Bioaccessibility of selenium after human ingestion in relation to its chemical species and compartmentalization in maize

International audienceSelenium is a micronutrient needed by all living organisms including humans, but often present in low concentration in food with possible deficiency. From another side, at higher concentrations in soils as observed in seleniferous regions of the world, and in function of its chemical species, Se can also induce (eco)toxicity. Root Se uptake was therefore studied in function of its initial form for maize (Zea mays L.), a plant widely cultivated for human and animal food over the world. Se phytotoxicity and compartmentalization were studied in different aerial plant tissues. For the first time, Se oral human bioaccessibility after ingestion was assessed for the main Se species (SeIV and SeVI) with the BARGE ex vivo test in maize seeds (consumed by humans), and in stems and leaves consumed by animals. Corn seedlings were cultivated in hydroponic conditions supplemented with 1 mg L−1 of selenium (SeIV, SeVI, Control) for 4 months. Biomass, Se concentration, and bioaccessibility were measured on harvested plants. A reduction in plant biomass was observed under Se treatments compared to control, suggesting its phytotoxicity. This plant biomass reduction was higher for selenite species than selenate, and seed was the main affected compartment compared to control. Selenium compartmentalization study showed that for selenate species, a preferential accumulation was observed in leaves, whereas selenite translocation was very limited toward maize aerial parts, except in the seeds where selenite concentrations are generally high. Selenium oral bioaccessibility after ingestion fluctuated from 49 to 89 % according to the considered plant tissue and Se species. Whatever the tissue, selenate appeared as the most human bioaccessible form. A potential Se toxicity was highlighted for people living in seleniferous regions, this risk being enhanced by the high Se bioaccessibility

Biogeochemical study of selenium transfer in a water-plant-atmosphere system : consequences on physiology of Zea mays subsp. mays (L.)

Selenium is an antioxidant and an oligo-element for animals and humans. However, the concentration range between deficiency and toxicity is particularly narrow. This metalloid allotropic is introduced indirectly in the food chain via its accumulation in food plants. The literature on this subject is still restricted and incompleted, and traditionally realised on model plants and in presence of selenium in high concentrations. This thesis is about selenium transfer in a plant crop, Zea mays, and consequences of this accumulation on physiological plant through essential cations accumulation study (calcium, magnesium, iron, zinc, manganese, copper). For this, experiments in a controlled atmosphere chamber (hydroponic conditions) were performed to obtain samples then analyzed by appropriate analytical and sensitive techniques (HPLC, CRC-ICP-MS, ICP-OES or AAS-GF). Various factors influencing selenium transfer in plants have been studied: concentration and form of selenium source and stage of plant development. The results of this study showed that root absorption, concentration within the plants and their tissues, degree of selenium metabolization and volatilization, and therefore selenium intake in animals and humans, are strongly influenced by those three factors. Furthermore, this study showed that accumulation and distribution of cations within the plants depend on selenium -mainly at high concentrations. These effects may be associated with the system imbalance of reactive oxygen species detoxification in plant cells, consistent with the ambivalent nature of selenium mentioned in the literature: antioxidant or prooxidant depending on its concentration.Le sélénium (Se) est un antioxydant et un oligo-élément pour les animaux et les humains. Néanmoins, l'intervalle de concentration entre carence et toxicité est très étroit. Ce métalloïde est introduit indirectement dans la chaine alimentaire via son accumulation dans les plantes. La littérature sur ce sujet est encore restreinte et incomplète, s'effectuant couramment sur des plantes modèles et en présence de fortes concentrations en Se. Cette thèse porte sur le transfert du Se dans une plante de grande culture, le Zea mays, et les conséquences de cette accumulation sur la physiologique de la plante à travers l'étude de l'accumulation des cations essentiels (Ca, Mg, Fe, Zn, Mn, Cu). Des expérimentations en milieu contrôlé (cultures en hydroponie) ont donc été réalisées pour obtenir un ensemble d'échantillons analysés ensuite par des techniques d'analyse adéquates et sensibles (CRC-ICP-MS par exemple). Diverses modalités influençant le transfert du Se dans la plante ont ainsi été étudiées : la concentration et forme du Se source ainsi que le stade de développement de la plante. Les résultats ont montré que l'absorption racinaire, la concentration au sein de la plante ainsi que le degré de métabolisation du Se, et par conséquent les apports en Se pour les populations animales et humaines, sont fortement influencés par les trois facteurs énoncés. De plus, cette étude a mis en évidence que l'accumulation des cations au sein des plantes dépendent du Se. Ces effets peuvent être associés au déséquilibre du système de détoxification des espèces oxygénées réactives des cellules, en cohérence avec le caractère ambivalent du Se: antioxydant ou pro-oxydant selon sa concentration

