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UNIVERSITE DrsquoANTANANARIVO
DOMAINE SCIENCES ET TECHNOLOGIES
MENTION BIOLOGIE ET ECOLOGIE VEGETALES
PARCOURS PHYSIOLOGIE ET BIOTECHNOLOGIES VEGETALES
(PHYTECH)
MEMOIRE POUR LrsquoOBTENTION DU DIPLOME DE MASTER
REPONSES DES PLANTS DE Phaseolus vulgaris
A UNE EXPOSITION
A LA FLUOXETINE OU AUX RESIDUS DE CAFE
Preacutesenteacute par RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Soutenu publiquement le 23 Septembre 2016
Devant la commission drsquoexamen composeacutee de
Preacutesident Pr Isabelle RATSIMIALA RAMONTA
Rapporteur Dr Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
Examinateurs Dr Rodolphe RASOLOARIVONY
Pr Aurore Doll RAKOTO
UNIVERSITE DrsquoANTANANARIVO
DOMAINE SCIENCES ET TECHNOLOGIES
MENTION BIOLOGIE ET ECOLOGIE VEGETALES
PARCOURS PHYSIOLOGIE ET BIOTECHNOLOGIES VEGETALES
(PHYTECH)
MEMOIRE POUR LrsquoOBTENTION DU DIPLOME DE MASTER
REPONSES DES PLANTS DE Phaseolus vulgaris
A UNE EXPOSITION
A LA FLUOXETINE OU AUX RESIDUS DE CAFE
Preacutesenteacute par RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Soutenu publiquement le 23 Septembre 2016
Devant la commission drsquoexamen composeacutee de
Preacutesident Pr Isabelle RATSIMIALA RAMONTA
Rapporteur Dr Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
Examinateurs Dr Rodolphe RASOLOARIVONY
Pr Aurore Doll RAKOTO
Remerciements
i
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
REMERCIEMENTS
Jrsquoexprime ma reconnaissance et mes sincegraveres remerciements au Seigneur tout puissant par son
aide incomparable et sa haute bienveillance
A tous ceux qui ont apporteacute leur contribution agrave la reacutealisation de ce meacutemoire qursquoils trouvent ici
notre gratitude notre reconnaissance et nos sincegraveres remerciements ainsi que lrsquoassurance de
notre tregraves haute consideacuteration en particulier agrave
Madame Isabelle RATSIMIALA RAMONTA Professeur agrave la Mention Biologie et Ecologie
Veacutegeacutetales Parcours Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH) qui par sa bonteacute a
accepteacute drsquoecirctre Preacutesident du jury de soutenance et drsquoavoir corrigeacute rapidement et
consciencieusement ce meacutemoire
Monsieur Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA Docteur et Maicirctre de confeacuterences agrave la
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales Parcours Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales
(PHYTECH) notre encadreur qui a proposeacute ce sujet de recherche et qui nous a guideacute et dirigeacute
tout au long de notre travail Vos conseils inestimables ont faciliteacute lrsquoeacutelaboration de ce document
Monsieur Rodolphe RASOLOARIVONY Docteur et Maicirctre de confeacuterences agrave la Mention
Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales Parcours Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales
(PHYTECH) qui a bien voulu accepter drsquoexaminer ce travail malgreacute ses nombreuses
occupations Votre grande amabiliteacute et vos indispensables conseils ont contribueacute agrave
lrsquoameacutelioration de mon travail
Madame Aurore Doll RAKOTO Professeur agrave la Mention Biochimie Fondamentale
Appliqueacutee Parcours Biologie et Biochimie Moleacuteculaire (BBM) qui a accepteacute drsquoecirctre
lrsquoexaminateur de ce meacutemoire malgreacute ses nombreuses responsabiliteacutes Vos remarques et vos
critiques ont permis drsquoameacuteliorer la reacutedaction de ce meacutemoire
Je tiens eacutegalement agrave remercier
Monsieur Henri RAKOTOMALALA Technicien de laboratoire pour son aide et tout le
temps qursquoil mrsquoa consacreacute durant tous mes travaux au laboratoire de Physiologie Veacutegeacutetale
Remerciements
ii
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
A tous ceux qui ont apporteacute leur contribution agrave la reacutealisation de ce meacutemoire qursquoils trouvent ici
notre gratitude notre reconnaissance et nos sincegraveres remerciements ainsi que lrsquoassurance de
notre tregraves haute consideacuteration en particulier agrave
Monsieur Herimiamina ANDRIAMAZAORO Chef de Deacutepartement de Recherches
Agronomiques du FOFIFA agrave Ambatobe de nous avoir procureacute les graines de Haricot pour notre
expeacuterience
Tous les enseignants de la Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales mais aussi les autres
enseignants du Domaine Sciences et Technologies pour toutes les connaissances scientifiques
dont ils mrsquoont fait part au cours de mes eacutetudes universitaires
Monsieur Zaza qui mrsquoa aideacutee lors de la construction de la serre et la preacuteparation de tous les
mateacuteriels de culture jusqursquoagrave leur mise en place
Toutes les personnes qui ont contribueacute tous ceux qui ont participeacute de pregraves ou de loin agrave la
reacutealisation de mon travail et je tiens ici agrave les remercier
Enfin pour leur soutien sans faille et permanent je tiens agrave remercier de tout cœur les membres
de ma famille pour leur amour et compreacutehension
Table des matiegraveres
iii
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
TABLE DES MATIERES
REMERCIEMENTS i
TABLE DES MATIERES iii
LISTE DrsquoABREVIATION v
LISTE DE PHOTOhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipv
LISTE DES FIGURES v
LISTE DES ANNEXEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipvi
GLOSSAIRE vi
I INTRODUCTION 1
IIMATERIELS ET METHODEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II1 Mateacuterielshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II11 Mateacuteriel veacutegeacutetalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II12 Produits eacutetudieacuteshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II13 Mise en culturehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II131 Construction drsquoune serrehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II132 Conteneurs et Substrats de culturehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II2Meacutethodeshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
II21 Etablissement et suivi des cultureshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
II211Preacuteparation de la solution de fluoxeacutetinehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
II212 Preacuteparation de marc de cafeacutehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
II213 Paramegravetres et suivis des cultureshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6
II22Deacutenombrement de la microfaune du solhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6
II3 Analyses statistiqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7
Table des matiegraveres
iv
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
III RESUTATS 8
III1 Effets de la fluoxeacutetine ou du mulch de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la racine 8
III2 Effets de la fluoxeacutetine ou du mulch de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la tige et la feuille 11
III3 Effets de la fluoxeacutetine ou du mulch de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les fleurs et les fruits 12
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du mulch de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les microfaunes du sol 15
IV DISCUSSIONS 17
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES 22
VI REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 23
ANNEXEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipI
Annexe 1helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipI
Annexe 2helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipII
Annexe 3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIII
ABSTRACT
RESUME
Table des matiegraveres
v
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
LISTE DrsquoABREVIATION
PPCPs Pharmaceuticals and Personal Care Products
LISTE DE PHOTO
Photo 1 Dispositif de Berlesehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7
LISTE DES FIGURES
Figure 1 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement B sur la biomasse racinaire (B) de
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8
Figure 2 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoeacutelongation racinaire de
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip9
Figure 3 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application
de laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoinitiation de nodules
racinaires par individus de Phaseolus vulgaris helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip10
Figure 4 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le la taille des nodules
racinaires de Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip11
Figure 5 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la hauteur des tiges de
Phaseolus vulgaris apregraves 3mois de culturehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip13
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14
Table des matiegraveres
vi
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le nombre de
microfaune acariens et collemboles dans le substrathelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIII
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIV
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIV
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipV
LISTE DES ANNEXES
Annexe 1 FormuleshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipI
Annexe 2 Fiche techniquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipII
Annexe 3 Fiche techniquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIII
GLOSSAIRE
EC 50 la concentration efficace meacutediane mesure la concentration dun meacutedicament dun
anticorps ou dun toxique qui induit une reacuteponse agrave mi-chemin entre la ligne de base et leffet
maximum apregraves un certain temps dexposition agrave celui-ci
Ecotoxicologie eacutetude de limpact des polluants sur les eacutecosystegravemes
LD50 ou Lethal dose la dose leacutetale meacutediane ou concentration leacutetale meacutediane ougrave 50 de la
population est mort est un indicateur quantitatif de la toxiciteacute dune substance
Mulch Couche de mateacuteriaux naturels ou syntheacutetiques deacuteposeacutee au-dessus du sol
Table des matiegraveres
vii
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Marc de cafeacute reacutesidu de cafeacute obtenue agrave partir drsquoune extraction agrave chaude des poudres de grains
de cafeacute
Neurotrope substance ou eacuteleacutement qui se fixe preacutefeacuterentiellement sur le systegraveme nerveux
Psychotrope substance ayant un effet sur lactiviteacute ceacutereacutebrale au niveau du systegraveme nerveux
central
Introduction
1
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
I INTRODUCTION
La contamination de lrsquoair des eaux et des sols par les activiteacutes anthropiques repreacutesente de reacuteels
problegravemes environnementaux notamment dans le milieu marin lieu de deacutepocirct final des polluants
chimiques
Parmi ces contaminants certaines substances dites eacutemergentes parce que leur deacutetection agrave lrsquoeacutetat
de trace dans les eacutecosystegravemes est devenue possible gracircce au deacuteveloppement de techniques
drsquoanalyse plus performantes inquiegravetent actuellement la communauteacute scientifique et les
associations de consommateurs En effet les theacutematiques de recherche en eacutecotoxicologie se
tournent de plus en plus vers lrsquoeacutetude drsquoimpacts de composeacutes actifs preacutesents agrave des concentrations
de lrsquoordre drsquoune dizaine de ngl-1 (Brooks 2003) Par ailleurs les travaux rapportant la preacutesence
de nombreux composeacutes pharmaceutiques dans lenvironnement ont augmenteacute depuis les anneacutees
1990 (Stumpf et al 1999 Daughton et al 2000)
Les psychotropes sont parmi les classes de meacutedicaments les plus consommeacutees dans le monde
Les psychotropes et les produits de leur deacutegradation par lrsquoorganisme humain se retrouvent
libeacutereacutes dans notre environnement et pourraient perturber le deacuteveloppement drsquoautres organismes
(Brain et al 2008) En exemples citons lrsquoaugmentation de la locomotion du crabe eacutepibenthique
Carcinus maenas exposeacute agrave la fluoxeacutetine (Mesquita et al 2011) les changements de
comportement des poissons sauvages apregraves absorption doxazeacutepam une drogue anxiolytique
(Brodin et al 2013) et enfin la stimulation de la reproduction chez Daphnia magna et
lrsquoaugmentation de la feacuteconditeacute chez Ceriodaphnia dubia en preacutesence de fluoxeacutetine (Flaherty et
al 2001)
La fluoxeacutetine plus connue sous son nom commercial Prozacreg est un psychotrope syntheacutetique
utiliseacute pour lutter contre la deacutepression les troubles obsessionnels compulsifs la boulimie
nerveuse et les troubles de panique Crsquoest un des antideacutepresseurs les plus prescrits (Kolpin et
al 2002) dont le mode drsquoaction est une inhibition seacutelective de la recapture de la seacuterotonine au
niveau des neurones agrave noradreacutenaline activant les fonctions seacuterotoninergiques de la cellule
La fluoxeacutetine est meacutetaboliseacutee en grande partie dans le foie en norfluoxeacutetine et drsquoautres
moleacutecules non identifieacutees puis excreacuteteacutee par voie reacutenale (http 1) Jusqursquoagrave 11 du meacutedicament
sont excreacuteteacutes en tant que fluoxeacutetine non meacutetaboliseacutee (Morando 2009)
Apregraves avoir eacuteteacute transporteacutee par les eaux des eacutegouts la fluoxeacutetine a eacuteteacute retrouveacutee dans la boue
des riviegraveres et pourrait ecirctre absorbeacutee par les plantes Une eacutetude sur la dureacutee de vie des
meacutedicaments dans le sol indique qursquoelle eacutetait parmi les plus persistants et eacutetait encore deacutetecteacutee
apregraves 40 jours Les plantes qui poussent alors sur le sol contamineacute incorporent de la fluoxeacutetine
Introduction
2
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
dans leurs racines (https 2) Les effets de lrsquoexposition chronique agrave la fluoxeacutetine ont eacuteteacute surtout
eacutetudieacutes dans lrsquoenvironnement aquatique (Fent et al 2006) Cependant il y a tregraves peu drsquoeacutetudes
concernant les effets de la fluoxeacutetine sur les veacutegeacutetaux
Lrsquoexposition agrave des composeacutes pharmaceutiques actifs peut causer des perturbations sur le
deacuteveloppement des plantes Citons en exemples lrsquoinhibition de la croissance de lrsquoalgue
Pseudokirchneriella subcapitata en preacutesence de fluoxeacutetine (Barcelo et Petrovic 2007) et la
reacuteduction de la biomasse des fruits de courgette exposeacutee au carbamazeacutepine (Carter et al 2015)
Le cafeacute est un produit consommeacute essentiellement pour ses effets psychotropes La cafeacuteine par
son antagonisme sur lrsquoadeacutenosine provoque une augmentation de lrsquoactiviteacute nerveuse avec
libeacuteration drsquoadreacutenaline et augmentation du niveau de dopamine
Les reacutesidus des industries du cafeacute sont toxiques et repreacutesentent de seacuterieux problegravemes
environnementaux (Mussatto et al 2011) En effet une grande quantiteacute de marc de cafeacute est
deacutechargeacutee par les industries alimentaires pendant la fabrication du cafeacute instantaneacute Bien que
recycleacute en compost et en alimentation animale une quantiteacute importante est toujours consideacutereacutee
comme deacutechets et brucircleacutee (Silva et al 1998)
Le marc de cafeacute est aussi reconnu comme engrais organique et utiliseacute dans les jardins ou
potagers Des recherches anteacuterieures ont suggeacutereacute qursquoil peut ecirctre utiliseacute comme combustible
(Silva et al 1998) additif pour amender le sol (Yen et al 2005) adsorbant de meacutetaux (Utomo
et al 2006) compost (Orozco et al 1996 Morikawa et Saigusa 2008) paillage ou laquo mulch raquo
(Eshetu et al 2007) et moyen de controcircle des mauvaises herbes (Sciarrappa et al 2008)
Puisque le marc de cafeacute est un sous-produit agrave bas prix et que plus de 80 millions de tonnes sont
disponibles par an son utilisation est devenue une option inteacuteressante pour leacuteconomie
circulaire
Si la toxiciteacute des substances psychotropes sur lrsquoorganisme humain ou sur des modegraveles animaux
ont fait lrsquoobjet drsquoeacutetudes pousseacutees avant leur mise sur le marcheacute leurs effets sur les plantes ne
sont pas bien connus Parfois des tests de laboratoire sur les algues et les lentilles drsquoeau sont
utiliseacutes pour eacutevaluer la toxiciteacute chronique des substances pharmaceutiques mais les eacutetudes
concernant leurs impacts sur les plantes supeacuterieures restent rares Webb (2001) suggeacuterait en
comparant diffeacuterents niveaux trophiques que les algues eacutetaient plus sensibles aux meacutedicaments
testeacutes et que les classes les plus toxiques eacutetaient les antideacutepresseurs les antibiotiques et les
antipsychotiques Drsquoune maniegravere geacuteneacuterale les substances phytotoxiques interfegraverent avec
labsorption et le transport de micro et macro eacuteleacutements essentiels et perturbent la croissance et
le deacuteveloppement de la plante (Jin et al 2009)
Introduction
3
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les effets de deux psychotropes la fluoxeacutetine et le cafeacute sur la croissance et le deacuteveloppement
drsquoune plante modegravele sont eacutevalueacutes dans cette eacutetude De nombreux travaux anteacuterieurs ont rapporteacute
les effets du marc de cafeacute utiliseacute en paillage ou laquo mulch raquo sur les cultures (Silva 1998 Reigosa
1999 Altland et Lanthier 2007) mais ce qui distingue la preacutesente eacutetude est son application agrave
diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante En effet lrsquoexposition des plantes aux produits
pharmaceutiques ou aux deacutechets industriels pourrait survenir de maniegravere aleacuteatoire crsquoest-agrave-dire
agrave nrsquoimporte quel stade de deacuteveloppement de la plante Notre hypothegravese de travail est que la
sensibiliteacute des plantes agrave un paillage au marc de cafeacute varie selon leur stade de deacuteveloppement
Lrsquoobjectif de ce travail est drsquoeacutevaluer la reacuteponse drsquoune plante modegravele agrave cycle court Phaseolus
vulgaris agrave des substances psychotropes comme la fluoxeacutetine ou le cafeacute Plus speacutecifiquement
notre eacutetude vise agrave identifier les perturbations occasionneacutees par ces produits sur le
deacuteveloppement de la plante lorsque lrsquoexposition se deacuteroule de maniegravere chronique (cas de la
fluoxeacutetine) ou survient agrave des stades preacutecis du deacuteveloppement
Ce devoir sera deacuteveloppeacute comme suit tout drsquoabord les mateacuteriels et meacutethodes ensuite les
reacutesultats puis les discussions et se terminera par une conclusion et quelques perspectives
Mateacuteriels et meacutethodes
4
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
II MATERIELS ET METHODES
II1 Mateacuteriels
II11 Mateacuteriel veacutegeacutetal
Des graines de Phaseolus vulgaris varieacuteteacute laquo vangamena raquo (lot cal98 FOFIFA) ont eacuteteacute utiliseacutees
pour lrsquoexpeacuterimentation
Trois stades ont eacuteteacute deacutefinis au cours du deacuteveloppement des plants de haricot
- le stade 1 qui correspond agrave la graine segraveche dormante avant la germination
- le stade 2 qui correspond agrave la plantule germeacutee en deacutebut de croissance veacutegeacutetative et
caracteacuteriseacute par le deacuteploiement agrave lrsquohorizontal des deux cotyleacutedons est atteint 30 jours
apregraves le semis
- le stade 3 qui correspond agrave la floraison et caracteacuteriseacute par la premiegravere apparition de
bourgeons floraux est atteint 60 jours apregraves le semis
II12 Produits eacutetudieacutes
Deux psychotropes ont eacuteteacute utiliseacutes pour cette eacutetude
- Fluoxeacutetine 20mg agrave partir de comprimeacutes de Dawnexreg (Micro Labs Ltd Inde)
- Marc de cafeacute obtenu agrave partir drsquoune extraction agrave lrsquoeau chaude de la poudre de cafeacute
II13 Mise en culture
II131 Construction drsquoune serre
Une serre en bois de (6times3times175m) a eacuteteacute construite et recouverte drsquoune toile en polyeacutethylegravene
translucide soutenue par des lattes entrelaceacutees Deux ouvertures ont eacuteteacute ameacutenageacutees pour
permettre une meilleure circulation drsquoair dans la serre et abaisser la tempeacuterature inteacuterieure Les
expeacuteriences ont eacuteteacute reacutealiseacutees de juin agrave septembre 2015 et la tempeacuterature dans la serre variait de
37 agrave 40degC pendant le jour et de 7agrave 12degC pendant la nuit
II132 Conteneurs et Substrats de culture
Le substrat de culture utiliseacute est un meacutelange de sol noir argileux de sol rouge lateacuteritique et de
sable (111) qui pegravese environ 1000g Le conteneur de culture est confectionneacute agrave partir drsquoune
Mateacuteriels et meacutethodes
5
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
bouteille drsquoeau commerciale en polyeacutethylegravene de 15l coupeacutee aux trois-quarts de sa hauteur
(approximativement 22cm) Le semis a eacuteteacute effectueacute agrave raison drsquoune graine par conteneur
II2 Meacutethodes
Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits psychotropes La
premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de fluoxeacutetine depuis
la germination jusqursquoagrave la seacutenescence La seconde expeacuterimentation vise agrave eacutevaluer la reacuteponse des
plantules lorsque le substrat est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade
preacutecis de leur deacuteveloppement
II21 Etablissement et suivi des cultures
II211 Preacuteparation de la solution de fluoxeacutetine
Pour la premiegravere expeacuterimentation une solution de 31mgl-1 de fluoxeacutetine a eacuteteacute preacutepareacutee agrave partir
de comprimeacutes de Dawnexreg (Micro Labs Ltd Inde) contenant 20mg drsquoingreacutedient actif soit 3000
fois la concentration minimale montrant un effet sur les phytoplanctons (Fent et al 2006)
Les plantes ont eacuteteacute arroseacutees tous les trois jours avec 330ml de cette solution depuis la
germination jusqursquoagrave la seacutenescence Trente plantes ont eacuteteacute traiteacutees de maniegravere chronique avec de
la fluoxeacutetine alors que 30 autres ont eacuteteacute arroseacutees agrave la mecircme freacutequence avec de lrsquoeau de robinet
II212 Preacuteparation de marc de cafeacute
Pour la seconde expeacuterimentation de la poudre de cafeacute a eacuteteacute preacutepareacutee agrave partir de graines segraveches
tout venant acheteacutees au marcheacute drsquoAntananarivo torreacutefieacutees agrave la poecircle pendant 15 minutes avant
drsquoecirctre reacuteduites en poudre Le marc de cafeacute est obtenu apregraves avoir effectueacute une premiegravere
extraction agrave lrsquoeau chaude agrave raison de 250g de poudre par litre pour imiter la preacuteparation de cafeacute
agrave boire Le marc est ensuite seacutecheacute agrave lrsquoair libre et agrave lrsquoombre jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune poudre
segraveche puis stockeacute pour lrsquoexpeacuterimentation Ce proceacutedeacute a eacuteteacute reacutepeacuteteacute autant de fois pour
lrsquoapplication de marc de cafeacute au niveau du substrat aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de
la plante
Quatre cuillereacutees agrave soupe de marc de cafeacute environ 100g ont eacuteteacute deacuteposeacutees au-dessus du substrat
pour constituer une couche drsquoenviron 2cm drsquoeacutepaisseur selon le principe du laquomulchingraquo ou
paillage soit 11 agrave 12 tonnes par hectare Lrsquoapplication de marc de cafeacute a eacuteteacute effectueacutee avant le
Mateacuteriels et meacutethodes
6
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
