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Rpublique Algrienne Dmocratique et Populaire Ministre de
lEnseignement Suprieur et de la Recherche Scientifique
Universit Constantine 1
Facult des Sciences de la Nature et de Vie Dpartement de
Microbiologie
N de srie :
N dordre :
Thse Prsente pour lobtention du Diplme de Doctorat 3me cycle
LMD
En Biotechnologies microbiennes, Gnomes et Environnement
Par
OuidedOuidedOuidedOuided Benslama Benslama Benslama Benslama
Isolement et caractrisation des bactries capables de dgrader
l'herbicide Glyphosate et optimisation des conditions de
culture
pour une dgradation plus efficace
SoutenueSoutenueSoutenueSoutenue : : : : le 26 / 05/ 2014
Devant le jury
Prsident : Mihoubi Ilhem Pr. Universit Constantine 1 Directeur
de thse : Boulahrouf Abderrahmane Pr. Universit Constantine 1
Examinateurs : Karam Noureddine Pr. Universit dOran Houhamdi Moussa
Pr. Universit de Guelma "8 Mai 1945" Guechi Abdelhadi Pr. Universit
de Stif 1 "Ferhat Abbas"
Anne universitaire 2013/2014
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Remerciements
i
J'exprime mes profonds remerciements mon directeur de thse,
le
Professeur Boulahrouf Abderrahmane, pour son encadrement,
pas
seulement durant ces cinq annes de thse mais durant tout mon
parcourt universitaire. Merci pour ses conseils aviss, pour
sa
disponibilit et ses encouragements.
Je tiens remercier le professeur Mihoubi Ilhem pour avoir accept
de
juger ce travail et pour linsigne honneur quelle me fait en
acceptant
de prsider le jury de ma thse.
Je remercie galement les professeurs Karam Noureddine,
Houhamdi
Moussa et Guechi Abdelhadi qui m'ont fait l'honneur d'accepter
d'tre
rapporteurs de mon travail. Qu'ils en soient sincrement
remercis.
Mes remerciements vont aussi au Professeur Michel Drancourt
de
l'Universit Aix-Marseille, Unit des Rickettsies, Facult de
Mdecine,
Marseille, France qui a accept de maccueillir au sein de son
laboratoire.
Je voudrais adresser de sincres remerciements au docteur
Haitham
Elbir de l'Universit Aix-Marseille, qui a suivi de trs prs la
partie de
biologie molculaire et bioinformatique de ma thse. Il m'a fait
part de
ses petits secrets de laboratoire et m'a donn de trs bons
conseils qui
au fil de nos discussions ont fait progresser ma rflexion.
Je suis trs reconnaissance au Dr Vronique Roux de l'Universit
Aix-
Marseille, pour sa disponibilit et ses conseils qui ont aussi
beaucoup
contribu au bon droulement de cette thse.
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Remerciements
ii
Mes remerciements sadressent au Dr Sirwan de l'Universit
Aix-
Marseille, qui ma fait profiter de ses connaissances sur la
plate forme
Biolog Omnilog.
Un merci particulier mon amie trs chre Soumaya, qui je dois
vraiment beaucoup, je te remercie pour ton soutien, ton
chaleureux
accueil Marseille, tes encouragements, ta patience et encore
bien
plus... Merci dtre l a tout moment.
Je tiens galement remercier toute lquipe du laboratoire de
Gnie
microbiologique et application, Sarah, Dallel, khaled,
Merime,
Mouna, Billel et en particulier Fatah qui rpond toujours
prsent
lorsque javais besoin daide.
Je nai pas oubli de remercier mes joyeux compagnons de route.
Un
grand grand grand merci a mes amies Wafa, Kaouthar, Hind,
Amira,
Zineb, Sanna et Merime pour leur amiti et les moments
inoubliables
quon a pass ensemble tout au long de notre parcourt.
Une pense particulire pour mes surs Ikram et Yousra, mon
cher
frre Oussama et mon poux Malik qui ont toujours t dun
soutien
inconditionnel, et surtout, dune tolrance (presque) sans limites
mes
humeurs. Sans vous, rien naurait t possible, et je vous en
remercie.
Mes derniers remerciements, mais pas les moindres vont mes
parents
Ahlem et Rabai qui ont t mes meilleurs enseignants, et auxquels
je
dois tout ce que jai actuellement. Je leur ddie ma thse.
-
Valorisations
iii
Les travaux de thse ont donn lieu des publications et des
communications dans le cadre
de sminaires.
Articles
Accept :
Isolation and characterization of glyphosate-degrading bacteria
from different soils of
Algeria. Ouided Benslama and Abderrahmane Boulahrouf. African
Journal of Microbiology
Research. Vol. 7(49), pp. 5587-5595. (Impact factor : 0,54)
Impact of glyphosate application on the microbial activity of
two Algerian soils.
Ouided Benslama and Abderrahmane Boulahrouf. International
journal of current
microbiology and applied sciences. Vol. 2 (12), pp. 628-653.
(Impact factor : 1,59)
En cours :
Enterobacter biskrae sp. nov. and Enterobacter zibanae sp. nov.,
two glyphosate-
degrading bacteria isolated from soil in Biskra, Algeria. Ouided
Benslama, Veronique Roux,
Haitham Elbir, Abderrahmane Boulahrouf and Michel Drancourt
Sminaires
Isolement et caractrisation de bactries capable de dgrader
lherbicide glyphosate a partir de
trois sols algriens base sur lanalyse gnotypique, phnotypique et
la MALDI TOF. Ouided
Benslama et Abderrahmane Boulahrouf. Communication par affiche.
9me journes
scientifiques de microbiologie, Hammamet, 15- 17 Novembre
2013.
Impact de l'application du glyphosate sur l'activit microbienne
de deux sols algriens.
Benslama Ouided, Boulahrouf Abderrahmane. Communication par
affiche. 25me Congrs
de lAssociation Tunisienne des Sciences Biologiques (ATSB)
Hammamet- Tunisie du 24
au 27 Mars 2014.
-
Table des matires
iv
Table des matires
Liste des tableaux et des figures.......viii
Introduction gnrale...1
Synthse bibliographique.7
1. Gnralits sur les pesticides..8
1.1. Dfinition dun pesticide.........................8
1.2. Composition et formulation.8
1.3. Classification des pesticides....9
1.3.1. Classification chimique.9
1.3.2. Classification biologique.10
1.4. Mode daction des pesticides.11
2. Comportement et devenir des pesticides dans
lenvironnement...12
2.1. Apport des pesticides et leur rtention dans le
sol.....12
2.2. Les interactions molculaires de ladsorption
sol/pesticides....13
2.3. La mobilisation des pesticides...13
2.4. La dgradation des pesticides....14
3. Lherbicide glyphosate......15
3.1. Gnralits.........15
3.1.1. Structure chimique..15
3.1.2. Mode daction.....15
3.1.3. Les spcialits commerciales base de glyphosate....16
3.1.4. Les adjuvants du glyphosate.......17
3.2. Comportement du glyphosate dans le sol..17
4. Dgradation microbienne des pesticides......18
4.1. Gnralits....18
-
Table des matires
v
4.2. Facteurs de croissance des microorganismes
dgradants..19
4.3. Mcanismes de la dgradation microbienne......21
4.4. Les principales ractions de la dgradation biotique et les
enzymes impliques dans la dgradation....25
4.5. Dgradation du glyphosate....28
4.5.1. La dgradation chimique.28
4.5.2. La photodgradation ..28
4.5.3. La dgradation biologique..29
5. Impact du glyphosate sur la microflore du sol.....31
6. Les microorganismes dgradant les composs organophosphors
(OP)......32
Chapitre 1 : Isolement et identification des souches dgradant le
glyphosate......37
1. Introduction..38
2. Matriel et mthodes....39
2.1. Sites de prlvement.....39
2.2. Echantillonnage......39
2.3. Enrichissement et isolement des souches dgradant le
Glyphosate.....40
2.4. Identification phnotypique.....40
2.4.1. Le systme API...40
2.4.2. La spectromtrie de masse par dsorption-ionisation laser
assiste par matrice-Temps de vol (Matrix-assisted
Laser-Desorption/Ionisation. Time Of Flight Mass Spectrometry)
(MALDI TOF)..41
2.4.3. La sensibilit aux antibiotiques...42
2.4.4. Le systme de plaques phnotypiques : Phenotype MicroArrays
(PM) (Biolog-Omnilog)...42
2.5. Identification phylognique..46
2.5.1. Amplification et squenage du gne de lARNr 16S...46
2.5.2. Amplification et squenage du gne rpoB47
2.5.3. Amplification et squenage du gne hsp60...48
-
Table des matires
vi
2.5.4. Amplification et squenage du gne gyrB.....48
2.5.5. Amplification et squenage du gne dnaJ.48
2.5.5. Analyse des Squences...48
3. Rsultats et discussion..50
3.1. Identification des isolats....50
3.2. Analyse phnotypique des deux nouvelles espces Enterobacter
biskrae sp. nov. et Enterobacter zibanae sp. nov. par le systme des
plaques phnotypiques (PM) Biolog-Omnilog....83
4. Conclusion....91
Chapitre 2 : Biodgradation du glyphosate et son effet sur
lactivit microbienne du sol......94
1. Introduction..95
2. Matriel et mthodes97
2.1. Cintique de biodgradation du glyphosate...97
2.1.1. Prparation des inocula...97
2.1.2. Suivi de lvolution de la biomasse des diffrents
isolats..97
2.2. Optimisation des conditions de culture des deux souches
reprsentatives de la dgradation du glyphosate97
2.2.1 Effet des nutriments.98
2.2.2. Effet de la temprature98
2.2.3. Effet du pH..98
2.2.4. Effet de la concentration initiale du glyphosate..99
2.3. Effet du glyphosate sur lactivit microbienne du sol99
2.3.1. Les sols dtude.. 99
2.3.2. Caractristiques physico-chimiques des
chantillons.....99
2.3.3.Traitement des sols.100
2.3.4. Analyse microbiologique du sol...100
2.3.4.1. Dnombrement des microorganismes....100
-
Table des matires
vii
2.3.4.2. La respiration basale du sol (SBR)....100
3. Rsultat et discussion..102
3.1. Suivie de lvolution de la biomasse des diffrentes souches
en prsence du glyphosate comme seule source de carbone ou de
phosphore..102
3.2. Effet des facteurs abiotiques sur lutilisation du
glyphosate par les deux souches Pseudomonas putida et Enterobacter
zibanae sp. nov.....104
3.3. Effet du glyphosate sur la lactivit microbienne du
sol..111
3.3.1. Caractristiques physico-chimiques des sols111
3.4. Effet du glyphosate sur la respiration microbienne..113
4. Conclusion..115
Conclusion gnrale..117
Rfrences bibliographiques....121
Annexes..146
Annexe 1 : Produits et milieux de cultures.....147
Annexe 2 : Tableaux complmentaires...149
-
Listes des figures et des tableaux
viii
Listes des figures
Figure 1. La structure chimique de la forme acide du
glyphosate
Figure 2. Voies de dgradation biologique du glyphosate
Figure 3. tapes didentification par spectromtrie de masse de
type MALDI-TOF partir
dune colonie bactrienne.
