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tomie, Physiologie, Génétique des plan Biologie de base en rapport avec la phytoremediatio

A Plant Recapitulatif (Rabier)

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Anatomie, Physiologie, Génétique des plantesBiologie de base en rapport avec la phytoremediation

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Origine de quelques acteursde la bioremediation

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Plantes

monocotylédones dicotylédones* **

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Les plantes sont constituées de cellulesLes cellules forment un tissuLes tissus forment un organeLes organes forment une plante

feuille tige racine

Anatomie d’une plante

pousse

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La feuille

XylèmeTransportracine pousse

Phloèmetransportpousse racine

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La feuille: stomate

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La feuille: cuticule

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La tige

monocot

dicot

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La racine

xylème

phloème

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La racine

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Croissance des plantes

Meristème:site deDivision cellulaire(mitoses)

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= meristème

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Plantes: faites de cellules

Ce qu’il y a de remarquable chez les plantes:-Elles forment un symplaste connecté

Via les plasmodesmes

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Une cellule de base

membrane

Sève cellulaire/ cytoplasme / cytosol

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Les membranes separent les compartiments

protéinesphospholipides

Pour le transportÀ travers la membrane

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La cellule de plante

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Noyau

Contient l’ADN

A l’intérieur des cellules végétales

Matériel génétique

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Fonctions:

- solidité

ionsmétabolitespigmentstoxines

- Entreposage:

-décomposition molécules/organelles

Vacuole

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ChloroplasteFonction: photosynthèse

CO2 + H2O => sugar + O2

membrane du thylakoide

stroma

lumière

enveloppe à 2-membrane

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En dehors de la membrane cellulaireParoi cellulaire

Fibre de cellulose Fonction: support

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Points de contact entre les cellules

Plasmodesmes

Connections cytoplasmiques

Fonction: Transport moleculaire

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TransportCellule-à-celluleChez les plantes

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Metabolisme Cellulaire :Toute les réactions biochimiques qui se produisent dans la cellule

Ensemble des réaction en séries: voie

chaque réaction est catalysée par un enzyme

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ES -> P + E E + S -> ES

ES

ES

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Voie:Serie d’ enzymes qui travaillent ensemble

• Pour construire quelque chose

ou• Pour décomposer quelque chose

Le métabolisme est reguléAu niveau protéique ou de L’ADN

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ADN: librairie de gènes dans le noyau

ARN messager: copie faite dans le noyauTransporté dans le cytosol

Protéine: fabriquée En utilisant l’info des ARNm

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Comment ça marche?• Un morceau d’ADN contenant un ou plusieurs gènes est introduit dans une cellule de plantes, ou il s’intègre dans le génôme de plante• La cellule de plante est régénérée en une plante

• La nouvelle plante transgénique produit le produit du gène étranger (une protéine)

•Manipulation génétique des plantes

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Construction d’ADN

Votre Gènefavori

PP

Promoteur: InterrupteurMarche/arrêt

via Agrobacteriumou via un canon à particules

UnGène deresistance

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Progéniture transgenique

celluletransformée

Milieu avec:•Hormones de plantes• antibiotique

Plante transgenique

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Nutritiondes

Plantes et

Transport

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Les plantes sont photo-autotrophique:Ils ont besoin seulement nutrients inorganiquess

Elles utilisent l’énergie de la lumière pour construire des composées organiques à partir de des minéraux

Matière sèche de plante

96% H, O, N, C

macronutriments P, K, S, Mg, Ca

micronutriments Fe, Zn, Mn, Cl, B, Cu, Ni, Mo

Role structuralcatalytique/Rôle regulatoire

>1000 ppm MS

<100 ppm MS

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Racine pousse transport:Dans les vaisseaux du xyleme

Pousse racine transport:Dans les vaisseaux du phloème

Plant Transport des plantes

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Qu’est ce que le xylème?

Cellules mortes(seulement paroi cellulaire)

Partie de l’apoplasme

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Qu’est ce que le Phloème?Cellules vivantes

dépendentDes cellules compagnes

Partie du symplasme

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Qu’est ce qui est transporté dans le xylème et le phloème ?mineraux

amino acides

sucreamino acidesmineraux

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Transport dans le xylème

1. Entrée dans le symplasme de racine

2. Exportation dans l’apoplasme du xylème root xylem

3. Transport de masse des pousses

4. Entrée dans le symplaste des pousses

5. Evaporation dans l’ airForce motrice ultime

Par stomate

H2O + nutrients dissous

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Mécanisme du transport minéralÀ travers membranes

bicouche phospholipidiqueAvec des protéines enchassées

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Matière sèche des plantes

96% H, O, N, C

C: des CO2 gas

fixé and reduiten sucre (CHO)

utilisée pour fabriquer d’autres composés organiques

De nombreux composés organiques

Ossature carbonée

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Photosynthèse:

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chloroplaste

cellule

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Transport dans le Phloèmecharge (dans la source)

décharge (dans le puit)

ModèlePressionécoulement

Source: le sucre est chargé dans le phloème

l’eau suit (osmose) haute pression

Puit: le sucre est déchargé du phloème l’eau suit (osmose) basse pression

source écoulement dans le puit

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Minéraux mobiles :RemobilisationPar le phloème

