This article was downloaded by: [Virginia Tech Libraries]On: 18 October 2014, At: 11:53Publisher: Taylor & FrancisInforma Ltd Registered in England and Wales Registered Number:1072954 Registered office: Mortimer House, 37-41 Mortimer Street,London W1T 3JH, UK

Communications in SoilScience and Plant AnalysisPublication details, including instructions forauthors and subscription information:http://www.tandfonline.com/loi/lcss20

Etude par spectrometriede masse a etincelles de lacomposition minerale decuticules isolees de feuillesde poirier passe crassaneAndré Charnel a , Anne‐Marie Andréani b &

Danièle Mercadier ba Département de Recherche Fondamentale ,Laboratoire de Biologie Végétale ,b Section d'Etudes et d'AnalysesPhysico‐Chimiques – Département de ChimieAppliquée , Centre d'Etudes Nucléaires , 85 X,Grenoble Cédex, 38041, FRANCEPublished online: 11 Nov 2008.

To cite this article: André Charnel , Anne‐Marie Andréani & Danièle Mercadier(1979) Etude par spectrometrie de masse a etincelles de la composition mineralede cuticules isolees de feuilles de poirier passe crassane, Communications in SoilScience and Plant Analysis, 10:10, 1311-1318, DOI: 10.1080/00103627909366985

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COMMUN. IN SOIL SCIENCE AND PLANT ANALYSIS, 10(10), 1311-1318 (1979)

ETUDE PAR SPECTROMETRIE DE MASSE A ETINCELLES DE LA COMPOSITION

MINERALE DE CUTICULES ISOLEES DE FEUILLES DE POIRIER PASSE CRASSANE

niots-clés : cuticules - spectrométrie de masse à étincelles

André Charnelx , Anne-Marie Andréanixx , Danièle Mercadierxx

xLaboratoire de Biologie Végétale - Département de Recherche

Fondamentale

xx Section d'Etudes et d'Analyses Physico-Chimiques - Département

de Chimie Appliquée

Centre d'Etudes Nucléaires, 85 X, 38041 Grenoble Cédex. FRANCE.

ABSTRACT : The minerai content of enzymatically isolated pear leaf

cuticles has been determined using a technique allowing a high

sensitivity and a wide elemental coverage : the spark source mass

spectrometry. About thirty elements have been detected, classified

in different classes according to their content : N, K (major) Ca,

Si, Al, Na ( 1 000 ppm) Fe, Cl, Mg ( 100 ppm) P, Cu, Zn, Ti, Ba,

Mn, Ni, Co, Sr ( 10 ppm) B, Ag, Rb, Cr, Sn, V, Pb, Cd, U etc...

(traces). These results are compared with analysis of entire pear

leaves effected simultaneously and with those reported in litera-

ture concerning isolated tomato fruit cuticles. The problem of

their validity for cuticles in situ, is discussed.

1311

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1312 CHAMEL, ANDREANI, ET MERCADIER

INTRODUCTION : la cuticule est généralement ..considérée corme la

première barrière que doivent franchir les substances exogènes

fournies par voie foliaire pour pénétrer à l'intérieur des tissus

[1], aussi de nombreux travaux effectués à l'aide de cuticules

isolées, ont déjà été consacrés à l'étude de la fixation et de la

pénétration cuticulaires d'ions minéraux ou de molécules organi-

ques variés [2]. Pour élucider les mécanismes de ces phénomènes,

il s'avère important de déterminer les propriétés ëchangeuses

d'ions des cuticules et de connaître au préalable leur composition

minérale. Les résultats présentés ici concernent cette recherche

préliminaire, ils ont été obtenus par spectrométrie de masse à

étincelles, technique choisie en raison de sa grande sensibilité

et de la gamme étendue d'éléments qu'elle permet de détecter [3].

Il est à noter que plusieurs cations ont déjà été dosés, par

absorption atomique, dans des membranes cuticulaires isolées de

fruits de tomate [A].