Figure 4. tapes dinoculation des PM partir dune suspension
bactrienne.
Figure 5. Phases exprimentales de la technique des plaques
phnotypiques (PM). Pour
dterminer le profil phnotypique d'une souche bactrienne, une
suspension cellulaire est
prpare et inocule sur des plaques PM. Les plaques PM sont
incubes dans le systme
PM OmniLog (incubateur et lecteur). La rduction du colorant
ttrazolium engendre la
formation d'une couleur pourpre qui est enregistre par une camra
CCD toutes les 15 min
et fournit des informations quantitatives et des cintiques de la
rponse des cellules dans
les plaques PM.
Figure 6. Etapes de lidentification phylognique
Figure 7. Spectre de masse de Arph1. Les spectres obtenus partir
de 11 colonies
individuelles ont t compars et un spectre de rfrence a t
gnr.
Figure 8. Antibiogramme de lisolat Arph1 sur milieu MH2
Figure 9. Spectre de masse de Arph2. Les spectres obtenus partir
de 11 colonies
individuelles ont t compars et un spectre de rfrence a t
gnr.
Figure 10. Antibiogramme de lisolat Arph2 sur milieu MH2
Figure 11. Spectre de masse de Frglu. Les spectres obtenus
partir de 11 colonies
individuelles ont t compars et un spectre de rfrence a t
gnr.
Figure 12. Antibiogramme de lisolat Frglu sur milieu MH2
Figure 13. Spectre de masse de Frph. Les spectres obtenus partir
de 11 colonies
individuelles ont t compars et un spectre de rfrence a t gnr
Figure 14. Antibiogramme de lisolat Frph sur milieu MH2
Figure 15. Spectre de masse de Bisglu. Les spectres obtenus
partir de 11 colonies
individuelles ont t compars et un spectre de rfrence a t
gnr.
Figure 16. Antibiogramme de lisolat Bisglu sur milieu MH2
Figure 17. Arbre phylognique de type Neighbor-joining bas sur
des squences du gne
de lARNr 16S de diffrentes souches dEnterobacteriacae. Pour
examiner la validit de
larbre NJ, 1000 rpliques bootstrap ont t utiliss.
-
Listes des figures et des tableaux
ix
Figure 18. Spectre de masse de rfrence de Bisph1. Les spectres
obtenus partir de 11
colonies individuelles ont t compars et un spectre de rfrence a
t gnr
Figure 19. Spectre de masse de rfrence de Bisph2. Les spectres
obtenus partir de 11
colonies individuelles ont t compars et un spectre de rfrence a
t gnr.
Figure 20. La coloration de Gram de lisolat Bisph1.
Figure 21. La coloration de Gram de lisolat Bisph2.
Figure 22. Microscopie lectronique de transmission de Bisph1 en
utilisant un 268D Morgani
(Philips) une tension de fonctionnement de 60 kV. La barre
d'chelle reprsente 1000 nm.
Figure 23. Microscopie lectronique de transmission de Bisph2 en
utilisant un 268D Morgani
(Philips) une tension de fonctionnement de 60 kV. La barre
d'chelle reprsente 1000 nm.
Figure 24. Rsultat de la galerie Api 20 E des isolats Bisph1 en
haut et Bisph2 en bas.
Figure 25. Rsultat de la galerie Api 50CH des isolats Bisph1
gauche et Bisph2 droite.
Figure 26. Rsultat de la galerie API ZYM des isolats Bisph1 en
haut et Bisph2 en bas.
Figure 27. Antibiogrammes des isolats Bisph1 ( gauche) et Bisph2
( droite) sur milieu
MH2
Figure 28. Arbre phylognique de type Neighbor-joining bas sur
des squences du gne
de lARNr 16S de diffrentes souches de la famille
dEnterobacteriacae. Pour examiner la
validit de larbre NJ, 1000 rpliques bootstrap ont t utiliss.
Figure 29. Arbre phylognique de type Neighbor-joining bas sur
des squences du gne
de rpoB de diffrentes souches de la famille des
Enterobacteriacae. Pour examiner la
validit de larbre NJ, 1000 rpliques bootstrap ont t utiliss.
Figure 30. Arbre phylognique de type Neighbor-joining bas sur
des squences du gne
de hsp60 de diffrentes souches de la famille des
Enterobacteriacae. Pour examiner la
validit de larbre NJ, 1000 rpliques bootstrap ont t utiliss.
Figure 31. Arbre phylognique de type Neighbor-joining bas sur
des squences du gne
de gyrB de diffrentes souches de la famille des
Enterobacteriacae. Pour examiner la
validit de larbre NJ, 1000 rpliques bootstrap ont t utiliss.
Figure 32. Arbre phylognique de type Neighbor-joining bas sur
des squences du gne
de dnaJ de diffrentes souches de la famille des
Enterobacteriacae. Pour examiner la
validit de larbre NJ, 1000 rpliques bootstrap ont t utiliss.
Figure 33. Arbre phylognique de type Neighbor-joining bas sur la
concatnation des
gne l'ARNr 16S, hsp60, rpoB, gyrB, et DnaJ de diffrentes souches
de la famille des
-
Listes des figures et des tableaux
x
Enterobacteriacae. Pour examiner la validit de larbre NJ, 1000
rpliques bootstrap ont t
utiliss.
Figure 34. Voie de la respiration couple la physiologie
cellulaire.
Figure 35. Analyse des PM1 (en haut), PM2A (en bas) de la souche
Enterobacter biskrae
sp. nov. Le tableau gauche comprend les donnes relatives la
plaque PM (type de
plaque, heure, date et type dorganisme). Le tableau droite en
haut prsente la rponse de
la souche pour les diffrentes sources prsentent dans chaque
puits. Au milieu une photo
relle de la plaque en couleur. Le tableau en bas prsente les
valeurs donnes par le logiciel
Omnilog concernant le taux de respiration dans chaque puits.
Figure 36. Analyse des PM1 (en haut) , PM 2A (en bas) de la
souche Enterobacter
zibanae sp. nov.
Figure 37. Reprsentations graphiques du mtabolisme de la souche
Enterobacter biskrae
sp. nov. et son profil phnotypique de sensibilit. Les tableaux
sont des reprsentation des
diffrentes plaques PM 96 puits. Au sein de chaque reprsentation,
le temps de la
parcelle est sur l'axe des x par rapport la valeur OmniLog sur
l'axe des y. Chaque plaque
est identifie par un numro de plaque dans la partie suprieure
gauche du tableau qui
identifie les tests phnotypiques pour chaque tableau. Les
plaques sont arranges selon
lordre PM1A, PM2A, PM10, PM11, PM12, PM13, PM14, PM15, PM16. PM1
et PM2
contiennent des tests de carbone. PM10 contient le test de pH.
Les puits tmoins ngatifs
pour les essais d'utilisation de substrats mtaboliques sont en
position A1 de PM1 et 2A.
PM11-16 contiennent des tests de sensibilit chimique. Une carte
complte du contenu de
chaque puits peut tre consulte sur les Tableaux complmentaires
(1,2 et 3).
Figure 38. Reprsentations graphiques du mtabolisme de la souche
Enterobacter zibanae
sp. nov. et son profil phnotypique de sensibilit.
Figure 39a. Cintique de croissance de P.pudida, E. cloacae,
R.aquatilis, E. biskrae sp.
nov. et E. zibanae sp. nov. en prsence de glyphosate comme seule
source de phosphore.
Figure 39b. Cintique de croissance de E. cloacae and S.
marscecens en prsence de
glyphosate comme seule source de carbone.
Figure 40. Cintique de croissance de la souche Pseudomonas
putida en prsence du
glyphosate comme seule source de phosphore avec diffrents
nutriments.
Figure 41. Cintique de croissance de la souche Enterobacter
zibanae sp. nov. en prsence du
glyphosate comme seule source de phosphore avec diffrents
nutriments.
-
Listes des figures et des tableaux
xi
Figure 42. Cintique de croissance de la souche Pseudomonas
putida en prsence de
glyphosate comme seule source de phosphore et de glutamate (0,1%
p/v) des tempratures
diffrentes.
Figure 43. Cintique de croissance de la souche Enterobacter
zibanae sp. nov. en prsence de
glyphosate comme seule source de phosphore et dextrait de levure
(0,1% p/v) des
tempratures diffrentes.
Figure 44. Cintique de croissance de la souche Pseudomonas
putida en prsence de
glyphosate comme seule source de phosphore et de glutamate (0,1%
p/ v), 30C, diffrents
pH.
Figure 45. Cintique de croissance de la souche Enterobacter
zibanae sp. nov. en prsence de
glyphosate comme seule source de phosphore et dextrait de levure
(0,1% p/v) 30C,
diffrents pH.
Figure 46. Effet de diffrentes concentrations de glyphosate sur
la croissance de la souche
Pseudomonas putida.
Figure 47. Effet de diffrentes concentrations de glyphosate sur
la croissance de la souche
Enterobacter zibanae sp. nov.
