Hyperaccumulation des métaux par des plantes au Mexique : perspectives pour l'agromine

Plant Metal Hyperaccumulation in Mexico : Agromining Perspectives

• Auteur / Autrice : Dulce Montserrat Navarrete Gutiérrez
• Direction : Guillaume Echevarria, Jesús A. Cuevas Sánchez, Marie-Noëlle Pons
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences agronomiques
• Date : Soutenance le 30/11/2020
• Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Universidad autónoma de Chapingo (Mexique)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire sols et environnement (Vandoeuvre-les-Nancy ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Clístenes W. Araújo do Nascimento
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guillaume Echevarria, Jesús A. Cuevas Sánchez, Marie-Noëlle Pons, Christina Siebe, Teodoro Gómez Hernández
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Clístenes W. Araújo do Nascimento, Christina Siebe
• DOI : 10.70675/50394679z8163z46cfzb6f8z07ed19fdc660

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes

Bioaccumulation

Gîtes minéraux

Mexique

Sols -- Teneur en nickel

Biogéochimie

Mots clés libres

Hyperaccumulation des métaux

Sols métallifères

Mexique

Agromine

Nickel

Biogéochimie

Metal hyperaccumulation

Metalliferous soils

Mexico

Agromining

Nickel

Biogeochemistry

Résumé

L’agromine concerne la récupération de métaux stratégiques dans les sols métallifères par la culture de plantes hyperaccumulatrices de métaux (et metalloïdes). Le moteur de cette recherche était d'évaluer le potentiel des ressources végétales mexicaines pour le développement de l'agromine. Les principaux objectifs étaient d'identifier et d'étudier quelques espèces de plantes hyperaccumulatrices de métaux au Mexique, et d'évaluer l'agronomie d'une de ces espèces avec des caractéristiques prometteuses pour l’agromine. Nous avons d'abord effectué des explorations dans trois régions ultramafiques riches en nickel (Ni) du centre et du sud du Mexique. Malgré la disponibilité du nickel dans le sol et les conditions climatiques, aucune hyperaccumulation de Ni n'a été trouvée dans ces régions. Une deuxième stratégie basée sur la phylogénie végétale comme outil de prédiction de l'hyperaccumulation des métaux a été suivie. Au total, dix espèces hyperaccumulatrices de métaux ont été identifiées au cours de cette recherche (Rubiaceae et Violaceae) dans des sols riches en Ni influencés par l'activité volcanique, dans le sud-est du Mexique ; la majorité d’entre elles n’était pas identifiée comme hyperaccumulatrices. Nos études ont révélé deux des hypernickelophores les plus puissants détectés jusqu'à présent (>4% wt Ni) et deux nouveaux genres hyperaccumulateurs de nickel (Orthion et Mayanaea). Une attention particulière a été accordée à l'hypernickelophore Blepharidium guatemalense. Le phloème des feuilles, des racines, des tiges et des pétioles de cette plante est très riche en Ni, ce qui suggère un mécanisme de redistribution via le phloème. Différentes pratiques agronomiques ont été testées pour cette plante. La fertilisation inorganique a fortement augmenté l'absorption du Ni sans modifier la croissance ou la biomasse de la plante, tandis que la fertilisation organique a augmenté la biomasse de la plante avec un effet négligeable sur les concentrations de Ni dans les parties aériennes. Une parcelle avec une culture de 5 ans, qui a ensuite été récolté deux fois par an, produit le rendement maximal en Ni de 142 kg ha⁻¹ an⁻¹. Blepharidium guatemalense est un candidat de choix pour l'agromine du Ni en raison de ses caractéristiques appréciables : absorption extrêmement efficace du Ni, production élevée de biomasse, taux de croissance rapide, et facilité de reproduction.

Agromining technology involves the recovery of strategic metals from metalliferous soils through the cultivation of metal(loid) hyperaccumulator plants. The impetus of this research was to evaluate the potential of Mexican plant resources for the future development of agromining. The main objectives were then to identify and to study some metal hyperaccumulator plant species in Mexico, and to assess the agronomy of one promising “metal crop” for agromining. We first undertook field explorations in three nickel-rich ultramafic regions of central and southern Mexico. Despite the availability of soil and climatic conditions, no nickel (Ni) hyperaccumulation was found in any of these regions. A second strategy based on plant phylogeny as a prediction tool for metal hyperaccumulation was followed. In total, ten plant metal hyperaccumulator species were identified during this research (Rubiaceae and Violaceae) in Ni-enriched soils influenced by volcanic activity in Southeastern Mexico; most of them were priorly unknown. Our studies revealed two of the strongest hypernickelophores reported so far (>4%wt Ni) and two new Ni hyperaccumulator genera (Orthion and Mayanaea). Special focus was given to the hypernickelophore tree Blepharidium guatemalense. The phloem on leaves, roots, stems and petioles of this plant are the richest in Ni suggesting an unusual re-distribution mechanism via the phloem. Different agronomic practices were tested for this plant. Synthetic fertilization strongly increased nickel uptake without any change in plant growth or biomass, whereas organic fertilization enhanced plant shoot biomass with a negligible effect on foliar Ni concentrations. A 5-year-old stand which was subsequently harvested twice per year produced the maximum Ni yield tree⁻¹ yr⁻¹, with an estimated total nickel yield of 142 kg ha⁻¹ yr⁻¹. Blepharidium guatemalense is a prime candidate for Ni agromining on the account of its valuable traits: extremely efficient Ni uptake, high biomass production, fast growth rate, and easy to reproduce.