MATERIEL ET METHODES :

Isolement des cuticules : Les disques cuticulaires (10 mm de

diamètre) sont isolés des tissus sous jacents par voie enzymati-

que : 2% de pectinase et 0,2% de cellulase (produits Sigma)

tamponnés à pH : 3,8 à partir de feuilles de Poirier (Pyrus com-

munis L. cv Passe Crassane) complètement développées,récoltées

dans un verger. A la fin du traitement les disques cuticulaires

sont lavés soigneusement à l'eau permutée et conservés à 4°C en

présence de thimérosal (0,01%) comme antiseptique. Au moment de

leur emploi, ils sont à nouveau lavés à l'eau pure durant 24 heures,

puis ils sont séchés à l'air ambiant.

Principe du spectromètre de masse à étincelles : l'appareil

utilisé est de type MS7 (AEI) à détection photographique. Il

comprend (fig.l) :

- une source pour l'ionisation de l'échantillon

- un analyseur pour la séparation des ions

- un détecteur pour l'observation des différents faisceaux

d'ions.

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1314 CHAMEL, ANDREANI, ET MERCADIER

Une haute tension (20 à 40 Kv) modulée à 600 KHz est appliquée-5 -3 4

par impulsions de 10 à 10 s avec une fréquence de 10 à 10

impulsions par seconde entre les électrodes constituées du maté-

riau à analyser. Les ions émis lors de chaque décharge sont

accélérés à travers un système de fentes vers le système analyseur

de type MATTAUCH-HERZOG, composé d'un analyseur électrostatique

et d'un champ magnétique combinés de façon à assurer une double

focalisation en vitesse et en direction. De plus, ce système

admet un plan focal permettant de recueillir simultanément tous

les ions, sur une plaque photographique. Sur chaque plaque sont

enregistrés 15 spectres d'intensité variable pouvant couvrir une

gamme de concentrations étendue (de l'ordre de 10 ) . L'identifi-

cation des éléments est effectuée à partir de la position et de

l'intensité des raies correspondant à leur cortège isotopique, et

leur teneur apparente est calculée par comparaison du noircisse-

ment de la raie principale de l'élément considéré avec celle du

cuivre choisi comme référence et préalablement dosé dans le

matériel sec par radioactivation neutronique.

Préparation des échantillons : Cette opération est essentielle

dans le cas d'échantillons végétaux, pour la fiabilité de l'ana-

lyse. Il est préférable de minéraliser, d'une part pour éliminer

des spectres ,les pics des produits organiques susceptibles d'in-

terférer et, d'autre part pour améliorer la sensibilité de la

méthode en opérant sur une plus grande quantité de matière. En

pratique pour chaque analyse une centaine de disques cuticulaires

(20 mg) sont traités dans un creuset de platine, sous infra-

rouge 'avec quelques gouttes de H2SO4 suprapur (Merck) dilué dans

un peu d'eau déminéralisée. Le résidu sec est mélangé dans le

même creuset avec du graphite pastillable (Ringsdorff RWS) en

quantité suffisante pour obtenir 2 électrodes de 10 mm de longueur

et de 1 mm de diamètre. La pureté du graphite, de l'acide et de

l'eau est préalablement contrôlée. Pour tester la méthode, un

échantillon étalon du NBS certifié pour 28 éléments (ORCHARD

LEAVES n° 1571) et 3 échantillons de référence du Comité Inter

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Instituts d'étude des techniques analytiques de diagnostic

foliaire [5] ont été analysés dans les mêmes conditions que

celles décrites pour les cuticules. Ces essais ont montré qu'il

existe généralement une concordance satisfaisante entre les

valeurs certifiées et celles obtenues par spectromêtrie de

masse à étincelles. Quelques pertes ont toutefois été constatées

pour le zinc, l'arsenic, le sélénium ; elles se produiraient

lors du passage à sec de la solution acide.

