Effet de la salinité sur la fluorescence chlorophyllienne, la teneur en proline et la production florale de trois espèces ornementales

Abstract

Effect of Chloride Sodium on Chlorophyll Fluorescence, Plant Proline Content and Flowers Production of Three Ornamental Species. Three ornamental species (Zinnia elegans, Tagetes patula and Petunia hybrida) were used to test sodium chloride effect on chlorophyll fluorescence, plant proline content and flowers production. Three treatments were used in this trial: 0, 2 and 4 g of Nacl.l-1 of irrigation water. The results showed that chlorophyll fluorescence was not affected by sodium chloride treatment but plant proline content increased and flowers production decreased as NaCl doses increase.

Full text

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Résumé
Trois espèces ornementales (Zinnia elegans, Tagetes
patula et Petunia hybrida) ont été soumises à
trois traitements salins (0, 2 et 4 g de NaCl.l-1). La
réaction des plantes à la salinité a été évaluée par
la fluorescence chlorophyllienne, la synthèse de
proline et la production florale. L’expérience a montré
que la production florale diminue, la fluorescence
chlorophyllienne reste indifférente et la teneur en
proline augmente avec l’augmentation de la teneur en
NaCl de l’eau d’irrigation.
Effet de la salinité sur la fluorescence chlorophyllienne, la
teneur en proline et la production florale de trois espèces
ornementales
M. Denden, T. Bettaieb, Alef Salhi & M. Mathlouthi
Keywords: Sodium chloride- Chlorophyll fluorescence- Proline- Flowers production- Ornamental species
Summary
Effect of Chloride Sodium on Chlorophyll
Fluorescence, Plant Proline Content and Flowers
Production of Three Ornamental Species
Three ornamental species (Zinnia elegans, Tagetes
patula and Petunia hybrida) were used to test
sodium chloride effect on chlorophyll fluorescence,
plant proline content and flowers production. Three
treatments were used in this trial: 0, 2 and 4 g of
Nacl.l-1 of irrigation water. The results showed that
chlorophyll fluorescence was not affected by sodium
chloride treatment but plant proline content increased
and flowers production decreased as NaCl doses
increase.
Ecole Supérieure d’Horticulture et d’Elevage de Chott-Mariem, 4042 Chott Mariem, Sousse, Tunisie.
Reçu le 26.07.04. et accepté pour publication le 05.01.05.
Introduction
La salinité excessive affecte la rhizosphère et limite
la répartition des plantes dans leur habitat naturel. Le
fort éclairement et les rares pluies dans les régions
semi-arides et arides accentuent la salinisation
des périmètres irrigués et les rendent impropres
aux cultures. Dans plusieurs régions de Tunisie, le
fleurissement des espaces verts est handicapé par la
rareté et la salinité des eaux d’irrigation. Les espèces
ornementales conduites en irrigué doivent avoir un
certain degré de tolérance à la salinité. Cependant,
les caractères physiologiques et génétiques liés à
cet aspect sont diversifiés. A l’échelle de la plante
entière, les ions chlorure et sodium entrent par
les racines, sont véhiculés par la sève xylémique
jusqu’aux tiges et feuilles. Là, ils sont soit stockés
(plantes inclusives), soit au contraire très peu retenus
et mobilisés par la sève phloémique jusqu’aux
racines (plantes exclusives). La salinité diminue le
potentiel osmotique de la solution du sol et réduit par
conséquent l’absorption de l’eau par les racines; la
turgescence cellulaire est abaissée ce qui entraîne
un phénomène de plasmolyse (5, 12). Certains
végétaux régulent leur pression osmotique interne
par la synthèse d’osmoprotecteurs, principalement
des sucres solubles et acides aminés comme la
proline et la glycinebétaine (22, 26). La proline,
observée chez de nombreuses monocotylédones ou
dicotylédones (13) s’accumule aussi bien chez les
glycophytes que chez les halophytes sur des cellules
en suspension (14) ou des plantes entières (10) pour
restaurer l’équilibre osmotique entre cytoplasme et
vacuole (17). La synthèse de proline est une mesure
adaptative prise par les plantes et sa teneur est
corrélée à la tolérance au NaCl (3). Parallèlement, il
est connu que le sel affecte la photosynthèse et réduit,
par ce biais, la croissance et la production végétale.
