Bilans nutritifs glucidique et azote de tissus de tubercules de topinambour cultives in vitro apres irradiation gamma

JANINE SCHAEVERBEKE-SACR~ ET B~ATRICE MATHERON Laboratoire d'Histophysiologie Ve'ge'tale, Universite' Pierre et Marie Curie, 75005 Paris, France

R e p le 7 octobre 1981

SCHAEVERBEKE-SACR~, J., et B. MATHERON. 1982. Bilans nutritifs glucidique et azotC de tissus de tubercules de topinambour cultivCs in vitro aprbs irradiation gamma. Can. J. Bot. 60: 2215-2218.

Des bilans de glucides et d'azote ont CtC rCalisCs sur des explants de tubercules de topinambour cultivCs in vitro aprbs irradiation gamma (de 0 A lo6 rads (1 rad = J/kg)). Tous les explants parviennent A atteindre et A maintenir une certaine teneur en sucres rCducteurs, et dans tous les cas on constate une augmentation de I'azote protkique. Les tissus fortement irradiCs ont un mktabolisme trbs perturb&, ce qui entraine, en particulier, un rejet d'acides aminks dans le milieu de culture.

SCHAEVERBEKE-SACR~, J., et B. MATHERON. 1982. Bilans nutritifs glucidique et azotC de tissus de tubercules de topinambour cultivCs in vitro aprbs irradiation gamma. Can. J. Bot. 60: 2215-2218.

Carbohydrate and nitrogen budgets were studied in Jerusalem artichoke tuber explants cultured in vitro after gamma irradiation (0 to lo6 rads (1 rad = J/kg)). A certain level of reducing sugars is reached and retained in all the explants and, in all cases, an increase of protein nitrogen is observed. The highly irradiated tissues have a very disturbed metabolism that involves in particular, amino acid leaching into the culture medium.

Les tissus de tubercule de topinambour cultivCs in vitro en prisence d'acide indole-3 acCtique (AIA) prolifkrent (I), les radiations ionisantes inhibent cette histogenkse (2). Aprks une irradiation de quelques milliers de rads (1 rad = J/kg), qui est suffisante pour emp&cher toute prolifkration, les tissus prksentent une augmentation de matikre skche due en grande partie 2 une accumulation de glucides (3) et effectuent une protCosynthkse rCduite associke i une accumulation d'azote soluble (4). Nous avons rCalisC des bilans de glucides et d'azote aprks avoir expos6 les tubercules i des doses de rayonnement moyennes et ClevCes afin de mieux comprendre le comportement de ces tissus postCrieurement i une irradiation gamma.

Le dosage des glucides rCducteurs est effectuC avant et aprbs hydrolyse acide. La teneur en acides aminks est dkterminke A l'aide d'un autoanalyseur Technicon. Les dosages d'azote (total, soluble et protkique) et des nitrates sont rCalisCs dans l'appareil de Parnas et Wagner.

Resultats

Materiel et methodes Les tissus de tubercule de topinambour (Helianthus tubero-

sus var. Violet de Rennes) sont cultivCs A 23°C sous un Cclairage continu de lumibre blanche de 625 Ix, sur un milieu nutritif liquide contenant la solution minCrale de Knop diluCe de moitiC, les microClCmentsde la solution de Heller, 5,7 x

M d'AIA et 0,22 M de glucose. Les irradiations sont faites dans une bombe au Cobalt 60 dont le dCbit est de 5600 rads/min.

Nous avons CvaluC les Cchanges qui s'accomplissent en suivant, au cours du temps, les modifications de

composition du milieu de culture et des explants vCgCtaux eux-m&mes.

Modijcations de composition du milieu nutritifau cours du temps

Au cours du temps, l'absorption des diffkrents consti- tuants du milieu de culture varie selon la dose de rayonnement reque par les tissus: les faibles doses entrainent essentiellement un retard en dCbut de culture, tandis que les fortes doses provoquent une inhibition de cette absorption (tableau 1).

