Laboratoire Sols et Environnement ENSAIA-INPL/INRA, Nancy, FRANCIA

1. La respuesta de las plantasa los elementos trazas del sueloGuillaume ECHEVARRIA & Jean Louis MOREL Laboratoire Sols et Environnement ENSAIA-INPL/INRA, Nancy, FRANCIA

2. Transferencia de los elementos trazas en el sistema suelo-planta Absorpción Transporte Fase líquida • Dinámica del agua en el suelo : • porosidad • drenaje BIODISPONBILIDAD Fase sólida Lixiviación

3. Respuesta de las plantas aux elementos en trazas • Planta : • primer paso de la cadena alimenticia terrestre • vectorr de los elementos trazas • Fitotoxicidad : • pérdida de cosechas, disminución de biodiversidad, • modificación de los grandes ciclos (nitrógeno, carbono) • productividad de los agrosistemas (ej. Rhizobium) • Contaminación de la cadena alimenticia • alteración de la salud animal y humana

4. Fitotoxicidad : respuesta de la lechugaa la contaminación del suelo Biomasa (g / maceta) M2 = Norma holandesa (nivel A) M4 = Norma Francesa AFNOR U 44-041 M5 = Directiva europea de 1986 20 M6 = Norma holandesa (nivel B) (Hosy y Morel, 1995) 10 0 C M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 Concentraciones crecientes de metales en el suelo (Cd, Cu, Ni, Zn)

5. -1 mg Cd kg materia seca 10 5 C M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 Flujo suelo -planta : absorción de Cd por el ray grass en función de la contaminación del suelo 0 Concentraciones crecientes de metales en el suelo (Cd, Cu, Ni, Zn)

6. Crecimiento a) Oligo-elemento Déficit Tolerencia Toxicidad Concentración en la planta Límite de toxicidad b) Elemento no esencial Tolerencia Toxicidad Respuesta de las plantas a los elementos trazas

7. Respuesta de las plantas a las concentraciones crecientes de metales en el suelo [Planta] Hiperacumulación Thlaspi caerulescens Acumulación Indicación Lechuga Exclusión Ray grass [Suelo] (Fuente: Baker, 1981)

8. Respuesta de diferentes especies vegetales al Cd en el suelo Guisantes Ray grass Trigo Col Maíz Concentración en las hojas Lechuga cv 1 Lechuga cv 2 Espinaca Tomate Lechuga cv 3 Tabaco Thlaspi caerulescens 0 5 10 15 20 mg/kg 2 000 mg/kg

9. Exemple de plante hyperaccumulatrice : Thlaspi caerulescens : Zn, Cd, Ni, Pb Photo : C. Schwartz

10. Biodisponibilidad del Cden une serie de suelos pH=8,2 CdT=0,6 mg kg-1 0.04 0.43 0.0001 0.2 400 pH=7,9 CdT=8,9 mg kg-1 6.5 0.0025 0.93 2.4 372 pH=7,8 CdT=25,4 mg kg-1 9.6 0.0038 2.0 13.8 526 526 pH=6,2 non chaulé CdT=20,3 mg kg-1 10.6 0.018 5.5 4.2 310

11. Transferencia suelo-planta de Cd en función de las estrategias de las plantas y de la oferta del suelo SUELOSol 1 Sol 2 Sol 3 Sol 4 pH 8,2 7,9 7,8 6,2 Cd Total (mg kg-1) 0,6 8,9 25,4 20,3 EXPORTACIONES (mg kg-1 de suelo) Ray grass 0,0004 0,0009 0,0014 0,0027 Thlaspi caerulescens0,029 1,21 1,79 0,65 % DE E0-1MIN Thlaspi caerulescens73 130 90 12 (Gérard et al., 2000)

12. Rizosfera SUELO n+ M , M-L SOLUCION DIFFUSION Raíz advección Transporte suelo-planta Transporte de Elementos Trazas a la superficie de la raíz

13. Cd Cd + Zn Absorción de Cd por Lactuca sativa en presencia de Zn -1 -1 Flujo (µmol Cd g MS h ) 50 40 30 20 10 2.5 5 Concentración de Cd en solución (µM) (Fuente : Costa et Morel, 1992)

14. Exsudación radicular y mobilisación de metales en la rizosfera(Morel, 1996)

15. Mucilage apical 1 cm Photo J.L.Morel

16. Semillas estériles germinando Plantulas de 7 días Tubos rellenos de solución nutritiva Dispositivo de cultivo hidropónico en condiciones estériles

17. Composición de los mucilages apicales de maíz (raices nodales) • C 39% MS • N 0,5 • Polysacaridos 95 • Acidos urónicos 34 • Proteinas 4,0 (Morel, 1985)

18. Metal ligado (µM) Pb R 5 Cu Cd Metal libre (µM) 20 Capacidad de enlace máximo : 5-25 meq/100 g mucilage Pb > Cu > Cd Enlace de los metales pesados con los mucilages radiculares de maíz (Morel, 1985; Morel et al., 1986)

19. Cambios de pH en la rizosfera • En función del equilíbrio catión / anión • forma de nitrógeno : nitrato / amonio N-NO3- N-NH4+ (Marschner et Römheld, 1983)

20. Cambios de pH en la rizosfera medidos por microelectroda (Marschner et Römheld, 1983)

21. Sorgho Interacciones rizosféricas entre Gramináceay Leguminosa Lenteja Nitrógeno bajo forma NO3- (Marschner et Römheld, 1983)

22. Acidificación de la rizosfera de una planta deficiente en Fe girasol

23. Fase sólida del suelo Membrana plásmica CYTOPLASMO RIZOSFERA Chelate + H H+ FeIII ATPase FeIII-Chel Reductase FeII Chel (Fuente: Marschner et al., 1986) Respuesta al déficit en Fe : estrategia I

24. Phytosidérophores PS ? FeIII-PS FeIII-PS P FeII Réponse des Graminées à la carence en Fe : Stratégie II Phase solide du sol Membrane plasmique CYTOPLASME RHIZOSPHERE FeIII (d’après Marschner et al., 1986)