Sans passer par l’intensité photosynthétique et
en se branchant sur l’extinction de la fluorescence
chlorophyllienne (9, 15), outil de diagnostic foliaire
en agriculture, on peut quantifier l’action inhibitrice
du sel. En effet, lorsque la photosynthèse fonctionne
avec un rendement maximum, les photons absorbés
sont piégés rapidement par les centres de conversion
photochimique, ce qui limite leur dissipation par
fluorescence. Sous l’effet du sel qui affecte
normalement le rendement de la photosynthèse, les
photons absorbés par les chlorophylles s’accumulent
en grande partie dans l’antenne chlorophyllienne où
ils sont dissipés soit par production de chaleur, soit
par fluorescence. L’intensité de la fluorescence est
par conséquent liée au fonctionnement de l’appareil
photosynthétique. Ainsi, la teneur en proline et
la fluorescence chlorophyllienne constituent des
paramètres efficaces de détection de la réaction
des plantes à la salinité. Ceux-ci sont retenus dans
cette étude pour vérifier leur variation avec le sel et
en rapport avec la production florale de trois espèces
florales saisonnières.
TROPICULTURA, 2005, 23, 4, 220-225

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Matériel et méthodes
Le matériel végétal est constitué de trois plantes
herbacées ornementales utilisées couramment dans
la décoration estivale des massifs: Petunia hybrida,
Tagetes patula et Zinnia elegans. La culture des trois
espèces en essai est conduite dans des pots en
plastique de 12 cm de diamètre et 15 cm de profondeur
dont chaque pot contient 100 g de tourbe. Les
pots sont placés dans une serre vitrée. Les plantes
sont irriguées avec de l’eau chargée en chlorure de
sodium selon les concentrations suivantes: 0, 2, 4
g.l-1. Le substrat de culture est maintenu près de
sa capacité au champ par des irrigations fréquentes
afin d’éviter que l’eau ne soit un facteur limitant. Le
dispositif expérimental adopté est un dispositif en
bloc aléatoire complet (BAC) avec trois répétitions
(trois blocs). Le nombre de plantes par une répétition
est 9.
Les semences sont mises en germination en mars
dans des germoirs à une température de 24 °C durant
3 jours, puis placées en pots. La conduite de la culture
est menée jusqu’en juin.
La fluorescence chlorophyllienne a été mesurée
à l’aide d’un fluorimètre portatif: Fluorescence
Induction Monitor (FIM 1500) de type ADC (Analytical
Development Company Limited). Cet appareil
consigne automatiquement les paramètres suivants:
- fluorescence initiale (F0): c’est la valeur minimale de
la fluorescence lorsque tous les accepteurs d’électrons
du photosystème II (PS II) sont complètement
oxydés. La fluorescence initiale F0 a pour origine les
chlorophylles qui forment les antennes collectrices du
PS II;
- fluorescence maximale (Fm): elle correspond à la
valeur maximale de la fluorescence obtenue pour la
même intensité lumineuse. Cette valeur est obtenue
lorsque toutes les premières quinones accepteuses
d’électrons sont complètement réduites;
- rendement quantique: il est exprimé par le
rapport (Fm-F0)/Fm= Fv/Fm, dans lequel Fv est la
fluorescence variable.
Pour mesurer la fluorescence, deux étapes sont
suivies:
- première étape: on place un clip sur une feuille
afin de mettre la surface-test à l’obscurité durant
30 minutes. Sur le plan physiologique, l’opération
vide la chaîne de transfert d’électrons de photons,
tous les transporteurs d’électrons se trouvent à l’état
oxydé. Les centres réactionnels sont alors totalement
disponibles;
- deuxième étape: on envoie un flash lumineux sur
la surface-test. Il se produit une certaine inertie dans
la mise en route de toute la chaîne transporteuse
d’électrons. Les accepteurs d’électrons du PSII sont
saturés. L’énergie lumineuse excédant les possibilités
de collecte du PSII est réémise sous forme de
fluorescence, l’intensité de fluorescence monte
rapidement (1 seconde), d’une valeur initiale (F0) vers
une valeur maximale (Fm). Le rendement quantique
traduit alors l’efficacité qu’a le PSII à utiliser la lumière
pour la conversion photochimique. Pour Eyletters et
Bourrié (6), il est environ de 0,8 chez toute plante saine
et diminue en cas de stress.