On deckle de l'azote ammoniacal uniquement dans les tubes ou ont CtC cultivCs des tissus fortement irradiCs: aprks 38 jours de culture 0,12 mg pour une irradiation de 0,5 x lo6 rads, 0,33 mg pour 1 X lo6 rads et 0,02 mg pour les tissus tCmoins et faiblement irradiCs. Cette exsorption est un rejet d'acides aminks comme le montre les rCsultats de dosages prCsentCs dans le tableau 2. L'ensemble des rCsultats fait supposer une profonde perturbation du mCtabolisme et de la permCabilitC cellulaire. Cependant, des mesures de la rCsistivitC Clectrique nous permettent d'affimer que tous les explants utilisCs pour nos dosages Ctaient vivants:

ModiJications de composition des explants au cours du temps

Les glucides rkducteurs (fig. 1) qui sont la fraction irnrnkdiatement utilisable par les tissus, augmentent en dCbut de culture dans tous les explants, m&me dans ceux qui sont issus de tubercules fortement irradiCs. Ensuite, on observe un palier. Parallklement on constate que les glucides totaux, comprenant en particulier l'inuline,

0008-4026/82/ 1 12215-04$01 .OO/O 01982 National Research Council of Canada/Conseil national de recherches du Canada

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TABLEAU 1. Absorption des constituants du milieu nutritif aprks 38 jours de culture (en pourcentage par rapport au tCmoin)

Volume de milieu nutritif, % Glucose, % Azote nitrique, %

TCmoin 10020,3 l ook 1,3 l ook 1 6000 rads 81k0,3 952 1,3 10321 0,5 x lo6 rads 6920,3 79a 1,3 8 1 k l 1 X lo6 rads 69k0,3 60k 1,3 62? 1

TABLEAU 2. Exsorption d'acides aminks dans le milieu de culture

Temps de culture

38 jours, avec une dose de rayonnement (en rads)

subi par les tubercules:

0 jour 0 6000 O,5X1o6 1 x 1 0 ~

Micromoles d'acides aminks contenus dans un tube de culture

Nombre de micromoles de diffirents acides aminCs pour 100 micromoles rejetCes

Acide aspartique Thrkonine SCrine Acide glutamique Proline Glycine Alanine Valine Isoleucine Leucine Tyrosine PhCnylalanine Acide amino butyrique Lysine Histidine Arginine

NOTE: Le degr6 de variabilit6 est de ?7,5%.

polysaccharide de rCserve chez le topinambour, dimi- nuent considCrablement dans les explants fortement irradiCs tandis que les tissus ayant requ 6000 rads en contiennent plus que les tkmoins (3).

La quantitC d'azote total (fig. 2) contenue dans un explant augmente lkgkrement au cours de la culture sauf en cas de trks forte irradiation ou l'on constate une diminution trks rapide de cette teneur. L'azote protkique

augmente 1Cgkrement m&me chez les explants fortement irradiCs, cette augmentation Ctant beaucoup plus grande pour les tCmoins qui presentent des nCofonnations cellulaires importantes. Par contre, la teneur en azote soluble tombe dans les tissus ayant subi une irradiation de 1 X lo6 rads.

Dans les explants faiblement irradiis, qui ne font pratiquement pas de nCofonnations, l'ensemble des

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ld G L U C I D E S TOTAUX

-. -. -. G L U C I D E S R ~ D U C T E U R S -.

FIG. 1. Teneur en glucides, en milligrammes par explant, aprks diffkrents temps de culture. Les explants sont issus de tubercules irradiks ou non: A, tkmoin; B, 6000 rads; C, 0 , s X

lo6 rads; D, 1 x lo6 rads. Le degrC de variabilitk est de %6,5% pour les sucres rkducteurs et 2 6 % pour les sucres totaux.

D U R E E DE L A C U L T U R E E N J O U R S

FIG. 2. Teneur en azote, en rnilligrammes par explant, aprks diffkrents temps de culture. Les explants sont issus de tubercules irradiks ou non: A, tkmoin; B, 6000 rads; C, 0 , s X

106rads; D, 1 X lo6 rads. Le degrk de variabilitk est de 25,4% pour l'azote total, 2 4 3 % pour l'azote soluble et *6% pour l'azote protkique.

acides aminCs diminue moins que dans les tCmoins. Par contre, cette diminution est trks accentuie dans le cas des tissus fortement irradiCs.