Les solutions neuves des différents liquides mis au contact des

cuticules ainsi que les parties restantes des feuilles, après

le découpage des disques, ont aussi été analysées.

RESULTATS ET DISCUSSION :

Les résultats du tableau indiquent qu'une trentaine d'éléments

ont pu être détectés dans les cuticules isolées de feuilles de

Poirier et que leur teneur dans les deux lots de cuticules,

présente souvent de grandes différences. L'azote et le potas-

sium apparaissent comme majeurs (> 1%) et la détermination de

leur teneur n'est pas du domaine de la méthode. Le calcium, le

silicium, l'aluminium et le sodium ont ensuite les teneurs les

plus fortes (au-dessus de 1000 ppm), puis le fer, le chlore, le

magnésium (au-dessus de 100 ppm), le phosphore, le cuivre, le

zinc, le titane, le baryum, le manganèse, le nickel, le cobalt,

le strontium (au-dessus d'une dizaine de ppm) enfin plusieurs

autres éléments sont encore souvent décelables à des teneurs

encore plus faibles : le bore, l'argent, le rubidium, le chrome,

l'ëtain, le vanadium, le plomb, le cadmium, l'uranium, etc..

Il est à noter la présence de phosphore alors que le soufre n'a

pu être dosé en raison de la minéralisation des cuticules avec

HjSO^. SCHONHERR et HUBER [6] considèrent que ces deux éléments

ne se rencontrent pas dans les cuticules isolées.

La comparaison cuticules isolées-feuille entière révèle que

celles-ci sont plus riches en phosphore, magnésium, manganèse,

fer, par contre, elles le sont moins en aluminium, silicium,

titane, cuivre, zinc, baryum. Plusieurs éléments parmi les

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Tableau : Composition minérale de cuticules isolées et de

feuilles entières de Poirier Passe Crassane ( lot I : prélèvement

du 12.6. 1974, lot I I : prélèvement du 18.7. 1974).

Elément Concentration,yg/g

Bore

Azote

Fluor

Sodium

Magnésium

Aluminium

Silicium

Phosphore

Soufre

Chlore

Potassium

Calcium

Titane

Vanadium

Chrome

Manganèse

Fer

Cobalt

Nickel

[ Cuivre j

Zinc

Arsenic

Brome

Rubidium

Strontium

Argent

Cadmium

Etain

Baryum

Mercure

Plomb

Uranium

Cuticule supérieure

lot I

17

majeur

non dosable

1080

250

4200

3280

50

110

maj eur

8750

.15

1,5

2,5

25

650

18

30

154

130

0,75

0,65

1,5

15

<1,8

<2

25

(8)

6,5

£1

lot II

10

majeur

10

majeur

550

1700

1100

200

900

majeur

8300

35

3

10

35

1500

12

30

39

80

<1

< 1

15

15

20

£0,7

10

30

£20

Cuticule inférieure

lot I

25

majeur

non dosable

1380

520

1625

2300

185

630

majeur

2625

115

3,5

10

7

490

35

12

108

140

1

<1

2

20

1,8

<2

105

(ï5)

£11

£1,5

lot II

6

maj eur

4

maj eur

550

1700

3500

200

900

majeur

8300

90

3

10

35

1500

12

30

152

80

<1

<1

15

15

20

1

2

30

<20

Feuille

entière

14

majeur

1500

5000

270

850

2000

1450

maj eur

majeur

60 ?

3575 t

2500 ?

4

10

18

10

20

£1

7,5

II

<0,4

(0,25)

2,5

£0,07

majeur : élément à teneur > 1%.

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derniers cités peuvent atteindre directement les feuilles à

partir de l'atmosphère à la suite de traitements foliaires ou de

pollutions. Il n'est donc pas étonnant que leur teneur soit plus

forte dans les cuticules isolées. Les valeurs élevées, enregis-

trées avec les feuilles, pour le fer et le manganèse, pourraient

provenir d'une contamination liée à l'opération de découpage des

disques.

