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Effets des pollutions
atmosphériques sur les plantes :
l’exemple de l’ozone
1.Origine de l’ozone
2. Symptômes
3. Toxicité
4. Systèmes anti-oxidants
1. L’origine de l’ozone
• L’ozone est une molécule triatomique formée
de 3 atomes d’oxygenes  O3
Il est naturellement présent dans l’atmosphère
terrestre, formant la stratosphère mais il est un
polluant dans la troposphère.
L’ozone troposphérique
• Il est un polluant d’origine anthropique  il
est généré par les activites humaines.
• Une petite partie est naturellement produite
au-dessous des zones enforestées, ou après
des incendies naturels de forêts.
Formation de l’ozone troposphérique
• L’ozone troposphérique est formé à partir des
polluants précurseurs, sous l’effet du
rayonnement solaire (UV).
NO2  NO + O puis O + O2  O3
(En présence d’autres oxydants, sinon, NO2 se
reforme : NO + O3  NO2 + O2 )
L’ozone et les plantes
La plupart des végétaux sont sensibles à l’ozone,
mais cette sensibilité s’exprime à des degrés très
différents d’une espèce à l’autre et même entre
individus d’une même espèce.
• Les espèces les plus vulnérables sont:
le blé, le soya, la laitue, l’oignon, la tomate, le
tornesol
• La pomme de terre, le tabac, la colza
paraissent un peu moins sensibles.
2. Symptomes: effects de l’ozone sur le
fonctionnement des plantes
• C’est à travers les stomates que les polluants
atmosphériques diffusent vers l’intérieur de la
feuille.
• La quantité de polluants absorbés dépendent :
1.de la concentration en polluant dans l’air
2.du degré d’ouverture des stomates.
1. Les dégâts:
Les dégâts foliaires sont les plus spectaculaires.
Ils se manifestent par l'apparition de tâches ou
de nécroses à la surface des feuilles
 On les observe habituellement après un
« pic » de pollution.
• Il existe des variétés de trèfle et de tabac très
sensibles à l'ozone : des nécroses apparaissent à la
surface de leurs feuilles après quelques heures
d'exposition à l'ozone  utilisées lors d'opérations
de biosurveillance de la qualité de l'air.
Nécroses dues à l'ozone sur une feuille de tabac
Des bioindicateurs végétals
La variété de tabac Bel W3 est un bioindicateur
très utilisé dans le monde.
2. Les dommages:
Ce sont des perturbations du métabolisme sans
dégâts apparents, mais qui conduisent à une
diminution de la croissance ou de la productivité
des cultures.
Les principaux dommages sont dus à :
• 1. la réduction de la photosynthèse
• 2. l'augmentation de la respiration
L'accroissement de la sénescence des
feuilles
• La sénescence est le phénomène de
vieillissement par lequel les feuilles jaunissent,
sèchent et finissent par mourir.
• Sous l'effet de l'ozone, les feuilles vieillissent
Impacts de l’ozone sur les plantes
cultivées
• l'AOT40 rend compte :
1. des fortes concentrations en ozone de l'air
(supérieures à 40 ppb)
2. de la durée pendant laquelle les plantes sont
exposées.
• le rendement du blé en région parisienne a
été réduit en moyenne d'environ 10% par
rapport à une situation non polluée.
• Plantes affaiblies par l'ozone peuvent être plus
sensibles aux parasites, aux maladies, et la
sécheresse.
Browning on potato leaves shows evidence of
exposure to high concentrations of ozone
Impacts de l'ozone sur les végétations
naturelles
• En ce qui concerne les plantes « sauvages », la
plupart des espèces n'ont pas été étudiées et
seulement le comportement de certaines de
ces plantes a été étudié.
• Même si quelques espèces paraissent aussi
sensibles que les plantes cultivées , il
semblerait toutefois que la plupart soient assez
tolérantes à l'ozone.
Effets de l'ozone sur le géranium des bois :
rougissement des feuilles
Toxicité
STRESS OXYDATIF: déséquilibre entre la
production de ROS dans la cellule et celle
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ROS: espèces réactives de l’oxygène.
Les espèces en lien avec l’entrée de l’ozone
dans la cellule sont: le peroxyde d’hydrogène
H2O2, le superoxyde O2(-), l’oxygène singulet
O2(*).
Schéma de la photosynthèse
Les effets de ces trois ROS
L’oxygène singulet est terriblement toxique pour
la cellule (dégradation des structures plastidiales).
Le superoxyde et le peroxyde d'hydrogène
peuvent normalement être formés dans la cellule
pour réaliser la photoprotection (adaptation à court
terme du fonctionnement des chloroplastes lors des
variations rapides de l’éclairement).
