Mécanismes physiologiques et biochimiques induits par le zinc chez les plantes

Etudes de l’effet du stress dû au zinc sur les processus physiologiques majeurs chez les plantes

Effet du zinc sur la germination, la croissance et le développement

Le zinc est un micronutriment essentiel impliqué dans de nombreux processus physiologiques chez la plante tels que l’activation de plusieurs enzymes, la synthèse des protéines, des carbohydrates et dans le métabolisme des acides nucléiques et des lipides (Jain et al., 2010). L’effet du zinc sur la germination, la croissance et le développement dépend, d’une part de la concentration et de la durée de contact avec le zinc (Munzuroglu & Geckil, 2002) et, d’autre part du stade de développement (Lefèvre et al., 2009).

Manivasagaperumal et al. (2011) ont rapporté que chez la grappe de haricot variété CP78, les faibles concentrations de zinc (10 à 25 mg/l) augmentaient significativement la germination des graines et la croissance des jeunes plants tandis que les fortes concentrations (50 à 200 mg/l) les inhibaient. Munzuroglu & Geckil, Mécanismes physiologiques et biochimiques induits par le zinc chez les plantes 11 (2002) avaientt antérieurement rapporté que la germination et la croissance des racines, des hypocotyles et des coléoptiles chez le blé et le concombre variaient en fonction de la concentration (de 0,5 à 8,0 mM) mais aussi de la durée de contact (24h et 72h) avec le zinc. Selon Manivasagaperumal et al. (2011), pour la plupart des métaux lourds, les faibles concentrations entrainent une stimulation de la germination.

L’effet du métal sur la germination et la croissance dépend également de l’espèce de plante. Eruca sativa est décrite, par Ozdener & Kutbay (2009) comme très tolérante au zinc et peut, par conséquent se développer sur des concentrations très élevées. Alfalfa (Mecago sativa), quant à elle, est décrite par Zhi et al. (2015) comme une espèce hautement tolérante au zinc et qui serait même stimulée par la présence de forte concentration de zinc (40 ppm) dans le milieu de culture. Néanmoins, pour chaque espèce de plante, il existe un certain seuil à partir duquel le zinc devient toxique et inhibe la germination et la croissance.

Selon Manivasagaperumal et al. (2011), l’inhibition de la germination par l’excès de zinc peut être due, d’une part, à accélération de la dégradation des réserves nutritives de la graine et, d’autre part, à l’altération des propriétés de la perméabilité sélective de la membrane cellulaire. Stanković et al. (2010), soutiennent que l’inhibition de la germination résulte de l’inhibition de la respiration chez l’embryon de la graine. Quant à la croissance et au développement des plantes, l’action inhibitrice des métaux lourds est plus effective car souvent dépourvu de structures protectrices (figure 2). La perturbation du métabolisme des hormones de la plante et la privation de processus photosynthétiques normaux, la nutrition minérale, les voies de transport d’eau et des produits photosynthétiques sont des mécanismes par lesquels les métaux lourds inhibent la croissance et le développement des plantes (Stanković et al., 2010).

Selon Jain et al. (2010), l’inhibition de la croissance et du développement de la plante par des doses élevées de zinc peut passer par une interférence entre le zinc et le déroulement de la séquence normale de la mitose. 12 Figure 2 : Effet de l’exposition chronique à différentes concentrations de zinc sur la croissance aérienne et racinaire chez le Pin 1: 1,26 mM ZnSO4, 2 : 50 mM ZnSO4, 3 : 150 mM ZnSO4, 4 : 300 mM ZnSO4. A, B : images agrandies des racines de jeunes plants Pin, cultivées en présence de 150 mM et 300 mM ZnSO4, respectivement. (Ivanov et al., 2016). III.1.2 Effet du zinc sur l’absorption hydrominérale, la photosynthèse et la respiration Le zinc joue un rôle important dans plusieurs processus métaboliques des plantes. Il active les enzymes et est impliqué dans la synthèse des protéines, des acides nucléiques, des carbohydrates, de l’auxine, etc… (Stoyanova & Doncheva, 2002; Ozdener & Kutbay, 2009). Cependant, lorsque le zinc est accumulé en fortes concentrations, il peut causer l’altération de divers processus physiologiques vitaux tels que la photosynthèse, la biosynthèse de chlorophylles, le transport d’électrons photosynthétiques et l’intégrité de la membrane cellulaire. Il peut aussi affecter négativement l’absorption des autres éléments nutritifs et les activités des enzymes liées aux métabolismes des plantes (Wang et al., 2009; Jain et al., 2010). ➢ Effet du zinc sur l’absorption hydrominérale des plantes De nombreuses études ont rapporté l’inhibition de l’absorption de différents éléments minéraux par les plantes lorsqu’elles sont soumises à la toxicité du zinc (Päivöke, 2003; Wang et al., 2009).

Selon Cayton et al. (1985), l’augmentation du niveau de zinc dans le milieu de culture réduit la translocation du Zn, Fe, Mg, K, P et Ca et donc cause l’accumulation de ces nutriments au niveau des racines. Ils ont aussi rapporté que le Zn interfère avec le Cu au niveau des sites primaires d’absorption pour inhiber son absorption. Ce déséquilibre provoqué par le zinc constitue l’un des symptômes de sa toxicité pour les plantes (Wang et al., 2009). Le phosphore, un macroélément essentiel pour la plante, impliqué 13 dans le stockage et transfert de l’énergie et dans la maintenance et le transfert du code génétique (Jiang et al., 2007), est significativement réduit chez les jeunes plants de Colza traités avec des concentrations de zinc comprises entre 0,28 et 1,12 mM (Wang et al., 2009). Cette réduction de la teneur de phosphore a été précédemment rapportée par Päivöke, (2002) chez des jeunes plants de Pisum sativum lorsqu’ils sont soumis au stress dû au zinc. Cette interférence du zinc avec l’absorption du P pour les plantes entraine l’inhibition de leur croissance (Rout & Das, 2002).