Etude biogéochimique du transfert du sélénium dans un système eau-plante-atmosphère (conséquences sur la physiologie du Zea mays subsp. mays (L.))

Le sélénium (Se) est un antioxydant et un oligo-élément pour les animaux et les humains. Néanmoins, l intervalle de concentration entre carence et toxicité est très étroit. Ce métalloïde est introduit indirectement dans la chaine alimentaire via son accumulation dans les plantes. La littérature sur ce sujet est encore restreinte et incomplète, s effectuant couramment sur des plantes modèles et en présence de fortes concentrations en Se. Cette thèse porte sur le transfert du Se dans une plante de grande culture, le Zea mays, et les conséquences de cette accumulation sur la physiologique de la plante à travers l étude de l accumulation des cations essentiels (Ca, Mg, Fe, Zn, Mn, Cu). Des expérimentations en milieu contrôlé (cultures en hydroponie) ont donc été réalisées pour obtenir un ensemble d échantillons analysés ensuite par des techniques d analyse adéquates et sensibles (CRC-ICP-MS par exemple). Diverses modalités influençant le transfert du Se dans la plante ont ainsi été étudiées : la concentration et forme du Se source ainsi que le stade de développement de la plante. Les résultats ont montré que l absorption racinaire, la concentration au sein de la plante ainsi que le degré de métabolisation du Se, et par conséquent les apports en Se pour les populations animales et humaines, sont fortement influencés par les trois facteurs énoncés. De plus, cette étude a mis en évidence que l accumulation des cations au sein des plantes dépendent du Se. Ces effets peuvent être associés au déséquilibre du système de détoxification des espèces oxygénées réactives des cellules, en cohérence avec le caractère ambivalent du Se: antioxydant ou pro-oxydant selon sa concentrationSelenium is an antioxidant and an oligo-element for animals and humans. However, the concentration range between deficiency and toxicity is particularly narrow. This metalloid allotropic is introduced indirectly in the food chain via its accumulation in food plants. The literature on this subject is still restricted and incompleted, and traditionally realised on model plants and in presence of selenium in high concentrations. This thesis is about selenium transfer in a plant crop, Zea mays, and consequences of this accumulation on physiological plant through essential cations accumulation study (calcium, magnesium, iron, zinc, manganese, copper). For this, experiments in a controlled atmosphere chamber (hydroponic conditions) were performed to obtain samples then analyzed by appropriate analytical and sensitive techniques (HPLC, CRC-ICP-MS, ICP-OES or AAS-GF). Various factors influencing selenium transfer in plants have been studied: concentration and form of selenium source and stage of plant development. The results of this study showed that root absorption, concentration within the plants and their tissues, degree of selenium metabolization and volatilization, and therefore selenium intake in animals and humans, are strongly influenced by those three factors. Furthermore, this study showed that accumulation and distribution of cations within the plants depend on selenium -mainly at high concentrations. These effects may be associated with the system imbalance of reactive oxygen species detoxification in plant cells, consistent with the ambivalent nature of selenium mentioned in the literature: antioxidant or prooxidant depending on its concentrationPARIS-BIUSJ-Biologie recherche (751052107) / SudocSudocFranceF