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Biodégradation et impacts des pesticides sur la flore bactérienne du sol
(ACR)
- Mot(s) clé(s) :
Objet d'étude : activité dégradante, atrazine, communauté dégradante, isoproturon
Echelle d'étude : communauté microbienne, microflore du sol
Dispositif technique et méthode d'étude : bioremediation, bioremédiation, cinétique, modélisation
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Objet d'étude : activité dégradante, atrazine, communauté dégradante, isoproturon
Echelle d'étude : communauté microbienne, microflore du sol
Dispositif technique et méthode d'étude : bioremediation, bioremédiation, cinétique, modélisation
Composé chimique, Facteur du milieu : 2,4-d, facteur du milieu, facteur milieu, pesticide, plasmide
Phénomène, processus et fonction : activité microbienne, biodegradation, biodégradation, biodisponibilité, dégradation acceleree, dynamique des populations, expression du potentiel génétique dégradant, oligotrophie, potentiel génétique dégradant
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- Description détaillée :
A. Analyse des communautés microbiennes dégradant des pesticides. Cas de l'atrazine et de Afficher la suite
A. Analyse des communautés microbiennes dégradant des pesticides. Cas de l'atrazine et de l'isoproturon.
1) Caractérisation des souches dégradantes et étude de l'organisation des gènes impliqués dans la biodégradation de pesticides.
2) Etude de la diversité et de la distribution des gènes de dégradation au sein des communautés microbiennes dégradant des pesticides.

B. Fonctionnement des communautés microbiennes dégradant des pesticides. Cas de l'atrazine.
1) Etude des mécanismes de régulation (transcriptionnelle) de la fonction de dégradation.
2) Effet de facteurs abiotiques (pH, t°, humidité,?) et biotiques (rhizosphère, drillosphère) sur l'expression de la fonction de dégradation.

C. Adaptation des communautés microbiennes dégradant des pesticides. Cas de l'atrazine.
1) Adaptation génétique des communautés microbiennes dégradant les pesticides (recrutement et transfert de gènes).
2) Evolution de la structure des communautés dégradantes dans le sol et la rhizosphère du maïs.
? Modèles :
Cas de l'atrazine : sol de La Bouzule/maïs (soit plante entière, mucilage ou exsudats synthétiques)/atrazine
Cas de l'isoproturon : sol du Souich/blé/isoproturon

L'emploi des engrais et des produits phytosanitaires a joué un rôle important dans l'accroissement de la production agricole des pays développés à la sortie de la 2nde guerre mondiale. Cependant, les molécules chimiques, pour partie responsables de cette réussite, sont actuellement mises en cause dans la dégradation de l'environnement. En particulier, les pesticides utilisés contre les parasites et les plantes adventices dans les grandes cultures (blé, orge, maïs,?) représentent l'une des sources majeures de la pollution des sols et des eaux. Cette pollution est surtout ressentie au travers de la présence de résidus de produits phytosanitaires dans l'eau potable et les denrées alimentaires. La dernière enquête publiée par l'IFEN (Institut Français de l'Environnement) révèle que les pesticides sont présents sur 90% des points surveillés en rivières et 58% des points en eaux souterraines et que le DDT, le lindane et leurs dérivés tendent à baisser dans les eaux littorales, tandis que les triazines sont présentes sur l'ensemble du réseau observé (http://www.ifen.fr/pestic/2002/pestic2002.htm). La prise de conscience de la pollution de l'environnement engendrée par les produits phytosanitaires a conduit au renforcement de la réglementation (cf : homologation des molécules phytosanitaires) au niveau national et européen. Les suivis systématiques des teneurs en pesticides dans les cours d'eau et les captages réalisés par le Ministère de la Santé ont mis en évidence que pour le cas particulier de l'atrazine, un produit phytosanitaire surtout utilisé sur des cultures de maïs, que 37 % des eaux brutes et 25 % des eaux distribuées en contenaient plus de 0.1 µg.l-1 limite autorisée par la CEE. Cette situation a conduit l'Assemblée Nationale a adopté un amendement interdisant l'usage de l'atrazine en septembre 2003. L'usage intensif de certains herbicides foliaires tel que le glyphosate ou encore le gluphosinate pourrait poser prochainement le même type de questionnement environnemental.
Malgré les problèmes engendrés par l'application de produits phytosanitaires (pollution diffuse et/ou ponctuelle, effet écotoxicologique sur des organismes non cible), leur usage perdurera à court terme faute de solutions techniques alternatives réalistes. Toutefois, le développement actuel de « biopesticide » (molécule biopesticide produit par des micro-organismes présentant une activité antagoniste), la lutte biologique (inoculation de micro-organisme antagoniste) et de la lutte intégrée (Integrated Pest Management) offrent de nouvelles perspectives prometteuses qui pourraient in fine être une alternative à l'application de produits phytosanitaires. L'altération de la qualité de l'environnement liée notamment à l'utilisation intensive d'intrants (engrais et pesticides), a conduit les pouvoirs publics, le grand public et, plus récemment encore, les acteurs du monde agricole a prendre conscience des problèmes environnementaux découlant de l'usage massif et généralisé des produits phytosanitaires. Cette prise de conscience a permis l'émergence de nouveaux concepts tel que « l'agriculture durable » à la fois respectueuse de l'environnement et de la fertilité des sols et viable économiquement. Elle se caractérise entre autre par l'usage raisonné de produits phytosanitaire afin de réduire les doses apportées tout en conservant l'efficacité des traitements. Pour répondre aux préoccupations grandissantes de santé et d'environnement de la société, l'agriculture devra évoluer en tenant compte de nouveaux cahiers des charges, en adoptant des itinéraires techniques de plus en plus précis dont le développement nécessité la prise en compte des nouvelles connaissances des mécanismes du vivant et notamment celles de la microflore du sol.