Système antioxydant
Un antioxydant est une molécule qui empêche
l’oxydation d’espèces appartenant à un couple
réducteur/oxydant. Ici, elle est un mécanisme de
défense face à la chaîne destructrice des
radicaux libres.
Le glutathion et l’acide ascorbique
• Le glutathion provient de la condensation de
trois acides aminés: l’acide glutamique, la
cystéine, et la glycine. Il permet le maintien du
potentiel redox dans la cellule. En effet, il
existe sous forme réduite GSH, et sous forme
oxydée GSSG.
• L’acide ascorbique est un acide organique. Le
plus connu est le acide L-ascorbique: c’est la
vitamine C.
Le cycle glutathion-acide ascorbique
Il existe alors plusieurs enzymes nécessaires à ce
cycle:
• ascorbate pérydase APX: Elle joue un rôle dans ta
détoxication des peroxydes, par exemple H2O2.
Son substrat est l'ascorbate.
Ascorbate + peroxyde d'hydrogène =
deshydroascorbate + H2O
Monodéhydroascorbate réductase MHAR:
NADH + H+ + 2 monodehydroascorbate NAD+ + 2
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Le cycle glutathion-ascorbate
• déhydroascorbate réductase MHAR: elle utilise le
glutathion pour réduire le déshydroascorbate.
Déhydroascorbate + 2 GSH = ascorbate + GSSG.
• glutathion réductase GR: Le glutathion sous
forme réduite (GSH) est retrouvé grâce à la
réduction de sa forme oxydé (GSSG) par le
NADPH.
Cycle glutathion-ascorbate
Autres enzymes au rôle antioxydant
Il existe alors plusieurs enzymes nécessaires à ce
cycle:
• ascorbate péroxydase APX: Elle joue un rôle dans
ta détoxication des peroxydes, par exemple
H2O2. Son substrat est l'ascorbate.
Ascorbate + peroxyde d'hydrogène =
deshydroascorbate + H2O.
• glutathion réductase GR: Le glutathion sous
forme réduite (GSH) est retrouvé grâce à la
réduction de sa forme oxydé (GSSG) par le
NADPH.
Conclusion:
Le stress oxydatif n’est pas spécifique de l’ozone.
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entraînent la production des mêmes ROS.
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  • 1. Effets des pollutions atmosphériques sur les plantes : l’exemple de l’ozone 1.Origine de l’ozone 2. Symptômes 3. Toxicité 4. Systèmes anti-oxidants
  • 2. 1. L’origine de l’ozone • L’ozone est une molécule triatomique formée de 3 atomes d’oxygenes  O3 Il est naturellement présent dans l’atmosphère terrestre, formant la stratosphère mais il est un polluant dans la troposphère.
  • 3. L’ozone troposphérique • Il est un polluant d’origine anthropique  il est généré par les activites humaines. • Une petite partie est naturellement produite au-dessous des zones enforestées, ou après des incendies naturels de forêts.
  • 4. Formation de l’ozone troposphérique • L’ozone troposphérique est formé à partir des polluants précurseurs, sous l’effet du rayonnement solaire (UV). NO2  NO + O puis O + O2  O3 (En présence d’autres oxydants, sinon, NO2 se reforme : NO + O3  NO2 + O2 )
  • 5. L’ozone et les plantes La plupart des végétaux sont sensibles à l’ozone, mais cette sensibilité s’exprime à des degrés très différents d’une espèce à l’autre et même entre individus d’une même espèce. • Les espèces les plus vulnérables sont: le blé, le soya, la laitue, l’oignon, la tomate, le tornesol • La pomme de terre, le tabac, la colza paraissent un peu moins sensibles.
  • 6. 2. Symptomes: effects de l’ozone sur le fonctionnement des plantes • C’est à travers les stomates que les polluants atmosphériques diffusent vers l’intérieur de la feuille. • La quantité de polluants absorbés dépendent : 1.de la concentration en polluant dans l’air 2.du degré d’ouverture des stomates.
  • 7. 1. Les dégâts: Les dégâts foliaires sont les plus spectaculaires. Ils se manifestent par l'apparition de tâches ou de nécroses à la surface des feuilles  On les observe habituellement après un « pic » de pollution.
  • 8. • Il existe des variétés de trèfle et de tabac très sensibles à l'ozone : des nécroses apparaissent à la surface de leurs feuilles après quelques heures d'exposition à l'ozone  utilisées lors d'opérations de biosurveillance de la qualité de l'air. Nécroses dues à l'ozone sur une feuille de tabac
  • 9. Des bioindicateurs végétals La variété de tabac Bel W3 est un bioindicateur très utilisé dans le monde.