changement de phases chez la plante Le nombre total drsquoindividus utiliseacutes est de 120
correspondant agrave 30 pour chacun des trois stades de deacuteveloppement et 30 autres servant de
teacutemoins sans application de marc de cafeacute
II213 Paramegravetres et suivis des cultures
Pour eacutevaluer lrsquoeffet de la fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur la croissance et le deacuteveloppement
des plantes des suivis hebdomadaires ont eacuteteacute faits sur la longueur de la tige la couleur des
feuilles le nombre de fleurs et de gousses tandis que la longueur et le poids sec des racines le
nombre et le diamegravetre des nodules le poids des gousses et des graines nrsquoont eacuteteacute mesureacutes qursquoen
fin drsquoexpeacuterience
Un pied-agrave-coulisse digital a eacuteteacute utiliseacute pour mesurer le diamegravetre des nodules
Le poids sec des racines le poids des gousses et des racines ont eacuteteacute mesureacutes agrave lrsquoaide drsquoune
balance de preacutecision
Un tableau de couleur de feuilles a eacuteteacute utiliseacute pour caracteacuteriser les changements de coloration
au cours du deacuteveloppement Ce tableau contient 6 couleurs variant du vert clair au vert fonceacute
correspondant agrave un numeacutero de 1 agrave 6 selon la meacutethode deacutecrite par Witt et al (2005)
II22 Deacutenombrement de la microfaune du sol
A la fin de la culture le nombre drsquoacariens et de collemboles dans le sol a eacuteteacute eacutevalueacute Pour cela
un dispositif de Berlese confectionneacute agrave partir drsquoune bouteille drsquoeau translucide en polyeacutethylegravene
dont la partie supeacuterieure inverseacutee est utiliseacutee pour contenir le substrat et la partie infeacuterieure pour
recueillir les microfaunes dans de lrsquoalcool agrave 70deg selon le principe de Antonio Berlese en 1905
(http 3) Briegravevement la partie supeacuterieure de la bouteille contenant le substrat est directement
exposeacutee agrave la lumiegravere drsquoune lampe incandescente de 60W La faune du sol va fuir la lumiegravere et
la chaleur et va migrer vers le fond de lrsquoentonnoir avant de tomber dans le reacutecipient contenant
de lrsquoalcool ougrave les insectes seront immobiliseacutes identifieacutes et deacutenombreacutes
Pour le sol venant des conteneurs teacutemoins et du traitement agrave la fluoxeacutetine 100g de sol preacuteleveacute
agrave la surface ont eacuteteacute preacuteleveacutes Pour les substrats comprenant un laquomulchraquo de reacutesidus de cafeacute les
microfaunes se trouvant dans le laquomulchraquo et dans le sol ont eacuteteacute recenseacutes seacutepareacutement
Mateacuteriels et meacutethodes
7
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Photo 1 Dispositif de Berlese
II3 Analyses statistiques
Le logiciel XLSTAT 2014 a eacuteteacute utiliseacute pour analyser les donneacutees concernant les effets de la
fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur les paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de P
vulgaris Une analyse de variances agrave un seul facteur a eacuteteacute faite pour deacutetecter les effets
significatifs suivie drsquoun test de comparaison des moyennes assorti drsquoun risque α=5
JRakotonirina 2015
Reacutesultats
8 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
III RESULTATS
Les effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine ou agrave un amendement du substrat au marc
de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante ont eacuteteacute eacutevalueacutes en suivant les
paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de la racine qui est le premier organe en contact
avec les produits testeacutes Cependant les effets plus systeacutemiques sur lrsquoorganisme veacutegeacutetal ont eacuteteacute
eacutevalueacutes en suivant la croissance et le deacuteveloppement des autres organes comme la tige la
feuille la fleur et le fruit
III1 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la racine
Les plantes traiteacutees agrave la fluoxeacutetine produisent moins de biomasse racinaire que celles non
traiteacutees (p=00001) Le traitement agrave la fluoxeacutetine reacuteduit la biomasse racinaire drsquoenviron 02g
(Figure 1A) soit 45 Cependant le laquo mulching raquo au marc de cafeacute preacutesente un effet plus
disparate En effet le marc de cafeacute nrsquoa aucun effet au cours de la germination mais reacuteduit
significativement (p=00001) la croissance racinaire lorsque appliqueacute en deacutebut des phases
veacutegeacutetative et de floraison drsquoenviron 01g soit 26 (Figure 1B)
Figure 1 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement B sur la biomasse racinaire (B) de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
b
0
01
02
03
04
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06
Bio
mas
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raci
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re (
g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
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0
01
02
03
04
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06
1
Bio
mas
se r
acin
aire
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
9 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
La fluoxeacutetine nrsquoaffecte pas (p=00558) la croissance racinaire (Figure 2A) Par contre le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute stimule fortement (p=00006) lrsquoeacutelongation racinaire lorsque
appliqueacute au cours de la germination des plantules (Figure 2B) Le traitement au laquo mulch raquo de
cafeacute provoque une augmentation drsquoenviron 2cm de la longueur des tiges
Figure 2 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoeacutelongation racinaire de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
En ce qui concerne le nombre de nodules racinaires la figure 3A montre une forte inhibition
(p=00150) de leur initiation par la fluoxeacutetine drsquoenviron 77(13nodules) Et plus inteacuteressant
encore la figure 3B nous montre que lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison
entraicircne une reacuteduction significative (p=00023) du nombre de nodules drsquoenviron 52 (27
nodules)
0
2
4
6
8
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r des
rac
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rac
ines
(cm
)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
a
bb b
B A
Reacutesultats
10 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 3 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application
de laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoinitiation de nodules
racinaires par individus de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
La fluoxeacutetine nrsquoinflue pas sur la taille des nodules des racines (p=01658) tandis que le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute reacuteduit leur taille drsquoenviron 04mm (p=00017) lorsque appliqueacute
en deacutebut des phases de germination et de croissance veacutegeacutetative (Figure 4B)
a
b
0
10
20
30
40
50
60
70
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de
nodule
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fluoxeacutetine
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No
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les
ind
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
11 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 4 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le la taille des nodules racinaires
de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III2 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la tige et la feuille
La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet (p=03319) sur lrsquoeacutelongation de la tige (Figure 5A) Par contre les
plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sont
significativement plus courtes drsquoenviron 1cm (p=00026) compareacutees aux plantes teacutemoins
(Figures 5B)
La fluoxeacutetine (p= 03169) et le laquo mulch raquo de cafeacute (p=07685) nrsquoont aucune influence sur la
couleur des feuilles (Annexe 3)
a
a
0
02
04
06
08
1
12
14
16
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2
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fluoxeacutetine
teacutemoin
A
b
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0
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18
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Dia
megravet
re d
es n
odule
s (m
m)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
12 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 5 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la hauteur des tiges de Phaseolus
vulgaris apregraves 3 mois de culture
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III3 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les fleurs et les fruits
Les figures 6A et 6B preacutesentent la cineacutetique drsquoapparition des fleurs respectivement pour les
deux expeacuterimentations avec la fluoxeacutetine et le marc de cafeacute La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet
marqueacute sur le nombre de fleurs Cependant lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la
germination a provoqueacute drsquoune part un retard drsquoune semaine du pic de floraison et drsquoautre part
une reacuteduction du nombre total de fleurs produit par individu par rapport aux autres traitements
aa
0
2
4
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cm)
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Hau
teur
des
tig
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cm)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
BA
Reacutesultats
13 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
1
2
3
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Nom
bre
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Temps (semaine)
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Nom
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Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
V FG
B
Reacutesultats
14 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Lrsquoarrosage chronique drsquoune concentration de fluoxeacutetine nrsquoa aucune influence sur le nombre de
gousses (Figure 7A) Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la germination a provoqueacute une
augmentation du nombre de gousses en S8 (p=00451) et S9 (p=00391) puis lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute avant la croissance veacutegeacutetative a deacuteclencheacute une augmentation du nombre de
gousses depuis S8 (p=00263)
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
1
2
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Nom
bre
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Nom
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gouss
es
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
G VF
B
Reacutesultats
15 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Aucun effet significatif de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute nrsquoa eacuteteacute trouveacute sur le poids des
gousses le poids des graines ou le nombre de graines de Phaseolus vulgaris (Annexe 3)
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la microfaune du sol
Dans un premier temps lrsquoanalyse au preacutealable de la microfaune du sol au niveau du sol situeacute
sous le laquo mulch raquo nrsquoa pas permis de deacutetecter une diffeacuterence significative avec les cultures
teacutemoins Crsquoest la raison pour laquelle les comparaisons ont eacuteteacute focaliseacutees sur le laquo mulch raquo
couvrant le substrat initial
La fluoxeacutetine nrsquoa pas drsquoinfluence sur lrsquoabondance drsquoacariens (p=08734) et de collemboles
(p=1) dans le sol
Par contre lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la
plante permet de favoriser le deacuteveloppement drsquoune acarofaune (p=0022) surtout lors drsquoune
addition au cours du stade veacutegeacutetatif De mecircme le laquomulchingraquo favorise la prolifeacuteration de
collemboles (p=00130) dans le substrat mais leur nombre est nettement infeacuterieur compareacute aux
acariens (Figure 8)
Reacutesultats
16 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le
nombre de microfaunes acariens et collemboles dans le substrat
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
a
a
a
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Acariens Collemboles
Nom
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fluoxeacutetine
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Acariens Collemboles
Nom
bre
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Mic
rofa
unes
par
100g d
e su
bst
rat
mulch germination
mulch veacutegeacutetative
mulch floraison
teacutemoin
B
Discussions
17
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
IV DISCUSSIONS
La croissance et le deacuteveloppement des plants de haricot sont inhibeacutes par la preacutesence de
laquo mulch raquo de cafeacute Les reacutesultats ont montreacute que lrsquoeacutelongation de la tige est inhibeacutee par lrsquoaddition
de laquo mulch raquo de cafeacute et que lrsquoapplication de ce dernier agrave des peacuteriodes coiumlncidant avec le deacutebut
des stades veacutegeacutetatif et de floraison induit une reacuteduction de la biomasse racinaire et une
inhibition de lrsquoeacutelongation racinaire au stade de germination
Ces effets inhibiteurs pourraient ecirctre causeacutes par la teneur en cafeacuteine qui persiste dans les reacutesidus
de cafeacute utiliseacutes En effet il a eacuteteacute rapporteacute que lajout de cafeacuteine dans le substrat agrave certaines doses
conduirait agrave des symptocircmes semblables agrave une carence en calcium y compris un retard de
croissance chez les plantes (http 4) Il a eacuteteacute aussi mentionneacute que la cafeacuteine agrave une concentration
de 60ppm induisait une inhibition de la croissance des tiges et des racines chez
Phaseolus vulgaris (Lahouti et al 2007) En effet la cafeacuteine est connue pour son action
inhibitrice de la prolifeacuteration cellulaire (Levi-Schaffer et al 1991) Elle eacutetait rapporteacutee comme
favorisant le deacuteclenchement de la mort cellulaire programmeacutee et perturbe les proteacuteines
reacutegulatrices du cycle cellulaire (Bode et Dong 2007) La cafeacuteine ou lrsquoacide cafeacuteique a eacuteteacute deacutecrit
comme inhibiteur de la prolifeacuteration des cellules du cancer du sein (Rosendahl 2015) Plus
particuliegraverement la cafeacuteine est connue comme eacutetant un inhibiteur de la formation du
phragmoplaste lors la division cellulaire chez les veacutegeacutetaux empecircchant la cytodieacuteregravese (Hepler et
Bonsignore 1990) Cet effet reacutesulterait en la reacuteduction de la division cellulaire et du nombre de
cellules dans le meacuteristegraveme apical de la tige (Helper et Bosignore 1990 Galatis et Apostolakos
1991) Chez la laitue lrsquoaddition de marc de cafeacute agrave une concentration entre 25 et 5 (vv) nrsquoa
pas drsquoeffets significatifs sur la croissance et le deacuteveloppement de la plante Par contre une
induction du stress est observeacutee agrave des concentrations supeacuterieures agrave 10 probablement due agrave
lrsquoaugmentation de composeacutes phytotoxiques comme la cafeacuteine ou bien agrave la reacuteduction des
macronutriments absorbeacutes par la plante pour sa croissance (Gomes et al 2013) Drsquoautres
composeacutes potentiellement toxiques comme les tanins et lrsquoacide chlorogeacutenique persistent dans
le marc de cafeacute (Batish et al 2008) et sont susceptibles drsquoentraicircner une inhibition de la
croissance de la plante (Gomes et al 2013) Pandey et al (2007) suggeacuteraient que crsquoest la
preacutesence de lrsquoacide chlorogeacutenique dans le cafeacute qui provoque lrsquoinhibition de la croissance de la
plante Ce composeacute est rapporteacute comme inhibiteur de la croissance du coleacuteoptile chez le bleacute
(Kefeli et al 1978) Mais drsquoautres auteurs stipulent que les polypheacutenols abondants dans le
marc de cafeacute pourraient agir aussi comme inhibiteurs ou comme stimulateurs de la croissance
en fonction de leur concentration (Ignat et al 2009)
Discussions
18
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
La preacutesence de champignons et bacteacuteries qui prolifegraverent abondamment dans le marc de cafeacute
favoriserait lrsquoapparition de maladies au niveau des racines et par conseacutequent un retard de
croissance (http 5)
Lrsquoinitiation et la croissance des nodules sont inhibeacutees chez les plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo
de cafeacute En effet les plants de haricot traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut de floraison
ont deacuteveloppeacute peu de nodules racinaires par rapport aux plants teacutemoins et la taille des nodules
est reacuteduite chez les plants traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute au cours des stades de germination
et de croissance veacutegeacutetative
A part lrsquoeffet inhibiteur de la cafeacuteine preacutesente dans les reacutesidus de cafeacute lrsquoinhibition de lrsquoinitiation
nodulaire et la reacuteduction de la taille des nodules sont causeacutees par plusieurs des facteurs
hormonaux et drsquoautres lieacutes au niveau de nitrate ou drsquoammonium Linitiation de nodules est
controcircleacutee par plusieurs facteurs hormonaux (Schultze et Kondorosi 1998) mais la formation
des nodules deacutepend de la communication entre la tige et la racine (Complainville 2003
Okamoto et Kawaguchi2015) En particulier le nitrate est connu pour reacuteguler neacutegativement le
transport basipeacutetal de lrsquoauxine entre la racine et la tige dougrave lrsquoinhibition de la nodulation par
de fortes concentrations en nitrate (Mortier 2012 Saito 2014) Les conditions de
lenvironnement telles que la disponibiliteacute en nitrate ou ammonium affectent les processus de
nodulation et les signaux endogegravenes tels que la provision de carbone lefficaciteacute de nodulation
et le processus de fixation dazote (Mortier 2012) Chez Lotus japonicus lrsquoapplication de
concentrations de nitrate entre 3 et 10 mM entraicircne une inhibition de lrsquoinitiation de nodules
(Okamoto et Kawaguchi 2015) via lrsquoinhibition de la nitrogeacutenase (Carroll et Gresshoff
1983)Chez les plantes de soja les diamegravetres des nodules ont augmenteacute de 1 agrave 6 mm pour 14
jours en absence de nitrate En revanche laugmentation de la taille des nodules a eacuteteacute reacuteduite
par laddition de 5mM de nitrate (Saito et al 2014) Une forte consommation de
photosyntheacutetats au niveau des racines peut aussi limiter leur allocation aux nodules qui peut
entraicircner une inhibition de la croissance et lrsquoarrecirct de la fixation de lazote atmospheacuterique
(Yashima 2005) Chez le pois une faible concentration en NH4+ favorise une augmentation de
la taille des nodules Il semble qursquoune meilleure fixation de N2 est obtenue lorsque du NH4+ est
disponible (Vassey et Waterer 1992)Or le nitrate est la forme principale drsquoazote dans le
vermicompost de cafeacute (Chaoui et al 2003 Micelli et al 2007 Tognetti 2010) Il est alors
possible que le faible nombre de nodules et la reacuteduction de la taille des nodules chez les
plantules traiteacutees aient eacuteteacute provoqueacutes par une concentration eacuteleveacutee de nitrate dans le marc de
cafeacute
Discussions
19
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les flavonoiumldes affectent la formation des nodules gracircce agrave leur proprieacuteteacute reacuteductrice du transport
et de lrsquoaccumulation drsquoauxine Un signal de cytokinine est deacuteterminant pour lrsquoinitiation des
nodules agrave travers lrsquoinhibition du transport polaire et de lrsquoaccumulation drsquoauxine dans les cellules
corticales par les flavonoiumldes (Ng et al 2015) Le rocircle de lauxine dans la nodulation est lieacute
eacutetroitement au deacuteveloppement dautres structures racinaires comme la racine lateacuterale Le
deacuteveloppement des racines et des nodules est reacuteguleacute par le ratio auxine-cytokinine
Lrsquoaccumulation drsquoauxine stimule la formation de racines lateacuterales alors que lrsquoaugmentation de
cytokinine ou lrsquoinhibition du transport dauxine induit le deacuteveloppement de pseudo-
nodules (http 6) Il est inteacuteressant de souligner que lrsquoapplication de marc de cafeacute avait stimuleacute
la formation de nodules racinaires chez les plants de soja (Lee et Hirsch 2006)
Lrsquoutilisation de laquo mulch raquo pour ameacuteliorer les cultures peut entraicircner des effets sur la diversiteacute
et lrsquoabondance microbiennes (Tiquia et al 2002) En effet laddition de vermicompost de cafeacute
dans le sol a favoriseacute lactiviteacute microbienne (Atiyeh et al 2002 Theunissen 2010) Par contre
peu drsquoeacutetudes srsquoest inteacuteresseacutee agrave lrsquoeffet du laquo mulching raquo sur la microfaune du sol Nos reacutesultats
indiquent que le sol couvert de marc de cafeacute contient un nombre plus important de microfaunes
La deacutecomposition des reacutesidus de cafeacute est lente due agrave la preacutesence drsquoazote proteacuteique structural et
de fortes concentrations de lipides (Kitou et Okuno 1999) Ce qui pourrait neacutecessiter
lrsquointervention drsquoinsectes phytophages qui ne sont pas repousseacutes par le cafeacute En effet lrsquoaddition
de reacutesidus de cafeacute atteacutenue les ravages sur les plants de soja occasionneacutes par Megacopta
cribraria en renforccedilant le systegraveme de deacutefense de la plante (http 7)
Drsquoautres eacutetudes indiquent par contre une absence drsquoeffet protecteur des reacutesidus de cafeacute agrave
lrsquoexemple de lrsquoinsecte ravageur Aulacaspis yasumatsui sur les cycas (Magellan et al 2013)
la cafeacuteine eacutetant consideacutereacutee comme un composeacute de deacutefense de la plante contre les herbivores et
les microorganismes (Brownlee et al 1990 Cruz et al 2012) Dans le cadre de notre eacutetude
la teneur en cafeacuteine dans les reacutesidus est consideacutereacutee comme faible agrave la suite drsquoune premiegravere
extraction aqueuse agrave chaud Ce qui aurait favoriseacute la prolifeacuteration de la microfaune du sol
essentiellement dans la partie correspondante au laquo mulch raquo
La floraison est retardeacutee en cas drsquoapplication preacutecoce de reacutesidus de cafeacute sur des individus en
germination La floraison est stimuleacutee par lrsquoapport drsquoengrais organiques chez plusieurs espegraveces
(Umesha et al 2011) Chez Solanum nigrum des doses insuffisantes drsquoengrais organiques
entrainaient un retard de floraison Cela serait ducirc agrave un deacuteficit drsquoeacuteleacutements nutritifs reacuteduisant la
croissance et causant un retard de la floraison (Umesha et al 2011) Nos reacutesultats semblent en
Discussions
20
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
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Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cole
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5N
om
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
fluoxeacutetine
teacutemoin
Aa
0
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Nom
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de
gra
ines
par
indiv
idu
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
aa a
0
05
1
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2
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s des
gra
ines
(g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
0
05
1
15
2
25
Poid
s des
gra
ines
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
a aa
a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
0
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1
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gouss
es (
g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
0
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1
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3