Fin 1995 : arrêt d'un contrat européen sur la diversité et l'activité microbienne en sol profond dans la zone non saturée.
Quatre thèses en cours : l'une, commencée fin 1994, concerne la dégradation accélérée des carbamates ; une autre portant sur l'effet des pesticides sur la biodiversité de la microflore du sol se termine en 1996. L'utilisation raisonnée des intrants chimiques, et notamment des pesticides, devrait constituer l'une des clefs de voûte de la gestion durable et intégrée des systèmes de culture. La réduction de l'impact environnemental des produits phytosanitaires repose sur la compréhension des mécanismes physico-chimiques (tel que la rétention, la stabilisation ou encore la transformation) et biologiques (tel que la biostabilisation et la biotransformation) responsables de leur évolution dans le sol.
La biotransformation des molécules organiques polluantes est réalisée par une fraction microflore tellurique qui est capable de dégrader le produit phytosanitaire biodisponible soit de manière (i) aspécifique avec des enzymes extra-cellulaires à large spectre (co-métabolisme) ou (ii) spécifique à l'aide d'enzymes cataboliques adaptés (métabolisme). Dans ce contexte, l'étude de communautés microbiennes impliquées dans la biodégradation de molécules organiques d'origine anthropique dans le sol est primordial.
Il s'agit non seulement de poursuivre l'identification des acteurs microbiens, de leur structuration, de leur fonctionnement mais aussi des mécanismes d'écologie microbienne sous-jacents (sélection, adaptation, résilience et redondance fonctionnelle) afin de définir des stratégies permettant in fine de maîtriser leur activité pour gérer le devenir des produits phytosanitaires et de leurs résidus dans l'environnement.



A. Analyse des communautés microbiennes dégradant des pesticides. Cas de l'atrazine et de l'isoproturon.

B. Fonctionnement des communautés microbiennes dégradant des pesticides. Cas de l'atrazine.

C. Adaptation des communautés microbiennes dégradant des pesticides. Cas de l'atrazine.


- Mise en évidence de l'existence de 3 groupes fonctionnels intervenant dans la dégradation du 2,4-D, et d'au moins 3 groupes d'homologie du gène tfdA impliqué dans cette dégradation.
- Mise en évidence d'une forte hétérogénéité fonctionnelle des communautés microbiennes dégradantes présentes dans des agrégats de sol
- Application avec succès d'une technique de caractérisation de la diversité microbienne sur un mélange de souches pures. Testage en cours de son application à des communautés naturelles plus complexes.
- Mise en évidence d'une activité microbienne hétérotrophe non négligeable en sol profond.
- Proposition d'un mode de diagnostic des phénomènes de biodégradation accélérée.
- Constitution d'une collection européenne de souches dégradant les pesticides. Les objectifs sont : i) caractériser les mécanismes d'adaptation des communautés microbiennes telluriques conduisant à la mise en place du phénomène de biodégradation accélérée (BDA), ii) caractériser le fonctionnement des communautés microbiennes dégradant des pesticides en évaluant leur taille, diversité et activité iii) déterminer les paramètres environnementaux (rhizosphère, drillosphère,...) influençant le fonctionnement des communautés dégradant des pesticides, iv) proposer des solutions de bioremediation (i) de sites pollués et (ii) d'effluents de traitements BIOBAC).


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