Figure 48. Dispositif de lexprimentation de la respiration
basale
Figure 49. Evolution du dioxyde de carbone des deux sols
forestiers et Saharien avec et sans
traitement par le glyphosate
-
Listes des figures et des tableaux
xii
Liste des tableaux
Tableau 1. Les microorganismes isols dgradant les composs
organophosphors. Le
symbole entre parenthses aprs le mode de dgradation reprsente le
type d'lment nutritif
que le pesticide fournit aux microorganismes dgradant. C, le
carbone ; N, l'azote ; P, le
phosphore. ND, non dfini
Tableau 2. Squences des diffrentes amorces utilises dans
lamplification et le squenage
des gnes ARNr 16S, rpoB, hsp60, gyrB et dnaJ.
Tableau 3. Proprits morphologiques et biochimiques des diffrent
isolats. (+) isolat positif;
(-) isolat ngatif.
Tableau 4. Test de sensibilit aux antibiotiques des diffrents
isolats. (S) sensible ; (R)
rsistant ; (-) non test.
Tableau 5 . Test API 20 pour les isolats Bisph1 et Bisph 2
Tableau 6 . Test API 50 CH pour les isolats Bisph1 et Bisph
2
Tableau 7. Test API ZYM pour les isolats Bisph1 et Bisph 2
Tableau 8. Test de sensibilit aux antibiotiques des deux isolats
Bisph1 et Bisoh 2. (S)
sensible ; (R) rsistant ; (R/S) intermdiaire.
Tableau 9. Les caractristiques phnotypiques qui distinguent les
membres du genre Enterobacter (Grimont et Grimont , 2005) Tableau
10. Caractristiques physico-chimique des sols forestier et Saharien
Tableau 11. Type et nombre de microorganismes dtects dans le sol
Saharien et forestier avant et aprs incubation pendant 30 jours
avec et sans ajout de glyphosate Tableau complmentaire 1. Ractions
biochimiques des souches Enterobacter biskrae sp.
nov. et Enterobacter zibanae sp. nov. dans les MicroPlaques PM1,
PM2A du Biolog aprs
48 heures. (+) croissance ; (-) pas de croissance.
Tableau complmentaire 2. Tests de pH des souches Enterobacter
biskrae sp. nov. et
Enterobacter zibanae sp. nov. dans la MicroPlaque PM10 du
Biolog. (+) croissance;
(-) pas de croissance.
Tableau complmentaire 3. Tests de sensibilit des deux souches
Enterobacter biskrae sp.
nov. et Enterobacter zibanae sp. nov. dans les MicroPlaques
PM11C- PM16A du Biolog.
R rsistante, S sensible. R/S intermdiaire
-
Introduction gnrale
-
Introduction gnrale
1
Introduction gnrale
La prise de conscience de la ncessit de protger les cultures est
certainement
simultane la naissance de lagriculture (Schiavon , 1978). Depuis
le Nolithique, lHomme
tire sa subsistance principale de lagriculture. Il apprend au
fur et mesure promouvoir les
espces exploites et contrer leurs comptiteurs. Quelle soit avant
ou aprs la rcolte, la
lutte contre les nuisibles des cultures se fit dabord par des
procds physiques et manuels,
puis par des mthodes chimiques. Homre et Pline lAncien relatent
respectivement
fumigations soufres et usage de larsenic comme insecticide. Au
Moyen Age, lutilisation de
sels darsenic est relate contre les Fourmis.
Empiriques, ces tentatives contre les ravageurs furent en gnral
peu efficaces. Il faut
attendre lemploi, en 1763, de jus de tabac sur des pchers
infests de pucerons pour attribuer
un rsultat convaincant un traitement organique sur une culture.
Jusqu la premire moiti
du XXme sicle, les produits phytosanitaires sont essentiellement
des drivs minraux
(arsenic contre le doryphore de la pomme de terre aux
Etats-Unis, sulfate de cuivre contre le
mildiou de la vigne en France) ou vgtaux (rotnone issue des
racines de Derris malaisien
ou Lonchocarpus amricain, pyrthre issue des fleurs de
chrysanthme) (Calvet et al., 2005).
partir de 1931 apparaissent les pesticides organiques de synthse
tels que les
organochlors dont le DDT (dichlorodiphnyltrichlorothane)
(Mouchet, 1994). Cependant,
afin de pouvoir pntrer dans les organismes combattre, les
pesticides doivent franchir des
barrires lipidiques (cuticule des plantes, chitine des insectes
et des myctes). Pour cela, des
formulations trs lipophiles difficilement dgradables sont dabord
recherches. Ces
caractristiques mmes amenrent ces pesticides saccumuler dans les
corps gras et les
tissus riches en lipide, notamment chez lHomme, et polluer
durablement les sites traits
(produits rmanents). Lorsque ce phnomne a t constat, dautres
pesticides, plus toxiques
et donc daction plus rapide mais plus rapidement dgrads, furent
promus: les
organophosphors comme le malathion (1950). Bientt, des
pesticides plus spcifiques furent
labors, tantt en copiant des pesticides dorigine vgtale
(pyrthrinoides, 1974), tantt en
stimulant les dfenses naturelles des plantes
(phosthyl-aluminium, 1977) mais surtout peu
lipophiles (glyphosate, ammonium quaternaires) (Tissut et al.,
2006).
-
Introduction gnrale
2
Depuis cette date, la consommation des pesticides est toujours
en croissance. De 140
tonnes de pesticides en 1940, la consommation lchelle mondiale
est passe en 1997
600 000 tonnes. Ainsi en 1991, environ 23 400 produits
pesticides taient enregistrs par
lAgence de Protection de lEnvironnement aux Etats-Unis (UIPP,
2007).
Aujourdhui, ce sont plus de 500 matires actives qui sont
utilises dans
lenvironnement et la consommation annuelle est estime environ 4
millions tonnes au
niveau mondial. Seulement environ 1% de cette quantit arrive
directement sur les parasites
cible, tandis que prs de 30 50% de la quantit peut tre perdue
dans lair (Gavrilescu,
2005 ; Gil et Sinfort, 2005).
Lutilisation intensive des produits phytosanitaires entraine
galement diffrentes
pollution des eaux et des sols. Cette contamination est rgie par
plusieurs facteurs, les
proprits physico-chimiques et hydrauliques des sols, les
proprits des pesticides et le mode
dapplication (Gavrilescu, 2005 ; Schieweck et al., 2007). De
part leurs caractristiques
physico-chimiques, ces composs prsentent des dangers pour
lenvironnement et les
organismes vivants. Ils entrent dans la chaine alimentaire, et
finissent, termes, par menacer
la sant humaine.
Ce travail de recherche sinscrit dans le contexte de pollution
des sols par les
molcules xnobiotiques qui par dfinition sont des substances
possdant des proprits
toxiques mme de trs faibles concentrations. Bien que ces
xnobiotiques puissent tre
dorigine naturelle et utiliss dans le cadre de la comptition
inter-espces (Coleman et al.,
1997), une majorit a une origine anthropique. Une pollution est
dfinie comme une
introduction dans lenvironnement (air, eau, sol) de substances
portant atteinte la sant
humaine et aux cosystmes. Elle est essentiellement lie aux
activits humaines. Ainsi, la
rvolution industrielle entame au XIXme sicle a largement
contribu ltat de pollution
actuel de notre environnement. La prise de conscience des
atteintes lenvironnement nest
que relativement rcente puisque le premier meeting international
sur les sols pollus na eu
lieu quen 1985 au Pays Bas. Ce fut loccasion de reconnatre le
besoin de comprendre les
processus lorigine de ces pollutions et de trouver des moyens
possibles de dpollution
(Assink and Van den Brink, 1986). Les pollutions du sol sont
dorigine industrielle, agricole
ou urbaine et ces diffrentes sources entranent la prsence de
nombreuses molcules
xnobiotiques diffrentes. Ainsi, les polluants organiques
dorigine agricole incluent les
fertilisants et les pesticides.
-
Introduction gnrale
3
Il est donc primordial de mettre en uvre des moyens de
dpollution des sites
contamins. Leur rhabilitation peut tre ralise par traitement
physico-chimique sur
site ou aprs excavation des sols. Ces techniques sont coteuses
et non respectueuses
des cosystmes. Cependant, pour certains polluants organiques
(les hydrocarbures et certains
solvants chlors), une approche par bioremdiation peut tre
envisage. Elle utilise le pouvoir
purateur des microorganismes de lenvironnement et prsente
lavantage dtre peu invasive
et moins onreuse.
Les bactries prsentes dans presque tous les types de biotopes
rencontrs sur terre
sont les organismes les plus ubiquitaires de notre plante. Elles
peuvent tre isoles du sol,
des eaux douces, marines ou saumtres, de lair, des profondeurs
ocaniques, des dchets
radioactifs (Fredrickson et al., 2004), de la crote terrestre,
sur la peau et dans lintestin des
animaux, mais elles peuvent galement tre rencontres dans des
environnements plus
extrmes tels que des lacs sals, des banquises, des sources deau
chaude, des sols arides, etc.
Nous estimons que le nombre de cellules bactriennes dans la
biosphre se situerait
entre 4 et 6 1030 (Whitman et al., 1998), reprsentant une grande
partie de la biomasse de
notre plante. Les bactries ont une importance considrable dans
les cycles biogochimiques
comme par exemple dans ceux du carbone ou de lazote avec un rle
fondamental dans la
fixation de lazote atmosphrique, fonction qui a beaucoup t tudie
depuis plusieurs
dizaines dannes (Vitousek, 1991).
La capacit des bactries htrotrophes dgrader une large varit de
composs
organiques est exploite pour le traitement des sols pollus dans
des stratgies de
bioremdiation ou pour le traitement des eaux uses (Furukawa,
2003). Des bactries sont
galement utilises dans les fosses septiques pour en assurer
l'puration.
