Caractérisation de l'impact des pollutions agricoles sur les diatomées benthiques

Les indices biologiques " diatomées" utilisés pour évaluer la qualité des cours d’eau ont montré leurs limites pour déceler les effets des pollutions toxiques agricoles. Les diatomées, à la base de la chaîne trophique, sont connues comme de bons bio-indicateurs des pollutions par les éléments trophiques (ex : fertilisants agricoles). Une thèse a donc été initiée dans le but d’identifier et de sélectionner, chez les diatomées, des paramètres sensibles aux pesticides afin de proposer des perspectives d’amélioration des indices "diatomées". Le travail de recherche a donc été mené à deux niveaux (communauté et cellule) et dans trois conditions (naturelle, semi-contrôlée et contrôlée). Les résultats obtenus dans le cadre de l’étude in situ ont montré une inhibition de la production de biomasse algale en parallèle de traitements herbicides intensifs des cultures. Des abondances élevées de diatomées anormales ont aussi été relevées dans certains cours d’eau. Une étude en microcosmes, dans des conditions semi-contrôlées, a confirmé la sensibilité de la biomasse algale à une exposition à des herbicides. Les indices biologiques n’ont, par contre, pas réagi à cette exposition alors même que les communautés, exposées à un des herbicides, ont été modifiées. Pour établir un lien entre l’apparition d’anormalités sur le frustule des diatomées et une exposition à un pesticide, une technique de culture d’une communauté de ces micro-algues a été mise au point. Une exposition de cette communauté à un herbicide génotoxique connu, l’hydrazide maléique, a mis en évidence des altérations nucléaires. En parallèle, des frustules anormaux ont aussi été dénombrés. Les abondances de ces deux types d’altération se sont avérées significativement plus élevées pour les plus fortes concentrations. Deux hypothèses sont suggérées : soit un effet génotoxique direct qui perturbe la synthèse de protéines, soit un effet génotoxique indirecte sur le réseau de microfilaments.The diatom biological indexes, used to assess the water quality, have shown their limits to detect the toxic pollution effects. The diatoms are well known bioindicators of trophic pollutions. A study has been initiated to identify and to select parameters sensitive to pesticide exposition. The work was carried out at two levels (community and cell) and under three conditions (natural, semicontrolled and controlled). The field study results showed an inhibition of the algal biomass growth during a period of intensive herbicide treatments on crops. High abundances of abnormal diatoms were also found in some rivers. A study in microcosms under semi-controlled conditions, confirmed the sensitivity of the algal biomass to herbicides. The biological indexes did not react whereas the succession of a community exposed to a herbicide, was marked. To establish a link between abnormal frustule occurrence and pesticide exposition, a diatom community culture has been developed. From this culture, benthic diatoms were exposed to a well known genotoxic herbicide, the Maleic Hydrazide (MH). The results revealed nuclear alterations. At the same time, abnormal frustules were also counted. The abundances of these two kinds of alterations were significantly higher at the highest MH concentrations. Two hypotheses are proposed: either a direct genotoxic effect which would disrupt the synthesis of proteins, or indirect genotoxic effect on the cytoskeleton. The disturbance of the cytoskeleton would affect independently the chromosom migration during the mitosis and the silica supply for the frustule formation

Herbicide effects on freshwater benthic diatoms: Induction of nucleus alterations and silica cell wall abnormalities

Benthic diatoms are well known bio-indicators of river pollution by nutrients (nitrogen and phosphorus). Biological indexes, based on diatom sensitivity for non-toxic pollution, have been developed to assess the water quality.Nevertheless, they are not reliable tools to detect pollution by pesticides. Many authors have suggested that toxic agents, like pesticides, induce abnormalities of the diatom cell wall (frustule). High abnormal frustule abundances have been reported in natural diatom communities sampled in streams contaminated by pesticides. However, no direct link was found between the abundances of abnormal frustules in these communities and the pesticide concentrations in stream water. In the present study, a freshwater benthic diatomcommunity, isolated fromnatural biofilm and cultured under controlled conditions, was treated with a known genotoxic herbicide, maleic hydrazide (MH). Cells were exposed to three concentrations of MH (5×10−6, 10−6, 10−7 M) for 6 h followed by a 24 h-recovery time. After MH treatments, nucleus alterations were observed: abnormal nucleus location, micronucleus, multinuclear cell or disruption of the nuclear membrane. A dose-dependent increase of nuclear alterations was observed. The difference between the control (9.65 nuclear alterations per 1000 cells observed (9.65‰), S.D. = 4.23) and the highest concentrations (29.40‰, S.D. = 8.49 for 10−6Mand 35.96‰, S.D. = 3.71 for 5×10−6 M)was statistically significant (Tukey test, P < 0.05). Diatoms also exhibited frustules with deformed morphology and abnormal ornamentation. Significantly increased abundances of abnormal frustules were observed for the highest concentrations (10−6 and 5×10−6 M; Tukey test, P < 0.05). These two parameters tended to increase together (Pearson correlation = 0.702, P < 0.05). The results suggest that the induction of abnormal frustules could be associated with the genotoxic effects of MH. The alterations observed could be related to the effects of MH on the synthesis of the proteins involved in frustule formation or in the regulation of the cytoskeleton of the diatom cells