La proline ou acide pyrrolidine 2-carboxylique est l’un
des vingt principaux acides aminés qui entrent dans
la constitution des protéines. La proline est facilement
oxydée par la minhydrine ou tricetohydrindène.
C’est sur cette réaction que se base le protocole de
mise en évidence de la proline dans les échantillons
foliaire (5). La mesure de la solution préparée se fait
au spectrophotomètre (type S. 2000) à une longueur
d’onde de 528 nm. On obtient des absorbances qui
sont rapportées sur la courbe d’étalonnage (Figure
1) construite à partir d’une gamme connue de
concentrations de proline. Cette courbe est utilisée
pour déterminer les teneurs en proline dans les
feuilles des plantes.
Résultats
La réaction des plantes à la salinité est estimée par
la mesure de la teneur en proline, de la fluorescence
chlorophyllienne et de la production florale.
y = 0,0038x + 0,0855
R2 = 0,987
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 100200 300 400500 600700
Proline (µg/l)
Densité optique
Figure 1: Relation entre la densité optique et la concentration en proline.
La courbe est déterminée au laboratoire à partir des concentrations connues de proline.

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-Impact de la salinité sur la teneur en proline
Les teneurs en proline sont données au tableau 1.
Elle est de 14,2 µmol.g-1 chez le zinnia, de 28,9 µmol.
g-1 de poids frais (PF) chez le pétunia. La tagète a
une teneur en proline plus élevée de 50% que celle
observée chez le zinnia et une teneur plus faible par
rapport au pétunia. En utilisant une eau d’irrigation
non chargée en sel (T0= 0 mM.l-1), on obtient la teneur
de proline la plus faible (12,4 µM.g-1 de PF ), avec 38
mM.l-1 de sel la teneur est de 20,4 µmol.g-1 de PF. Elle
est plus élevée que le témoin de 8 µM.g-1 de PF ou de
39% et plus faible que le traitement 68 mM.l-1 de 16,5
µM.g-1 de PF ou de 80%.
Pour le zinnia, sa teneur en proline augmente du témoin
au traitement T1 de 6 µM.g-1 de PF et du traitement T1
au traitement T2 de 11,2 µM.g-1 de PF. Chez la tagète,
la teneur en proline passe du témoin au traitement T1
de 14,8 µM.g-1 de PF et du traitement T1 au traitement
T2 de 15,3 µM.g-1 de PF. Quant au pétunia, sa teneur
en proline augmente du témoin au traitement T1 de
3,1 µM.g-1 de PF et du traitement T1 au traitement T2
de 23,1 µM.g-1 de PF.
La teneur en proline du zinnia au traitement 38 mM.l-1
est proche de la teneur en proline de la tagète au
traitement témoin. La différence est de 0,6 µM.g-1
de PF. La teneur en proline du pétunia au témoin et
au traitement 38 mM.l-1 sont proches de la teneur
en proline de la tagète au traitement 38 mM.l-1
et du zinnia au traitement 68 mM.l-1. Les deux
espèces Tagetes patula et Petunia hydrida sont
plus pourvues en proline lorsqu’elles sont irriguées
avec une eau non chargée en sel ce qui leur permet
de réagir plus facilement aux doses élevées de sel et
notamment à 68 mM.l-1.
-Fluorescence chlorophyllienne
La fluorescence chlorophyllienne F0 est mesurée à
l’état initial suite au déchargement des transporteurs
d’électrons qui se trouvent à l’état oxydé alors que Fm
est mesurée au moment du plein fonctionnement des
photosystèmes lorsque les transporteurs d’électrons
Tableau 1
Teneur en proline (µM.g-1 de PF) selon les trois espèces végétales et les trois traitements de
NaCl
Traitements
Zinnia elegans Tagete patulaPetunia hybrida
Moyenne (n= 27)
T0 (témoin) (n= 9)6,4a ± 5.711,8a ± 2,5 19,1a ± 4,5 12,4a ± 6,7
T1 (38 mM.l-1) (n= 9) 12,4b ± 6,426,6b ± 4,4 22,3b ± 13,620,4b ± 10,0
T2 (68 mM.l-1) (n= 9) 23,7c ± 13,9 41,9c ± 7,1 45,4c ± 1,437,0c ± 12,7
Moyenne (n= 27) 14,2a ± 11,1 26,8b ± 13,728,9b ± 14,3
Les moyennes de la même colonne et qui se suivent de la même lettre ne diffèrent pas au seuil 5%.