La biodgradabilit de certaines familles de pesticides a t bien
tudie. Ainsi, la
biodgradation des hydrocarbures mono-aromatiques ou BTEX
(benzne, tolune,
thylbenzne et les trois isomres du xylne, para-, ortho- et
meta-) est bien documente. De
nombreux microorganismes arobies, capables de les utiliser, ont
t isols et les voies de
dgradation ainsi que les enzymes impliques sont connues. Par
contre, la biodgradabilit
dautres familles chimiques est mal connue. Ce manque de
connaissances est soit li au fait
que des tudes approfondies nont pas t conduites, soit la
difficult isoler des
microorganismes dgradant ces produits.
-
Introduction gnrale
4
En Algrie, comme ailleurs, les agriculteurs utilisent
abondamment les pesticides. En
consquence, le risque de pollution des ressources en eau par les
rsidus de produits
phytosanitaires est susceptible dtre trs lev. Mme si lactivit
agricole sefforce
maintenant de prsenter une image de qualit et de prservation du
milieu environnemental.
Parmi les produits phytosanitaires disponibles sur le march
Algrien, le Roundup
(glyphosate) est lherbicide le plus utilis lchelle mondiale
(Amand et Jacobsen, 2001).
Etant un herbicide facile demploi, efficace et de faible cot, il
a t appliqu massivement, en
rsultant une contamination chronique des sols, des eaux
souterraines et de surface.
Le territoire Algrien est caractris par un cosystme mditerranen
au Nord, aride
au Sud et une rgion intermdiaire semi-aride. Malgr lutilisation
intensive du glyphosate en
Algrie dans ces diffrents cosystmes, aucune recherche n'a porte
sur l'isolement des
bactries capables de dgrader cet herbicide des sols Algriens et
sur leur ventuelle activit
et/ou adaptation contre ces molcules.
Plusieurs souches bactriennes qui taient capables de dgrader le
glyphosate ont t
isoles, la plupart de ces bactries ont t isoles partir de sites
dj traits par l'herbicide.
Cependant, il ya peu de rapports sur l'isolement de bactries
provenant de sites non traits et
aucun rapport de bactries dgradant le glyphosate isoles des sols
Sahariens. Les rapports
prcdents ont t principalement axs sur le dpistage des bactries
pour leur capacit
dgrader le glyphosate. Cependant, les tudes exhaustives sur la
rgulation physiologique
dans les cellules bactriennes sont plutt rares (Shushkova et
al., 2012). Ainsi, l'optimisation
des conditions de culture est importante pour comprendre cette
rgulation physiologique, et
l'identification de ces conditions rendra possible de savoir
quels facteurs peuvent tre
appliqus pour les bactries dans les sols au cours de la
bioremdiation. La plupart des
informations sur l'effet non-cible du glyphosate proviennent des
tudes sur des sols agricoles.
La connaissance de la rponse des microorganismes des sols
forestiers au glyphosate est
limite, et aucune tude traitant la rponse des microorganismes
des sols Sahariens na t
faite au paravent.
Dans ce contexte, et dans la mesure o la contamination des sols
Algriens par le
glyphosate est avre, nous avons choisi cette molcule pour mener
notre tude, qui sarticule
autour dun axe principal, savoir ltude des souches bactriennes
capables de dgrader le
glyphosate pour une ventuelle application biotechnologique dans
une stratgie de
-
Introduction gnrale
5
bioremdiation . Afin de prendre en compte la diversit des sols
Algriens, nous avons retenu
pour notre tude trois sols diffrents, un sol forestier, un sol
agricole de Constantine et un sol
Saharien de Biskra. Ces sols aux proprits physico-chimique
contrastes, sont reprsentatifs
des rgions arides et semi-arides.
Pour isoler des bactries capables de dgrader lherbicide
glyphosate, un ensemble
dexprimentations sera mis en uvre. Le processus dexprimentation
est bas sur
laugmentation progressive de la concentration initiale en
glyphosate dans le milieu de culture
contenant ce compos comme seule source de carbone ou de
phosphore afin de crer une
tension slective o seules les bactries qui rsistent au
glyphosate et peuvent lutiliser reste
dans le milieu.
Pour lidentification des souches, ventuellement, isoles, les
caractristiques
gnotypiques et phnotypiques de ces souches seront analyses en
utilisant plusieurs
techniques.
Considrant, la variabilit de la capacit de dgradation des
microorganismes, nous
entreprendront, dans un premier temps, une tude de la dgradation
du glyphosate par les
diffrentes souches isoles, purifies et identifies en conditions
de culture contrles en
mesurant la turbidimtrie des milieux de culture, afin de
comparer la croissance des
diffrentes souches testes et trouver parmi elles les souches les
plus performantes. Dans un
deuxime temps certaines conditions de cultures pour ces souches
seront tudies afin de les
optimiser dans le but de fournir une efficacit maximale de la
dgradation du glyphosate.
Enfin, les effets secondaires du glyphosate sur lactivit
microbiologique du sol
forestier et du sol Saharien seront dtermins par lvaluation de
la composition des
microorganismes cultivables et de la respiration basale avant et
aprs traitement par
lherbicide. Cette exprimentation devait nous renseigner sur les
risques cologiques du
glyphosate. Lutilisation de deux terres diffrentes devrait
galement nous permettre
dapprcier linfluence des caractres physico-chimiques du sol sur
limpact du glyphosate sur
lactivit microbienne du sol.
Les rsultats de ces travaux font lobjet de deux chapitres
successifs prcds dune
tude bibliographique abordant dun cot les principales espces
microbiennes isols jusqu
maintenant capables de dgrader les composs organophosphors et
plus particulirement le
glyphosate ainsi que leur mcanismes de dgradation. Et dun autre
cot, les principaux
-
Introduction gnrale
6
travaux raliss sur limpact du glyphosate sur la microflore du
sol. Enfin, dans la conclusion
gnrale, nous tenterons de mettre en avant les points importants
apports par notre travail,
ainsi que nos futures perspectives.
-
Etude bibliographique
-
tude bibliographique
8
1. Gnralits sur les pesticides
1.1. Dfinition dun pesticide
Selon le Code de conduite de la FAO sur la distribution et
lutilisation des pesticides
(Version novembre 2002), un pesticide est une substance ou
association de substances
destine repousser, dtruire ou combattre les ravageurs, y compris
les vecteurs de maladies
humaines et animales, et les espces indsirables de plantes ou
danimaux .
Dun point de vue rglementaire, nous distinguons les pesticides
utiliss
principalement pour la protection des vgtaux que nous appelons
produits phyto-
pharmaceutiques (directive 91/414/CE) ou plus communment
produits phytosanitaires et
dautres dnomms biocides (directive 98/8/CE). Par exemple, un
insecticide sera un produit
phytosanitaire sil est utilis sur du bl mais un biocide ds lors
quil est utilis sur du bois de
charpentes (Devillers et al., 2005).
De manire plus concise, les produits phytosanitaires, sont
dfinis comme des
substances dont les proprits chimiques contribuent la protection
des plantes cultives et
des produits rcolts, ils amliorent ainsi la fois la quantit et
la qualit des denres
alimentaires. Leur composition et leur structure sont trs
varies, de sorte que leurs proprits
physiques, chimiques et biologiques le sont aussi, ce qui
explique leurs multiples usages, leurs
dangers, ainsi que les difficults rencontres pour dcrire et
prvoir leur devenir dans les sols
(Gariido Frenich et al., 2004).
1.2. Composition et formulation
Les produits phytosanitaires contiennent une ou plusieurs
substances chimiques
minrales ou organiques, synthtiques ou naturelles. Ceux utiliss
aujourdhui sont, la plupart,
de nature organique dont un petit nombre est extrait ou driv des
plantes.
Les formulations sont en gnrale composes dune ou plusieurs
substances actives et
dun ou plusieurs adjuvants. La substance active exerce une
action gnrale ou spcifique sur
les organismes nuisibles ou sur les vgtaux ; cest elle qui
confre au produit leffet dsir.
Ladjuvant quant lui est une substance dpourvue dactivit
biologique juge suffisante dans
la pratique, mais capable de modifier des proprits physiques,
chimiques ou biologiques des
-
tude bibliographique
9
produits phytosanitaires. Il renforce lefficacit, la scurit du
produit et sa facilit
dutilisation (ACTA, 2006 ).
La formulation correspond, aussi, la forme physique sous
laquelle le produit
phytopharmaceutique est mis sur le march. Obtenue par le mlange
des matires actives et
des adjuvants, elle se prsente sous une multitude de formes,
solides ou liquides. La teneur en
matire active sexprime en g/l pour les formulations liquides et
en pourcentage (%) pour les
formulations solides. La dose demploi en produit commercial
sexprime en l/ha pour des
formulations liquides et en kg/ha (ou parfois en g/ha) pour les
formulations solides. La dose
demploi en matire active sexprime toujours en g/ha. (Coulibaly,
2005).
1.3. Classification des pesticides
Les pesticides disponibles aujourdhui sur le march sont
caractriss par une telle
varit de structures chimiques, de groupes fonctionnels et
dactivits biologiques que leur
classification est complexe. Dune manire gnrale les pesticides
peuvent tre classs selon
deux faons: selon les organismes vivants viss et selon leurs
caractristiques chimiques.
1.3.1. Classification chimique
Il existe trois catgories de pesticides.
- les pesticides inorganiques
Il nexiste plus dinsecticides inorganiques et un seul herbicide
est encore employ,
aujourdhui, comme dsherbant total, le chlorate de sodium.
Lessentiel des pesticides
inorganiques sont des fongicides base de soufre et de
cuivre.
- les pesticides organo-mtalliques
Ce sont des fongicides dont la molcule est constitue par un
complexe dun mtal
tel que le zinc et le manganse et dun anion organique
dithiocarbamate. Des exemples de ces
pesticides sont le mancozbe (avec le zinc) et le manbe (avec le
manganse) (Calvet et al.,
2005).
-
tude bibliographique
10
- les pesticides organiques
Il existe actuellement plus de 80 familles ou classe chimiques
mais leur appellation
sont parfois arbitraires. Les principales familles chimiques de
pesticides identifis par des
groupes datomes constituant une fonction chimique particulire
sont : les acides
carboxyliques, les amines, les carbamates, les thiocarbamates,
les htrocycles azots, les
azoles, les organophosphors, les pyrthrinoides, les ures
substitues, les sulfonylures, les
uraciles et les diphnyles ther (Pesticide Manual, 1995).