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Poid
s des
gouss
es (
g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 2
UNIVERSITE DrsquoANTANANARIVO
DOMAINE SCIENCES ET TECHNOLOGIES
MENTION BIOLOGIE ET ECOLOGIE VEGETALES
PARCOURS PHYSIOLOGIE ET BIOTECHNOLOGIES VEGETALES
(PHYTECH)
MEMOIRE POUR LrsquoOBTENTION DU DIPLOME DE MASTER
REPONSES DES PLANTS DE Phaseolus vulgaris
A UNE EXPOSITION
A LA FLUOXETINE OU AUX RESIDUS DE CAFE
Preacutesenteacute par RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Soutenu publiquement le 23 Septembre 2016
Devant la commission drsquoexamen composeacutee de
Preacutesident Pr Isabelle RATSIMIALA RAMONTA
Rapporteur Dr Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
Examinateurs Dr Rodolphe RASOLOARIVONY
Pr Aurore Doll RAKOTO
Remerciements
i
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
REMERCIEMENTS
Jrsquoexprime ma reconnaissance et mes sincegraveres remerciements au Seigneur tout puissant par son
aide incomparable et sa haute bienveillance
A tous ceux qui ont apporteacute leur contribution agrave la reacutealisation de ce meacutemoire qursquoils trouvent ici
notre gratitude notre reconnaissance et nos sincegraveres remerciements ainsi que lrsquoassurance de
notre tregraves haute consideacuteration en particulier agrave
Madame Isabelle RATSIMIALA RAMONTA Professeur agrave la Mention Biologie et Ecologie
Veacutegeacutetales Parcours Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH) qui par sa bonteacute a
accepteacute drsquoecirctre Preacutesident du jury de soutenance et drsquoavoir corrigeacute rapidement et
consciencieusement ce meacutemoire
Monsieur Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA Docteur et Maicirctre de confeacuterences agrave la
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales Parcours Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales
(PHYTECH) notre encadreur qui a proposeacute ce sujet de recherche et qui nous a guideacute et dirigeacute
tout au long de notre travail Vos conseils inestimables ont faciliteacute lrsquoeacutelaboration de ce document
Monsieur Rodolphe RASOLOARIVONY Docteur et Maicirctre de confeacuterences agrave la Mention
Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales Parcours Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales
(PHYTECH) qui a bien voulu accepter drsquoexaminer ce travail malgreacute ses nombreuses
occupations Votre grande amabiliteacute et vos indispensables conseils ont contribueacute agrave
lrsquoameacutelioration de mon travail
Madame Aurore Doll RAKOTO Professeur agrave la Mention Biochimie Fondamentale
Appliqueacutee Parcours Biologie et Biochimie Moleacuteculaire (BBM) qui a accepteacute drsquoecirctre
lrsquoexaminateur de ce meacutemoire malgreacute ses nombreuses responsabiliteacutes Vos remarques et vos
critiques ont permis drsquoameacuteliorer la reacutedaction de ce meacutemoire
Je tiens eacutegalement agrave remercier
Monsieur Henri RAKOTOMALALA Technicien de laboratoire pour son aide et tout le
temps qursquoil mrsquoa consacreacute durant tous mes travaux au laboratoire de Physiologie Veacutegeacutetale
Remerciements
ii
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
A tous ceux qui ont apporteacute leur contribution agrave la reacutealisation de ce meacutemoire qursquoils trouvent ici
notre gratitude notre reconnaissance et nos sincegraveres remerciements ainsi que lrsquoassurance de
notre tregraves haute consideacuteration en particulier agrave
Monsieur Herimiamina ANDRIAMAZAORO Chef de Deacutepartement de Recherches
Agronomiques du FOFIFA agrave Ambatobe de nous avoir procureacute les graines de Haricot pour notre
expeacuterience
Tous les enseignants de la Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales mais aussi les autres
enseignants du Domaine Sciences et Technologies pour toutes les connaissances scientifiques
dont ils mrsquoont fait part au cours de mes eacutetudes universitaires
Monsieur Zaza qui mrsquoa aideacutee lors de la construction de la serre et la preacuteparation de tous les
mateacuteriels de culture jusqursquoagrave leur mise en place
Toutes les personnes qui ont contribueacute tous ceux qui ont participeacute de pregraves ou de loin agrave la
reacutealisation de mon travail et je tiens ici agrave les remercier
Enfin pour leur soutien sans faille et permanent je tiens agrave remercier de tout cœur les membres
de ma famille pour leur amour et compreacutehension
Table des matiegraveres
iii
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
TABLE DES MATIERES
REMERCIEMENTS i
TABLE DES MATIERES iii
LISTE DrsquoABREVIATION v
LISTE DE PHOTOhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipv
LISTE DES FIGURES v
LISTE DES ANNEXEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipvi
GLOSSAIRE vi
I INTRODUCTION 1
IIMATERIELS ET METHODEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II1 Mateacuterielshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II11 Mateacuteriel veacutegeacutetalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II12 Produits eacutetudieacuteshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II13 Mise en culturehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II131 Construction drsquoune serrehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II132 Conteneurs et Substrats de culturehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II2Meacutethodeshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
II21 Etablissement et suivi des cultureshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
II211Preacuteparation de la solution de fluoxeacutetinehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
II212 Preacuteparation de marc de cafeacutehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
II213 Paramegravetres et suivis des cultureshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6
II22Deacutenombrement de la microfaune du solhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6
II3 Analyses statistiqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7
Table des matiegraveres
iv
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
III RESUTATS 8
III1 Effets de la fluoxeacutetine ou du mulch de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la racine 8
III2 Effets de la fluoxeacutetine ou du mulch de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la tige et la feuille 11
III3 Effets de la fluoxeacutetine ou du mulch de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les fleurs et les fruits 12
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du mulch de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les microfaunes du sol 15
IV DISCUSSIONS 17
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES 22
VI REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 23
ANNEXEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipI
Annexe 1helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipI
Annexe 2helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipII
Annexe 3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIII
ABSTRACT
RESUME
Table des matiegraveres
v
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
LISTE DrsquoABREVIATION
PPCPs Pharmaceuticals and Personal Care Products
LISTE DE PHOTO
Photo 1 Dispositif de Berlesehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7
LISTE DES FIGURES
Figure 1 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement B sur la biomasse racinaire (B) de
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8
Figure 2 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoeacutelongation racinaire de
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip9
Figure 3 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application
de laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoinitiation de nodules
racinaires par individus de Phaseolus vulgaris helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip10
Figure 4 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le la taille des nodules
racinaires de Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip11
Figure 5 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la hauteur des tiges de
Phaseolus vulgaris apregraves 3mois de culturehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip13
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14
Table des matiegraveres
vi
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le nombre de
microfaune acariens et collemboles dans le substrathelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIII
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIV
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIV
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipV
LISTE DES ANNEXES
Annexe 1 FormuleshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipI
Annexe 2 Fiche techniquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipII
Annexe 3 Fiche techniquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIII
GLOSSAIRE
EC 50 la concentration efficace meacutediane mesure la concentration dun meacutedicament dun
anticorps ou dun toxique qui induit une reacuteponse agrave mi-chemin entre la ligne de base et leffet
maximum apregraves un certain temps dexposition agrave celui-ci
Ecotoxicologie eacutetude de limpact des polluants sur les eacutecosystegravemes
LD50 ou Lethal dose la dose leacutetale meacutediane ou concentration leacutetale meacutediane ougrave 50 de la
population est mort est un indicateur quantitatif de la toxiciteacute dune substance
Mulch Couche de mateacuteriaux naturels ou syntheacutetiques deacuteposeacutee au-dessus du sol
Table des matiegraveres
vii
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Marc de cafeacute reacutesidu de cafeacute obtenue agrave partir drsquoune extraction agrave chaude des poudres de grains
de cafeacute
Neurotrope substance ou eacuteleacutement qui se fixe preacutefeacuterentiellement sur le systegraveme nerveux
Psychotrope substance ayant un effet sur lactiviteacute ceacutereacutebrale au niveau du systegraveme nerveux
central
Introduction
1
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
I INTRODUCTION
La contamination de lrsquoair des eaux et des sols par les activiteacutes anthropiques repreacutesente de reacuteels
problegravemes environnementaux notamment dans le milieu marin lieu de deacutepocirct final des polluants
chimiques
Parmi ces contaminants certaines substances dites eacutemergentes parce que leur deacutetection agrave lrsquoeacutetat
de trace dans les eacutecosystegravemes est devenue possible gracircce au deacuteveloppement de techniques
drsquoanalyse plus performantes inquiegravetent actuellement la communauteacute scientifique et les
associations de consommateurs En effet les theacutematiques de recherche en eacutecotoxicologie se
tournent de plus en plus vers lrsquoeacutetude drsquoimpacts de composeacutes actifs preacutesents agrave des concentrations
de lrsquoordre drsquoune dizaine de ngl-1 (Brooks 2003) Par ailleurs les travaux rapportant la preacutesence
de nombreux composeacutes pharmaceutiques dans lenvironnement ont augmenteacute depuis les anneacutees
1990 (Stumpf et al 1999 Daughton et al 2000)
Les psychotropes sont parmi les classes de meacutedicaments les plus consommeacutees dans le monde
Les psychotropes et les produits de leur deacutegradation par lrsquoorganisme humain se retrouvent
libeacutereacutes dans notre environnement et pourraient perturber le deacuteveloppement drsquoautres organismes
(Brain et al 2008) En exemples citons lrsquoaugmentation de la locomotion du crabe eacutepibenthique
Carcinus maenas exposeacute agrave la fluoxeacutetine (Mesquita et al 2011) les changements de
comportement des poissons sauvages apregraves absorption doxazeacutepam une drogue anxiolytique
(Brodin et al 2013) et enfin la stimulation de la reproduction chez Daphnia magna et
lrsquoaugmentation de la feacuteconditeacute chez Ceriodaphnia dubia en preacutesence de fluoxeacutetine (Flaherty et
al 2001)
La fluoxeacutetine plus connue sous son nom commercial Prozacreg est un psychotrope syntheacutetique
utiliseacute pour lutter contre la deacutepression les troubles obsessionnels compulsifs la boulimie
nerveuse et les troubles de panique Crsquoest un des antideacutepresseurs les plus prescrits (Kolpin et
al 2002) dont le mode drsquoaction est une inhibition seacutelective de la recapture de la seacuterotonine au
niveau des neurones agrave noradreacutenaline activant les fonctions seacuterotoninergiques de la cellule
La fluoxeacutetine est meacutetaboliseacutee en grande partie dans le foie en norfluoxeacutetine et drsquoautres
moleacutecules non identifieacutees puis excreacuteteacutee par voie reacutenale (http 1) Jusqursquoagrave 11 du meacutedicament
sont excreacuteteacutes en tant que fluoxeacutetine non meacutetaboliseacutee (Morando 2009)
Apregraves avoir eacuteteacute transporteacutee par les eaux des eacutegouts la fluoxeacutetine a eacuteteacute retrouveacutee dans la boue
des riviegraveres et pourrait ecirctre absorbeacutee par les plantes Une eacutetude sur la dureacutee de vie des
meacutedicaments dans le sol indique qursquoelle eacutetait parmi les plus persistants et eacutetait encore deacutetecteacutee
apregraves 40 jours Les plantes qui poussent alors sur le sol contamineacute incorporent de la fluoxeacutetine
Introduction
2
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
dans leurs racines (https 2) Les effets de lrsquoexposition chronique agrave la fluoxeacutetine ont eacuteteacute surtout
eacutetudieacutes dans lrsquoenvironnement aquatique (Fent et al 2006) Cependant il y a tregraves peu drsquoeacutetudes
concernant les effets de la fluoxeacutetine sur les veacutegeacutetaux
Lrsquoexposition agrave des composeacutes pharmaceutiques actifs peut causer des perturbations sur le
deacuteveloppement des plantes Citons en exemples lrsquoinhibition de la croissance de lrsquoalgue
Pseudokirchneriella subcapitata en preacutesence de fluoxeacutetine (Barcelo et Petrovic 2007) et la
reacuteduction de la biomasse des fruits de courgette exposeacutee au carbamazeacutepine (Carter et al 2015)
Le cafeacute est un produit consommeacute essentiellement pour ses effets psychotropes La cafeacuteine par
son antagonisme sur lrsquoadeacutenosine provoque une augmentation de lrsquoactiviteacute nerveuse avec
libeacuteration drsquoadreacutenaline et augmentation du niveau de dopamine
Les reacutesidus des industries du cafeacute sont toxiques et repreacutesentent de seacuterieux problegravemes
environnementaux (Mussatto et al 2011) En effet une grande quantiteacute de marc de cafeacute est
deacutechargeacutee par les industries alimentaires pendant la fabrication du cafeacute instantaneacute Bien que
recycleacute en compost et en alimentation animale une quantiteacute importante est toujours consideacutereacutee
comme deacutechets et brucircleacutee (Silva et al 1998)
Le marc de cafeacute est aussi reconnu comme engrais organique et utiliseacute dans les jardins ou
potagers Des recherches anteacuterieures ont suggeacutereacute qursquoil peut ecirctre utiliseacute comme combustible
(Silva et al 1998) additif pour amender le sol (Yen et al 2005) adsorbant de meacutetaux (Utomo
et al 2006) compost (Orozco et al 1996 Morikawa et Saigusa 2008) paillage ou laquo mulch raquo
(Eshetu et al 2007) et moyen de controcircle des mauvaises herbes (Sciarrappa et al 2008)
Puisque le marc de cafeacute est un sous-produit agrave bas prix et que plus de 80 millions de tonnes sont
disponibles par an son utilisation est devenue une option inteacuteressante pour leacuteconomie
circulaire
Si la toxiciteacute des substances psychotropes sur lrsquoorganisme humain ou sur des modegraveles animaux
ont fait lrsquoobjet drsquoeacutetudes pousseacutees avant leur mise sur le marcheacute leurs effets sur les plantes ne
sont pas bien connus Parfois des tests de laboratoire sur les algues et les lentilles drsquoeau sont
utiliseacutes pour eacutevaluer la toxiciteacute chronique des substances pharmaceutiques mais les eacutetudes
concernant leurs impacts sur les plantes supeacuterieures restent rares Webb (2001) suggeacuterait en
comparant diffeacuterents niveaux trophiques que les algues eacutetaient plus sensibles aux meacutedicaments
testeacutes et que les classes les plus toxiques eacutetaient les antideacutepresseurs les antibiotiques et les
antipsychotiques Drsquoune maniegravere geacuteneacuterale les substances phytotoxiques interfegraverent avec
labsorption et le transport de micro et macro eacuteleacutements essentiels et perturbent la croissance et
le deacuteveloppement de la plante (Jin et al 2009)
Introduction
3
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les effets de deux psychotropes la fluoxeacutetine et le cafeacute sur la croissance et le deacuteveloppement
drsquoune plante modegravele sont eacutevalueacutes dans cette eacutetude De nombreux travaux anteacuterieurs ont rapporteacute
les effets du marc de cafeacute utiliseacute en paillage ou laquo mulch raquo sur les cultures (Silva 1998 Reigosa
1999 Altland et Lanthier 2007) mais ce qui distingue la preacutesente eacutetude est son application agrave
diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante En effet lrsquoexposition des plantes aux produits
pharmaceutiques ou aux deacutechets industriels pourrait survenir de maniegravere aleacuteatoire crsquoest-agrave-dire
agrave nrsquoimporte quel stade de deacuteveloppement de la plante Notre hypothegravese de travail est que la
sensibiliteacute des plantes agrave un paillage au marc de cafeacute varie selon leur stade de deacuteveloppement
Lrsquoobjectif de ce travail est drsquoeacutevaluer la reacuteponse drsquoune plante modegravele agrave cycle court Phaseolus
vulgaris agrave des substances psychotropes comme la fluoxeacutetine ou le cafeacute Plus speacutecifiquement
notre eacutetude vise agrave identifier les perturbations occasionneacutees par ces produits sur le
deacuteveloppement de la plante lorsque lrsquoexposition se deacuteroule de maniegravere chronique (cas de la
fluoxeacutetine) ou survient agrave des stades preacutecis du deacuteveloppement
Ce devoir sera deacuteveloppeacute comme suit tout drsquoabord les mateacuteriels et meacutethodes ensuite les
reacutesultats puis les discussions et se terminera par une conclusion et quelques perspectives
Mateacuteriels et meacutethodes
4
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
II MATERIELS ET METHODES
II1 Mateacuteriels
II11 Mateacuteriel veacutegeacutetal
Des graines de Phaseolus vulgaris varieacuteteacute laquo vangamena raquo (lot cal98 FOFIFA) ont eacuteteacute utiliseacutees
pour lrsquoexpeacuterimentation
Trois stades ont eacuteteacute deacutefinis au cours du deacuteveloppement des plants de haricot
- le stade 1 qui correspond agrave la graine segraveche dormante avant la germination
- le stade 2 qui correspond agrave la plantule germeacutee en deacutebut de croissance veacutegeacutetative et
caracteacuteriseacute par le deacuteploiement agrave lrsquohorizontal des deux cotyleacutedons est atteint 30 jours
apregraves le semis
- le stade 3 qui correspond agrave la floraison et caracteacuteriseacute par la premiegravere apparition de
bourgeons floraux est atteint 60 jours apregraves le semis
II12 Produits eacutetudieacutes
Deux psychotropes ont eacuteteacute utiliseacutes pour cette eacutetude
- Fluoxeacutetine 20mg agrave partir de comprimeacutes de Dawnexreg (Micro Labs Ltd Inde)
- Marc de cafeacute obtenu agrave partir drsquoune extraction agrave lrsquoeau chaude de la poudre de cafeacute
II13 Mise en culture
II131 Construction drsquoune serre
Une serre en bois de (6times3times175m) a eacuteteacute construite et recouverte drsquoune toile en polyeacutethylegravene
translucide soutenue par des lattes entrelaceacutees Deux ouvertures ont eacuteteacute ameacutenageacutees pour
permettre une meilleure circulation drsquoair dans la serre et abaisser la tempeacuterature inteacuterieure Les
expeacuteriences ont eacuteteacute reacutealiseacutees de juin agrave septembre 2015 et la tempeacuterature dans la serre variait de
37 agrave 40degC pendant le jour et de 7agrave 12degC pendant la nuit
II132 Conteneurs et Substrats de culture
Le substrat de culture utiliseacute est un meacutelange de sol noir argileux de sol rouge lateacuteritique et de
sable (111) qui pegravese environ 1000g Le conteneur de culture est confectionneacute agrave partir drsquoune
Mateacuteriels et meacutethodes
5
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
bouteille drsquoeau commerciale en polyeacutethylegravene de 15l coupeacutee aux trois-quarts de sa hauteur
(approximativement 22cm) Le semis a eacuteteacute effectueacute agrave raison drsquoune graine par conteneur
II2 Meacutethodes
Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits psychotropes La
premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de fluoxeacutetine depuis
la germination jusqursquoagrave la seacutenescence La seconde expeacuterimentation vise agrave eacutevaluer la reacuteponse des
plantules lorsque le substrat est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade
preacutecis de leur deacuteveloppement
II21 Etablissement et suivi des cultures
II211 Preacuteparation de la solution de fluoxeacutetine
Pour la premiegravere expeacuterimentation une solution de 31mgl-1 de fluoxeacutetine a eacuteteacute preacutepareacutee agrave partir
de comprimeacutes de Dawnexreg (Micro Labs Ltd Inde) contenant 20mg drsquoingreacutedient actif soit 3000
fois la concentration minimale montrant un effet sur les phytoplanctons (Fent et al 2006)
Les plantes ont eacuteteacute arroseacutees tous les trois jours avec 330ml de cette solution depuis la
germination jusqursquoagrave la seacutenescence Trente plantes ont eacuteteacute traiteacutees de maniegravere chronique avec de
la fluoxeacutetine alors que 30 autres ont eacuteteacute arroseacutees agrave la mecircme freacutequence avec de lrsquoeau de robinet
II212 Preacuteparation de marc de cafeacute
Pour la seconde expeacuterimentation de la poudre de cafeacute a eacuteteacute preacutepareacutee agrave partir de graines segraveches
tout venant acheteacutees au marcheacute drsquoAntananarivo torreacutefieacutees agrave la poecircle pendant 15 minutes avant
drsquoecirctre reacuteduites en poudre Le marc de cafeacute est obtenu apregraves avoir effectueacute une premiegravere
extraction agrave lrsquoeau chaude agrave raison de 250g de poudre par litre pour imiter la preacuteparation de cafeacute
agrave boire Le marc est ensuite seacutecheacute agrave lrsquoair libre et agrave lrsquoombre jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune poudre
segraveche puis stockeacute pour lrsquoexpeacuterimentation Ce proceacutedeacute a eacuteteacute reacutepeacuteteacute autant de fois pour
lrsquoapplication de marc de cafeacute au niveau du substrat aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de
la plante
Quatre cuillereacutees agrave soupe de marc de cafeacute environ 100g ont eacuteteacute deacuteposeacutees au-dessus du substrat
pour constituer une couche drsquoenviron 2cm drsquoeacutepaisseur selon le principe du laquomulchingraquo ou
paillage soit 11 agrave 12 tonnes par hectare Lrsquoapplication de marc de cafeacute a eacuteteacute effectueacutee avant le
Mateacuteriels et meacutethodes
6
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
changement de phases chez la plante Le nombre total drsquoindividus utiliseacutes est de 120
correspondant agrave 30 pour chacun des trois stades de deacuteveloppement et 30 autres servant de
teacutemoins sans application de marc de cafeacute
II213 Paramegravetres et suivis des cultures
Pour eacutevaluer lrsquoeffet de la fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur la croissance et le deacuteveloppement
des plantes des suivis hebdomadaires ont eacuteteacute faits sur la longueur de la tige la couleur des
feuilles le nombre de fleurs et de gousses tandis que la longueur et le poids sec des racines le