sont réduits. Il est évident que la fluorescence F0
est faible en cas de détresse et augmente en cas
de stress et inversement pour Fm. Entre les deux
limites de fluorescence (F0 et Fm), on peut déduire la
composante du rendement quantique qui est toujours
inférieure à 1. Le rendement quantique diminue
lorsque le taux des inhibiteurs augmente.
Le tableau 2 montre que pour le pétunia, la fluo-
rescence initiale F0 est plus faible que celle du zinnia
et de la tagète de 23 ou de 6% et sa fluorescence
maximale est plus élevée que celles du zinnia et de
la tagète respectivement de 150 et 198 ou de 7 et
9%. Le rendement quantique est élevé, il varie de 82
à 85%. La différence entre les trois genres est faible
puisqu’elle ne représente au maximum que 3%.
A travers les traitements, la fluorescence chloro-
phyllienne initiale F0 la plus élevée est obtenue au
témoin et les plus faibles aux traitements 38 mM.l-1
et 68 mM.l-1 et la fluorescence maximale la plus faible
aux traitements témoin et 68 mM.l-1 et la plus élevée au
traitement 38 mM.l-1. Les différences obtenues entre
les trois traitements sont faibles pour la fluorescence
initiale ou maximale. Pour les rendements quantiques,
ils sont élevés (81,4 à 84,9%). Le sel n’a montré aucun
effet significatif sur la fluorescence de même que sur
le rendement quantique.
A travers les trois espèces végétales et les trois
traitements, la fluorescence ou le rendement
quantique restent proches. Le sel n’a montré
aucune action efficace sur les chaînes transporteurs
d’électrons.
- Formation florale
Pour mieux quantifier l’action du sel sur la floraison,
ce sont le nombre, le diamètre et le poids moyens des
fleurs qui sont retenus.
Le tableau 3 montre les moyennes des nombres et
des diamètres de fleurs des trois espèces végétales
et des trois traitements de NaCl. Néanmoins, les
mesures prises individuellement apportent certaines
explications. Pour Zinnia elegans, il n’a fleurit qu’au
traitement témoin avec un nombre de fleurs de 0,7

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Tableau 2
Fluorescence selon les trois espèces végétales et les trois traitements de NaCl
Fluorescence
Zinnia elegansTagetes patulaPetunia hybrida
Moyenne (n= 27)
T0
(témoin)
(n= 9)
F0
Fm
Fv/Fm
392a ± 114
1967a ± 171
0,79a ± 0,07
403a ± 48
2072a ± 66
0,80a ± 0,01
326a ± 21
2162a ± 100
0,84a ± 0,007
374a ± 72
2067a ± 134
0,814a ± 0,04
T1
(38 mM.l-1)
(n= 9)
F0
Fm
Fv/Fm
325a ± 21
2119a ± 16
0,84a ± 0,006
331a ± 8
2166a ± 52
0,84a ± 0,006
343a ± 19
2283a ± 113
0,85a ± 0,01
333a ± 17
2189a ± 96
0,849a ± 0,007
T2
(68 mM.l-1)
(n= 9)
Fm
Fv
Fv/Fm
350a ± 98
2008a ± 178
0,827a ± 0,03
333a ± 32
1999a ± 160
0,83a ± 0,01
329a ± 5
2241a ± 118
0,85a ± 0,005
338a ± 52
2083a ± 178
0,83a ± 0,02
Moyenne
(n= 27)
F0
Fm
Fv/Fm
355a ± 81
2031a ± 141
0,82a ± 0,04
356a ± 46
2079a ± 116
0,82a ± 0,02
333a ± 16
2229a ± 109
0,85a ± 0,007
Les moyennes de la même ligne et qui se suivent de la même lettre ne diffèrent pas au seuil 5%.
