Evaluation of parameters influencing plant response to carbon nanotube contamination

par Clarisse Liné

Thèse de doctorat en Ecologie Fonctionnelle

Sous la direction de Emmanuel Flahaut et de Camille Larue.

Le président du jury était Anne Probst.

Le jury était composé de Emmanuel Flahaut, Camille Larue, Mathieu Pinault, Géraldine Sarret, Ana elena Pradas del real, Nicolas Gruyer, Catherine Santaella.

Les rapporteurs étaient Mathieu Pinault, Géraldine Sarret.

  • Titre traduit

    Evaluation des paramètres susceptibles d'influencer la réponse des plantes à une exposition aux nanotubes de carbone


  • Résumé

    Les nanotubes de carbone (NTC) sont parmi les nanomatériaux (NM) les plus utilisés grâce à leurs excellentes propriétés physico-chimiques. Tout au long de leur cycle de vie, ils peuvent se répandre dans l'environnement, de façon involontaire ou intentionnelle. Il est donc essentiel d'évaluer leur comportement et leurs impacts sur les écosystèmes et en particulier sur les plantes agricoles. A ce jour, le comportement et les effets des NTC chez les plantes ne sont pas bien compris et sont sujet à controverses. Dans ce travail, nous avons cherché à évaluer l'influence de plusieurs paramètres sur la réponse des plantes exposées à des sols contaminés en NTC. Dans un premier temps, nous nous sommes penchés sur le défi analytique de la détection des NTC dans les matrices biologiques en comparant plusieurs techniques spectroscopiques. Nous avons ensuite évalué la réponse de plants de tomate à deux types de NM différents (NTC et TiO2-NP). Nos résultats mettent en évidence que même si les deux NMs diffèrent sur de nombreux paramètres (forme, taille, chimie de surface), les plantes ont présenté une réponse commune, en particulier avec une altération au niveau des composants pariétaux. L’étude des impacts de NTC sur 4 espèces végétales différentes (tomate, colza, maïs et concombre) a permis de mettre en évidence des réponses variant selon l'espèce végétale, le maïs (monocotylédone) semblant être l’espèce la plus sensible. De nombreux types de NTC sont actuellement disponibles. Cinq d'entre eux, dont le diamètre, la fonctionnalisation et la longueur varient, ont été utilisés pour étudier leurs impacts sur le colza. Le colza était plus sensible aux NTC ayant les diamètres les plus petits, mais nous avons aussi observé que la fonctionnalisation modulait grandement la réponse de la plante. Enfin, l'exposition aux NTC combinée à un stress environnemental a montré que les plantes étaient plus sensibles aux NTC lorsqu'elles étaient soumises à un stress thermique concomitant


  • Résumé

    Carbon nanotubes (CNTs) are among the most used nanomaterials (NMs) thanks to their excellent physicochemical properties. All along their lifecycle, they may be spread unintentionallyor intentionally in the environment. It is thus essential to assess their behavior and potential impacts on ecosystems and particularly on crop plants. Overall, behaviour and effects of CNTs in plants are not well understood and still very controversial. In this work, we aimed to assess the influence of several parameters on plant response after exposure in a CNT-contaminated soil. We first focused on the analytical challenge of detecting CNT in biological matrices and tested several spectroscopic techniques. Then, we evaluated the response of tomato plants to two different NMs (CNTs and TiO2-NPs). Our results highlight that despite being different for several parameters (i.e. shape, size, surface chemistry), CNT exposure led to a similar response in tomato plants, in particular on the alteration of plant cell wall components. The study of different plant species (tomato, canola, maize and cucumber) exposed to DWCNT contamination highlighted different responses according to plant species, maize (monocot) being the most sensitive. Different types of CNTs are currently available. Five types of CNTs varying in diameter, functionalization and length were used to investigate their impact on canola. Canola was more sensitive to CNTs with the smallest diameters, but it was also observed that the functionalization greatly modulated the plant response. Finally, we tested the impact of a combined stress: canola plants grown in optimal growth conditions were not impacted by CNT exposure at the tested dose, while we observed that plants were more sensitive to CNTs when submitted to a concomitant heat stress.


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