nombre et le diamegravetre des nodules le poids des gousses et des graines nrsquoont eacuteteacute mesureacutes qursquoen
fin drsquoexpeacuterience
Un pied-agrave-coulisse digital a eacuteteacute utiliseacute pour mesurer le diamegravetre des nodules
Le poids sec des racines le poids des gousses et des racines ont eacuteteacute mesureacutes agrave lrsquoaide drsquoune
balance de preacutecision
Un tableau de couleur de feuilles a eacuteteacute utiliseacute pour caracteacuteriser les changements de coloration
au cours du deacuteveloppement Ce tableau contient 6 couleurs variant du vert clair au vert fonceacute
correspondant agrave un numeacutero de 1 agrave 6 selon la meacutethode deacutecrite par Witt et al (2005)
II22 Deacutenombrement de la microfaune du sol
A la fin de la culture le nombre drsquoacariens et de collemboles dans le sol a eacuteteacute eacutevalueacute Pour cela
un dispositif de Berlese confectionneacute agrave partir drsquoune bouteille drsquoeau translucide en polyeacutethylegravene
dont la partie supeacuterieure inverseacutee est utiliseacutee pour contenir le substrat et la partie infeacuterieure pour
recueillir les microfaunes dans de lrsquoalcool agrave 70deg selon le principe de Antonio Berlese en 1905
(http 3) Briegravevement la partie supeacuterieure de la bouteille contenant le substrat est directement
exposeacutee agrave la lumiegravere drsquoune lampe incandescente de 60W La faune du sol va fuir la lumiegravere et
la chaleur et va migrer vers le fond de lrsquoentonnoir avant de tomber dans le reacutecipient contenant
de lrsquoalcool ougrave les insectes seront immobiliseacutes identifieacutes et deacutenombreacutes
Pour le sol venant des conteneurs teacutemoins et du traitement agrave la fluoxeacutetine 100g de sol preacuteleveacute
agrave la surface ont eacuteteacute preacuteleveacutes Pour les substrats comprenant un laquomulchraquo de reacutesidus de cafeacute les
microfaunes se trouvant dans le laquomulchraquo et dans le sol ont eacuteteacute recenseacutes seacutepareacutement
Mateacuteriels et meacutethodes
7
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Photo 1 Dispositif de Berlese
II3 Analyses statistiques
Le logiciel XLSTAT 2014 a eacuteteacute utiliseacute pour analyser les donneacutees concernant les effets de la
fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur les paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de P
vulgaris Une analyse de variances agrave un seul facteur a eacuteteacute faite pour deacutetecter les effets
significatifs suivie drsquoun test de comparaison des moyennes assorti drsquoun risque α=5
JRakotonirina 2015
Reacutesultats
8 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
III RESULTATS
Les effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine ou agrave un amendement du substrat au marc
de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante ont eacuteteacute eacutevalueacutes en suivant les
paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de la racine qui est le premier organe en contact
avec les produits testeacutes Cependant les effets plus systeacutemiques sur lrsquoorganisme veacutegeacutetal ont eacuteteacute
eacutevalueacutes en suivant la croissance et le deacuteveloppement des autres organes comme la tige la
feuille la fleur et le fruit
III1 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la racine
Les plantes traiteacutees agrave la fluoxeacutetine produisent moins de biomasse racinaire que celles non
traiteacutees (p=00001) Le traitement agrave la fluoxeacutetine reacuteduit la biomasse racinaire drsquoenviron 02g
(Figure 1A) soit 45 Cependant le laquo mulching raquo au marc de cafeacute preacutesente un effet plus
disparate En effet le marc de cafeacute nrsquoa aucun effet au cours de la germination mais reacuteduit
significativement (p=00001) la croissance racinaire lorsque appliqueacute en deacutebut des phases
veacutegeacutetative et de floraison drsquoenviron 01g soit 26 (Figure 1B)
Figure 1 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement B sur la biomasse racinaire (B) de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
b
0
01
02
03
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06
Bio
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fluoxeacutetine
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02
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06
1
Bio
mas
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(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
9 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
La fluoxeacutetine nrsquoaffecte pas (p=00558) la croissance racinaire (Figure 2A) Par contre le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute stimule fortement (p=00006) lrsquoeacutelongation racinaire lorsque
appliqueacute au cours de la germination des plantules (Figure 2B) Le traitement au laquo mulch raquo de
cafeacute provoque une augmentation drsquoenviron 2cm de la longueur des tiges
Figure 2 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoeacutelongation racinaire de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
En ce qui concerne le nombre de nodules racinaires la figure 3A montre une forte inhibition
(p=00150) de leur initiation par la fluoxeacutetine drsquoenviron 77(13nodules) Et plus inteacuteressant
encore la figure 3B nous montre que lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison
entraicircne une reacuteduction significative (p=00023) du nombre de nodules drsquoenviron 52 (27
nodules)
0
2
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6
8
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rac
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rac
ines
(cm
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
a
bb b
B A
Reacutesultats
10 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 3 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application
de laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoinitiation de nodules
racinaires par individus de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
La fluoxeacutetine nrsquoinflue pas sur la taille des nodules des racines (p=01658) tandis que le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute reacuteduit leur taille drsquoenviron 04mm (p=00017) lorsque appliqueacute
en deacutebut des phases de germination et de croissance veacutegeacutetative (Figure 4B)
a
b
0
10
20
30
40
50
60
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fluoxeacutetine
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les
ind
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
11 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 4 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le la taille des nodules racinaires
de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III2 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la tige et la feuille
La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet (p=03319) sur lrsquoeacutelongation de la tige (Figure 5A) Par contre les
plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sont
significativement plus courtes drsquoenviron 1cm (p=00026) compareacutees aux plantes teacutemoins
(Figures 5B)
La fluoxeacutetine (p= 03169) et le laquo mulch raquo de cafeacute (p=07685) nrsquoont aucune influence sur la
couleur des feuilles (Annexe 3)
a
a
0
02
04
06
08
1
12
14
16
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2
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teacutemoin
A
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0
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18
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Dia
megravet
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es n
odule
s (m
m)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
12 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 5 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la hauteur des tiges de Phaseolus
vulgaris apregraves 3 mois de culture
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III3 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les fleurs et les fruits
Les figures 6A et 6B preacutesentent la cineacutetique drsquoapparition des fleurs respectivement pour les
deux expeacuterimentations avec la fluoxeacutetine et le marc de cafeacute La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet
marqueacute sur le nombre de fleurs Cependant lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la
germination a provoqueacute drsquoune part un retard drsquoune semaine du pic de floraison et drsquoautre part
une reacuteduction du nombre total de fleurs produit par individu par rapport aux autres traitements
aa
0
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cm)
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Hau
teur
des
tig
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cm)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
BA
Reacutesultats
13 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
1
2
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Nom
bre
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Nom
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Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
V FG
B
Reacutesultats
14 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Lrsquoarrosage chronique drsquoune concentration de fluoxeacutetine nrsquoa aucune influence sur le nombre de
gousses (Figure 7A) Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la germination a provoqueacute une
augmentation du nombre de gousses en S8 (p=00451) et S9 (p=00391) puis lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute avant la croissance veacutegeacutetative a deacuteclencheacute une augmentation du nombre de
gousses depuis S8 (p=00263)
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
1
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
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gouss
es
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
G VF
B
Reacutesultats
15 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Aucun effet significatif de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute nrsquoa eacuteteacute trouveacute sur le poids des
gousses le poids des graines ou le nombre de graines de Phaseolus vulgaris (Annexe 3)
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la microfaune du sol
Dans un premier temps lrsquoanalyse au preacutealable de la microfaune du sol au niveau du sol situeacute
sous le laquo mulch raquo nrsquoa pas permis de deacutetecter une diffeacuterence significative avec les cultures
teacutemoins Crsquoest la raison pour laquelle les comparaisons ont eacuteteacute focaliseacutees sur le laquo mulch raquo
couvrant le substrat initial
La fluoxeacutetine nrsquoa pas drsquoinfluence sur lrsquoabondance drsquoacariens (p=08734) et de collemboles
(p=1) dans le sol
Par contre lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la
plante permet de favoriser le deacuteveloppement drsquoune acarofaune (p=0022) surtout lors drsquoune
addition au cours du stade veacutegeacutetatif De mecircme le laquomulchingraquo favorise la prolifeacuteration de
collemboles (p=00130) dans le substrat mais leur nombre est nettement infeacuterieur compareacute aux
acariens (Figure 8)
Reacutesultats
16 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le
nombre de microfaunes acariens et collemboles dans le substrat
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
a
a
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Acariens Collemboles
Nom
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fluoxeacutetine
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Acariens Collemboles
Nom
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Mic
rofa
unes
par
100g d
e su
bst
rat
mulch germination
mulch veacutegeacutetative
mulch floraison
teacutemoin
B
Discussions
17
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
IV DISCUSSIONS
La croissance et le deacuteveloppement des plants de haricot sont inhibeacutes par la preacutesence de
laquo mulch raquo de cafeacute Les reacutesultats ont montreacute que lrsquoeacutelongation de la tige est inhibeacutee par lrsquoaddition
de laquo mulch raquo de cafeacute et que lrsquoapplication de ce dernier agrave des peacuteriodes coiumlncidant avec le deacutebut
des stades veacutegeacutetatif et de floraison induit une reacuteduction de la biomasse racinaire et une
inhibition de lrsquoeacutelongation racinaire au stade de germination
Ces effets inhibiteurs pourraient ecirctre causeacutes par la teneur en cafeacuteine qui persiste dans les reacutesidus
de cafeacute utiliseacutes En effet il a eacuteteacute rapporteacute que lajout de cafeacuteine dans le substrat agrave certaines doses
conduirait agrave des symptocircmes semblables agrave une carence en calcium y compris un retard de
croissance chez les plantes (http 4) Il a eacuteteacute aussi mentionneacute que la cafeacuteine agrave une concentration
de 60ppm induisait une inhibition de la croissance des tiges et des racines chez
Phaseolus vulgaris (Lahouti et al 2007) En effet la cafeacuteine est connue pour son action
inhibitrice de la prolifeacuteration cellulaire (Levi-Schaffer et al 1991) Elle eacutetait rapporteacutee comme
favorisant le deacuteclenchement de la mort cellulaire programmeacutee et perturbe les proteacuteines
reacutegulatrices du cycle cellulaire (Bode et Dong 2007) La cafeacuteine ou lrsquoacide cafeacuteique a eacuteteacute deacutecrit
comme inhibiteur de la prolifeacuteration des cellules du cancer du sein (Rosendahl 2015) Plus
particuliegraverement la cafeacuteine est connue comme eacutetant un inhibiteur de la formation du
phragmoplaste lors la division cellulaire chez les veacutegeacutetaux empecircchant la cytodieacuteregravese (Hepler et
Bonsignore 1990) Cet effet reacutesulterait en la reacuteduction de la division cellulaire et du nombre de
cellules dans le meacuteristegraveme apical de la tige (Helper et Bosignore 1990 Galatis et Apostolakos
1991) Chez la laitue lrsquoaddition de marc de cafeacute agrave une concentration entre 25 et 5 (vv) nrsquoa
pas drsquoeffets significatifs sur la croissance et le deacuteveloppement de la plante Par contre une
induction du stress est observeacutee agrave des concentrations supeacuterieures agrave 10 probablement due agrave
lrsquoaugmentation de composeacutes phytotoxiques comme la cafeacuteine ou bien agrave la reacuteduction des
macronutriments absorbeacutes par la plante pour sa croissance (Gomes et al 2013) Drsquoautres
composeacutes potentiellement toxiques comme les tanins et lrsquoacide chlorogeacutenique persistent dans
le marc de cafeacute (Batish et al 2008) et sont susceptibles drsquoentraicircner une inhibition de la
croissance de la plante (Gomes et al 2013) Pandey et al (2007) suggeacuteraient que crsquoest la
preacutesence de lrsquoacide chlorogeacutenique dans le cafeacute qui provoque lrsquoinhibition de la croissance de la
plante Ce composeacute est rapporteacute comme inhibiteur de la croissance du coleacuteoptile chez le bleacute
(Kefeli et al 1978) Mais drsquoautres auteurs stipulent que les polypheacutenols abondants dans le
marc de cafeacute pourraient agir aussi comme inhibiteurs ou comme stimulateurs de la croissance
en fonction de leur concentration (Ignat et al 2009)
Discussions
18
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
La preacutesence de champignons et bacteacuteries qui prolifegraverent abondamment dans le marc de cafeacute
favoriserait lrsquoapparition de maladies au niveau des racines et par conseacutequent un retard de
croissance (http 5)
Lrsquoinitiation et la croissance des nodules sont inhibeacutees chez les plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo
de cafeacute En effet les plants de haricot traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut de floraison
ont deacuteveloppeacute peu de nodules racinaires par rapport aux plants teacutemoins et la taille des nodules
est reacuteduite chez les plants traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute au cours des stades de germination
et de croissance veacutegeacutetative
A part lrsquoeffet inhibiteur de la cafeacuteine preacutesente dans les reacutesidus de cafeacute lrsquoinhibition de lrsquoinitiation
nodulaire et la reacuteduction de la taille des nodules sont causeacutees par plusieurs des facteurs
hormonaux et drsquoautres lieacutes au niveau de nitrate ou drsquoammonium Linitiation de nodules est
controcircleacutee par plusieurs facteurs hormonaux (Schultze et Kondorosi 1998) mais la formation
des nodules deacutepend de la communication entre la tige et la racine (Complainville 2003
Okamoto et Kawaguchi2015) En particulier le nitrate est connu pour reacuteguler neacutegativement le
transport basipeacutetal de lrsquoauxine entre la racine et la tige dougrave lrsquoinhibition de la nodulation par
de fortes concentrations en nitrate (Mortier 2012 Saito 2014) Les conditions de
lenvironnement telles que la disponibiliteacute en nitrate ou ammonium affectent les processus de
nodulation et les signaux endogegravenes tels que la provision de carbone lefficaciteacute de nodulation
et le processus de fixation dazote (Mortier 2012) Chez Lotus japonicus lrsquoapplication de
concentrations de nitrate entre 3 et 10 mM entraicircne une inhibition de lrsquoinitiation de nodules
(Okamoto et Kawaguchi 2015) via lrsquoinhibition de la nitrogeacutenase (Carroll et Gresshoff
1983)Chez les plantes de soja les diamegravetres des nodules ont augmenteacute de 1 agrave 6 mm pour 14
jours en absence de nitrate En revanche laugmentation de la taille des nodules a eacuteteacute reacuteduite
par laddition de 5mM de nitrate (Saito et al 2014) Une forte consommation de
photosyntheacutetats au niveau des racines peut aussi limiter leur allocation aux nodules qui peut
entraicircner une inhibition de la croissance et lrsquoarrecirct de la fixation de lazote atmospheacuterique
(Yashima 2005) Chez le pois une faible concentration en NH4+ favorise une augmentation de
la taille des nodules Il semble qursquoune meilleure fixation de N2 est obtenue lorsque du NH4+ est
disponible (Vassey et Waterer 1992)Or le nitrate est la forme principale drsquoazote dans le
vermicompost de cafeacute (Chaoui et al 2003 Micelli et al 2007 Tognetti 2010) Il est alors
possible que le faible nombre de nodules et la reacuteduction de la taille des nodules chez les
plantules traiteacutees aient eacuteteacute provoqueacutes par une concentration eacuteleveacutee de nitrate dans le marc de
cafeacute
Discussions
19
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les flavonoiumldes affectent la formation des nodules gracircce agrave leur proprieacuteteacute reacuteductrice du transport
et de lrsquoaccumulation drsquoauxine Un signal de cytokinine est deacuteterminant pour lrsquoinitiation des
nodules agrave travers lrsquoinhibition du transport polaire et de lrsquoaccumulation drsquoauxine dans les cellules
corticales par les flavonoiumldes (Ng et al 2015) Le rocircle de lauxine dans la nodulation est lieacute
eacutetroitement au deacuteveloppement dautres structures racinaires comme la racine lateacuterale Le
deacuteveloppement des racines et des nodules est reacuteguleacute par le ratio auxine-cytokinine
Lrsquoaccumulation drsquoauxine stimule la formation de racines lateacuterales alors que lrsquoaugmentation de
cytokinine ou lrsquoinhibition du transport dauxine induit le deacuteveloppement de pseudo-
nodules (http 6) Il est inteacuteressant de souligner que lrsquoapplication de marc de cafeacute avait stimuleacute
la formation de nodules racinaires chez les plants de soja (Lee et Hirsch 2006)
Lrsquoutilisation de laquo mulch raquo pour ameacuteliorer les cultures peut entraicircner des effets sur la diversiteacute
et lrsquoabondance microbiennes (Tiquia et al 2002) En effet laddition de vermicompost de cafeacute
dans le sol a favoriseacute lactiviteacute microbienne (Atiyeh et al 2002 Theunissen 2010) Par contre
peu drsquoeacutetudes srsquoest inteacuteresseacutee agrave lrsquoeffet du laquo mulching raquo sur la microfaune du sol Nos reacutesultats
indiquent que le sol couvert de marc de cafeacute contient un nombre plus important de microfaunes
La deacutecomposition des reacutesidus de cafeacute est lente due agrave la preacutesence drsquoazote proteacuteique structural et
de fortes concentrations de lipides (Kitou et Okuno 1999) Ce qui pourrait neacutecessiter
lrsquointervention drsquoinsectes phytophages qui ne sont pas repousseacutes par le cafeacute En effet lrsquoaddition
de reacutesidus de cafeacute atteacutenue les ravages sur les plants de soja occasionneacutes par Megacopta
cribraria en renforccedilant le systegraveme de deacutefense de la plante (http 7)
Drsquoautres eacutetudes indiquent par contre une absence drsquoeffet protecteur des reacutesidus de cafeacute agrave
lrsquoexemple de lrsquoinsecte ravageur Aulacaspis yasumatsui sur les cycas (Magellan et al 2013)
la cafeacuteine eacutetant consideacutereacutee comme un composeacute de deacutefense de la plante contre les herbivores et
les microorganismes (Brownlee et al 1990 Cruz et al 2012) Dans le cadre de notre eacutetude
la teneur en cafeacuteine dans les reacutesidus est consideacutereacutee comme faible agrave la suite drsquoune premiegravere
extraction aqueuse agrave chaud Ce qui aurait favoriseacute la prolifeacuteration de la microfaune du sol
essentiellement dans la partie correspondante au laquo mulch raquo
La floraison est retardeacutee en cas drsquoapplication preacutecoce de reacutesidus de cafeacute sur des individus en
germination La floraison est stimuleacutee par lrsquoapport drsquoengrais organiques chez plusieurs espegraveces
(Umesha et al 2011) Chez Solanum nigrum des doses insuffisantes drsquoengrais organiques
entrainaient un retard de floraison Cela serait ducirc agrave un deacuteficit drsquoeacuteleacutements nutritifs reacuteduisant la
croissance et causant un retard de la floraison (Umesha et al 2011) Nos reacutesultats semblent en
Discussions
20
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
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Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cole
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5N
om
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
fluoxeacutetine
teacutemoin
Aa
0
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2
3
4
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Nom
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gra
ines
par
indiv
idu
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
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0
05
1
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2
25
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s des
gra
ines
(g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
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05
1
15
2
25
Poid
s des
gra
ines
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
a aa
a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
0
05
1
15
2
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Poid
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gouss
es (
g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
0
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1
15
2
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3
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Poid
s des
gouss
es (
g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 3
Remerciements
i
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
REMERCIEMENTS
Jrsquoexprime ma reconnaissance et mes sincegraveres remerciements au Seigneur tout puissant par son
aide incomparable et sa haute bienveillance
A tous ceux qui ont apporteacute leur contribution agrave la reacutealisation de ce meacutemoire qursquoils trouvent ici
notre gratitude notre reconnaissance et nos sincegraveres remerciements ainsi que lrsquoassurance de
notre tregraves haute consideacuteration en particulier agrave