1.3.2. Classification biologique
Selon les organismes vivants viss, nous distinguons plusieurs
catgories de
pesticides dont les principales sont les insecticides, les
fongicides et les herbicides.
- Les herbicides
Les herbicides reprsentent les pesticides les plus utiliss dans
le monde, toutes
cultures confondues. Ils sont destins liminer les vgtaux
rentrant en concurrence avec les
plantes protger en ralentissant leur croissance. Les herbicides
possdent diffrents modes
daction sur les plantes, ils peuvent tre des perturbateurs de la
rgulation dune hormone de
croissance telle que lauxine, de la photosynthse, des
inhibiteurs de la division cellulaire, de
la synthse des lipides, de la cellulose ou des acides amins.
- Les fongicides
Les fongicides permettent quant eux liminer ou limiter le
dveloppement des
champignons parasites des vgtaux. Ils peuvent agir diffremment
sur ces organismes, soit
en inhibant le systme respiratoire ou la division cellulaire,
soit en perturbant la biosynthse
des strols, de lARN polymrase ou de ladnosine dsaminase.
- Les insecticides
Les insecticides sont utiliss pour la protection des plantes
contre les insectes. Ils
interviennent en les liminant ou en empchant leur reproduction,
diffrents types existent :
les neurotoxines, les insecticides agissant sur la respiration
et les insecticides interfrant sur
la mise en place de la cuticule.
-
tude bibliographique
11
Outre, ces trois familles mentionnes ci-dessus, dautres peuvent
tre cites en
exemple : les acaricides, contre les acariens ; les nmanticides,
contre les vers du groupe de
nmatodes ; les rodonticides, contre les rongeurs ; les
taupicides, contre les taupes ; les
molluscicides, contre les limaces et escargots ou encore les
corvicides et corvifuges,
respectivement contre les corbeaux et les autres oiseaux
ravageurs de culture (ACTA, 2006).
1.4. Mode daction des pesticides
Il existe plusieurs types dactions essentiels, mais quel que
soit le produit et son
activit biologique, il est important de bien distinguer et
connaitre les deux phases essentielles
de son action : son transport jusquau rcepteur et son action sur
celui-ci.
1.4.1. Transport jusquau rcepteur
La substance active doit parvenir un rcepteur cellulaire en
traversant les structures
externes de la plante ou de linsecte.
Le franchissement de la couche de protection, cire ou cuticule
des plantes, chitine des
insectes, ncessite en gnral que les molcules actives soient
liposolubles. Certaines
substances actives pntrent galement par les stomates des
feuilles, mais chez les
dicotyldones sont un inconvnient important parce quils se
trouvent la face inferieure des
feuilles.
Le passage des produits phytosanitaires systmiques dans les
parois cellulaires se fait
par la sve de la plante (plante protger dans le cas des
insecticides et des fongicides,
adventices liminer dans le cas des herbicides) ; les
insecticides circulent, galement, dans
lorganisme cible jusquau rcepteur par lhmolymphe ; les
rodonticides circulent dans le
sang des rongeurs viss. Ces deux phases du transport ncessitent
que la substance active soit
galement suffisamment hydrosoluble (ACTA, 2002).
1.4.2. Action sur le rcepteur
Parvenue dans la cellule, la molcule agit sur un rcepteur
pharmacologique, par
exemple pour prendre la place dun mdiateur naturel indispensable
au bon fonctionnement
de lorganisme, soit pour lactiver de manire anormale, soit pour
le bloquer (cas le plus
frquent). Elle doit donc avoir une structure dtermine qui lui
permette dtre reconnue par le
-
tude bibliographique
12
site actif du rcepteur et dinteragir avec celui-ci. La gomtrie
de la molcule, et donc sa
strochimie, sont alors essentielles. Elle doit aussi avoir des
fonctions complmentaires de
celles du rcepteur. Le produit actif neutralise donc un rcepteur
et bloque une fonction vitale.
(ACTA, 2002).
2. Comportement et devenir des pesticides dans
lenvironnement
2.1. Apport des pesticides et leur rtention dans le sol
Lapport des pesticides dans le sol plusieurs origines :
- leur emploi des fins de protection des plantes, des animaux,
de lhomme, des btiments et
dhabitations usages agricole,
- leur stockage et leur limination en tant que produits non
utiliss ou comme rsidus dans des
emballages,
- les rejets dans lenvironnement loccasion de diverses
manipulations au cours du
remplissage et du nettoyage des appareils de traitement,
- les dversements accidentels,
- les dpts dorigine atmosphrique.
Apport dans le sol, un pesticide peut tre retenu par les minraux
et la matire
organique, transport dans leau et dans lair et transform des
degrs divers jusqu' sa
complte dgradation. Ces processus contribuent au devenir des
pesticides et sont le rsultat
des plusieurs phnomnes qui interviennent simultanment ou
successivement. Le devenir
dun pesticide dans le sol dpend de quatre facteurs gnraux : le
climat, le sol, les proprits
molculaires et les pratiques agricoles (Calvet et al.,
2005).
La rtention est un processus qui immobilise plus au moins
longtemps les molcules
de pesticides ou de leurs produits de transformation, quelles
soient dissoutes ou ltat
gazeux ; cest pourquoi nous parlons aussi dimmobilisation. Cest
le transfert dun compos
de la phase liquide ou gazeuse vers la phase solide imputable
des phnomnes physico-
chimique dadsorption et de dsorption rversibles ou irrversibles
(Mamy, 2004).
-
tude bibliographique
13
2.2. Les interactions molculaires de ladsorption
sol/pesticides
Les interactions molculaires de ladsorption sol/pesticides
peuvent tre classes en
liaisons ioniques et/ou sorption par change dions, liaisons de
coordination entre des atomes
donneurs des pesticides (azote ou oxygne) et les atomes
accepteurs (mtaux de transition ou
cations changeables), liaisons hydrogne, liaisons de Van Der
Waals (Flogeac, 2004). Les
Facteurs influenant ladsorption dun pesticide par le sol sont:
la temprature, les pH du sol
et de l'eau, la distribution de taille des particules et la
surface spcifique des solides, le rapport
sol/eau, les proprits physiques de ladsorbant, et la composition
du sol (matire organique,
argile ou autre constituant, etc.) (Chafik, 2002).
Une tude sur ladsorption de trois herbicides (atrazine,
terbutryne et lacide 2,4-
dichlorophnoxyactique) sur 55 matriaux terreux issue de sols de
composition et dorigine
trs varies, montre que le mcanisme dadsorption dpend de la
nature des sols :
- les sols riches en matire organique adsorbent tous les
pesticides non ioniques en grande
quantits,
- les pesticides cationiques sont trs adsorbs par les sols
contenant beaucoup de minraux
argileux (montmorillonite et vermiculite surtout) et de matire
organique,
- les pesticides anioniques sont trs adsorbs par les sols riches
en oxydes et hydroxydes
mtalliques (Barriuso et Calvet, 1992).
2.3. La mobilisation des pesticides
La rtention prend fin par la libration (ou la mobilisation) des
molcules suite des
modifications de la structure de la phase solide ou de la
composition de la phase liquide. La
concentration dune solution dun pesticide mis en contact avec un
solide adsorbant diminue
la suite de ladsorption dune partie du solut. Aprs certain temps
plus au moins long selon la
vitesse de la raction, la concentration devient constante et le
systme solution liquide est
alors lquilibre. Si, ensuite, la concentration de la solution
est diminue par la dilution de la
phase liquide, lquilibre thermodynamique est rompu. Le systme
volue nouveau vers un
nouvel quilibre, en provoquant le passage dans la solution dune
certaine quantit de
pesticides, ce passage est le phnomne de dsorption. Il se
produit chaque fois que la
-
tude bibliographique
14
concentration de la solution au contact de la phase solide
adsorbante est diminue jusqu' une
limite qui dpend des caractristiques de ladsorption (Calvet et
al., 2005).
2.4. La dgradation des pesticides
La dgradation des pesticides est un processus cl du devenir des
pesticides dans le sol et
joue un rle majeur dans leur dissipation et leur limination des
milieux naturels. Elle est due
de nombreuses transformations chimiques qui modifient la
composition et la structure des
molcules apportes au sol. Ces modifications peuvent tre limites
llimination dun
groupe fonctionnel, conduire divers produits de transformation
et aller jusqu' la complte
dgradation avec la production de molcules minrales
(minralisation). Toute une srie de
molcules intermdiaires entre la molcule initiale et les molcules
finales peuvent ainsi tre
produites (Calvet et al., 2005). Dans certains cas les
mtabolites peuvent tre plus toxiques
et/ou persistants que le pesticide lui-mme (Schiavon, 1988 ;
Benoit, 1994 ; Remde et
Traunspurger, 1994 ; Mansour et al., 1999 ; Tixier et al.,
2002). Seule, la minralisation des
pesticides conduit leur limination totale des milieux naturels,
ce qui lui donne une trs
grande importance environnementale (Calvet et al., 2005). Les
transformations chimiques
responsables de la dgradation sont de nature abiotique et
biotique.
Les transformations abiotiques sont dues des ractions chimiques
qui ne sont pas
catalyses par des systmes enzymatiques (photoractions, des
ractions doxydation, de
rduction, dhydrolyse et de conjugaison). La dgradation reprsente
le plus souvent la
principale cause de la dissipation des pesticides, sauf pour
ceux qui sont trs volatils.
La dgradation biotique a lieu dans les milieux naturels comme
les sols, les sdiments et
les eaux mais elle peut aussi se produire dans les organismes
vgtaux ou animaux (Calvet et
al., 2005). La microflore (les champignons, les algues, les
protozoaires et les bactries) de ces
milieux est lorigine de la dgradation biotique.
