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Étude de la toxicité des terres rares néodyme, thulium et yttrium chez deux espèces algales d’eau douce Chlorella fusca et Chlamydomoans reinhardtii.

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Bahloul, Faouzia (2020). Étude de la toxicité des terres rares néodyme, thulium et yttrium chez deux espèces algales d’eau douce Chlorella fusca et Chlamydomoans reinhardtii. Mémoire. Québec, Maîtrise en sciences de l'eau, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 159 p.

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Résumé

Les terres rares (TR) sont des métaux très convoités dans différentes technologies et secteurs, ce qui peut avoir comme conséquences d’augmenter leurs concentrations et leur dispersion dans les écosystèmes aquatiques et avoir des impacts sur les organismes qui y habitent. Cependant, les effets écotoxicologiques des TR ont été peu étudiés. Étant donné l’importance écologique des microalgues dans la chaîne alimentaire, il est essentiel de déterminer les répercussions de la contamination par les TR sur ces organismes. Pour ce faire, il faut tenir compte de la spéciation chimique des éléments d’intérêt en milieu aquatique. Par exemple, les ions phosphates (PO₄³⁻) ont un rôle essentiel dans la croissance des algues et dans le métabolisme algal. Néanmoins, ils ont une forte affinité avec les TR ce qui entraîne la complexation et la précipitation de ces métaux ce qui entrave l’évaluation de leur toxicité. Au cours de ce projet, la forme inorganique du phosphore habituellement utilisée pour cultiver les cellules a été substituée par une forme organique, le -glycérol phosphate, à une concentration de 25 µM. L’objectif de ce projet était de déterminer la toxicité de trois TR soit le néodyme (Nd), le thulium (Tm) et l’yttrium (Y) sur deux algues d’eau douce (Chlorella fusca et Chlamydomonas reinhardtii) ainsi que leur internalisation. Le projet portait également sur les effets lorsque deux TR sont mélangées, soit une légère (Nd) et l’autre lourde (Tm). De façon générale, les travaux suggèrent que la réponse biologique obtenue est liée à l’activité en ion libre en solution. La toxicité du Nd, du Tm et de l’Y a été comparée et, bien que les résultats montrent que pour les deux espèces l’yttrium est le plus toxique suivie par le Tm puis le Nd (le moins toxique), les deux espèces ont une sensibilité différente. En effet, des différences importantes sont toutefois apparues en considérant l’internalisation cellulaire des trois métaux. Par exemple, les concentrations internes menant à un effet toxique indiquent que C. reinhardtii est plus tolérante au Tm qu’au Nd. Pour les expériences réalisées en présence de deux TR simultanément, C. reinhardtii a été choisie pour investiguer l’accumulation du Tm en présence de 1 µM de Nd. Les résultats démontrent que le Nd inhibe l’accumulation du Tm suggérant ainsi l’existence d’un transporteur commun et une saturation au niveau du ligand biotique.

Abstract

Rare earth elements (REEs) are metals that are highly used in different technologies and sectors, which can have the consequences of increasing their concentrations and their dispersion in aquatic ecosystems and have impacts on biota. However, the ecotoxicological effects of REEs have been little studied. Given the ecological importance of microalgae in the food chain, it is essential to determine the effects of REEs contamination on these organisms. To do this, we must consider the chemical speciation of the elements of interest in the aquatic environment. For example, phosphate ions (PO₄³⁻) play an essential role in algal growth and metabolism. However, they have a strong affinity with REEs which leads to the complexation and precipitation of these metals thus hindering the evaluation of their toxicity. During this project, the inorganic form of phosphorus usually used for cell culture was replaced by an organic form, -glycerol phosphate, at a concentration of 25 µM. The objective of this project was to determine the toxicity of three RREs: neodymium (Nd), thulium (Tm) and yttrium (Y) on two freshwater algae (Chlorella fusca and Chlamydomonas reinhardtii) as well as their internalization. The project also focused on the effects of a combined exposure to a light (Nd) and a heavy REE (Tm). In general, studies suggest that the biological response obtained is linked to the activity of the free ion in solution. The toxicity of Nd, Tm and Y were compared and although the results showed that for the two species yttrium is the most toxic followed by Tm then Nd (the least toxic), both species have different sensitivity. In fact, significant differences appeared when considering the cellular internalization of the three metals. For example, internal concentrations leading to a toxic effect indicate that C. reinhardtii is more tolerant to Tm than Nd. For the experiment carried out in the presence of two REEs simultaneously, C. reinhardtii was chosen to investigate the accumulation of Tm in the presence of 1 µM of Nd. The results demonstrate that Nd inhibits the accumulation of Tm, thus suggesting the existence of a common transporter as well as the saturation of the biotic ligand.

Type de document: Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Fortin, Claude
Mots-clés libres: terres rares; spéciation; phosphore organique; MINEQL+; algues d’eau douce; Chlorella fusca; Chlamydomonas reinhardtii; flux d’internalisation; toxicité; rare earth; speciation; organic phosphorus; freshwater algae; internalization flux; toxicity
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 14 oct. 2020 19:33
Dernière modification: 14 oct. 2020 19:33
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/10415

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