Madame Isabelle RATSIMIALA RAMONTA Professeur agrave la Mention Biologie et Ecologie
Veacutegeacutetales Parcours Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH) qui par sa bonteacute a
accepteacute drsquoecirctre Preacutesident du jury de soutenance et drsquoavoir corrigeacute rapidement et
consciencieusement ce meacutemoire
Monsieur Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA Docteur et Maicirctre de confeacuterences agrave la
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales Parcours Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales
(PHYTECH) notre encadreur qui a proposeacute ce sujet de recherche et qui nous a guideacute et dirigeacute
tout au long de notre travail Vos conseils inestimables ont faciliteacute lrsquoeacutelaboration de ce document
Monsieur Rodolphe RASOLOARIVONY Docteur et Maicirctre de confeacuterences agrave la Mention
Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales Parcours Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales
(PHYTECH) qui a bien voulu accepter drsquoexaminer ce travail malgreacute ses nombreuses
occupations Votre grande amabiliteacute et vos indispensables conseils ont contribueacute agrave
lrsquoameacutelioration de mon travail
Madame Aurore Doll RAKOTO Professeur agrave la Mention Biochimie Fondamentale
Appliqueacutee Parcours Biologie et Biochimie Moleacuteculaire (BBM) qui a accepteacute drsquoecirctre
lrsquoexaminateur de ce meacutemoire malgreacute ses nombreuses responsabiliteacutes Vos remarques et vos
critiques ont permis drsquoameacuteliorer la reacutedaction de ce meacutemoire
Je tiens eacutegalement agrave remercier
Monsieur Henri RAKOTOMALALA Technicien de laboratoire pour son aide et tout le
temps qursquoil mrsquoa consacreacute durant tous mes travaux au laboratoire de Physiologie Veacutegeacutetale
Remerciements
ii
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
A tous ceux qui ont apporteacute leur contribution agrave la reacutealisation de ce meacutemoire qursquoils trouvent ici
notre gratitude notre reconnaissance et nos sincegraveres remerciements ainsi que lrsquoassurance de
notre tregraves haute consideacuteration en particulier agrave
Monsieur Herimiamina ANDRIAMAZAORO Chef de Deacutepartement de Recherches
Agronomiques du FOFIFA agrave Ambatobe de nous avoir procureacute les graines de Haricot pour notre
expeacuterience
Tous les enseignants de la Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales mais aussi les autres
enseignants du Domaine Sciences et Technologies pour toutes les connaissances scientifiques
dont ils mrsquoont fait part au cours de mes eacutetudes universitaires
Monsieur Zaza qui mrsquoa aideacutee lors de la construction de la serre et la preacuteparation de tous les
mateacuteriels de culture jusqursquoagrave leur mise en place
Toutes les personnes qui ont contribueacute tous ceux qui ont participeacute de pregraves ou de loin agrave la
reacutealisation de mon travail et je tiens ici agrave les remercier
Enfin pour leur soutien sans faille et permanent je tiens agrave remercier de tout cœur les membres
de ma famille pour leur amour et compreacutehension
Table des matiegraveres
iii
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
TABLE DES MATIERES
REMERCIEMENTS i
TABLE DES MATIERES iii
LISTE DrsquoABREVIATION v
LISTE DE PHOTOhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipv
LISTE DES FIGURES v
LISTE DES ANNEXEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipvi
GLOSSAIRE vi
I INTRODUCTION 1
IIMATERIELS ET METHODEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II1 Mateacuterielshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II11 Mateacuteriel veacutegeacutetalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II12 Produits eacutetudieacuteshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II13 Mise en culturehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II131 Construction drsquoune serrehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II132 Conteneurs et Substrats de culturehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II2Meacutethodeshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
II21 Etablissement et suivi des cultureshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
II211Preacuteparation de la solution de fluoxeacutetinehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
II212 Preacuteparation de marc de cafeacutehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
II213 Paramegravetres et suivis des cultureshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6
II22Deacutenombrement de la microfaune du solhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6
II3 Analyses statistiqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7
Table des matiegraveres
iv
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
III RESUTATS 8
III1 Effets de la fluoxeacutetine ou du mulch de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la racine 8
III2 Effets de la fluoxeacutetine ou du mulch de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la tige et la feuille 11
III3 Effets de la fluoxeacutetine ou du mulch de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les fleurs et les fruits 12
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du mulch de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les microfaunes du sol 15
IV DISCUSSIONS 17
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES 22
VI REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 23
ANNEXEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipI
Annexe 1helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipI
Annexe 2helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipII
Annexe 3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIII
ABSTRACT
RESUME
Table des matiegraveres
v
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
LISTE DrsquoABREVIATION
PPCPs Pharmaceuticals and Personal Care Products
LISTE DE PHOTO
Photo 1 Dispositif de Berlesehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7
LISTE DES FIGURES
Figure 1 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement B sur la biomasse racinaire (B) de
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8
Figure 2 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoeacutelongation racinaire de
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip9
Figure 3 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application
de laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoinitiation de nodules
racinaires par individus de Phaseolus vulgaris helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip10
Figure 4 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le la taille des nodules
racinaires de Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip11
Figure 5 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la hauteur des tiges de
Phaseolus vulgaris apregraves 3mois de culturehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip13
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14
Table des matiegraveres
vi
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le nombre de
microfaune acariens et collemboles dans le substrathelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIII
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIV
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIV
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipV
LISTE DES ANNEXES
Annexe 1 FormuleshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipI
Annexe 2 Fiche techniquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipII
Annexe 3 Fiche techniquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIII
GLOSSAIRE
EC 50 la concentration efficace meacutediane mesure la concentration dun meacutedicament dun
anticorps ou dun toxique qui induit une reacuteponse agrave mi-chemin entre la ligne de base et leffet
maximum apregraves un certain temps dexposition agrave celui-ci
Ecotoxicologie eacutetude de limpact des polluants sur les eacutecosystegravemes
LD50 ou Lethal dose la dose leacutetale meacutediane ou concentration leacutetale meacutediane ougrave 50 de la
population est mort est un indicateur quantitatif de la toxiciteacute dune substance
Mulch Couche de mateacuteriaux naturels ou syntheacutetiques deacuteposeacutee au-dessus du sol
Table des matiegraveres
vii
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Marc de cafeacute reacutesidu de cafeacute obtenue agrave partir drsquoune extraction agrave chaude des poudres de grains
de cafeacute
Neurotrope substance ou eacuteleacutement qui se fixe preacutefeacuterentiellement sur le systegraveme nerveux
Psychotrope substance ayant un effet sur lactiviteacute ceacutereacutebrale au niveau du systegraveme nerveux
central
Introduction
1
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
I INTRODUCTION
La contamination de lrsquoair des eaux et des sols par les activiteacutes anthropiques repreacutesente de reacuteels
problegravemes environnementaux notamment dans le milieu marin lieu de deacutepocirct final des polluants
chimiques
Parmi ces contaminants certaines substances dites eacutemergentes parce que leur deacutetection agrave lrsquoeacutetat
de trace dans les eacutecosystegravemes est devenue possible gracircce au deacuteveloppement de techniques
drsquoanalyse plus performantes inquiegravetent actuellement la communauteacute scientifique et les
associations de consommateurs En effet les theacutematiques de recherche en eacutecotoxicologie se
tournent de plus en plus vers lrsquoeacutetude drsquoimpacts de composeacutes actifs preacutesents agrave des concentrations
de lrsquoordre drsquoune dizaine de ngl-1 (Brooks 2003) Par ailleurs les travaux rapportant la preacutesence
de nombreux composeacutes pharmaceutiques dans lenvironnement ont augmenteacute depuis les anneacutees
1990 (Stumpf et al 1999 Daughton et al 2000)
Les psychotropes sont parmi les classes de meacutedicaments les plus consommeacutees dans le monde
Les psychotropes et les produits de leur deacutegradation par lrsquoorganisme humain se retrouvent
libeacutereacutes dans notre environnement et pourraient perturber le deacuteveloppement drsquoautres organismes
(Brain et al 2008) En exemples citons lrsquoaugmentation de la locomotion du crabe eacutepibenthique
Carcinus maenas exposeacute agrave la fluoxeacutetine (Mesquita et al 2011) les changements de
comportement des poissons sauvages apregraves absorption doxazeacutepam une drogue anxiolytique
(Brodin et al 2013) et enfin la stimulation de la reproduction chez Daphnia magna et
lrsquoaugmentation de la feacuteconditeacute chez Ceriodaphnia dubia en preacutesence de fluoxeacutetine (Flaherty et
al 2001)
La fluoxeacutetine plus connue sous son nom commercial Prozacreg est un psychotrope syntheacutetique
utiliseacute pour lutter contre la deacutepression les troubles obsessionnels compulsifs la boulimie
nerveuse et les troubles de panique Crsquoest un des antideacutepresseurs les plus prescrits (Kolpin et
al 2002) dont le mode drsquoaction est une inhibition seacutelective de la recapture de la seacuterotonine au
niveau des neurones agrave noradreacutenaline activant les fonctions seacuterotoninergiques de la cellule
La fluoxeacutetine est meacutetaboliseacutee en grande partie dans le foie en norfluoxeacutetine et drsquoautres
moleacutecules non identifieacutees puis excreacuteteacutee par voie reacutenale (http 1) Jusqursquoagrave 11 du meacutedicament
sont excreacuteteacutes en tant que fluoxeacutetine non meacutetaboliseacutee (Morando 2009)
Apregraves avoir eacuteteacute transporteacutee par les eaux des eacutegouts la fluoxeacutetine a eacuteteacute retrouveacutee dans la boue
des riviegraveres et pourrait ecirctre absorbeacutee par les plantes Une eacutetude sur la dureacutee de vie des
meacutedicaments dans le sol indique qursquoelle eacutetait parmi les plus persistants et eacutetait encore deacutetecteacutee
apregraves 40 jours Les plantes qui poussent alors sur le sol contamineacute incorporent de la fluoxeacutetine
Introduction
2
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
dans leurs racines (https 2) Les effets de lrsquoexposition chronique agrave la fluoxeacutetine ont eacuteteacute surtout
eacutetudieacutes dans lrsquoenvironnement aquatique (Fent et al 2006) Cependant il y a tregraves peu drsquoeacutetudes
concernant les effets de la fluoxeacutetine sur les veacutegeacutetaux
Lrsquoexposition agrave des composeacutes pharmaceutiques actifs peut causer des perturbations sur le
deacuteveloppement des plantes Citons en exemples lrsquoinhibition de la croissance de lrsquoalgue
Pseudokirchneriella subcapitata en preacutesence de fluoxeacutetine (Barcelo et Petrovic 2007) et la
reacuteduction de la biomasse des fruits de courgette exposeacutee au carbamazeacutepine (Carter et al 2015)
Le cafeacute est un produit consommeacute essentiellement pour ses effets psychotropes La cafeacuteine par
son antagonisme sur lrsquoadeacutenosine provoque une augmentation de lrsquoactiviteacute nerveuse avec
libeacuteration drsquoadreacutenaline et augmentation du niveau de dopamine
Les reacutesidus des industries du cafeacute sont toxiques et repreacutesentent de seacuterieux problegravemes
environnementaux (Mussatto et al 2011) En effet une grande quantiteacute de marc de cafeacute est
deacutechargeacutee par les industries alimentaires pendant la fabrication du cafeacute instantaneacute Bien que
recycleacute en compost et en alimentation animale une quantiteacute importante est toujours consideacutereacutee
comme deacutechets et brucircleacutee (Silva et al 1998)
Le marc de cafeacute est aussi reconnu comme engrais organique et utiliseacute dans les jardins ou
potagers Des recherches anteacuterieures ont suggeacutereacute qursquoil peut ecirctre utiliseacute comme combustible
(Silva et al 1998) additif pour amender le sol (Yen et al 2005) adsorbant de meacutetaux (Utomo
et al 2006) compost (Orozco et al 1996 Morikawa et Saigusa 2008) paillage ou laquo mulch raquo
(Eshetu et al 2007) et moyen de controcircle des mauvaises herbes (Sciarrappa et al 2008)
Puisque le marc de cafeacute est un sous-produit agrave bas prix et que plus de 80 millions de tonnes sont
disponibles par an son utilisation est devenue une option inteacuteressante pour leacuteconomie
circulaire
Si la toxiciteacute des substances psychotropes sur lrsquoorganisme humain ou sur des modegraveles animaux
ont fait lrsquoobjet drsquoeacutetudes pousseacutees avant leur mise sur le marcheacute leurs effets sur les plantes ne
sont pas bien connus Parfois des tests de laboratoire sur les algues et les lentilles drsquoeau sont
utiliseacutes pour eacutevaluer la toxiciteacute chronique des substances pharmaceutiques mais les eacutetudes
concernant leurs impacts sur les plantes supeacuterieures restent rares Webb (2001) suggeacuterait en
comparant diffeacuterents niveaux trophiques que les algues eacutetaient plus sensibles aux meacutedicaments
testeacutes et que les classes les plus toxiques eacutetaient les antideacutepresseurs les antibiotiques et les
antipsychotiques Drsquoune maniegravere geacuteneacuterale les substances phytotoxiques interfegraverent avec
labsorption et le transport de micro et macro eacuteleacutements essentiels et perturbent la croissance et
le deacuteveloppement de la plante (Jin et al 2009)
Introduction
3
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les effets de deux psychotropes la fluoxeacutetine et le cafeacute sur la croissance et le deacuteveloppement
drsquoune plante modegravele sont eacutevalueacutes dans cette eacutetude De nombreux travaux anteacuterieurs ont rapporteacute
les effets du marc de cafeacute utiliseacute en paillage ou laquo mulch raquo sur les cultures (Silva 1998 Reigosa
1999 Altland et Lanthier 2007) mais ce qui distingue la preacutesente eacutetude est son application agrave
diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante En effet lrsquoexposition des plantes aux produits
pharmaceutiques ou aux deacutechets industriels pourrait survenir de maniegravere aleacuteatoire crsquoest-agrave-dire
agrave nrsquoimporte quel stade de deacuteveloppement de la plante Notre hypothegravese de travail est que la
sensibiliteacute des plantes agrave un paillage au marc de cafeacute varie selon leur stade de deacuteveloppement
Lrsquoobjectif de ce travail est drsquoeacutevaluer la reacuteponse drsquoune plante modegravele agrave cycle court Phaseolus
vulgaris agrave des substances psychotropes comme la fluoxeacutetine ou le cafeacute Plus speacutecifiquement
notre eacutetude vise agrave identifier les perturbations occasionneacutees par ces produits sur le
deacuteveloppement de la plante lorsque lrsquoexposition se deacuteroule de maniegravere chronique (cas de la
fluoxeacutetine) ou survient agrave des stades preacutecis du deacuteveloppement
Ce devoir sera deacuteveloppeacute comme suit tout drsquoabord les mateacuteriels et meacutethodes ensuite les
reacutesultats puis les discussions et se terminera par une conclusion et quelques perspectives
Mateacuteriels et meacutethodes
4
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
II MATERIELS ET METHODES
II1 Mateacuteriels
II11 Mateacuteriel veacutegeacutetal
Des graines de Phaseolus vulgaris varieacuteteacute laquo vangamena raquo (lot cal98 FOFIFA) ont eacuteteacute utiliseacutees
pour lrsquoexpeacuterimentation
Trois stades ont eacuteteacute deacutefinis au cours du deacuteveloppement des plants de haricot
- le stade 1 qui correspond agrave la graine segraveche dormante avant la germination
- le stade 2 qui correspond agrave la plantule germeacutee en deacutebut de croissance veacutegeacutetative et
caracteacuteriseacute par le deacuteploiement agrave lrsquohorizontal des deux cotyleacutedons est atteint 30 jours
apregraves le semis
- le stade 3 qui correspond agrave la floraison et caracteacuteriseacute par la premiegravere apparition de
bourgeons floraux est atteint 60 jours apregraves le semis
II12 Produits eacutetudieacutes
Deux psychotropes ont eacuteteacute utiliseacutes pour cette eacutetude
- Fluoxeacutetine 20mg agrave partir de comprimeacutes de Dawnexreg (Micro Labs Ltd Inde)
- Marc de cafeacute obtenu agrave partir drsquoune extraction agrave lrsquoeau chaude de la poudre de cafeacute
II13 Mise en culture
II131 Construction drsquoune serre
Une serre en bois de (6times3times175m) a eacuteteacute construite et recouverte drsquoune toile en polyeacutethylegravene
translucide soutenue par des lattes entrelaceacutees Deux ouvertures ont eacuteteacute ameacutenageacutees pour
permettre une meilleure circulation drsquoair dans la serre et abaisser la tempeacuterature inteacuterieure Les
expeacuteriences ont eacuteteacute reacutealiseacutees de juin agrave septembre 2015 et la tempeacuterature dans la serre variait de
37 agrave 40degC pendant le jour et de 7agrave 12degC pendant la nuit
II132 Conteneurs et Substrats de culture
Le substrat de culture utiliseacute est un meacutelange de sol noir argileux de sol rouge lateacuteritique et de
sable (111) qui pegravese environ 1000g Le conteneur de culture est confectionneacute agrave partir drsquoune
Mateacuteriels et meacutethodes
5
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
bouteille drsquoeau commerciale en polyeacutethylegravene de 15l coupeacutee aux trois-quarts de sa hauteur
(approximativement 22cm) Le semis a eacuteteacute effectueacute agrave raison drsquoune graine par conteneur
II2 Meacutethodes
Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits psychotropes La
premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de fluoxeacutetine depuis
la germination jusqursquoagrave la seacutenescence La seconde expeacuterimentation vise agrave eacutevaluer la reacuteponse des
plantules lorsque le substrat est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade
preacutecis de leur deacuteveloppement
II21 Etablissement et suivi des cultures
II211 Preacuteparation de la solution de fluoxeacutetine
Pour la premiegravere expeacuterimentation une solution de 31mgl-1 de fluoxeacutetine a eacuteteacute preacutepareacutee agrave partir
de comprimeacutes de Dawnexreg (Micro Labs Ltd Inde) contenant 20mg drsquoingreacutedient actif soit 3000
fois la concentration minimale montrant un effet sur les phytoplanctons (Fent et al 2006)
Les plantes ont eacuteteacute arroseacutees tous les trois jours avec 330ml de cette solution depuis la
germination jusqursquoagrave la seacutenescence Trente plantes ont eacuteteacute traiteacutees de maniegravere chronique avec de
la fluoxeacutetine alors que 30 autres ont eacuteteacute arroseacutees agrave la mecircme freacutequence avec de lrsquoeau de robinet
II212 Preacuteparation de marc de cafeacute
Pour la seconde expeacuterimentation de la poudre de cafeacute a eacuteteacute preacutepareacutee agrave partir de graines segraveches
tout venant acheteacutees au marcheacute drsquoAntananarivo torreacutefieacutees agrave la poecircle pendant 15 minutes avant
drsquoecirctre reacuteduites en poudre Le marc de cafeacute est obtenu apregraves avoir effectueacute une premiegravere
extraction agrave lrsquoeau chaude agrave raison de 250g de poudre par litre pour imiter la preacuteparation de cafeacute
agrave boire Le marc est ensuite seacutecheacute agrave lrsquoair libre et agrave lrsquoombre jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune poudre
segraveche puis stockeacute pour lrsquoexpeacuterimentation Ce proceacutedeacute a eacuteteacute reacutepeacuteteacute autant de fois pour
lrsquoapplication de marc de cafeacute au niveau du substrat aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de
la plante
Quatre cuillereacutees agrave soupe de marc de cafeacute environ 100g ont eacuteteacute deacuteposeacutees au-dessus du substrat
pour constituer une couche drsquoenviron 2cm drsquoeacutepaisseur selon le principe du laquomulchingraquo ou
paillage soit 11 agrave 12 tonnes par hectare Lrsquoapplication de marc de cafeacute a eacuteteacute effectueacutee avant le
Mateacuteriels et meacutethodes
6
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
changement de phases chez la plante Le nombre total drsquoindividus utiliseacutes est de 120
correspondant agrave 30 pour chacun des trois stades de deacuteveloppement et 30 autres servant de
teacutemoins sans application de marc de cafeacute
II213 Paramegravetres et suivis des cultures
Pour eacutevaluer lrsquoeffet de la fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur la croissance et le deacuteveloppement
des plantes des suivis hebdomadaires ont eacuteteacute faits sur la longueur de la tige la couleur des
feuilles le nombre de fleurs et de gousses tandis que la longueur et le poids sec des racines le
nombre et le diamegravetre des nodules le poids des gousses et des graines nrsquoont eacuteteacute mesureacutes qursquoen
fin drsquoexpeacuterience
Un pied-agrave-coulisse digital a eacuteteacute utiliseacute pour mesurer le diamegravetre des nodules
Le poids sec des racines le poids des gousses et des racines ont eacuteteacute mesureacutes agrave lrsquoaide drsquoune
balance de preacutecision
Un tableau de couleur de feuilles a eacuteteacute utiliseacute pour caracteacuteriser les changements de coloration
au cours du deacuteveloppement Ce tableau contient 6 couleurs variant du vert clair au vert fonceacute
correspondant agrave un numeacutero de 1 agrave 6 selon la meacutethode deacutecrite par Witt et al (2005)
II22 Deacutenombrement de la microfaune du sol
A la fin de la culture le nombre drsquoacariens et de collemboles dans le sol a eacuteteacute eacutevalueacute Pour cela
un dispositif de Berlese confectionneacute agrave partir drsquoune bouteille drsquoeau translucide en polyeacutethylegravene
dont la partie supeacuterieure inverseacutee est utiliseacutee pour contenir le substrat et la partie infeacuterieure pour
recueillir les microfaunes dans de lrsquoalcool agrave 70deg selon le principe de Antonio Berlese en 1905
(http 3) Briegravevement la partie supeacuterieure de la bouteille contenant le substrat est directement
