Silicon-mediated heavy-metal tolerance in durum wheat : evidences of combined effects at the plant and soil levels

• Auteur / Autrice : Muhammad Rizwan
• Direction : Catherine Keller, Jean Dominique Meunier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences de l'environnement
• Date : Soutenance le 17/12/2012
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences de l'Environnement (Aix-en-Provence ; 1996-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Claude Davidian, Muhammad Arshad
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gaëtane Lespes, Christophe Nguyen-The

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cuivre

Blé

Absorption

Éléments traces

Cadmium

Silice

Silicium

Mots clés libres

Silicium

Silice amorphe

Cadmium

Élément trace métallique

Absorption

Blé

Remédiation

Cuivre

Silicon

Amorphous silica

Heavy metals

Uptake

Wheat

Remediation

Résumé

La croissance des plantes est limitée par la toxicité métallique. Des études suggèrent que le stress métallique peut être limité par l'absorption de silicium (Si). Cependant la phytodisponibilité du silicium n'a pas encore été clairement évaluée. Ainsi dans un premier temps cette étude a pour objectifs d'évaluer la disponibilité de Si issu de différents minéraux du sol et la signification des différents extractants utilisés pour l'extraction de Si du sol en terme de disponibilité lors d'une culture en continu de blé dur. Pour ce faire, des extractants acides et alcalins ont été comparés sur une série de sols non contaminés de nature différente, puis la validité de Na2CO3 pour l'estimation de la fraction disponible de Si pour une culture continue de blé dur (Triticum turgidum L.) a été testée sur une série de sols contrastés. Ensuite on a tenté de déterminer le rôle spécifique de Si dans la croissance de plantules de blé dur et la suppression des stress associés à la présence de Cd et Cu dans le milieu de croissance, à la fois en conditions hydroponiques et sur support solide simplifié en comparant un alumino-silicate et une diatomite. Finalement, l'apport de silicium amorphe (ASi) (et disponible) a été testé en pot sur les plantes de blé ayant poussé sur des sols multi-contaminés ou contaminés en Cd. ASi extrait par Na2CO3 (ASiNa) est apparu bien corrélé aux concentrations dans les parties aériennes du blé dur ayant poussé en pot sur différents sols non contaminés et, pour cette raison, pourrait être utilisé pour l'évaluation de la fraction phytodisponible.

Plant growth is seriously limited by heavy metal toxicity. Studies suggest that silicon (Si) can alleviate the metal stress in plants but its bioavailability in soil is not well defined. This study aims at assessing the bioavailability of Si from different soil minerals, the meaning of various extractants in terms of availability in relation with continuous plant uptake, and the specific role of Si on the plant growth and alleviation of cadmium (Cd) and copper (Cu) toxicity in durum wheat. For this purpose a series of experiments were performed both in soil and hydroponic conditions. Firstly, the significance of acid and alkaline methods was assessed in order to determine the bioavailable Si in soil and the applicability of the Na2CO3 extraction method was determined by repeated croppings of durum wheat on a variety of soils. Secondly, two hydroponic experiments were carried out to study the physiological response of wheat under Cd and Cu stress treated or not with Si. Thirdly, efficiency of different minerals to release bioavailable silica and its effect on reducing Cd and Cu toxicity was assessed. Finally, the effects of amorphous silica (ASi) application were investigated on metal stressed wheat plant grown in uncontaminated and contaminated soils. ASi extracted with Na2CO3 (ASiNa) was well correlated with the Si in plants shoots in our pot experiment with different soils. We showed that ASiNa can also be used for a good proxy of Si bioavailable to plants. Si present as amorphous Si (diatomite) added to the soil is available for plant uptake. However, in soils with large clay content, clay may be a significant source of Si for plants.