La composition minérale des disques cuticulaires peut présenter

des différences avec celle de cuticules in situ, en raison des

échanges pouvant se produire au cours des différents traitements

qu'ils ont subi pour leur isolement et leur conservation. En

effet, la plupart des éléments dosés dans les cuticules sont

présents dans la solution enzymatique et le thimérosal dilué,

ils se rencontrent le plus souvent à l'état d'impuretés (< lOppm)

à l'exception de quelques éléments qui y sont à des teneurs plus

importantes (solution enzymatique : Na : majeur, Mg : 280 ppm,

Ca : 250 ppm, K : 50 ppm, P : 35 ppm, thimérosal : Na : 190 ppm,

S : 80 ppm, Cl : 50 ppm, Ca : 45 ppm, K : 45 ppm, Hg : 23 ppm,

Si : 20 pptn. Bien qu'il soit impossible d'avoir une idée exacte

de l'importance de ces échanges, les résultats rapportés ici

révèlent néanmoins l'affinité du matériel cuticulaire à l'égard

de plusieurs ions : elle a déjà été confirmée par des études de

fixation cuticulaire pour Ca, Cu, PO4, Fe ... [2]. A ce propos,

les valeurs élevées obtenues pour les alcalins, en particulier

le potassium, paraissent surprenantes et doivent être interpré-

tées avec précaution, compte tenu du caractère labile de ces

éléments. Cette étude complète aussi les données fournies par

SCHONHERR et BUKOVAC [4] qui ont dosé les 8 cations suivants :

Na, K, Mg, Ca, Ba, Fe, Cu, Zn dans des cuticules isolées de fruit

de tomate. Le magnésium et le cuivre sont présents à des teneurs

comparables dans les deux types de cuticules considérées : fruit

de tomate et feuille de poirier. Le souium, le potassium, le fer,

le zinc sont plus abondants chez le poirier, il en est de même

pour l'azote, un des éléments constitutifs de la matrice cùticu-

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laire, par contre l'inverse est observé pour le baryum. L'utili-

sation de la spectrométrie de masse à étincelles a permis de

montrer que plusieurs autres éléments peuvent aussi être pré-

sents à des teneurs non négligeables dans les cuticules isolées .

Ces données devraient maintenant être complétées, au moins pour

les principaux éléments analysés, par des études de fixation et

d'échange cuticulaires afin de déterminer leur mode de rétention.

REMERCIEMENTS

Nous remercions M. Diebolt Jean (Service Chimie Analytique de

Grenoble) pour les analyses du cuivre par radioactivation

neutronique.

REFERENCES

1. FRANKE, W. 1967. Mechanisms of foliar penetration of solutions.

Ann. Rev. Plant Physiol., 18, 281-300.

2. CHAMEL, A., BOUGIE, B. 1977. Absorption foliaire du cuivre :

étude de la fixation et de la pénétration cuticulaire.

Physiol. Vég., 15 (4) 67 9-693.

3. BINGHAM, R.A., VOSSEN P.G.T. 1975. Review of recent advances

in the applications of spark source mass spectrometry. Lab.

Pract. Avril, 233-238.

4. SCHONHERR, J. BUKOVAC, M.J. 1973. Ion exchange properties of

isolated tomato fruit cuticular membrane : exchange capacity,

nature of fixed charges and cation selectivity. Planta, 109,

73-93.

5. PINTA, M. 1977. Echantillons de référence pour l'analyse végé-

tale 2. Sodium, Chlore, Soufre, Bore, Oligoéléments. Geostan-

dards Newsletter, 1, 2, 115-121.

6. SCHONHERR, J., HUBER, R. 1977. Plant cuticles are polyelectro-

lytes with isoelectric point around three. Plant Physiol. 59,

145-150.

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