exposeacutee agrave la lumiegravere drsquoune lampe incandescente de 60W La faune du sol va fuir la lumiegravere et
la chaleur et va migrer vers le fond de lrsquoentonnoir avant de tomber dans le reacutecipient contenant
de lrsquoalcool ougrave les insectes seront immobiliseacutes identifieacutes et deacutenombreacutes
Pour le sol venant des conteneurs teacutemoins et du traitement agrave la fluoxeacutetine 100g de sol preacuteleveacute
agrave la surface ont eacuteteacute preacuteleveacutes Pour les substrats comprenant un laquomulchraquo de reacutesidus de cafeacute les
microfaunes se trouvant dans le laquomulchraquo et dans le sol ont eacuteteacute recenseacutes seacutepareacutement
Mateacuteriels et meacutethodes
7
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Photo 1 Dispositif de Berlese
II3 Analyses statistiques
Le logiciel XLSTAT 2014 a eacuteteacute utiliseacute pour analyser les donneacutees concernant les effets de la
fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur les paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de P
vulgaris Une analyse de variances agrave un seul facteur a eacuteteacute faite pour deacutetecter les effets
significatifs suivie drsquoun test de comparaison des moyennes assorti drsquoun risque α=5
JRakotonirina 2015
Reacutesultats
8 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
III RESULTATS
Les effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine ou agrave un amendement du substrat au marc
de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante ont eacuteteacute eacutevalueacutes en suivant les
paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de la racine qui est le premier organe en contact
avec les produits testeacutes Cependant les effets plus systeacutemiques sur lrsquoorganisme veacutegeacutetal ont eacuteteacute
eacutevalueacutes en suivant la croissance et le deacuteveloppement des autres organes comme la tige la
feuille la fleur et le fruit
III1 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la racine
Les plantes traiteacutees agrave la fluoxeacutetine produisent moins de biomasse racinaire que celles non
traiteacutees (p=00001) Le traitement agrave la fluoxeacutetine reacuteduit la biomasse racinaire drsquoenviron 02g
(Figure 1A) soit 45 Cependant le laquo mulching raquo au marc de cafeacute preacutesente un effet plus
disparate En effet le marc de cafeacute nrsquoa aucun effet au cours de la germination mais reacuteduit
significativement (p=00001) la croissance racinaire lorsque appliqueacute en deacutebut des phases
veacutegeacutetative et de floraison drsquoenviron 01g soit 26 (Figure 1B)
Figure 1 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement B sur la biomasse racinaire (B) de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
b
0
01
02
03
04
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06
Bio
mas
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raci
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fluoxeacutetine
teacutemoin
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0
01
02
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06
1
Bio
mas
se r
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aire
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
9 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
La fluoxeacutetine nrsquoaffecte pas (p=00558) la croissance racinaire (Figure 2A) Par contre le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute stimule fortement (p=00006) lrsquoeacutelongation racinaire lorsque
appliqueacute au cours de la germination des plantules (Figure 2B) Le traitement au laquo mulch raquo de
cafeacute provoque une augmentation drsquoenviron 2cm de la longueur des tiges
Figure 2 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoeacutelongation racinaire de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
En ce qui concerne le nombre de nodules racinaires la figure 3A montre une forte inhibition
(p=00150) de leur initiation par la fluoxeacutetine drsquoenviron 77(13nodules) Et plus inteacuteressant
encore la figure 3B nous montre que lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison
entraicircne une reacuteduction significative (p=00023) du nombre de nodules drsquoenviron 52 (27
nodules)
0
2
4
6
8
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rac
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rac
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(cm
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
a
bb b
B A
Reacutesultats
10 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 3 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application
de laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoinitiation de nodules
racinaires par individus de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
La fluoxeacutetine nrsquoinflue pas sur la taille des nodules des racines (p=01658) tandis que le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute reacuteduit leur taille drsquoenviron 04mm (p=00017) lorsque appliqueacute
en deacutebut des phases de germination et de croissance veacutegeacutetative (Figure 4B)
a
b
0
10
20
30
40
50
60
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fluoxeacutetine
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ind
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
11 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 4 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le la taille des nodules racinaires
de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III2 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la tige et la feuille
La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet (p=03319) sur lrsquoeacutelongation de la tige (Figure 5A) Par contre les
plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sont
significativement plus courtes drsquoenviron 1cm (p=00026) compareacutees aux plantes teacutemoins
(Figures 5B)
La fluoxeacutetine (p= 03169) et le laquo mulch raquo de cafeacute (p=07685) nrsquoont aucune influence sur la
couleur des feuilles (Annexe 3)
a
a
0
02
04
06
08
1
12
14
16
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2
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teacutemoin
A
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0
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Dia
megravet
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es n
odule
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m)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
12 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 5 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la hauteur des tiges de Phaseolus
vulgaris apregraves 3 mois de culture
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III3 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les fleurs et les fruits
Les figures 6A et 6B preacutesentent la cineacutetique drsquoapparition des fleurs respectivement pour les
deux expeacuterimentations avec la fluoxeacutetine et le marc de cafeacute La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet
marqueacute sur le nombre de fleurs Cependant lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la
germination a provoqueacute drsquoune part un retard drsquoune semaine du pic de floraison et drsquoautre part
une reacuteduction du nombre total de fleurs produit par individu par rapport aux autres traitements
aa
0
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cm)
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des
tig
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cm)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
BA
Reacutesultats
13 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
1
2
3
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Nom
bre
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Temps (semaine)
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Nom
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Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
V FG
B
Reacutesultats
14 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Lrsquoarrosage chronique drsquoune concentration de fluoxeacutetine nrsquoa aucune influence sur le nombre de
gousses (Figure 7A) Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la germination a provoqueacute une
augmentation du nombre de gousses en S8 (p=00451) et S9 (p=00391) puis lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute avant la croissance veacutegeacutetative a deacuteclencheacute une augmentation du nombre de
gousses depuis S8 (p=00263)
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
1
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
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bre
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gouss
es
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
G VF
B
Reacutesultats
15 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Aucun effet significatif de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute nrsquoa eacuteteacute trouveacute sur le poids des
gousses le poids des graines ou le nombre de graines de Phaseolus vulgaris (Annexe 3)
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la microfaune du sol
Dans un premier temps lrsquoanalyse au preacutealable de la microfaune du sol au niveau du sol situeacute
sous le laquo mulch raquo nrsquoa pas permis de deacutetecter une diffeacuterence significative avec les cultures
teacutemoins Crsquoest la raison pour laquelle les comparaisons ont eacuteteacute focaliseacutees sur le laquo mulch raquo
couvrant le substrat initial
La fluoxeacutetine nrsquoa pas drsquoinfluence sur lrsquoabondance drsquoacariens (p=08734) et de collemboles
(p=1) dans le sol
Par contre lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la
plante permet de favoriser le deacuteveloppement drsquoune acarofaune (p=0022) surtout lors drsquoune
addition au cours du stade veacutegeacutetatif De mecircme le laquomulchingraquo favorise la prolifeacuteration de
collemboles (p=00130) dans le substrat mais leur nombre est nettement infeacuterieur compareacute aux
acariens (Figure 8)
Reacutesultats
16 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le
nombre de microfaunes acariens et collemboles dans le substrat
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
a
a
a
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Acariens Collemboles
Nom
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Acariens Collemboles
Nom
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Mic
rofa
unes
par
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e su
bst
rat
mulch germination
mulch veacutegeacutetative
mulch floraison
teacutemoin
B
Discussions
17
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
IV DISCUSSIONS
La croissance et le deacuteveloppement des plants de haricot sont inhibeacutes par la preacutesence de
laquo mulch raquo de cafeacute Les reacutesultats ont montreacute que lrsquoeacutelongation de la tige est inhibeacutee par lrsquoaddition
de laquo mulch raquo de cafeacute et que lrsquoapplication de ce dernier agrave des peacuteriodes coiumlncidant avec le deacutebut
des stades veacutegeacutetatif et de floraison induit une reacuteduction de la biomasse racinaire et une
inhibition de lrsquoeacutelongation racinaire au stade de germination
Ces effets inhibiteurs pourraient ecirctre causeacutes par la teneur en cafeacuteine qui persiste dans les reacutesidus
de cafeacute utiliseacutes En effet il a eacuteteacute rapporteacute que lajout de cafeacuteine dans le substrat agrave certaines doses
conduirait agrave des symptocircmes semblables agrave une carence en calcium y compris un retard de
croissance chez les plantes (http 4) Il a eacuteteacute aussi mentionneacute que la cafeacuteine agrave une concentration
de 60ppm induisait une inhibition de la croissance des tiges et des racines chez
Phaseolus vulgaris (Lahouti et al 2007) En effet la cafeacuteine est connue pour son action
inhibitrice de la prolifeacuteration cellulaire (Levi-Schaffer et al 1991) Elle eacutetait rapporteacutee comme
favorisant le deacuteclenchement de la mort cellulaire programmeacutee et perturbe les proteacuteines
reacutegulatrices du cycle cellulaire (Bode et Dong 2007) La cafeacuteine ou lrsquoacide cafeacuteique a eacuteteacute deacutecrit
comme inhibiteur de la prolifeacuteration des cellules du cancer du sein (Rosendahl 2015) Plus
particuliegraverement la cafeacuteine est connue comme eacutetant un inhibiteur de la formation du
phragmoplaste lors la division cellulaire chez les veacutegeacutetaux empecircchant la cytodieacuteregravese (Hepler et
Bonsignore 1990) Cet effet reacutesulterait en la reacuteduction de la division cellulaire et du nombre de
cellules dans le meacuteristegraveme apical de la tige (Helper et Bosignore 1990 Galatis et Apostolakos
1991) Chez la laitue lrsquoaddition de marc de cafeacute agrave une concentration entre 25 et 5 (vv) nrsquoa
pas drsquoeffets significatifs sur la croissance et le deacuteveloppement de la plante Par contre une
induction du stress est observeacutee agrave des concentrations supeacuterieures agrave 10 probablement due agrave
lrsquoaugmentation de composeacutes phytotoxiques comme la cafeacuteine ou bien agrave la reacuteduction des
macronutriments absorbeacutes par la plante pour sa croissance (Gomes et al 2013) Drsquoautres
composeacutes potentiellement toxiques comme les tanins et lrsquoacide chlorogeacutenique persistent dans
le marc de cafeacute (Batish et al 2008) et sont susceptibles drsquoentraicircner une inhibition de la
croissance de la plante (Gomes et al 2013) Pandey et al (2007) suggeacuteraient que crsquoest la
preacutesence de lrsquoacide chlorogeacutenique dans le cafeacute qui provoque lrsquoinhibition de la croissance de la
plante Ce composeacute est rapporteacute comme inhibiteur de la croissance du coleacuteoptile chez le bleacute
(Kefeli et al 1978) Mais drsquoautres auteurs stipulent que les polypheacutenols abondants dans le
marc de cafeacute pourraient agir aussi comme inhibiteurs ou comme stimulateurs de la croissance
en fonction de leur concentration (Ignat et al 2009)
Discussions
18
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
La preacutesence de champignons et bacteacuteries qui prolifegraverent abondamment dans le marc de cafeacute
favoriserait lrsquoapparition de maladies au niveau des racines et par conseacutequent un retard de
croissance (http 5)
Lrsquoinitiation et la croissance des nodules sont inhibeacutees chez les plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo
de cafeacute En effet les plants de haricot traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut de floraison
ont deacuteveloppeacute peu de nodules racinaires par rapport aux plants teacutemoins et la taille des nodules
est reacuteduite chez les plants traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute au cours des stades de germination
et de croissance veacutegeacutetative
A part lrsquoeffet inhibiteur de la cafeacuteine preacutesente dans les reacutesidus de cafeacute lrsquoinhibition de lrsquoinitiation
nodulaire et la reacuteduction de la taille des nodules sont causeacutees par plusieurs des facteurs
hormonaux et drsquoautres lieacutes au niveau de nitrate ou drsquoammonium Linitiation de nodules est
controcircleacutee par plusieurs facteurs hormonaux (Schultze et Kondorosi 1998) mais la formation
des nodules deacutepend de la communication entre la tige et la racine (Complainville 2003
Okamoto et Kawaguchi2015) En particulier le nitrate est connu pour reacuteguler neacutegativement le
transport basipeacutetal de lrsquoauxine entre la racine et la tige dougrave lrsquoinhibition de la nodulation par
de fortes concentrations en nitrate (Mortier 2012 Saito 2014) Les conditions de
lenvironnement telles que la disponibiliteacute en nitrate ou ammonium affectent les processus de
nodulation et les signaux endogegravenes tels que la provision de carbone lefficaciteacute de nodulation
et le processus de fixation dazote (Mortier 2012) Chez Lotus japonicus lrsquoapplication de
concentrations de nitrate entre 3 et 10 mM entraicircne une inhibition de lrsquoinitiation de nodules
(Okamoto et Kawaguchi 2015) via lrsquoinhibition de la nitrogeacutenase (Carroll et Gresshoff
1983)Chez les plantes de soja les diamegravetres des nodules ont augmenteacute de 1 agrave 6 mm pour 14
jours en absence de nitrate En revanche laugmentation de la taille des nodules a eacuteteacute reacuteduite
par laddition de 5mM de nitrate (Saito et al 2014) Une forte consommation de
photosyntheacutetats au niveau des racines peut aussi limiter leur allocation aux nodules qui peut
entraicircner une inhibition de la croissance et lrsquoarrecirct de la fixation de lazote atmospheacuterique
(Yashima 2005) Chez le pois une faible concentration en NH4+ favorise une augmentation de
la taille des nodules Il semble qursquoune meilleure fixation de N2 est obtenue lorsque du NH4+ est
disponible (Vassey et Waterer 1992)Or le nitrate est la forme principale drsquoazote dans le
vermicompost de cafeacute (Chaoui et al 2003 Micelli et al 2007 Tognetti 2010) Il est alors
possible que le faible nombre de nodules et la reacuteduction de la taille des nodules chez les
plantules traiteacutees aient eacuteteacute provoqueacutes par une concentration eacuteleveacutee de nitrate dans le marc de
cafeacute
Discussions
19
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les flavonoiumldes affectent la formation des nodules gracircce agrave leur proprieacuteteacute reacuteductrice du transport
et de lrsquoaccumulation drsquoauxine Un signal de cytokinine est deacuteterminant pour lrsquoinitiation des
nodules agrave travers lrsquoinhibition du transport polaire et de lrsquoaccumulation drsquoauxine dans les cellules
corticales par les flavonoiumldes (Ng et al 2015) Le rocircle de lauxine dans la nodulation est lieacute
eacutetroitement au deacuteveloppement dautres structures racinaires comme la racine lateacuterale Le
deacuteveloppement des racines et des nodules est reacuteguleacute par le ratio auxine-cytokinine
Lrsquoaccumulation drsquoauxine stimule la formation de racines lateacuterales alors que lrsquoaugmentation de
cytokinine ou lrsquoinhibition du transport dauxine induit le deacuteveloppement de pseudo-
nodules (http 6) Il est inteacuteressant de souligner que lrsquoapplication de marc de cafeacute avait stimuleacute
la formation de nodules racinaires chez les plants de soja (Lee et Hirsch 2006)
Lrsquoutilisation de laquo mulch raquo pour ameacuteliorer les cultures peut entraicircner des effets sur la diversiteacute
et lrsquoabondance microbiennes (Tiquia et al 2002) En effet laddition de vermicompost de cafeacute
dans le sol a favoriseacute lactiviteacute microbienne (Atiyeh et al 2002 Theunissen 2010) Par contre
peu drsquoeacutetudes srsquoest inteacuteresseacutee agrave lrsquoeffet du laquo mulching raquo sur la microfaune du sol Nos reacutesultats
indiquent que le sol couvert de marc de cafeacute contient un nombre plus important de microfaunes
La deacutecomposition des reacutesidus de cafeacute est lente due agrave la preacutesence drsquoazote proteacuteique structural et
de fortes concentrations de lipides (Kitou et Okuno 1999) Ce qui pourrait neacutecessiter
lrsquointervention drsquoinsectes phytophages qui ne sont pas repousseacutes par le cafeacute En effet lrsquoaddition
de reacutesidus de cafeacute atteacutenue les ravages sur les plants de soja occasionneacutes par Megacopta
cribraria en renforccedilant le systegraveme de deacutefense de la plante (http 7)
Drsquoautres eacutetudes indiquent par contre une absence drsquoeffet protecteur des reacutesidus de cafeacute agrave
lrsquoexemple de lrsquoinsecte ravageur Aulacaspis yasumatsui sur les cycas (Magellan et al 2013)
la cafeacuteine eacutetant consideacutereacutee comme un composeacute de deacutefense de la plante contre les herbivores et
les microorganismes (Brownlee et al 1990 Cruz et al 2012) Dans le cadre de notre eacutetude
la teneur en cafeacuteine dans les reacutesidus est consideacutereacutee comme faible agrave la suite drsquoune premiegravere
extraction aqueuse agrave chaud Ce qui aurait favoriseacute la prolifeacuteration de la microfaune du sol
essentiellement dans la partie correspondante au laquo mulch raquo
La floraison est retardeacutee en cas drsquoapplication preacutecoce de reacutesidus de cafeacute sur des individus en
germination La floraison est stimuleacutee par lrsquoapport drsquoengrais organiques chez plusieurs espegraveces
(Umesha et al 2011) Chez Solanum nigrum des doses insuffisantes drsquoengrais organiques
entrainaient un retard de floraison Cela serait ducirc agrave un deacuteficit drsquoeacuteleacutements nutritifs reacuteduisant la
croissance et causant un retard de la floraison (Umesha et al 2011) Nos reacutesultats semblent en
Discussions
20
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
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Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cole
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5N
om
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
fluoxeacutetine
teacutemoin
Aa
0
1
2
3
4
5
Nom
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
aa a
0
05
1
15
2
25
Poid
s des
gra
ines
(g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
0
05
1
15
2
25
Poid
s des
gra
ines
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
a aa
a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
0
05
1
15
2
25
3
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Poid
s des
gouss
es (
g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
0
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1
15
2
25
3
35
Poid
s des
gouss
es (
g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 4
Remerciements
ii
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
A tous ceux qui ont apporteacute leur contribution agrave la reacutealisation de ce meacutemoire qursquoils trouvent ici
notre gratitude notre reconnaissance et nos sincegraveres remerciements ainsi que lrsquoassurance de
notre tregraves haute consideacuteration en particulier agrave
Monsieur Herimiamina ANDRIAMAZAORO Chef de Deacutepartement de Recherches
Agronomiques du FOFIFA agrave Ambatobe de nous avoir procureacute les graines de Haricot pour notre
expeacuterience
Tous les enseignants de la Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales mais aussi les autres
enseignants du Domaine Sciences et Technologies pour toutes les connaissances scientifiques
dont ils mrsquoont fait part au cours de mes eacutetudes universitaires
Monsieur Zaza qui mrsquoa aideacutee lors de la construction de la serre et la preacuteparation de tous les
mateacuteriels de culture jusqursquoagrave leur mise en place
Toutes les personnes qui ont contribueacute tous ceux qui ont participeacute de pregraves ou de loin agrave la
reacutealisation de mon travail et je tiens ici agrave les remercier
Enfin pour leur soutien sans faille et permanent je tiens agrave remercier de tout cœur les membres
de ma famille pour leur amour et compreacutehension
Table des matiegraveres
iii
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
TABLE DES MATIERES
REMERCIEMENTS i
TABLE DES MATIERES iii
LISTE DrsquoABREVIATION v
LISTE DE PHOTOhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipv
LISTE DES FIGURES v
LISTE DES ANNEXEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipvi
GLOSSAIRE vi
I INTRODUCTION 1
IIMATERIELS ET METHODEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II1 Mateacuterielshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II11 Mateacuteriel veacutegeacutetalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II12 Produits eacutetudieacuteshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II13 Mise en culturehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II131 Construction drsquoune serrehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II132 Conteneurs et Substrats de culturehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II2Meacutethodeshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