(en moyenne pour les trois traitements, il est de 0,2) et
leur diamètre est de 4,5 cm (en moyenne pour les trois
traitements, il est de 1,5 cm). Pour Tagetes patula, les
nombres des fleurs et les diamètres correspondants
pour les traitements T0; T1 et T2 sont respectivement
7,0; 4,3 et 1,7 et 3,3; 3,0 et 1,9 cm. Le nombre et le
diamètre des fleurs diminuent avec l’augmentation de
la salinité, ils passent de 7 fleurs et d’un diamètre de
3,3 cm au témoin à 1,7 fleur et 1,9 cm de diamètre
au traitement T3. Pour Petunia hybrida, les nombres
de fleurs et les diamètres correspondants aux
traitements T0, T1 et T2 sont respectivement 16,3; 8,6
et 7,0 et 6,2; 5,2 et 3,7 cm. Le nombre moyen est de
10,8 et le diamètre moyen est 5,0 cm. Aux traitements
T1 et T2, le nombre de fleurs est peu différent (7,0 et
8,6) mais le diamètre au traitement T1 est de 5,2 cm
et au traitement T2, il est de 3,7 cm.
Pour le poids moyen des fleurs (Tableau 4), le poids le
plus faible est obtenu chez pétunia, il est plus faible
que celui de la tagète de 0,88 g/fleur et de celui du
zinnia de 0,6 g/fleur. Le pétunia forme les fleurs les
plus légères. Pour l’action du sel, le poids moyen
des fleurs diminue avec l’augmentation de NaCl. Au
traitement 38 mM.l-1, le poids moyen est de 0,55 g/
fleur, et il est de 0,36 g/fleur à 68 mM.l-1, la diminution
est de 0,19 g/fleur. Entre le témoin et 38 mM.l-1, les
fleurs perdent en moyenne 1,32 g/fleur. Zinnia n’a
pu former des fleurs qu’avec une eau non chargée
en sel et tagète s’est montrée plus performante que
pétunia.
Tableau 3
Nombre et diamètre moyens des fleurs selon les trois espèces végétales et les trois traitements de NaCl
Zinnia elegansTagetes patula Petunia hybrida
Nombre de fleurs
(n= 27)
0,2a ± 0,44,3ab ± 3,0 10,8b ± 5,2
Diamètre des fleurs
(n= 27)
1,5a ± 3,02,7a ± 0,7 5,0a ± 1,1
To (0 mM.l-1)
(n= 9)
T1 (38 mM.l-1)
(n= 9)
T2 (68 mM.l-1)
(n= 9)
Nombre de fleurs
(n= 27)
8,0 a ± 7,24,3a ± 4,2 2,9a ± 3,9
Diamètre des fleurs
(n= 27)
4,7a ± 2,4 2,7ab ± 2,21,9b ± 1,5
Les moyennes de la même ligne et qui se suivent de la même lettre ne diffèrent pas au seuil 5%.

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224
Discussion
La réaction des plantes à la salinité se fait par
des modifications adaptatives morphologiques,
anatomiques, structurales et métaboliques. Pour
détecter la tolérance des plantes à la salinité, il est
intéressant de disposer de moyens précis et simples,
plus rapides que les mesures phytotechniques
traditionnelles. La teneur en proline et la fluorescence
chlorophyllienne sont considérées comme des outils
rapides et efficaces en agriculture.
La teneur en proline augmente chez les trois espèces
ornementales avec l’augmentation de la concentration
saline. Ces observations sont similaires à celles d’El
Jaafari (5) qui observe une accumulation de proline
chez trois variétés de blé en cas de stress salin.
