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Biodisponibilité et effets du bismuth sur les organismes du sol

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Omouri, Zohra (2018). Biodisponibilité et effets du bismuth sur les organismes du sol Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en biologie, 138 p.

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Résumé

Les composés à base de bismuth sont largement utilisés dans plusieurs industries telles que : les médicaments, les cosmétiques, les munitions et les additifs métallurgiques.Par conséquent, les concentrations de bismuth (Bi) pourraient augmenter considérablement dans les écosystèmes terrestres. En effet, des récentes études ont rapporté des concentrations de Bi très élevées dans des sols contaminés par diverses activités industrielles. Actuellement, la toxicité du Bi et les risques qu’il présente pour les organismes terrestres sont peu connus, très peu investigués et non réglementés. L’objectif principal de cette thèse est d’évaluer la biodisponibilité du Bi dans les sols ainsi que ses effets aigus et chroniques chez le ver de terre Eisenia andrei et la plante Lolium perenne L.

Dans un premier temps, les effets du nitrate de Bi et du citrate de Bi sur la croissance et la germination de Lolium perenne ont été évalués sur papier filtre et en sols naturel et artificiel contaminés expérimentalement au laboratoire. Le nitrate de Bi inhibe plus sévèrement la germination et la croissance radiculaire de la plante comparé au citrate de Bi, de plus il cause une plus forte diminution du pH des solutions aqueuses et du sol. Ainsi pour éviter l’effet inhibiteur des pHs trop acides sur la croissance des organismes étudiés, le citrate de Bi a été choisi pour la suite de l’étude. Les effets aigus du Bi (forme citrate) sur la létalité et la croissance du ver Eisenia andrei ont été investigués en sol naturel contaminé au laboratoire. Le Bi est létal pour les vers avec une CL50 = 416 mg/kg et une CSEO = 298 mg/kg.

Ensuite, l’étude a été portée sur l’évaluation des effets chroniques du Bi. Pour ce faire, les vers adultes ont été exposés en sol naturel contaminé. Les effets du Bi sur la reproduction et la croissance du ver Eisenia andrei, ainsi que sur la viabilité et l’activité phagocytaire des coelomocytes du ver ont été investigués. Les résultats révèlent que le Bi diminue la reproduction chez Eisenia andrei. Le paramètre de reproduction le plus sensible est le nombre de juvéniles, suivi du nombre de cocons éclos et du nombre total de cocons (CI50 = 123.14, 182.43 et > 289 mg/kg, respectivement). Les résultats relatifs à la viabilité et à l’activité phagocytaire des coelomocytes, montrent que des concentrations ≤ 289 mg Bi/kg sol n’affectent pas la viabilité des coelomocytes et présentent un faible effet immunotoxique.

Pour finir, l’évaluation de la biodisponibilité du Bi a été effectuée. Pour cela, nous avons eu recours à des méthodes d’extraction et d’analyses chimiques, pour mesurer les teneurs en Bi dans les échantillons de sol et les tissus d’Eisenia andrei. Les résultats obtenus montrent qu’après 14 jours et 28 jours d’exposition, la bioaccessibilité du Bi dans le sol en présence des vers est significativement plus élevée que celle obtenue dans le sol en absence des vers. De plus, des concentrations relativement élevées de Bi, soit jusqu’à 21.37 mg/kg tissu sec ont été accumulées dans les tissus des vers. Des biomolécules et des agents chélateurs produits par les vers de terre et/ou par les microorganismes vivants dans les intestins des vers ou dans le sol pourraient expliquer en partie cette augmentation.

Abstract

Bismuth-based compounds are widely used in several industries such as: drugs, cosmetics, ammunition and metallurgical additives. Consequently, bismuth (Bi) concentrations could increase significantly in terrestrial ecosystems. Indeed, recent studies have reported very high concentrations of Bi in soils contaminated by various industrial activities. Currently, the toxicity of Bi and the risks it presents for terrestrial organisms are little known, very little investigated and unregulated. The main objective of this thesis is to evaluate the bioavailability of Bi in soils as well as its acute and chronic effects on the earthworm Eisenia andrei and the plant Lolium perenne L.

Firstly, the effects of Bi nitrate and Bi citrate on the growth and germination of Lolium perenne were evaluated on filter paper and in artificial and natural soil artificially contaminated in the laboratory. Bi nitrate inhibits plant germination and root growth more than Bi citrate, and causes a severe decrease in the pH of aqueous solutions and soil. Thus, to avoid the inhibitory effect of acidic pHs on the growth of studied organisms, Bi citrate is chosen for the rest of the study. The acute effects of Bi (citrate form) on the lethality and growth of the earthworm Eisenia andrei were investigated in contaminated natural soil. Bi is lethal for earthworm with an LC50 = 416 mg/kg and a NOEC = 298 mg/kg.

Then, the study focused on the evaluation of chronic effects of Bi. For that purpose, adult earthworms were exposed in contaminated natural soil. The effects of Bi on the reproduction and growth of the earthworm Eisenia andrei, as well as on the viability and phagocytic activity of earthworm coelomocytes were investigated. The results reveal that Bi reduces reproduction in Eisenia andrei. The most sensitive reproduction parameter is the number of juveniles, followed by the number of hatched cocoons and the total number of cocoons (IC50 = 123.14, 182.43 an > 289 mg/kg, respectively). The results from the viability and phagocytic activity of coelomocytes show that concentrations ≤ 289 mg Bi/kg sol do not affect the viability of the coelomocytes and have a low immunotoxic effect.

Finally, the evaluation of the bioavailability of Bi was performed. For that end, we used chemical methods to extract and to measure Bi contents in soil samples and Eisenia andrei tissues. The results obtained showed that after 14 days and 28 days of exposure, bioaccessibility of Bi in the soil in the presence of earthworms is significantly higher than that obtained in the soil in the absence of earthworms. In addition, relatively high concentrations of Bi, up to 21.37 mg/kg dry tissue were accumulated in earthworm tissues. Biomolecules and chelating agents produced by earthworms and/or by microorganisms living in earthworm gut or soil may explain in part this increase.

Type de document: Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Robidoux, Pierre Yves
Co-directeurs de mémoire/thèse: Fournier, Michel
Mots-clés libres: Bismuth, sols contaminés, biodisponibilité, plante, germination, croissance, vers de terre, létalité, reproduction, phagocytose; Bismuth, contaminated soil, bioavailability, plant, germination, growth, earthworms, lethality, reproduction, phagocytosis
Centre: Centre INRS-Institut Armand Frappier
Date de dépôt: 13 août 2019 02:00
Dernière modification: 13 août 2019 02:00
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/8506

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