Lead-induced toxicity to Vicia faba L. in relation with metal celluptake and speciation

Peu d'études concernent actuellement l'influence de la spéciation du plomb (polluant métallique toxique, persistant et très présent dans les écosystèmes) sur sa phyto-toxicité. Pourtant, l'absorption des métaux, leur translocation et les mécanismes impliqués dans leur phyto-toxicité peuvent être fortement modifiés par ce paramètre. Dans ce contexte, l'objectif de la thèse était d'étudier l'influence de la spéciation chimique du plomb (formation de divers complexes organométalliques) sur sa phytodisponibilité et sa phytotoxicité. Des plants de V. faba ont été exposés pendant 1 à 24 h en hydroponie à 5 μM de nitrate de plomb seul ou chélatés à des degrés variables par différents ligands organiques : acide éthylènediamine, acide citrique et substances humiques. Les pourcentages de plomb libre et chélaté ont été calculés puis utilisés pour la conception du dispositif expérimental. La phytotoxicité induite par le plomb a été évalué pour les différentes conditions en mesurant : les activités d'enzymes antioxydantes, la génotoxicité, la peroxydation des lipides, les concentrations d'espèces réactives de l'oxygène, des pigments photosynthétiques et la génotoxicité. La phytotoxicité est fonction de la spéciation des métaux et de la durée d'exposition. Selon la nature du ligand organique, les mécanismes impliqués différent. L'EDTA aurait un rôle protecteur : l'absorption du Pb par les racines est accrue, alors que sa translocation et sa phyto-toxicité sont réduites de façon dose-dépendante. En revanche, l'acide citrique ne modifie pas le transfert du plomb, mais retarde cependant l'induction de sa phytotoxicité. Finalement, les acides fulviques appliqués à 25 mg.L-1, réduisent la toxicité du Pb en limitant son absorption. En outre, l'efficacité et la sensibilité des tests écotoxicologiques, en relation avec l'absorption et la spéciation, ont été comparées (analyse en composantes principales) et discutés. Ce travail trouve donc des applications pour le développement de tests d'écotoxicité pertinents pour évaluer la qualité des milieux.Lead (Pb) is a known toxic and persistent pollutant, which does not have any essential role in the metabolism of living organism. Only few studies concern Pb-induced phytotoxicity in relation to its speciation, which can nevertheless influence metal uptake, translocation and mechanisms involved in phyto-toxicity. In this context, the objective of this thesis was to study the influence of chemical speciation of Pb (formation of various organometallic complexes) on its phytoavailability and phytotoxicity. Vicia faba seedlings were exposed for 1-24 hourd (h) in controlled hydroponic conditions to 5μM of Pb nitrate alone and chelated to varying degrees by different organic ligands i.e. ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), citric acid and two types of humic substances (Suwannee River fulvic acid and Elliott Soil fulvic acid). Visual Minteq and WHAM VI metal speciation softwares were used to estimate the chelated and free Pb cations concentration in nutrient solution. These calculations were used to design the experimental layout. The effect of these organic ligands on Pb-induced toxicity to V. faba was assessed by measuring five antioxidant enzyme activities (superoxide dismutase, ascorbate peroxidise, guaiacol peroxidase, catalase, glutathione reductase), lipid peroxidation, reactive oxygenspecies, photosynthetic pigment and genotoxicity. Pb-induced phytotoxicity is the function of metal speciation and duration of exposure. EDTA has a protective role: the absorption of Pb by the roots is increased, whereas its translocation and phyto-toxicity are reduced in a dose-dependent. In contrast, citric acid does not alter the transfer of Pb, but delays the induction of its phytotoxicity. Finally, fulvic acids applied at 25 mg.l-1, reduce the toxicity of Pb by limiting its absorption. Moreover, the efficiency and sensitivity of ecotoxicological tests was compared in relation with Pb uptake and speciation using principal component analysis. This work is, therefore, applicable for the development of ecotoxicity tests relevant to assessing environmental qualit