II21 Etablissement et suivi des cultureshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
II211Preacuteparation de la solution de fluoxeacutetinehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
II212 Preacuteparation de marc de cafeacutehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
II213 Paramegravetres et suivis des cultureshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6
II22Deacutenombrement de la microfaune du solhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6
II3 Analyses statistiqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7
Table des matiegraveres
iv
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
III RESUTATS 8
III1 Effets de la fluoxeacutetine ou du mulch de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la racine 8
III2 Effets de la fluoxeacutetine ou du mulch de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la tige et la feuille 11
III3 Effets de la fluoxeacutetine ou du mulch de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les fleurs et les fruits 12
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du mulch de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les microfaunes du sol 15
IV DISCUSSIONS 17
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES 22
VI REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 23
ANNEXEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipI
Annexe 1helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipI
Annexe 2helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipII
Annexe 3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIII
ABSTRACT
RESUME
Table des matiegraveres
v
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
LISTE DrsquoABREVIATION
PPCPs Pharmaceuticals and Personal Care Products
LISTE DE PHOTO
Photo 1 Dispositif de Berlesehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7
LISTE DES FIGURES
Figure 1 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement B sur la biomasse racinaire (B) de
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8
Figure 2 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoeacutelongation racinaire de
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip9
Figure 3 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application
de laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoinitiation de nodules
racinaires par individus de Phaseolus vulgaris helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip10
Figure 4 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le la taille des nodules
racinaires de Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip11
Figure 5 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la hauteur des tiges de
Phaseolus vulgaris apregraves 3mois de culturehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip13
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14
Table des matiegraveres
vi
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le nombre de
microfaune acariens et collemboles dans le substrathelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIII
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIV
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIV
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipV
LISTE DES ANNEXES
Annexe 1 FormuleshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipI
Annexe 2 Fiche techniquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipII
Annexe 3 Fiche techniquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIII
GLOSSAIRE
EC 50 la concentration efficace meacutediane mesure la concentration dun meacutedicament dun
anticorps ou dun toxique qui induit une reacuteponse agrave mi-chemin entre la ligne de base et leffet
maximum apregraves un certain temps dexposition agrave celui-ci
Ecotoxicologie eacutetude de limpact des polluants sur les eacutecosystegravemes
LD50 ou Lethal dose la dose leacutetale meacutediane ou concentration leacutetale meacutediane ougrave 50 de la
population est mort est un indicateur quantitatif de la toxiciteacute dune substance
Mulch Couche de mateacuteriaux naturels ou syntheacutetiques deacuteposeacutee au-dessus du sol
Table des matiegraveres
vii
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Marc de cafeacute reacutesidu de cafeacute obtenue agrave partir drsquoune extraction agrave chaude des poudres de grains
de cafeacute
Neurotrope substance ou eacuteleacutement qui se fixe preacutefeacuterentiellement sur le systegraveme nerveux
Psychotrope substance ayant un effet sur lactiviteacute ceacutereacutebrale au niveau du systegraveme nerveux
central
Introduction
1
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
I INTRODUCTION
La contamination de lrsquoair des eaux et des sols par les activiteacutes anthropiques repreacutesente de reacuteels
problegravemes environnementaux notamment dans le milieu marin lieu de deacutepocirct final des polluants
chimiques
Parmi ces contaminants certaines substances dites eacutemergentes parce que leur deacutetection agrave lrsquoeacutetat
de trace dans les eacutecosystegravemes est devenue possible gracircce au deacuteveloppement de techniques
drsquoanalyse plus performantes inquiegravetent actuellement la communauteacute scientifique et les
associations de consommateurs En effet les theacutematiques de recherche en eacutecotoxicologie se
tournent de plus en plus vers lrsquoeacutetude drsquoimpacts de composeacutes actifs preacutesents agrave des concentrations
de lrsquoordre drsquoune dizaine de ngl-1 (Brooks 2003) Par ailleurs les travaux rapportant la preacutesence
de nombreux composeacutes pharmaceutiques dans lenvironnement ont augmenteacute depuis les anneacutees
1990 (Stumpf et al 1999 Daughton et al 2000)
Les psychotropes sont parmi les classes de meacutedicaments les plus consommeacutees dans le monde
Les psychotropes et les produits de leur deacutegradation par lrsquoorganisme humain se retrouvent
libeacutereacutes dans notre environnement et pourraient perturber le deacuteveloppement drsquoautres organismes
(Brain et al 2008) En exemples citons lrsquoaugmentation de la locomotion du crabe eacutepibenthique
Carcinus maenas exposeacute agrave la fluoxeacutetine (Mesquita et al 2011) les changements de
comportement des poissons sauvages apregraves absorption doxazeacutepam une drogue anxiolytique
(Brodin et al 2013) et enfin la stimulation de la reproduction chez Daphnia magna et
lrsquoaugmentation de la feacuteconditeacute chez Ceriodaphnia dubia en preacutesence de fluoxeacutetine (Flaherty et
al 2001)
La fluoxeacutetine plus connue sous son nom commercial Prozacreg est un psychotrope syntheacutetique
utiliseacute pour lutter contre la deacutepression les troubles obsessionnels compulsifs la boulimie
nerveuse et les troubles de panique Crsquoest un des antideacutepresseurs les plus prescrits (Kolpin et
al 2002) dont le mode drsquoaction est une inhibition seacutelective de la recapture de la seacuterotonine au
niveau des neurones agrave noradreacutenaline activant les fonctions seacuterotoninergiques de la cellule
La fluoxeacutetine est meacutetaboliseacutee en grande partie dans le foie en norfluoxeacutetine et drsquoautres
moleacutecules non identifieacutees puis excreacuteteacutee par voie reacutenale (http 1) Jusqursquoagrave 11 du meacutedicament
sont excreacuteteacutes en tant que fluoxeacutetine non meacutetaboliseacutee (Morando 2009)
Apregraves avoir eacuteteacute transporteacutee par les eaux des eacutegouts la fluoxeacutetine a eacuteteacute retrouveacutee dans la boue
des riviegraveres et pourrait ecirctre absorbeacutee par les plantes Une eacutetude sur la dureacutee de vie des
meacutedicaments dans le sol indique qursquoelle eacutetait parmi les plus persistants et eacutetait encore deacutetecteacutee
apregraves 40 jours Les plantes qui poussent alors sur le sol contamineacute incorporent de la fluoxeacutetine
Introduction
2
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
dans leurs racines (https 2) Les effets de lrsquoexposition chronique agrave la fluoxeacutetine ont eacuteteacute surtout
eacutetudieacutes dans lrsquoenvironnement aquatique (Fent et al 2006) Cependant il y a tregraves peu drsquoeacutetudes
concernant les effets de la fluoxeacutetine sur les veacutegeacutetaux
Lrsquoexposition agrave des composeacutes pharmaceutiques actifs peut causer des perturbations sur le
deacuteveloppement des plantes Citons en exemples lrsquoinhibition de la croissance de lrsquoalgue
Pseudokirchneriella subcapitata en preacutesence de fluoxeacutetine (Barcelo et Petrovic 2007) et la
reacuteduction de la biomasse des fruits de courgette exposeacutee au carbamazeacutepine (Carter et al 2015)
Le cafeacute est un produit consommeacute essentiellement pour ses effets psychotropes La cafeacuteine par
son antagonisme sur lrsquoadeacutenosine provoque une augmentation de lrsquoactiviteacute nerveuse avec
libeacuteration drsquoadreacutenaline et augmentation du niveau de dopamine
Les reacutesidus des industries du cafeacute sont toxiques et repreacutesentent de seacuterieux problegravemes
environnementaux (Mussatto et al 2011) En effet une grande quantiteacute de marc de cafeacute est
deacutechargeacutee par les industries alimentaires pendant la fabrication du cafeacute instantaneacute Bien que
recycleacute en compost et en alimentation animale une quantiteacute importante est toujours consideacutereacutee
comme deacutechets et brucircleacutee (Silva et al 1998)
Le marc de cafeacute est aussi reconnu comme engrais organique et utiliseacute dans les jardins ou
potagers Des recherches anteacuterieures ont suggeacutereacute qursquoil peut ecirctre utiliseacute comme combustible
(Silva et al 1998) additif pour amender le sol (Yen et al 2005) adsorbant de meacutetaux (Utomo
et al 2006) compost (Orozco et al 1996 Morikawa et Saigusa 2008) paillage ou laquo mulch raquo
(Eshetu et al 2007) et moyen de controcircle des mauvaises herbes (Sciarrappa et al 2008)
Puisque le marc de cafeacute est un sous-produit agrave bas prix et que plus de 80 millions de tonnes sont
disponibles par an son utilisation est devenue une option inteacuteressante pour leacuteconomie
circulaire
Si la toxiciteacute des substances psychotropes sur lrsquoorganisme humain ou sur des modegraveles animaux
ont fait lrsquoobjet drsquoeacutetudes pousseacutees avant leur mise sur le marcheacute leurs effets sur les plantes ne
sont pas bien connus Parfois des tests de laboratoire sur les algues et les lentilles drsquoeau sont
utiliseacutes pour eacutevaluer la toxiciteacute chronique des substances pharmaceutiques mais les eacutetudes
concernant leurs impacts sur les plantes supeacuterieures restent rares Webb (2001) suggeacuterait en
comparant diffeacuterents niveaux trophiques que les algues eacutetaient plus sensibles aux meacutedicaments
testeacutes et que les classes les plus toxiques eacutetaient les antideacutepresseurs les antibiotiques et les
antipsychotiques Drsquoune maniegravere geacuteneacuterale les substances phytotoxiques interfegraverent avec
labsorption et le transport de micro et macro eacuteleacutements essentiels et perturbent la croissance et
le deacuteveloppement de la plante (Jin et al 2009)
Introduction
3
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les effets de deux psychotropes la fluoxeacutetine et le cafeacute sur la croissance et le deacuteveloppement
drsquoune plante modegravele sont eacutevalueacutes dans cette eacutetude De nombreux travaux anteacuterieurs ont rapporteacute
les effets du marc de cafeacute utiliseacute en paillage ou laquo mulch raquo sur les cultures (Silva 1998 Reigosa
1999 Altland et Lanthier 2007) mais ce qui distingue la preacutesente eacutetude est son application agrave
diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante En effet lrsquoexposition des plantes aux produits
pharmaceutiques ou aux deacutechets industriels pourrait survenir de maniegravere aleacuteatoire crsquoest-agrave-dire
agrave nrsquoimporte quel stade de deacuteveloppement de la plante Notre hypothegravese de travail est que la
sensibiliteacute des plantes agrave un paillage au marc de cafeacute varie selon leur stade de deacuteveloppement
Lrsquoobjectif de ce travail est drsquoeacutevaluer la reacuteponse drsquoune plante modegravele agrave cycle court Phaseolus
vulgaris agrave des substances psychotropes comme la fluoxeacutetine ou le cafeacute Plus speacutecifiquement
notre eacutetude vise agrave identifier les perturbations occasionneacutees par ces produits sur le
deacuteveloppement de la plante lorsque lrsquoexposition se deacuteroule de maniegravere chronique (cas de la
fluoxeacutetine) ou survient agrave des stades preacutecis du deacuteveloppement
Ce devoir sera deacuteveloppeacute comme suit tout drsquoabord les mateacuteriels et meacutethodes ensuite les
reacutesultats puis les discussions et se terminera par une conclusion et quelques perspectives
Mateacuteriels et meacutethodes
4
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
II MATERIELS ET METHODES
II1 Mateacuteriels
II11 Mateacuteriel veacutegeacutetal
Des graines de Phaseolus vulgaris varieacuteteacute laquo vangamena raquo (lot cal98 FOFIFA) ont eacuteteacute utiliseacutees
pour lrsquoexpeacuterimentation
Trois stades ont eacuteteacute deacutefinis au cours du deacuteveloppement des plants de haricot
- le stade 1 qui correspond agrave la graine segraveche dormante avant la germination
- le stade 2 qui correspond agrave la plantule germeacutee en deacutebut de croissance veacutegeacutetative et
caracteacuteriseacute par le deacuteploiement agrave lrsquohorizontal des deux cotyleacutedons est atteint 30 jours
apregraves le semis
- le stade 3 qui correspond agrave la floraison et caracteacuteriseacute par la premiegravere apparition de
bourgeons floraux est atteint 60 jours apregraves le semis
II12 Produits eacutetudieacutes
Deux psychotropes ont eacuteteacute utiliseacutes pour cette eacutetude
- Fluoxeacutetine 20mg agrave partir de comprimeacutes de Dawnexreg (Micro Labs Ltd Inde)
- Marc de cafeacute obtenu agrave partir drsquoune extraction agrave lrsquoeau chaude de la poudre de cafeacute
II13 Mise en culture
II131 Construction drsquoune serre
Une serre en bois de (6times3times175m) a eacuteteacute construite et recouverte drsquoune toile en polyeacutethylegravene
translucide soutenue par des lattes entrelaceacutees Deux ouvertures ont eacuteteacute ameacutenageacutees pour
permettre une meilleure circulation drsquoair dans la serre et abaisser la tempeacuterature inteacuterieure Les
expeacuteriences ont eacuteteacute reacutealiseacutees de juin agrave septembre 2015 et la tempeacuterature dans la serre variait de
37 agrave 40degC pendant le jour et de 7agrave 12degC pendant la nuit
II132 Conteneurs et Substrats de culture
Le substrat de culture utiliseacute est un meacutelange de sol noir argileux de sol rouge lateacuteritique et de
sable (111) qui pegravese environ 1000g Le conteneur de culture est confectionneacute agrave partir drsquoune
Mateacuteriels et meacutethodes
5
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
bouteille drsquoeau commerciale en polyeacutethylegravene de 15l coupeacutee aux trois-quarts de sa hauteur
(approximativement 22cm) Le semis a eacuteteacute effectueacute agrave raison drsquoune graine par conteneur
II2 Meacutethodes
Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits psychotropes La
premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de fluoxeacutetine depuis
la germination jusqursquoagrave la seacutenescence La seconde expeacuterimentation vise agrave eacutevaluer la reacuteponse des
plantules lorsque le substrat est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade
preacutecis de leur deacuteveloppement
II21 Etablissement et suivi des cultures
II211 Preacuteparation de la solution de fluoxeacutetine
Pour la premiegravere expeacuterimentation une solution de 31mgl-1 de fluoxeacutetine a eacuteteacute preacutepareacutee agrave partir
de comprimeacutes de Dawnexreg (Micro Labs Ltd Inde) contenant 20mg drsquoingreacutedient actif soit 3000
fois la concentration minimale montrant un effet sur les phytoplanctons (Fent et al 2006)
Les plantes ont eacuteteacute arroseacutees tous les trois jours avec 330ml de cette solution depuis la
germination jusqursquoagrave la seacutenescence Trente plantes ont eacuteteacute traiteacutees de maniegravere chronique avec de
la fluoxeacutetine alors que 30 autres ont eacuteteacute arroseacutees agrave la mecircme freacutequence avec de lrsquoeau de robinet
II212 Preacuteparation de marc de cafeacute
Pour la seconde expeacuterimentation de la poudre de cafeacute a eacuteteacute preacutepareacutee agrave partir de graines segraveches
tout venant acheteacutees au marcheacute drsquoAntananarivo torreacutefieacutees agrave la poecircle pendant 15 minutes avant
drsquoecirctre reacuteduites en poudre Le marc de cafeacute est obtenu apregraves avoir effectueacute une premiegravere
extraction agrave lrsquoeau chaude agrave raison de 250g de poudre par litre pour imiter la preacuteparation de cafeacute
agrave boire Le marc est ensuite seacutecheacute agrave lrsquoair libre et agrave lrsquoombre jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune poudre
segraveche puis stockeacute pour lrsquoexpeacuterimentation Ce proceacutedeacute a eacuteteacute reacutepeacuteteacute autant de fois pour
lrsquoapplication de marc de cafeacute au niveau du substrat aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de
la plante
Quatre cuillereacutees agrave soupe de marc de cafeacute environ 100g ont eacuteteacute deacuteposeacutees au-dessus du substrat
pour constituer une couche drsquoenviron 2cm drsquoeacutepaisseur selon le principe du laquomulchingraquo ou
paillage soit 11 agrave 12 tonnes par hectare Lrsquoapplication de marc de cafeacute a eacuteteacute effectueacutee avant le
Mateacuteriels et meacutethodes
6
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
changement de phases chez la plante Le nombre total drsquoindividus utiliseacutes est de 120
correspondant agrave 30 pour chacun des trois stades de deacuteveloppement et 30 autres servant de
teacutemoins sans application de marc de cafeacute
II213 Paramegravetres et suivis des cultures
Pour eacutevaluer lrsquoeffet de la fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur la croissance et le deacuteveloppement
des plantes des suivis hebdomadaires ont eacuteteacute faits sur la longueur de la tige la couleur des
feuilles le nombre de fleurs et de gousses tandis que la longueur et le poids sec des racines le
nombre et le diamegravetre des nodules le poids des gousses et des graines nrsquoont eacuteteacute mesureacutes qursquoen
fin drsquoexpeacuterience
Un pied-agrave-coulisse digital a eacuteteacute utiliseacute pour mesurer le diamegravetre des nodules
Le poids sec des racines le poids des gousses et des racines ont eacuteteacute mesureacutes agrave lrsquoaide drsquoune
balance de preacutecision
Un tableau de couleur de feuilles a eacuteteacute utiliseacute pour caracteacuteriser les changements de coloration
au cours du deacuteveloppement Ce tableau contient 6 couleurs variant du vert clair au vert fonceacute
correspondant agrave un numeacutero de 1 agrave 6 selon la meacutethode deacutecrite par Witt et al (2005)
II22 Deacutenombrement de la microfaune du sol
A la fin de la culture le nombre drsquoacariens et de collemboles dans le sol a eacuteteacute eacutevalueacute Pour cela
un dispositif de Berlese confectionneacute agrave partir drsquoune bouteille drsquoeau translucide en polyeacutethylegravene
dont la partie supeacuterieure inverseacutee est utiliseacutee pour contenir le substrat et la partie infeacuterieure pour
recueillir les microfaunes dans de lrsquoalcool agrave 70deg selon le principe de Antonio Berlese en 1905
(http 3) Briegravevement la partie supeacuterieure de la bouteille contenant le substrat est directement
exposeacutee agrave la lumiegravere drsquoune lampe incandescente de 60W La faune du sol va fuir la lumiegravere et
la chaleur et va migrer vers le fond de lrsquoentonnoir avant de tomber dans le reacutecipient contenant
de lrsquoalcool ougrave les insectes seront immobiliseacutes identifieacutes et deacutenombreacutes
Pour le sol venant des conteneurs teacutemoins et du traitement agrave la fluoxeacutetine 100g de sol preacuteleveacute
agrave la surface ont eacuteteacute preacuteleveacutes Pour les substrats comprenant un laquomulchraquo de reacutesidus de cafeacute les
microfaunes se trouvant dans le laquomulchraquo et dans le sol ont eacuteteacute recenseacutes seacutepareacutement
Mateacuteriels et meacutethodes
7
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Photo 1 Dispositif de Berlese
II3 Analyses statistiques
Le logiciel XLSTAT 2014 a eacuteteacute utiliseacute pour analyser les donneacutees concernant les effets de la
fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur les paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de P
vulgaris Une analyse de variances agrave un seul facteur a eacuteteacute faite pour deacutetecter les effets
significatifs suivie drsquoun test de comparaison des moyennes assorti drsquoun risque α=5
JRakotonirina 2015
Reacutesultats
8 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
III RESULTATS
Les effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine ou agrave un amendement du substrat au marc
de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante ont eacuteteacute eacutevalueacutes en suivant les
paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de la racine qui est le premier organe en contact
avec les produits testeacutes Cependant les effets plus systeacutemiques sur lrsquoorganisme veacutegeacutetal ont eacuteteacute
eacutevalueacutes en suivant la croissance et le deacuteveloppement des autres organes comme la tige la
feuille la fleur et le fruit
III1 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la racine
Les plantes traiteacutees agrave la fluoxeacutetine produisent moins de biomasse racinaire que celles non
traiteacutees (p=00001) Le traitement agrave la fluoxeacutetine reacuteduit la biomasse racinaire drsquoenviron 02g
(Figure 1A) soit 45 Cependant le laquo mulching raquo au marc de cafeacute preacutesente un effet plus
disparate En effet le marc de cafeacute nrsquoa aucun effet au cours de la germination mais reacuteduit
significativement (p=00001) la croissance racinaire lorsque appliqueacute en deacutebut des phases
veacutegeacutetative et de floraison drsquoenviron 01g soit 26 (Figure 1B)
Figure 1 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement B sur la biomasse racinaire (B) de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
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Bio
mas
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
9 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
La fluoxeacutetine nrsquoaffecte pas (p=00558) la croissance racinaire (Figure 2A) Par contre le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute stimule fortement (p=00006) lrsquoeacutelongation racinaire lorsque
appliqueacute au cours de la germination des plantules (Figure 2B) Le traitement au laquo mulch raquo de
cafeacute provoque une augmentation drsquoenviron 2cm de la longueur des tiges
Figure 2 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoeacutelongation racinaire de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
En ce qui concerne le nombre de nodules racinaires la figure 3A montre une forte inhibition
(p=00150) de leur initiation par la fluoxeacutetine drsquoenviron 77(13nodules) Et plus inteacuteressant
encore la figure 3B nous montre que lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison
entraicircne une reacuteduction significative (p=00023) du nombre de nodules drsquoenviron 52 (27
nodules)
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rac
