Aspects génétiques et écologiques de la tolérance aux métaux lourds et de l'hyperaccumulation chez Thlaspi caerulescens (Brassicceae) : perspectives en phytoremédiation

par Hélène Frérot

Thèse de doctorat en Biologie de l'évolution et écologie

Sous la direction de José Escarre et de Christophe Petit.

Soutenue en 2004

à École nationale supérieure agronomique (Montpellier) .

mots clés

• Thlaspi caerulescens
• Hyperaccumulation
• Écophysiologie
• Génétique
• Métallophytes
• Phytorestauration
• Résistance à la pollution

Résumé

Les espèces métallophytes présentent des populations métallicoles dans les milieux riches en métaux lourds, qu’elles sont capables de tolérer. Quelques-unes de ces espèces sont aussi capables d’hyperaccumuler les métaux lourds dans leurs parties aériennes. En terme d’écologie évolutive, la relation entre tolérance et hyperaccumulation et la signification adaptative de l’hyperaccumulation, sont encore mal connues. En écologie de la restauration, les espèces métallophytes sont utilisées pour la phytoremédiation des sols pollués. Thlaspi caerulescens J. & C. Presl est une métallophyte qui présente aussi des populations non métallicoles, dont les individus expriment un niveau plus faible de tolérance au zinc et un niveau plus fort d’hyperaccumulation du zinc. Notre premier objectif est d’examiner les bases génétiques et les mécanismes écophysiologiques associés aux différences de niveaux de tolérance au zinc et d’hyperaccumulation du zinc entre les populations métallicoles et non métallicoles de cette espèce. A partir de croisements jusqu’à la génération F2 nous montrent que la tolérance et l’hyperaccumulation sont en partie génétiquement corrélées. Nous discutons aussi de l’hypothèse de l’intervention d’un petit nombre de gènes dans le contrôle de ces caractères, et la signification évolutive de ces résultats génétiques. De même, les analyses écophysiologiques montrent que la croissance des feuilles, un mode d’expression de la tolérance au zinc, est liée à la cinétique d’hyperaccumulation du zinc. Dans le contexte de la phytoremédiation, notre deuxième objectif est de déterminer in situ les performances individuelles et en associations, de plusieurs espèces métallophytes susceptibles de constituer un couvert végétal dense et durable pour stabiliser les sols. Une première expérience montre que les individus métallicoles d’Anthyllis vulneraria (Fabacae), Koekleria vallesiana (Poaceae) et Festuca arvernensis (Poaceae) sont capables de se développer sur un site très pollué grâce à l’ajout d’un fertilisant organique. Une deuxième expérience révèle que le mélange entre ces trois espèces est très productif et, au vu des relations interspécifiques positives, potentiellement durable.

Titre traduit

Genetic and ecological asêcts of heavy metal tolerance and hyperaccumulation in Thlaspi caerulescens (Brassicceae) : perspectives in phytoremediation

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