-
3. Lherbicide glyphosate
3.1. Gnralits
3.1.1. Structure chimique
Le glyphosate, ou N-phosphonomthyl glycine, est un herbicide
driv dun acide amin,
la glycine, appartenant la famille des
en 1970 par un groupe de scientifiques de lentreprise Monsanto
et a t commercialis pour
la premire fois en 1974 sous lappellation de
de lactivit herbicide du glyphosate nest pas le f
remarqu une faible activit herbicide en prsence de composs
chimiquement proches du
glyphosate et avait de ce fait mis en place une stratgie de
synthse en cherchant amliorer
lactivit herbicide (Alibhai et Stallings, 2001). Le glyphosate
est un acide faible, sa formule
chimique est la suivante :
Figure 1. La structure chimique de la forme acide du
glyphosate
Cest une molcule non plane en zigzag (Knuuttila et Knnutila,
1985), qui se distingue
par la prsence de deux groupements acides, lun carboxylique,
lautre phosphonique, et un
groupement amine. Le glyphosate est amphotre, ainsi il peut tre
porteur dune charge
positive, tre globalement neutre ou tre porteur dune ou
plusieurs charges n
lui donne dimportante proprits de former des complexes avec des
ions mtalliques (Glass,
1987 ; Subramaniam et Hoggard, 1988
Morillo et al., 2000).
3.1.2. Mode daction
Le glyphosate est absorb par les feuilles et transport par le
phlome jusqu'au
extrmits des racines et la rhizosphre (Sprankle
des acides amins aromatiques en se liant lenzyme EPSPS (5
phosphate synthtase) (Tomlon, 1995
tude bibliographique
15
glyphosate
phosphonomthyl glycine, est un herbicide driv dun acide
amin,
la glycine, appartenant la famille des organophosphors (Malik et
al., 1989)
en 1970 par un groupe de scientifiques de lentreprise Monsanto
et a t commercialis pour
us lappellation de Roundup (Williams et al., 2000). La
dcouverte
de lactivit herbicide du glyphosate nest pas le fruit du hasard;
lquipe de chercheurs avait
remarqu une faible activit herbicide en prsence de composs
chimiquement proches du
glyphosate et avait de ce fait mis en place une stratgie de
synthse en cherchant amliorer
et Stallings, 2001). Le glyphosate est un acide faible, sa
formule
La structure chimique de la forme acide du glyphosate
non plane en zigzag (Knuuttila et Knnutila, 1985), qui se
distingue
ar la prsence de deux groupements acides, lun carboxylique,
lautre phosphonique, et un
groupement amine. Le glyphosate est amphotre, ainsi il peut tre
porteur dune charge
positive, tre globalement neutre ou tre porteur dune ou
plusieurs charges n
lui donne dimportante proprits de former des complexes avec des
ions mtalliques (Glass,
; Subramaniam et Hoggard, 1988 ; McBride et Kung, 1989 ;
Maqueda
est absorb par les feuilles et transport par le phlome
jusqu'au
extrmits des racines et la rhizosphre (Sprankle et al., 1975c) o
il bloque la biosynthse
des acides amins aromatiques en se liant lenzyme EPSPS
(5-2-Enolpyruvyl
synthtase) (Tomlon, 1995 ; Roberts, 1998). Cette enzyme est
majoritairement
tude bibliographique
phosphonomthyl glycine, est un herbicide driv dun acide
amin,
., 1989). Il fut dcouvert
en 1970 par un groupe de scientifiques de lentreprise Monsanto
et a t commercialis pour
, 2000). La dcouverte
ruit du hasard; lquipe de chercheurs avait
remarqu une faible activit herbicide en prsence de composs
chimiquement proches du
glyphosate et avait de ce fait mis en place une stratgie de
synthse en cherchant amliorer
et Stallings, 2001). Le glyphosate est un acide faible, sa
formule
non plane en zigzag (Knuuttila et Knnutila, 1985), qui se
distingue
ar la prsence de deux groupements acides, lun carboxylique,
lautre phosphonique, et un
groupement amine. Le glyphosate est amphotre, ainsi il peut tre
porteur dune charge
positive, tre globalement neutre ou tre porteur dune ou
plusieurs charges ngatives, ce qui
lui donne dimportante proprits de former des complexes avec des
ions mtalliques (Glass,
; Maqueda et al., 1998 ;
est absorb par les feuilles et transport par le phlome
jusqu'au
1975c) o il bloque la biosynthse
Enolpyruvyl-shikimate-3-
Cette enzyme est majoritairement
-
tude bibliographique
16
situe dans les chloroplastes (Blachburn et Boutin, 2003). Le
dficit en acides amins
aromatiques entraine larrt de la synthse des protines et de la
formation de certains
composs phnoliques (Cole, 1985). La cessation de la croissance
qui dcoule est alors suivie
de ncrose des tissus qui aboutit la mort de la plante. signaler
que cette voie de
biosynthse des acides amins aromatiques nest pas prsente dans le
rgne animal (Williams
et al., 2000 ; Solomon et Thompson, 2003).
Le glyphosate est efficace sur la quasi-totalit des plantes
annuelles ou vivaces (Franz,
1997). Il fait partie des pesticides les plus utiliss en terme
de volume (Solomon et Thompson,
2003). Non slectif, il possde un large spectre daction
c'est--dire quil tue toutes les
cultures sur lesquelles il est appliqu (Smith et Oehme, 1992 ;
Solomon et Thompson, 2003).
Les usages autoriss du glyphosate sont nombreux : Il est trs
utilis en agriculture
(technique de culture sans labours, application en pr-mergence,
destruction des
interculturels, culture de plantes gntiquement modifies
rsistantes), plantations, forts,
amnagement des espaces vert, viticulture, vergers, aquaculture,
entretien des voiries (routes,
vois ferrs) (Giesy et al., 2000). Les dose agronomiques
homologues varient entre 0,34 et 1,2
Kg ha-1 pour les espces annuelles et entre 1,12 et 4,48 kg ha-1
an-1 pour les espces prennes
(Carlisle et Trevors, 1988 ). Reddy (2000) a observ que les
mauvaises herbes sont dtruites
55% avec 0.56 kg ha-1 et 98% avec 4.48% kg ha-1.
3.1.3. Les spcialits commerciales base de glyphosate
Le glyphosate est utilis principalement sous forme de sels
(isopropylamine,
trimethylsulfonium, sodium ou ammonium) de manire le rendre plus
soluble dans leau. Le
glyphosate constitue la matire active la plus souvent utilise
dans les dsherbants non
rmanents. Les spcialits commerciales prsentes sur le march sont
nombreuses: lAmeg
(CFPI Nufarm), le Cargly (Cardel), le Cosmic (Calliope), le
Tchao (BHS), le Nomix
(Monsanto), le Rodeo (Monsanto) ou encore le Roundup (Monsanto)
qui est la gamme de
dsherbants base de glyphosate la plus utilise et celle laquelle
nous nous sommes
intresss. Les produits Roundup contiennent du glyphosate sous
forme de sel
disopropylamine.
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tude bibliographique
17
3.1.4. Les adjuvants du glyphosate
Les adjuvants utiliss dans les formulations de glyphosate sont
des surfactants. Ils
permettent la pntration du glyphosate dans la plante. Sans
surfactant, seul 10% de la
quantit de glyphosate pntre dans la plante. Ces surfactants sont
donc indispensables afin
doptimiser lactivit biologique des sels de glyphosate.
Le polyoxythylne amine (Polyethoxylated tallow amine ou POEA)
est le principal
surfactant prsent dans la gamme des produits Roundup. Cest un
adjuvant cationique (Smith
et Oechme, 1992 ; Williams et al., 2000). De nombreuses tudes
montrent que le POEA est
plus toxique que le glyphosate (Folmar et al., 1979 ; Mitchell
et al., 1987 ; Servizi et al.,
1987 ; Adam et al., 1997 ; Mann et Bidwell, 1999 ; Everett et
Dickerson, 2003 ; Tsui et Chu,
2003). Tsui et Chu (2003) suggre laddition dans Roundup dun
protecteur de leffet du
POEA.
3.2. Comportement du glyphosate dans le sol
3.2.1. La rtention
Le glyphosate est amphotre, ce qui lui donne dimportante
proprits de complexer
avec des ions mtalliques (Glass, 1987 ; Subramaniam et Hoggard,
1988 ; McBride et Kung,
1989 ; Maqueda et al., 1998 ; Morillo et al., 2000). La
formation de complexes est due a des
liaisons de coordination par lazote du groupe amine et des
atomes doxygne des groupe
carboxylique et phosphonique (Subramanian et Hoggard, 1988 ).
Cette particularit est trs
dpendante du pH du sol, de la prsence de cations changeables di
et trivalents et doxydes
de fer et daluminium charg positivement (Miles et Moye,
1988).
lexception, des sols calcaires et des sols sableux o ladsorption
est modre
(Sprankle et al., 1975a ; Nomura et Hilton, 1977 ; Eberbach et
Douglas, 1983 ; Piccolo et al.,
1994), le glyphosate est gnralement fortement et rapidement
adsorb dans les sols, ce qui le
rend peu mobile dans la solution du sol (Spankle et al., 1975 a
et b ; Hance, 1976 ; Ruppel et
al., 1977 ; Nomura et Hilton, 1977 ; Hensley et al., 1978 ;
Carlisle et Trevors, 1988; Gerritse
et al., 1996 ; Grunewald et al., 2001). Mais lampleur de sa
rtention est trs variable, et
dpend fortement du pH, qui lorsquil augmente, ladsorption
diminue (Getenga et Kengara,
2004 ; Zhou et al., 2004 ; Morillo et al., 2000 ; Mc Connel et
Hosser, 1985), cela sexplique
par la charge ngative du glyphosate et des surfaces des minraux
argileux, des oxydes et de
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tude bibliographique
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la matire organique lorsque le pH est alcalin, ce qui diminue
ladsorption. Par contre, quand
le pH du sol diminue apparaissent des espces molculaires
(glyphosate et constituants du sol)
moins charges ngativement et ladsorption est facilite (Morillo
et al., 2000 ; De Jonge et
De Jonge, 1999 ; Nicholls et Evans, 1991).
Le glyphosate est fortement adsorb aux argiles. Lintensit de
ladsorption dpend de
leur nature minralogique (Glass, 1987 ; Mc Connell et Hossner,
1985). Ainsi, la
montmorillonite, adsorbe plus que lillite ou que la
kaolonite.
