. In lab-scale wetland microcosms, chloroacetanilides were mainly degraded in anoxic rhizosphere zones, suggesting a predominant role of anaerobic processes. Chiral chromatographic analysis of metolachlor revealed preferential degradation of the (S) enantiomer of metolachlor, and further confirmed the role of biological processes in chloroacetanilide dissipation. Changes in hydrochemical variables and hydraulic conditions correlated with differences in wetland bacterial composition detected by terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP) and pyrosequencing analyses of the bacterial 16S rRNA gene, confirming the potential of DNA-based bioindicators for follow-up of ecosystem functioning.On the basis of this work, detecting and identifying the microorganisms and biochemical pathways responsible for chloroacetanilide degradation in wetlands, as well as developing bacterial gene-based indicators of wetland functioning, emerge as research objectives for the near future.