L'observation de la composition en acides aminCs des explants (fig. 3) montre que l'arginine, acide aminC le plus abondant dans les tissus de tubercule de topinam-

bour ( 3 , est pratiquement CpuisC dks le 10" jour de culture dans les tissus fortement irradies. Dans ces tissus on constate Cgalement la disparition de la tyrosine, de la leucine, de l'isoleucine, de la valine et de la phknylala- nine en 38 jours de culture, tandis que dans les tissus timoins ces acides aminCs demeurent stationnaires ou sont m&me en 1Cgkre augmentation. La quantitC de thrionine demeure stable dans les tissus trks fortement irradiCs ou l'on observe, par ailleurs, une accumulation de proline dont la proportion est trks ClevCe aprks 38 jours de culture. Pour la dose moyenne d'irradiation de 6000 rads, on observe une accumulation trbs nette de phCnylalanine (4).

Discussion Un explant tCmoin qui, en dCbut d'expkrience con-

tient 85 mg de glucofructosanes en posskde 8 1 mg aprks 38 jours de culture. Cette rCserve glucidique est donc demeurCe stable tandis que la quantitC totale des sucres est passCe de 86 a 104 mg. Cette augmentation concerne donc les glucides rCducteurs. Un explant issu d'un tubercule ayant requ 1 X lo6 rads voit ses rCserves de glucofructosanes diminuer de 85 a 19 mg en 38 jours de culture, tandis que ses glucides rCducteurs augmentent de faqon tout a fait comparable a ce que nous avons vu chez l'explant tCmoin. Cet explant fortement irradiC absorbe 88 mg de glucose a partir du milieu nutritif, tandis qu'un explant tCmoin en absorbe 149 mg.

Les explants issus de tubercules trks fortement irra- dies absorbent moins d'azote nitrique du milieu nutritif que les ttmoins ou les tissus faiblement irradiks qui prCsentent seulement un retard de cette absorption. On observe, parallkllement, un Cpuisement de l'azote solu- ble (en particulier de l'arginine) contenu dans ces explants fortement irradiCs.

Les explants primaires de tubercule de topinambour que nous utilisons Ctant issus d'un organe au repos ont un mitabolisme ralenti, ce qui leur permet de survivre a de hautes doses de rayonnement gamma. D'autre part, l'histogenkse observCe dans les tissus tCmoins est inhibee par un rayonnement de quelques milliers de rads, ce qui nous permet d'itudier les rdactions d'un tissu qui ne se divise pas a differentes doses de rayonnement. Ce type de materiel est trks indressant, car il permet d'observer des modifications biochimiques cytoplasmiques comme l'a soulignC Romani (6).

En conclusion, nous pensons qu'un explant qui a subi une irradiation de 6000 rads qui ne lYemp&che pas d'absorber normalement les constituants nutritifs du milieu de culture mais inhibe son histogenkse (donc une partie de leur utilisation) accumule ces substances. Un explant qui a subi une forte dose de rayonnement (1 X lo6 rads) absorbe moins d'Cltments nutritifs et rejette m&me des acides aminks dans le milieu; il survit aux

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FIG. 3. Teneur en quelques acides aminCs libres, en micromoles par explant, apres diffkrents temps de culture. Les explants sont issus de tubercules irradiCs ou non: A, tCmoin; B, 6000 rads; C, 0,5 x lo6 rads; D, 1 X lo6 rads. Le degrC de variabilitk est de *7,5%.

dCpens de ses rCserves de glucofructosanes (principale- ment l'inuline) et d'azote soluble (principalement l'ar- ginine).

1. GAUTHERET, R. J. 1944. Caractkres anatomiques de fragments de parenchyme vasculaire de Topinambour, d'Endive et de Carotte cultivCs in vitro. C.R. Seances Soc. Biol. Ses Fil. 138: 395-396.

2. JONARD, R. 1966. Action des rayons X sur les tissus vCgCtaux cultivCs in vitro. These de Doctorat, UniversitC de Paris, Paris.

3. SCHAEVERBEKE-SACRB, J. 1976. Influence des glucides sur l'accroissement de matiere skche des tissus de

tubercule de Topinambour ayant subi une irradiation gamma. C.R. Seances Soc. Biol. Ses Fil. 170(5): 946-95 1.

4. - 1977. Evolution du contenu azotC de tissus de tubercule de Topinambour ayant subi une irradiation gamma. C.R. Seances Soc. Biol. Ses Fil. 171(6): 1195- 1201.

5. DURANTON, H. 1959. Etude du mCtabolisme de l'argi- nine libre dans les tissus de Topinambour cultivCs in vitro. These de Doctorat, UniversitC de Paris, Paris.

6. ROMANI, R. J. 1966. Biochemical responses of plant systems to large doses of ionizing radiation. Radiat. Bot. 6: 87-104.

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