La matire organique joue un rle fondamental dans ladsorption du
glyphosate (Ying
Yu et Qi-Xing Zhou, 2004 ; Morillo et al., 2000 ; Piccolo et
al., 1996). Feng et Thompson,
(1990) observent que 90% de la totalit des rsidus de glyphosate
sont retenus principalement
dans la couche de surface de 0-15 cm, dun sol forestier o la
teneur en matire organique est
plus leve. De mme, Barrett et McBride (2006) montrent que le
glyphosate est plus adsorb
sur un sol organique que sur un sol minral. Cette forte
adsorption est explique par la
possibilit de multiples liaisons hydrogne entre les groupe
acides de lherbicide et les groupe
acides et oxygns des composs organiques. Cest la prsence de
complexes organo-
minraux qui explique ladsorption du glyphosate sur la matire
organique. Le glyphosate
peut galement interagir avec la matire organique soluble.
4. Dgradation microbienne des pesticides
4.1. Gnralits
Les microorganismes dgradant les pesticides sont en majorit des
bactries et des
champignons. Leur grande diversit et la multiplicit des
conditions de leur dveloppement
font quils sont de puissants agents de la dgradation des
pesticides. La composition de la
microflore est trs variable selon la nature des sols, leur pH,
les teneurs en carbone organique
et en minraux argileux. La taille de la biomasse microbienne est
elle, aussi, trs variable en
fonction des mmes facteurs. Elle est en moyenne de 200 mg Kg-1
dans les sols sableux
pauvres en matire organique et peut atteindre lordre de 900 mg
Kg-1 dans les sols riches
(teneur en C suprieur 4%) (Chaussod et al., 1986).
La microflore implique dans la dgradation des pesticides est
qualifie de dgradantes
pour la distinguer de lensemble des microorganismes du sol ;
elle nest gnralement pas
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tude bibliographique
19
limite une seule espce. Son activit dans le processus de
dgradation dpend, la fois de
son patrimoine enzymatique qui dtermine la nature des ractions
chimiques et de son
environnement qui exerce une influence sur son dveloppement et
sur sa survie. Laspect
fondamental de la dgradation due aux microorganismes est la
catalyse des ractions
chimiques par des enzymes ; cela ncessite que les pesticides
soient ltat dissous dans la
phase liquide du sol. Nous distinguons deux situations :
- les ractions chimiques catalyses par des enzymes
intracellulaires ; les pesticides doivent
dabord tre absorbs pour tre transforms.
- les ractions chimiques catalyses par des enzymes
extracellulaires ; labsorption des
pesticides nest pas ncessaire (Calvet et al., 2005).
Par ailleurs certaines molcules sont rsistantes toute action de
dgradation. Les
polluants qui sont pigs dans les pores du sol, trop troits pour
que les bactries puissent y
pntrer, deviennent inaccessibles aux microorganismes et
saccumulent. Les produits
phytosanitaires peuvent aussi tre complexs avec des polymres
organiques rsistants la
biotransformation, cas de lignines et de composs humiques.
Laccumulation peut aussi tre
due des conditions non favorables au dveloppement des
microorganismes (manque de
nutriments par exemple). Les pesticides et leurs produits de
dgradation peuvent aussi tre
pigs temporairement par les animaux ou les vgtaux. Cest le
phnomne de
bioaccumulation (Coulibaly, 2005).
4.2. Facteurs de croissance des microorganismes dgradants
Lactivit et la croissance des microorganismes sont influences
par des facteurs
physiques, chimiques et biologiques.
4.2.1. Facteurs physiques
- La temprature : son rle est trs important en raison de son
effet sur lactivit
microbienne, puisquelle dtermine la vitesse de mtabolisation des
nutriments. Le
mtabolisme de nombreux microorganismes (msophiles) est ralenti
des tempratures, soit
suprieures 40C, soit inferieures 5C.
-
tude bibliographique
20
- La teneur en eau : cest la disponibilit en eau plutt que la
quantit deau prsente dans un
environnement donn qui est le facteur critique. Les actinomyctes
et les champignons sont
favoriss par apport aux bactries quand le potentiel hydrique est
inferieur 15,8 105 Pa.
Lactivit de tous les microorganismes cesse lorsque le potentiel
devient trs petit (Calvet et
al., 2005).
- Les surfaces solides : une grande partie de lactivit des
microorganismes est influence,
dans le sol, par les surfaces des constituant solides et a une
influence sur les transformations
biotiques des composs organiques (Van Loosdercht et al., 1990 ;
Chenu et Stotzky, 2002 ;
Dec et al., 2002). Les interactions avec ces surfaces ont divers
effets notamment sur la
croissance microbienne qui peut tre augmente, diminue ou non
affecte.
4.2.2. Facteurs chimiques
- Loxygne : lorsque loxygnation du milieu est importante
(potentiel rdox de lordre de
750 800 mV), elle favorise le dveloppement dune population
arobie susceptible de
dgrader de nombreux pesticides. Quand loxygne vient manquer, le
milieu devient
anoxique et dautres population microbiennes arobies
facultatives, voire anarobies strictes
prennent le relais. Lactivit de ces microorganismes capables
dutiliser dautres accepteurs
dlectrons que loxygne est particulirement importante dans le cas
de la dgradation de
composs halogns (Haggblom et Bossert, 2003).
- Le pH : le pH affecte la diversit, lactivit et la taille des
populations microbiennes. Le pH
optimal de dveloppement des bactries se situe entre 5 et 8,5
alors que les champignons sont
favoriss dans les milieux plus acides. Le pH agit galement sur
ltat dionisation des
enzymes, ce qui modifie leur affinit pour les substrats.
- Les substances organiques et inorganiques : la teneur en
carbone organique est souvent le
facteur limitant pour la croissance et le dveloppement des
microorganismes htrotrophes.
Ce facteur est particulirement important considrer dans le cas
de la dgradation de
composs par comtabolisme. Dans les milieux o la teneur en
carbone organique est faible,
certains microorganismes dveloppent des proprits physiologiques
particulires pour
survivre et se multiplier comme la diminution de la surface de
contact de la cellule avec son
milieu, laugmentation de laffinit enzyme-substrat et
laugmentation de lefficacit des
systmes de transport intracellulaire (Calvet et al., 2005).
-
tude bibliographique
21
- Les adjuvants des produits phytosanitaires : ils entrainent
des modifications des
populations microbiennes, de lactivit globale de la microflore
du sol et de lactivit
spcifique de la microflore dgradante (Rouse et al., 1994 ;
Sanchez-Camazano et al., 1995 ;
Beigel et al., 1999 ; Charnay et al., 2000). Soit ils stimulent
la dgradation du pesticides par
un accroissement des populations microbiennes, due la source
additionnelle de carbone
rsultant des cellules microbiennes tues par les adjuvants et
facilement assimilable par la
microflore survivante, ou certains adjuvants de formulations
facilement assimilables, soit ils
ralentissent la dgradation du pesticides en raison de laltration
des microorganismes
dgradant et du pigeage da la matire active lintrieur de micelles
de composs
tensioactifs (Calvet et al., 2005).
4.2.3. Facteurs biologiques
- Les racines : du point de vue microbiologique, la rhizosphre
est dfinie comme la zone
dinfluence du systme racinaire sur la microflore tellurique.
Dans cette zone, caractrise par
un important rapport de carbone provenant de la photosynthse, la
plante exerce une pression
de slection conduisant augmenter la taille et lactivit des
populations microbiennes. Cest
ainsi que lon a souvent observ une activit des populations
microbiennes dgradantes plus
intense dans cette partie du sol compar un milieu sans vgtaux
(Buyanosky et al., 1995 ;
Perkovitch et al., 1996).
- Les interactions entre organismes : elles sont lies la densit
des populations prsentes
dans le sol et peuvent tre soit des interactions positives ou
ngatives (Puitti et al., 2002).
4.3. Mcanismes de la dgradation microbienne
Les microorganismes peuvent tre impliqus dans la dgradation des
pesticides selon
cinq mcanismes daction (Bollag et Liu, 1990) :
- Le mtabolisme direct : qui fait des pesticides une source
dnergie utilise pour la
croissance des microorganismes,
- Le comtabolisme : il sagit de transformations chimiques des
pesticides mais ils ne sont
pas une source dnergie pour les microorganismes,
-
tude bibliographique
22
- La conjugaison : ce sont des ractions chimiques, catalyses par
des enzymes
exocellulaires, entre les pesticides et dautres pesticides ou
dautres molcules prsentes dans
la solution du sol,
- Laccumulation : les pesticides ou leur mtabolites sont stocks
dans les corps microbiens ;
il sagit l, probablement dune des causes de la
stabilisation,
- Les effets secondaires : dus lactivit des microorganismes qui
peut entrainer des
modifications de lenvironnement chimique (consommation de
loxygne, production de
composs organiques) et de lenvironnement physicochimique (pH)
qui facilitent ou limitent
les transformations chimiques des pesticides. Ils sont un des
facteurs intervenant dans la
dgradation.
Les trois premiers mcanismes conduisent des modifications de la
composition et de la
structure chimique des pesticides et peuvent tre vritablement
considrs comme tant
directement lorigine de la dgradation. Cest ces trois mcanismes
que lon se rfrera en
parlant des mcanismes de la dgradation microbienne. Les deux
derniers doivent plutt tre
vus comme des processus, certes lis aux microorganismes, mais
probablement pas impliqus
directement dans la dgradation des pesticides. Une
caractristique fondamentale, au moins
pour les trois premiers, est lintervention de systmes
enzymatiques (Calvet et al., 2005).
4.3.1. Le mtabolisme direct
Le mtabolisme direct est la consquence de lutilisation des
pesticides comme source
dnergie (Bollag et Liu, 1990 ; Fournier, 1996b).