Rajaskaran et al. (16) ont montré que l’accumulation
de la proline en réponse à la salinité n’est pas corrélée
avec le degré de tolérance. De même dans cette
étude, l’augmentation des teneurs de la solution
d’irrigation en sel est accompagnée parallèlement par
une augmentation croissante et relativement régulière
de proline, mais qui n’est pas liée identiquement à
la tolérance des plantes à la salinité. En effet, pour
Zinnia elegans, les rapports T1/T0 et T2/T1 sont
respectivement 1,91 et 1,93
Pour Tagetes patula, les mêmes rapports et dans le
même ordre sont 1,57 et 2,25 et pour Petunia hybrida,
ils sont 2,03 et 1,16. Pour les trois genres, le passage de
T0 à T1 est accompagné d’une variation de la teneur
en proline de 1,16 à 2,25 et de T1 à T2 de 1,57 à 2,03. Le
passage du témoin au T1 ou bien de T1 au T2 est suivi
relativement d’une double augmentation de la teneur
en proline (en moyenne 1,9 fois la teneur). Toutefois,
selon El Jaafari (5) le test ‘‘proline’’ très utilisé pour
l’évaluation de la tolérance des plantes supérieures
vis-à-vis des stress ne manque pas d’empirisme. Ceci
est attribué à un manque d’explication physiologique
de l’accumulation de proline induite en cas de stress.
Venekamp (25) attribue à la proline accumulée un rôle
dans la régulation du pH. Steward (21) suggère que
l’accumulation de proline consécutive à un stress soit
à la fois le résultat d’une diminution de la synthèse
protéique et d’une reconversion du glutamate en
proline.
Tableau 4
Poids moyens des fleurs (g/fleur) selon les trois espèces végétales et les trois traitements de NaCl
Traitements
Zinnia elegans Tagetes patulaPetunia hybrida
Moyenne
(n= 27)
T0 (0 mM.l-1)
(n= 9)
T1 (38 mM.l-1)
(n= 9)
T2 (68 mM.l-1)
(n= 9)
3,14a ± 2,90
1,93a ± 0,810,53a ± 0,11 1,87a ± 1,88
1,213b ± 0,050,43b ± 0,110,55b ± 0,54
0,76c ± 0,050,33c ± 0,050,36b ± 0,33
Moyenne
(n= 27)
1,04a ± 2,14 1,31a ± 0,65 0,43a ± 0,12
-Les moyennes de la même ligne et qui se suivent de la même lettre ne différent pas au seuil 5%.
Dans cette étude, des mesures de fluorescence
chlorophyllienne sont effectuées. En principe, elles
reflètent et quantifient le plus judicieusement le stress
salin (6). En effet, les centres photochimiques utilisent
les électrons provenant de la photolyse de l’eau et les
deux photosystèmes (PSII et PSI) sont reliés par une
chaîne de transporteurs d’électrons qui permettent la
synthèse d’ATP et de NADPH. Un photon de lumière
(quantum) absorbé par une chlorophylle quelconque
migre très rapidement à travers les pigments
vers le centre réactionnel où se fait la conversion
photochimique. Les deux pigments actifs, deux
centres réactionnels, des deux photosystèmes piègent
les photons absorbés, d’énergie plus faible. Cette
réémission constitue la fluorescence. La fluorescence
contribue donc à dissiper l’énergie lumineuse
absorbée par les chlorophylles et, de ce fait, entre
en compétition avec la conversion de cette énergie
en énergie chimique. Lorsque l’émission d’électrons
est perturbée, la chaîne de transport détériorée
par exemple par le NaCl, la dissipation d’énergie
(chaleur et fluorescence) augmente. L’intensité de
la fluorescence est inversement liée au rendement
photochimique. Cette relation peut être considérée
comme un indicateur intrinsèque précis de la réaction
claire de la photosynthèse au niveau du PSII. Bien que
les fluorescences traduisent mieux les perturbations
photosynthétiques (4) aucun effet de fluorescence dû
à l’action du sel n’a été observé pour les trois espèces
ornementales et par les trois concentrations salines
utilisées. Le rendement quantique est élevé chez les
trois espèces (82 à 85%) et pour les trois traitements
(81 à 85%).
Ainsi, le dosage d’un seul osmoprotecteur en
l’occurrence, la proline paraît insuffisante pour
expliquer l’indifférence de la fluorescence face à la
salinité. Généralement et suite à l’action du stress
salin, les plantes augmentent leurs teneurs en
protéines (2, 19, 20, 23), en polyamines telles que la
spermidine et la spermine (1, 18, 24) en polyols tels
que le sorbitol et le mannitol (7, 11) et en glycines-
bétaines (8). Ces osmoprotecteurs sont fortement
impliqués dans l’ajustement osmotique pour atténuer