  • 10. 2. Les dommages: Ce sont des perturbations du métabolisme sans dégâts apparents, mais qui conduisent à une diminution de la croissance ou de la productivité des cultures. Les principaux dommages sont dus à : • 1. la réduction de la photosynthèse • 2. l'augmentation de la respiration
  • 11. L'accroissement de la sénescence des feuilles • La sénescence est le phénomène de vieillissement par lequel les feuilles jaunissent, sèchent et finissent par mourir. • Sous l'effet de l'ozone, les feuilles vieillissent
  • 12. Impacts de l’ozone sur les plantes cultivées • l'AOT40 rend compte : 1. des fortes concentrations en ozone de l'air (supérieures à 40 ppb) 2. de la durée pendant laquelle les plantes sont exposées. • le rendement du blé en région parisienne a été réduit en moyenne d'environ 10% par rapport à une situation non polluée.
  • 13. • Plantes affaiblies par l'ozone peuvent être plus sensibles aux parasites, aux maladies, et la sécheresse. Browning on potato leaves shows evidence of exposure to high concentrations of ozone
  • 14. Impacts de l'ozone sur les végétations naturelles • En ce qui concerne les plantes « sauvages », la plupart des espèces n'ont pas été étudiées et seulement le comportement de certaines de ces plantes a été étudié.
  • 15. • Même si quelques espèces paraissent aussi sensibles que les plantes cultivées , il semblerait toutefois que la plupart soient assez tolérantes à l'ozone. Effets de l'ozone sur le géranium des bois : rougissement des feuilles
  • 16. Toxicité STRESS OXYDATIF: déséquilibre entre la production de ROS dans la cellule et celle d’antioxydants. ROS: espèces réactives de l’oxygène. Les espèces en lien avec l’entrée de l’ozone dans la cellule sont: le peroxyde d’hydrogène H2O2, le superoxyde O2(-), l’oxygène singulet O2(*).
  • 17. Schéma de la photosynthèse
  • 18. Les effets de ces trois ROS L’oxygène singulet est terriblement toxique pour la cellule (dégradation des structures plastidiales). Le superoxyde et le peroxyde d'hydrogène peuvent normalement être formés dans la cellule pour réaliser la photoprotection (adaptation à court terme du fonctionnement des chloroplastes lors des variations rapides de l’éclairement).
  • 19. Système antioxydant Un antioxydant est une molécule qui empêche l’oxydation d’espèces appartenant à un couple réducteur/oxydant. Ici, elle est un mécanisme de défense face à la chaîne destructrice des radicaux libres.
  • 20. Le glutathion et l’acide ascorbique • Le glutathion provient de la condensation de trois acides aminés: l’acide glutamique, la cystéine, et la glycine. Il permet le maintien du potentiel redox dans la cellule. En effet, il existe sous forme réduite GSH, et sous forme oxydée GSSG. • L’acide ascorbique est un acide organique. Le plus connu est le acide L-ascorbique: c’est la vitamine C.
  • 21. Le cycle glutathion-acide ascorbique Il existe alors plusieurs enzymes nécessaires à ce cycle: • ascorbate pérydase APX: Elle joue un rôle dans ta détoxication des peroxydes, par exemple H2O2. Son substrat est l'ascorbate. Ascorbate + peroxyde d'hydrogène = deshydroascorbate + H2O Monodéhydroascorbate réductase MHAR: NADH + H+ + 2 monodehydroascorbate NAD+ + 2 ascorbate
  • 22. Le cycle glutathion-ascorbate • déhydroascorbate réductase MHAR: elle utilise le glutathion pour réduire le déshydroascorbate. Déhydroascorbate + 2 GSH = ascorbate + GSSG. • glutathion réductase GR: Le glutathion sous forme réduite (GSH) est retrouvé grâce à la réduction de sa forme oxydé (GSSG) par le NADPH.
  • 24. Autres enzymes au rôle antioxydant Il existe alors plusieurs enzymes nécessaires à ce cycle: • ascorbate péroxydase APX: Elle joue un rôle dans ta détoxication des peroxydes, par exemple H2O2. Son substrat est l'ascorbate. Ascorbate + peroxyde d'hydrogène = deshydroascorbate + H2O. • glutathion réductase GR: Le glutathion sous forme réduite (GSH) est retrouvé grâce à la réduction de sa forme oxydé (GSSG) par le NADPH.
  • 25. Conclusion: Le stress oxydatif n’est pas spécifique de l’ozone. Plusieurs facteurs biotiques et abiotiques entraînent la production des mêmes ROS.