Sensitivity of freshwater periphytic diatoms to agricultural herbicides

The biomonitoring of pesticide pollution in streams and rivers using algae such as diatoms remains difficult. The responses of diatomcommunities to toxic stress in streamwater are disturbed by the variations of environmental parameters. In this study, periphytic algae collected in situwere exposed under controlled conditions to two major herbicides used in French agriculture (isoproturon and s-metolachlor). Three exposure regimes were tested: 5 and 30gL−1 for 6 days and 30gL−1 for 3 days followed by a recovery period of 3 days. The algal biomasses were assessed from pigment concentrations (chlorophyll a and c) and from live cell density. The highest concentration (30gL−1) of isoproturon inhibited the biomass increase statistically significantly. In periphyton exposed to 5 and 30gL−1 of s-metolachlor, chlorophyll c concentration and live cell densitywere also statistically significantly lower than in the control. Periphyton left to recover after reduced exposure duration (3 days) showed higher growth rates after treatment with s-metolachlor than with isoproturon. Taxonomic identifications showed that species like Melosira varians, Nitzschia dissipata and Cocconeis placentula were not affected by the herbicide exposure. Other species like Eolimna minima and Navicula reichardtiana were more sensitive. Studying diatoms according to their trophic mode showed that facultative heterotroph specieswere statistically significantly favoured by isoproturon exposure at the highest concentration. Results obtained with s-metolachlor exposure showed a disturbance of cell multiplication rather than that of photosynthesis. These results suggest that photosynthesis inhibitors like isoproturon favour species able to survive when the autotroph mode is inhibited

Caractérisation de l'impact des pollutions agricoles sur les diatomées benthiques

Les indices biologiques "diatomées" utilisés pour évaluer la qualité des cours d'eau ont montré leurs limites pour déceler les effets des pollutions toxiques agricoles. Les diatomées, à la base de la chaîne trophique, sont connues comme de bons bio-indicateurs des pollutions par les éléments trophiques (ex : fertilisants agricoles). Une thèse a donc été initiée dans le but d'identifier et de sélectionner, chez les diatomées, des paramètres sensibles aux pesticides afin de proposer des perspectives d'amélioration des indices "diatomées". Le travail de recherche a donc été mené à deux niveaux (communauté et cellule) et dans trois conditions (naturelle, semi-contrôlée et contrôlée). Les résultats obtenus dans le cadre de l'étude in situ ont montré une inhibition de la production de biomasse algale en parallèle de traitements herbicides intensifs des culturese. Des abondances élevées de diatomées anormales ont aussi été relevées dans certains cours d'eau. Une étude en microcosmes, dans les conditions semi-contrôlées, a confirmé la sensibilité de la biomasse algale à une exposition à des herbicides. Les indices biologiques n'ont, par contre, pas réagi à cette exposition alors même que les communautés, exposées à un des herbicides, ont été modifiées. Pour établir un lien entre l'apparition d'anormalités sur le frustule des diatomées et une exposition à un pesticide, une technique de culture d'une communauté de ces micro-algues a été mise au point. Une exposition de cette communauté à un herbicide génotoxique connu, l'hydrazide maléique, a mis en évidence des altérations nucléaires. En parallèle, des frustules anormaux ont aussi été dénombrés. Les abondances de ces deux types d'altération se sont avérées significativement plus élevées pour les plus fortes concentrations. Deux hypothèses sont suggérées : soit un effet génotoxique direct qui perturbe la synthèse de protéines, soit un effet génotoxique indirecte sur le réseau de microfilaments.BORDEAUX1-BU Sciences-Talence (335222101) / SudocSudocFranceF