Les mauvaises herbes communes comme bioindicateurs de métaux lourds : une nouvelle approche en biosurveillance

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 6926 (2023) Citer cet article

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La pollution de l'environnement par les métaux lourds touche à la fois les zones urbaines et non urbaines d'Europe et du monde. L’utilisation de plantes bioindicatrices pour la détection de ces polluants est une pratique courante. Une propriété importante des bioindicateurs potentiels est leur disponibilité facile et leur large plage de distribution, ce qui signifie qu’ils peuvent être utilisés pratiquement sur une vaste zone. Par conséquent, les mauvaises herbes communes et largement répandues : Trifolium pratense L., Rumex acetosa L., Amaranthus retroflexus L., Plantago lanceolata L., les espèces ornementales Alcea rosea L. et Lolium multiflorum L. var. Ponto a été sélectionné comme bioindicateur potentiel des métaux lourds (Cd, Pb, Cu, Zn). Les plantes ont été exposées dans les mêmes conditions de sol dans trois sites d'échantillonnage de la ville de Poznań. Il a été constaté que toutes les espèces avaient un potentiel d'accumulation de métaux lourds, en particulier A. rosea, P. lanceolata et L. multiflorum pour le Zn (BCF = 6,62 ; 5,17 ; 4,70) et A. rosea, P. lanceolata pour le Cd (BCF = 8,51 ; 6.94). La translocation de Cu et Zn était la plus efficace chez T. pratense (TFCu = 2,55 ; TFZn = 2,67) et chez A. retroflexus (TFCu = 1,50 ; TFZn = 2,23). La translocation du Cd était la plus efficace chez T. pratense (TFCd = 1,97), mais la PB était la translocation la plus efficace chez A. retroflexus (TFPb = 3,09). Sur la base de la réponse physiologique au stress, il a été détecté un niveau croissant de peroxyde d'hydrogène. (H2O2) dans les racines et les feuilles de tous les échantillons, avec le taux le plus élevé dans tous les organes d'A. rosea. Les niveaux d'activité enzymatique de CAT, APOX, ainsi que du marqueur de la peroxydation des acides gras polyinsaturés MDA, étaient plus élevés après 6 semaines d'exposition par rapport aux échantillons témoins et variaient en fonction du temps d'exposition et entre les espèces et l'exposition. Après l'expérience, dans presque tous les échantillons, nous avons détecté une réduction de la teneur en chlorophylle et de la teneur relative en eau, mais dans l'efficacité des paramètres de photosynthèse : taux de photosynthèse nette, concentration intercellulaire de CO2 et conductance stomatique, nous avons noté des valeurs accrues, ce qui prouve le relativement bon état de les plantes. Les mauvaises herbes examinées sont de bons bioindicateurs de contamination par les métaux lourds, et leur utilisation combinée permet une détection globale des menaces environnementales.

Avec le développement intensif des activités humaines, les zones urbaines ont rapidement connu des changements importants et rapides. En milieu urbain, l'un des polluants urbains les plus importants sont les métaux et métalloïdes1, 2. Les métaux et métalloïdes font l'objet de nombreuses études car ils sont persistants et parmi les polluants industriels les plus disséminés3. Les principales sources de ces éléments sont des sources naturelles, telles que l’altération naturelle de la croûte, l’érosion et les activités anthropiques, comme le ruissellement urbain, les activités agricoles et industrielles, et bien d’autres4. L'exposition aux métaux lourds présente généralement des symptômes subtils et chroniques. De plus, l'exposition aux métaux en suspension dans l'air induit des réponses physiologiques chez les organismes et de vastes effets sur la santé des humains5. En outre, la contamination des substances alimentaires par des métaux lourds est connue pour avoir toute une série d’effets néfastes sur les humains, les animaux et les plantes6, 7. Chez les plantes, leur toxicité varie en fonction du métal spécifique, des espèces végétales, du pH, de la composition du sol et des produits chimiques. formulaire. Certains métaux lourds sont considérés comme essentiels au développement et à la croissance des plantes8. Cependant, des quantités excessives de ces éléments peuvent devenir toxiques pour les plantes9, n’affectant ainsi que négativement les plantes10.

L'exposition des plantes à des conditions environnementales défavorables, y compris à des concentrations plus élevées de métaux lourds, peut entraîner une augmentation de la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) telles que l'oxygène singulet [(1) O2], le superoxyde [(O2)−.) ], le peroxyde d'hydrogène (H2O2) et le radical hydroxyle (OH.). Les ROS modifient les protéines, endommagent l'ADN et provoquent une oxydation radicalaire des acides gras insaturés ou d'autres lipides dont le produit est le MDA. Le processus de détoxification des ROS chez les plantes est essentiel pour la protection des cellules végétales, et il semble donc que les plantes hyperaccumulatrices de métaux devraient disposer de mécanismes de défense antioxydants et détoxifiants extrêmement efficaces, permettant leur croissance et leur développement dans un environnement pollué11. Les réponses des plantes et leur tolérance au stress des métaux lourds dépendent d'antioxydants enzymatiques comprenant l'ascorbate peroxydase (APOX), la catalase (CAT) et le produit final de la peroxydation des acides gras polyinsaturés : le malondialdéhyde (MDA). Ces protéines participent à la détoxification des ROS chez les plantes12, et sont présentes dans pratiquement tous les compartiments subcellulaires. Habituellement, un organite possède plus d’une enzyme capable de récupérer un seul ROS13. En raison du stress oxydatif, les processus photosynthétiques sont perturbés, du transport des électrons à la liaison carbone. La limitation de l'un de ces processus au sein de l'appareil photosynthétique réduit la capacité de la membrane chloroplastique à absorber l'énergie lumineuse, augmentant ainsi la capacité à former des radicaux oxydatifs dans le chloroplaste et, par conséquent, limite la productivité de la photosynthèse14.