Beaucoup de pesticides peuvent tre des sources dlments et
dnergie pour les
microorganismes par la mise en uvre de diverses ractions
chimiques cataboliques
catalyses par des enzymes. Des microorganismes, dont la plupart
sont des bactries, sont
capables deffectuer la totalit des ractions chimiques, de la
molcule initiale aux molcules
inorganiques finales (minralisation). Dautres, cependant, ne
peuvent effectuer quune partie
des transformations, ce qui ncessite lintervention de plusieurs
espces pour obtenir la
minralisation, chacune dentre elles utilisant les
transformations chimiques successives
comme source dlments et dnergie. Nous parlons, donc, de
consortium de
microorganismes ; par exemple il a t observ que la minralisation
du dalapon (herbicide,
acide 2,2- dichloropropionique) est effectue par lintervention
de sept espces diffrentes
-
tude bibliographique
23
(Schwarzenbach et al., 2003). Le rle bnfique dun consortium dans
la dgradation nest
pas seulement du la prsence de toutes les enzymes ncessaires la
dgradation ; il peut
aussi rsulter dchange de nutriments et de llimination de
substances inhibitrices des
microorganismes dgradants.
Beaucoup de pesticides appartenant des familles chimique
diverses peuvent tre
minraliss plus ou moins facilement selon la nature de leurs
groupes fonctionnels, mais aussi
selon lquipement enzymatique des microorganismes (Fournier,
1996a). Ces ractions
conduisent la formation des molcules inorganiques (dioxyde de
carbone, ammoniac, eau,
anions sulfates et phosphates) et sont lorigine de la complte
destruction des pesticides,
do la grande importance du processus de la minralisation pour
leur limination des milieux
naturels (Calvet et al., 2005).
Lutilisation des pesticides par les microorganismes possde des
caractres gnraux qui
sont (fournier 1996b) :
- la cintique prsente une phase de latence prcdant une phase de
minralisation rapide,
- lapplication ultrieure de pesticide fait disparaitre la phase
de latence,
- il est possible de transfrer la capacit de minraliser dun sol
trait un sol non trait,
- un sol o se produit la minralisation contient des bactries
spcifiques capables de
leffectuer,
- la vitesse de minralisation est accrue par des applications
successives.
Il est important de noter, dune part, lexistence dune microflore
capable dutiliser un
pesticide comme source dnergie, dautre part, son adaptabilit
raliser le processus, ce qui
a des consquences agronomiques relatives lefficacit des
traitements phytosanitaires. La
minralisation se droule suivant une chaine de ractions chimiques
dont la premire dentre
elle est une hydrolyse, ou une oxydation, une rduction ou une
addition, suivie par dautres
types de transformations. Il existe toute une gamme de
biodgradabilit, depuis des
biodgradations rapides, donc faciles et correspondant une trs
faible rcalcitrance, jusqu'
des biodgradations trs lentes voire presque impossibles pour
lesquelles nous parlons de
grande rcalcitrance. Certains groupements fonctionnels
favorisent la minralisation, dautres,
au contraire, la limitent beaucoup. Base sur des relations
structure /activit, une tude portant
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tude bibliographique
24
sur plusieurs centaines de composs a permis dtablir une fonction
mathmatique donnant
une estimation de la probabilit dobserver une biodgradation.
Cette tude a conduit aux
relations qualitatives suivantes (Calvet et al., 2005) :
- les groupes favorisant la minralisation, en milieu arobie, par
importance dcroissante
sont les composs contenant des groupes hydrolysables (esters
dacides carboxyliques, amides
et anhydrides dester dacides phosphoriques sont rapidement
dgrads), les groupes
hydroxyl, formyl et carboxyl confrent aussi une grande
biodgradation, moindre cependant
que les prcdents,
- les groupes ne favorisant pas la minralisation sont les
carbones quaternaires, les azores
tertiaires, les halognes et les groupes nitro, particulirement
dans les structures aromatiques.
4.3.2. Le comtabolisme
Le comtabolisme est un processus au cours duquel des
microorganismes assurent leur
maintenance et leur multiplication au dpens dun substrat
organique tout en dgradant des
pesticides sans que ceux-ci soit pour eux une source dnergie et
dlments nutritifs. Il sagit
dun mtabolisme dont les ractions initiales sont catalyses par
des enzymes peu spcifiques
(Dalton et Stirling, 1988 ; Bollag et Liu, 1990). Ce mcanisme de
dgradation a t dcrit
pour la premire fois par Leadbetter et Foster en 1959 et a t
dsign par le mot
comtabolisme par Jensen en 1963 (Horwath, 1972). Ce processus de
dgradation est trs
frquent et beaucoup de microorganismes peuvent y participer
(Horwath, 1972 ; Alexander,
1981 ; Fournier et al., 1997). Les champignons sont
particulirement impliqus dans ce type
de dgradation en raison de labondance de leur systme enzymatique
large spectre
dactivit (cytochrome P450 etc). Le comtabolisme ne conduit pas
gnralement une
dgradation trs pousse des pesticides quand une seule souche est
concerne et produit des
mtabolites qui sont des molcules plus ou moins transformes
compares la molcule
initiale de pesticide. En revanche, il est possible que
plusieurs souches interviennent en
squences pour accomplir la dgradation et produire des
mtabolites, voire mme en utiliser
certains comme substrats nergtiques et les minraliser (Calvet et
al., 2005).
-
tude bibliographique
25
4.3.3. La conjugaison et la condensation
Des enzymes produites par la microflore sont susceptibles de
faciliter des ractions de
conjugaison et de condensation des molcules de pesticides, entre
elles ou avec des
mtabolites ou dautres composs organiques naturellement prsents
dans le sol (Bollag,
1983 ; Bollag et Liu, 1990).
La conjugaison conduit lunion de deux molcules. La mthylation et
lactylation sont
deux ractions de conjugaison effectues par la microflore du sol.
Cest ainsi que la
mthylation du pentachlorophenol par une culture de Trichoderma
viride (Cserjesi et Johnson,
1972) et lacylation de drivs de laniline, mtabolisme frquent de
la dgradation des
pesticides, par des cultures de Talaromyces wortmanii et de
Fusarium oxysporium (Tweedy et
al., 1970) ont t observes.
La condensation conduit la runion de 2 5 molcules et de
polycondensats de taille
molculaire plus importante quand un plus grand nombre de
molcules sont runies. Par
exemple, une enzyme comme la laccase peut conduire la formation
de produit de
condensation partir de 2,4-dichlorophnol et de polychlorophnols
avec lacide syringique
ou ses drivs. De mme, des ractions de condensation catalyses par
des enzymes ont t
observes entre des amines aromatiques, mtabolites de pesticides,
et divers acides
phnoliques prsents dans les substances humiques. En particulier,
les ractions de
polycondensation induites par les microorganismes jouent un rle
important dans
lincorporation des pesticides dans les substances humiques du
sol (Bollag et Loll, 1983) et
contribuent la formation des rsidus lis.
4.4. Les principales ractions de la dgradation biotique et les
enzymes
impliques dans la dgradation
4.4.1. Ractions de dgradation biotique
La caractristique commune toutes les ractions mises en jeu dans
la dgradation par
les microorganismes est quelles sont toutes catalyses par des
enzymes dont la plupart sont
intracellulaires. Cela signifie que les ractions ont lieu
lintrieur des corps microbiens et
quelles sont prcdes par labsorption des pesticides. Les
principales ractions chimiques
impliques sont lhydrolyse, loxydation, la rduction et la
conjugaison/condensation. Ces
-
tude bibliographique
26
ractions en nombre plus ou moins grand se succdent et
constituent des chaines
ractionnelles encore appeles voies mtaboliques (Calvet et al.,
2005).
4.4.2. Les enzymes de la dgradation
Le sol contient un grand nombre denzymes en raison de labondance
et de la diversit
des microorganismes qui sont la principale source compare aux
vgtaux et aux animaux.
Elles sont en trs petites quantits dans la solution du sol o
elles sont rapidement dgrades.
lextrieur des corps microbiens, elles existent dans le sol
essentiellement adsorbes sur les
minraux et peut tre complexes par des substances humiques. Pour
agir, les enzymes
intracellulaires (endoenzymes) ncessitent que les molcules
organiques de substrat soient
absorbes, c'est--dire quelles pntrent lintrieur des cellules. Au
contraire, les enzymes
extracellulaires (exoenzymes) catalysent des transformations
dans la solution du sol ou le plus
souvent en phase adsorbes. Toutes les enzymes ncessaires la
dgradation complte des
pesticides sont rarement prsentent dans une seule espce
microbienne. De sorte que plusieurs
espces doivent intervenir au sein de ce qui est appel un
consortium (Fournier, 1996b). La
dgradation de nombreux pesticides fait intervenir des enzymes
qui ne sont pas spcifiques et
qui sont impliques dans les transformations chimiques de composs
organiques naturels. De
fait, assez peu denzymes adaptes des pesticides particuliers ont
t isoles et tudies
(Bollag et Liu, 1990). Cependant, beaucoup de pesticides ont une
structure chimique
diffrente des composs naturels et leur dgradation ncessite une
volution de lquipement
enzymatique des microorganismes.
4.4.3 volution de lquipement enzymatique des microorganismes
Cette volution est possible grce des changes de gnes facilits
par la trs grande
diversit des microorganismes du sol (Kearney et Kellog, 1985).
Les microorganismes
peuvent acqurir de nouvelles aptitudes la dgradation la suite de
modifications de leur
patrimoine gntique par des remaniements, des transferts de gnes
et des mutations.
Les remaniements gntiques peuvent tre attribus des
recombinaisons ou des
mutations de gnes. Lors des recombinaisons gntiques, des
rarrangements, des
duplications de gnes ou des insertions peuvent conduire
ladaptation des microorganismes
ne possdant pas initialement les enzymes appropries (Van der Mee
et al., 1992). Trois voies
dchanges sont connues pour les transferts de matriels gntiques
entre les souches :
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tude bibliographique
27
- la conjugaison par lintermdiaire de plasmides,
- la transposition par lintermdiaire de transposons,
- la transformation via de lADN chromosomique.
Les transferts de matriels gntiques via les deux premires voies
sont les plus frquents.
Le gne tfdA qui code pour la dioxygnase implique dans la
dgradation de lacide 2,4-
dichlorophnoxyactique et qui est port par le plasmide pRO103, a
t transfr avec succs
dans les bactries indignes du sol capables de dgrader des phnols
(Lipthay et al.,