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photosynthèseCO2 + H2O --> sucre + O2

lumière

respirationsucre + O2 --> CO2 + H2O

+ energie

ATP + chaleur

Des composés carbonés sont dégradés pour de l’énergie

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La respiration joue un rôle

centralDans le

métabolisme cellulaire

Respiration: • dans tous les tissus et constamment • a besoin d’ oxygène

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() Remarque Le sol agit sur la plante de différente manière:-éléments nutritifs-Sécrétions microbiennes qui agissent par: leurs composants

bioactifs.Sécretions

hormonales.SIGNAUX

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Effets des hormones• L'auxine joue un rôle central dans la croissance cellulaire et dans la formation de nouveaux tissus

• Les cytokinines contrôlent la division et la différenciation cellulaires, et ralentissent le vieillissement

• Les gibbérellines participent avec l'auxine à la régulation de la croissance cellulaire et stimulent la germination des graines

• L'acide abscissique induit la dormance des semences et régule les réponses des plantes à la sécheresse

• L'éthylène permet aux plantes de répondre à un stress mécanique et contrôle la maturation des fruits ainsi que l'abscission des feuilles

• Les brassinostéroîdes représentent un nouveau groupe d'hormones végétales et agissent comme l'auxine

• D'autres composés peuvent jouer un rôle d'hormone végétale

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Exemple: Effets des hormones et phytoremediation

• L'auxine joue un rôle central dans la croissance cellulaire et dans la formation de nouveaux tissus

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Auxines de synthèse à usage commercial

l'acide indole butyrique( et) ou l'acide naphtalène acétique(ANA) servent à la propagation des plantes en favorisant la formation de racines adventives sur les boutures.

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Auxines de synthèse à usage commercial

Quelques auxines de synthèse, comme le 2-4 D (acide dichlorophénoxyacétique), sont utilisées pour éliminer des mauvaises herbes.

Cette hormone entraîne la synthèse de fortes concentrations d'éthylène, induisant ainsi leur vieillissement.

Les plantes aux grandes feuilles sont tuées plus rapidement que les graminées, probablement à cause d'une pénétration plus importante de l'auxine synthétique.

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()

Par suite du mécanisme réactionnel catalysé par les peroxydases(formation de radicaux libres), les auxines ne sont pas le seul substrat de cet enzyme et des herbicides auxiniques, par exemple, peuvent être partiellement neutralisés bien que plus lentement.

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Auxines de synthèse à usage commercial

Similitude de structure (+ ou -) avec l’auxine. Sont reconnus par les sites récepteurs

Non reconnues et donc non dégradées par l'AlA-oxydase

Plus stables , quantités plus faibles et meilleur coût

utilisées pour stimuler et inhiber la croissance.

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Auxines de synthèse à usage commercial

L'agent orange, défoliant utilisé pendant la guerre du Vietnam, était un mélange d'auxines de synthèse.

Les atteintes à la santé humaine causées par l'agent orange n'étaient pas dues aux auxines, synthétiques peu toxiques par elles-mêmes, mais à un agent contaminant utilisé pendant la production des auxines, la dioxine.

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Exemple: Effets des hormones et phytoremediation

• Les gibbérellines participent avec l'auxine à la régulation de la croissance cellulaire et stimulent la germination des graines

– Cette hormone ou le butenolide, une substance présente dans la fumée de tissus végétaux peut lever la dormance de certaines graines(ex graines sauvages) et êtr utilisée dans des protocoles de réensemencement

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• L'acide abscissique induit la dormance des semences et régule les réponses des plantes à la sécheresse

• L'éthylène permet aux plantes de répondre à un stress mécanique et contrôle la maturation des fruits ainsi que l'abscission des feuilles

Exemple: Effets des hormones et phytoremediation

Dans le suivi des expériences différents types de stress biotiques ou abiotiques peuvent provoquer les même réponses que les stress liés à la pollution au niveau visuel comme au niveau des indicateurs moléculaires (ex:accumulation de proline sécheresse/sel&métaux et métabolisme du glutathion)

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L'éthylène inhibe la croissance en longueur et stimule la croissance en épaisseur

permet de résister au vent et à d'autres contraintes

les plantes stimulées par l'auxine grandissent beaucoup, celles stimulées par l'éthylène présentent un port trapu.

La production d'éthylène augmente quand une plante est touchée, battue par les vents ou agressée d'une quelconque façon

témoin

toucher2x/J

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l'éthylène :abscission

Au XIX" siècle, les rues des villes étaient éclairées gràce à l'éthylène. Des fuites dans les conduites d'alimentation en éthylène entrainaient la défoliaison des arbres signe du rôle joué par l'éthylène dans l'abscission

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Effets des hormones• Les brassinostéroîdes représentent un nouveau groupe d'hormones végétales et agissent comme l'auxine

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brassinostéroïdes leur récepteur protéique est situé dans la membrane plasmique contrairement aux stéroïdes animaux, ne pénètrent pas dans la cellule.

stimulent la division cellulaire l'élongation des tiges, la différenciation des cellules du xylème stimulent la croissance du tube pollinique ralentissent la croissance des racines retardent l'abscission foliaire alors qu'ils accroissent la synthèse d'éthylène. Similitudes d’action avec l’auxine mais voies différentes

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• Exemple de l’importance de la connaissance des mécanismes hormonaux en phytoremediation organique

• Le brassinostéroides activent les mécanismes de détoxification contre des herbicides.

Exemple: Effets des hormones et phytoremediation