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(cm
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
a
bb b
B A
Reacutesultats
10 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 3 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application
de laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoinitiation de nodules
racinaires par individus de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
La fluoxeacutetine nrsquoinflue pas sur la taille des nodules des racines (p=01658) tandis que le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute reacuteduit leur taille drsquoenviron 04mm (p=00017) lorsque appliqueacute
en deacutebut des phases de germination et de croissance veacutegeacutetative (Figure 4B)
a
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0
10
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
11 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 4 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le la taille des nodules racinaires
de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III2 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la tige et la feuille
La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet (p=03319) sur lrsquoeacutelongation de la tige (Figure 5A) Par contre les
plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sont
significativement plus courtes drsquoenviron 1cm (p=00026) compareacutees aux plantes teacutemoins
(Figures 5B)
La fluoxeacutetine (p= 03169) et le laquo mulch raquo de cafeacute (p=07685) nrsquoont aucune influence sur la
couleur des feuilles (Annexe 3)
a
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m)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
12 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 5 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la hauteur des tiges de Phaseolus
vulgaris apregraves 3 mois de culture
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III3 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les fleurs et les fruits
Les figures 6A et 6B preacutesentent la cineacutetique drsquoapparition des fleurs respectivement pour les
deux expeacuterimentations avec la fluoxeacutetine et le marc de cafeacute La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet
marqueacute sur le nombre de fleurs Cependant lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la
germination a provoqueacute drsquoune part un retard drsquoune semaine du pic de floraison et drsquoautre part
une reacuteduction du nombre total de fleurs produit par individu par rapport aux autres traitements
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des
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cm)
germination
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floraison
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Reacutesultats
13 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
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Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
V FG
B
Reacutesultats
14 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Lrsquoarrosage chronique drsquoune concentration de fluoxeacutetine nrsquoa aucune influence sur le nombre de
gousses (Figure 7A) Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la germination a provoqueacute une
augmentation du nombre de gousses en S8 (p=00451) et S9 (p=00391) puis lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute avant la croissance veacutegeacutetative a deacuteclencheacute une augmentation du nombre de
gousses depuis S8 (p=00263)
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
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Temps (semaine)
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floraison
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B
Reacutesultats
15 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Aucun effet significatif de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute nrsquoa eacuteteacute trouveacute sur le poids des
gousses le poids des graines ou le nombre de graines de Phaseolus vulgaris (Annexe 3)
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la microfaune du sol
Dans un premier temps lrsquoanalyse au preacutealable de la microfaune du sol au niveau du sol situeacute
sous le laquo mulch raquo nrsquoa pas permis de deacutetecter une diffeacuterence significative avec les cultures
teacutemoins Crsquoest la raison pour laquelle les comparaisons ont eacuteteacute focaliseacutees sur le laquo mulch raquo
couvrant le substrat initial
La fluoxeacutetine nrsquoa pas drsquoinfluence sur lrsquoabondance drsquoacariens (p=08734) et de collemboles
(p=1) dans le sol
Par contre lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la
plante permet de favoriser le deacuteveloppement drsquoune acarofaune (p=0022) surtout lors drsquoune
addition au cours du stade veacutegeacutetatif De mecircme le laquomulchingraquo favorise la prolifeacuteration de
collemboles (p=00130) dans le substrat mais leur nombre est nettement infeacuterieur compareacute aux
acariens (Figure 8)
Reacutesultats
16 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le
nombre de microfaunes acariens et collemboles dans le substrat
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
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Acariens Collemboles
Nom
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Mic
rofa
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par
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rat
mulch germination
mulch veacutegeacutetative
mulch floraison
teacutemoin
B
Discussions
17
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
IV DISCUSSIONS
La croissance et le deacuteveloppement des plants de haricot sont inhibeacutes par la preacutesence de
laquo mulch raquo de cafeacute Les reacutesultats ont montreacute que lrsquoeacutelongation de la tige est inhibeacutee par lrsquoaddition
de laquo mulch raquo de cafeacute et que lrsquoapplication de ce dernier agrave des peacuteriodes coiumlncidant avec le deacutebut
des stades veacutegeacutetatif et de floraison induit une reacuteduction de la biomasse racinaire et une
inhibition de lrsquoeacutelongation racinaire au stade de germination
Ces effets inhibiteurs pourraient ecirctre causeacutes par la teneur en cafeacuteine qui persiste dans les reacutesidus
de cafeacute utiliseacutes En effet il a eacuteteacute rapporteacute que lajout de cafeacuteine dans le substrat agrave certaines doses
conduirait agrave des symptocircmes semblables agrave une carence en calcium y compris un retard de
croissance chez les plantes (http 4) Il a eacuteteacute aussi mentionneacute que la cafeacuteine agrave une concentration
de 60ppm induisait une inhibition de la croissance des tiges et des racines chez
Phaseolus vulgaris (Lahouti et al 2007) En effet la cafeacuteine est connue pour son action
inhibitrice de la prolifeacuteration cellulaire (Levi-Schaffer et al 1991) Elle eacutetait rapporteacutee comme
favorisant le deacuteclenchement de la mort cellulaire programmeacutee et perturbe les proteacuteines
reacutegulatrices du cycle cellulaire (Bode et Dong 2007) La cafeacuteine ou lrsquoacide cafeacuteique a eacuteteacute deacutecrit
comme inhibiteur de la prolifeacuteration des cellules du cancer du sein (Rosendahl 2015) Plus
particuliegraverement la cafeacuteine est connue comme eacutetant un inhibiteur de la formation du
phragmoplaste lors la division cellulaire chez les veacutegeacutetaux empecircchant la cytodieacuteregravese (Hepler et
Bonsignore 1990) Cet effet reacutesulterait en la reacuteduction de la division cellulaire et du nombre de
cellules dans le meacuteristegraveme apical de la tige (Helper et Bosignore 1990 Galatis et Apostolakos
1991) Chez la laitue lrsquoaddition de marc de cafeacute agrave une concentration entre 25 et 5 (vv) nrsquoa
pas drsquoeffets significatifs sur la croissance et le deacuteveloppement de la plante Par contre une
induction du stress est observeacutee agrave des concentrations supeacuterieures agrave 10 probablement due agrave
lrsquoaugmentation de composeacutes phytotoxiques comme la cafeacuteine ou bien agrave la reacuteduction des
macronutriments absorbeacutes par la plante pour sa croissance (Gomes et al 2013) Drsquoautres
composeacutes potentiellement toxiques comme les tanins et lrsquoacide chlorogeacutenique persistent dans
le marc de cafeacute (Batish et al 2008) et sont susceptibles drsquoentraicircner une inhibition de la
croissance de la plante (Gomes et al 2013) Pandey et al (2007) suggeacuteraient que crsquoest la
preacutesence de lrsquoacide chlorogeacutenique dans le cafeacute qui provoque lrsquoinhibition de la croissance de la
plante Ce composeacute est rapporteacute comme inhibiteur de la croissance du coleacuteoptile chez le bleacute
(Kefeli et al 1978) Mais drsquoautres auteurs stipulent que les polypheacutenols abondants dans le
marc de cafeacute pourraient agir aussi comme inhibiteurs ou comme stimulateurs de la croissance
en fonction de leur concentration (Ignat et al 2009)
Discussions
18
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
La preacutesence de champignons et bacteacuteries qui prolifegraverent abondamment dans le marc de cafeacute
favoriserait lrsquoapparition de maladies au niveau des racines et par conseacutequent un retard de
croissance (http 5)
Lrsquoinitiation et la croissance des nodules sont inhibeacutees chez les plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo
de cafeacute En effet les plants de haricot traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut de floraison
ont deacuteveloppeacute peu de nodules racinaires par rapport aux plants teacutemoins et la taille des nodules
est reacuteduite chez les plants traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute au cours des stades de germination
et de croissance veacutegeacutetative
A part lrsquoeffet inhibiteur de la cafeacuteine preacutesente dans les reacutesidus de cafeacute lrsquoinhibition de lrsquoinitiation
nodulaire et la reacuteduction de la taille des nodules sont causeacutees par plusieurs des facteurs
hormonaux et drsquoautres lieacutes au niveau de nitrate ou drsquoammonium Linitiation de nodules est
controcircleacutee par plusieurs facteurs hormonaux (Schultze et Kondorosi 1998) mais la formation
des nodules deacutepend de la communication entre la tige et la racine (Complainville 2003
Okamoto et Kawaguchi2015) En particulier le nitrate est connu pour reacuteguler neacutegativement le
transport basipeacutetal de lrsquoauxine entre la racine et la tige dougrave lrsquoinhibition de la nodulation par
de fortes concentrations en nitrate (Mortier 2012 Saito 2014) Les conditions de
lenvironnement telles que la disponibiliteacute en nitrate ou ammonium affectent les processus de
nodulation et les signaux endogegravenes tels que la provision de carbone lefficaciteacute de nodulation
et le processus de fixation dazote (Mortier 2012) Chez Lotus japonicus lrsquoapplication de
concentrations de nitrate entre 3 et 10 mM entraicircne une inhibition de lrsquoinitiation de nodules
(Okamoto et Kawaguchi 2015) via lrsquoinhibition de la nitrogeacutenase (Carroll et Gresshoff
1983)Chez les plantes de soja les diamegravetres des nodules ont augmenteacute de 1 agrave 6 mm pour 14
jours en absence de nitrate En revanche laugmentation de la taille des nodules a eacuteteacute reacuteduite
par laddition de 5mM de nitrate (Saito et al 2014) Une forte consommation de
photosyntheacutetats au niveau des racines peut aussi limiter leur allocation aux nodules qui peut
entraicircner une inhibition de la croissance et lrsquoarrecirct de la fixation de lazote atmospheacuterique
(Yashima 2005) Chez le pois une faible concentration en NH4+ favorise une augmentation de
la taille des nodules Il semble qursquoune meilleure fixation de N2 est obtenue lorsque du NH4+ est
disponible (Vassey et Waterer 1992)Or le nitrate est la forme principale drsquoazote dans le
vermicompost de cafeacute (Chaoui et al 2003 Micelli et al 2007 Tognetti 2010) Il est alors
possible que le faible nombre de nodules et la reacuteduction de la taille des nodules chez les
plantules traiteacutees aient eacuteteacute provoqueacutes par une concentration eacuteleveacutee de nitrate dans le marc de
cafeacute
Discussions
19
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les flavonoiumldes affectent la formation des nodules gracircce agrave leur proprieacuteteacute reacuteductrice du transport
et de lrsquoaccumulation drsquoauxine Un signal de cytokinine est deacuteterminant pour lrsquoinitiation des
nodules agrave travers lrsquoinhibition du transport polaire et de lrsquoaccumulation drsquoauxine dans les cellules
corticales par les flavonoiumldes (Ng et al 2015) Le rocircle de lauxine dans la nodulation est lieacute
eacutetroitement au deacuteveloppement dautres structures racinaires comme la racine lateacuterale Le
deacuteveloppement des racines et des nodules est reacuteguleacute par le ratio auxine-cytokinine
Lrsquoaccumulation drsquoauxine stimule la formation de racines lateacuterales alors que lrsquoaugmentation de
cytokinine ou lrsquoinhibition du transport dauxine induit le deacuteveloppement de pseudo-
nodules (http 6) Il est inteacuteressant de souligner que lrsquoapplication de marc de cafeacute avait stimuleacute
la formation de nodules racinaires chez les plants de soja (Lee et Hirsch 2006)
Lrsquoutilisation de laquo mulch raquo pour ameacuteliorer les cultures peut entraicircner des effets sur la diversiteacute
et lrsquoabondance microbiennes (Tiquia et al 2002) En effet laddition de vermicompost de cafeacute
dans le sol a favoriseacute lactiviteacute microbienne (Atiyeh et al 2002 Theunissen 2010) Par contre
peu drsquoeacutetudes srsquoest inteacuteresseacutee agrave lrsquoeffet du laquo mulching raquo sur la microfaune du sol Nos reacutesultats
indiquent que le sol couvert de marc de cafeacute contient un nombre plus important de microfaunes
La deacutecomposition des reacutesidus de cafeacute est lente due agrave la preacutesence drsquoazote proteacuteique structural et
de fortes concentrations de lipides (Kitou et Okuno 1999) Ce qui pourrait neacutecessiter
lrsquointervention drsquoinsectes phytophages qui ne sont pas repousseacutes par le cafeacute En effet lrsquoaddition
de reacutesidus de cafeacute atteacutenue les ravages sur les plants de soja occasionneacutes par Megacopta
cribraria en renforccedilant le systegraveme de deacutefense de la plante (http 7)
Drsquoautres eacutetudes indiquent par contre une absence drsquoeffet protecteur des reacutesidus de cafeacute agrave
lrsquoexemple de lrsquoinsecte ravageur Aulacaspis yasumatsui sur les cycas (Magellan et al 2013)
la cafeacuteine eacutetant consideacutereacutee comme un composeacute de deacutefense de la plante contre les herbivores et
les microorganismes (Brownlee et al 1990 Cruz et al 2012) Dans le cadre de notre eacutetude
la teneur en cafeacuteine dans les reacutesidus est consideacutereacutee comme faible agrave la suite drsquoune premiegravere
extraction aqueuse agrave chaud Ce qui aurait favoriseacute la prolifeacuteration de la microfaune du sol
essentiellement dans la partie correspondante au laquo mulch raquo
La floraison est retardeacutee en cas drsquoapplication preacutecoce de reacutesidus de cafeacute sur des individus en
germination La floraison est stimuleacutee par lrsquoapport drsquoengrais organiques chez plusieurs espegraveces
(Umesha et al 2011) Chez Solanum nigrum des doses insuffisantes drsquoengrais organiques
entrainaient un retard de floraison Cela serait ducirc agrave un deacuteficit drsquoeacuteleacutements nutritifs reacuteduisant la
croissance et causant un retard de la floraison (Umesha et al 2011) Nos reacutesultats semblent en
Discussions
20
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
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Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cole
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5N
om
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
fluoxeacutetine
teacutemoin
Aa
0
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Nom
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de
gra
ines
par
indiv
idu
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veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
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0
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s des
gra
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(g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
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05
1
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2
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Poid
s des
gra
ines
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
a aa
a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
0
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1
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gouss
es (
g)
fluoxeacutetine
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A
a
a
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1
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2
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3
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Poid
s des
gouss
es (
g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 5
Table des matiegraveres
iii
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
TABLE DES MATIERES
REMERCIEMENTS i
TABLE DES MATIERES iii
LISTE DrsquoABREVIATION v
LISTE DE PHOTOhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipv
LISTE DES FIGURES v
LISTE DES ANNEXEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipvi
GLOSSAIRE vi
I INTRODUCTION 1
IIMATERIELS ET METHODEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II1 Mateacuterielshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II11 Mateacuteriel veacutegeacutetalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II12 Produits eacutetudieacuteshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II13 Mise en culturehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II131 Construction drsquoune serrehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II132 Conteneurs et Substrats de culturehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip4
II2Meacutethodeshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
II21 Etablissement et suivi des cultureshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
II211Preacuteparation de la solution de fluoxeacutetinehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
II212 Preacuteparation de marc de cafeacutehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip5
II213 Paramegravetres et suivis des cultureshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6
II22Deacutenombrement de la microfaune du solhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6
II3 Analyses statistiqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7
Table des matiegraveres
iv
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
III RESUTATS 8
III1 Effets de la fluoxeacutetine ou du mulch de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la racine 8
III2 Effets de la fluoxeacutetine ou du mulch de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la tige et la feuille 11
III3 Effets de la fluoxeacutetine ou du mulch de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les fleurs et les fruits 12
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du mulch de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les microfaunes du sol 15
IV DISCUSSIONS 17
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES 22
VI REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 23
ANNEXEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipI
Annexe 1helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipI
Annexe 2helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipII
Annexe 3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIII
ABSTRACT
RESUME
Table des matiegraveres
v
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
LISTE DrsquoABREVIATION
PPCPs Pharmaceuticals and Personal Care Products
LISTE DE PHOTO
Photo 1 Dispositif de Berlesehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7
LISTE DES FIGURES
Figure 1 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement B sur la biomasse racinaire (B) de
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8
Figure 2 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoeacutelongation racinaire de
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip9
Figure 3 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application
de laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoinitiation de nodules
racinaires par individus de Phaseolus vulgaris helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip10
Figure 4 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le la taille des nodules
racinaires de Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip11
Figure 5 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la hauteur des tiges de
Phaseolus vulgaris apregraves 3mois de culturehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip13
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14
Table des matiegraveres
vi
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le nombre de
microfaune acariens et collemboles dans le substrathelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIII
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIV
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIV
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipV
LISTE DES ANNEXES
Annexe 1 FormuleshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipI
Annexe 2 Fiche techniquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipII
Annexe 3 Fiche techniquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIII
GLOSSAIRE
EC 50 la concentration efficace meacutediane mesure la concentration dun meacutedicament dun
anticorps ou dun toxique qui induit une reacuteponse agrave mi-chemin entre la ligne de base et leffet
maximum apregraves un certain temps dexposition agrave celui-ci
Ecotoxicologie eacutetude de limpact des polluants sur les eacutecosystegravemes
LD50 ou Lethal dose la dose leacutetale meacutediane ou concentration leacutetale meacutediane ougrave 50 de la
population est mort est un indicateur quantitatif de la toxiciteacute dune substance
Mulch Couche de mateacuteriaux naturels ou syntheacutetiques deacuteposeacutee au-dessus du sol
Table des matiegraveres
vii
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Marc de cafeacute reacutesidu de cafeacute obtenue agrave partir drsquoune extraction agrave chaude des poudres de grains
de cafeacute
Neurotrope substance ou eacuteleacutement qui se fixe preacutefeacuterentiellement sur le systegraveme nerveux
Psychotrope substance ayant un effet sur lactiviteacute ceacutereacutebrale au niveau du systegraveme nerveux
central
Introduction
1
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
I INTRODUCTION
La contamination de lrsquoair des eaux et des sols par les activiteacutes anthropiques repreacutesente de reacuteels
problegravemes environnementaux notamment dans le milieu marin lieu de deacutepocirct final des polluants
chimiques
Parmi ces contaminants certaines substances dites eacutemergentes parce que leur deacutetection agrave lrsquoeacutetat
de trace dans les eacutecosystegravemes est devenue possible gracircce au deacuteveloppement de techniques
drsquoanalyse plus performantes inquiegravetent actuellement la communauteacute scientifique et les
associations de consommateurs En effet les theacutematiques de recherche en eacutecotoxicologie se
tournent de plus en plus vers lrsquoeacutetude drsquoimpacts de composeacutes actifs preacutesents agrave des concentrations
de lrsquoordre drsquoune dizaine de ngl-1 (Brooks 2003) Par ailleurs les travaux rapportant la preacutesence
de nombreux composeacutes pharmaceutiques dans lenvironnement ont augmenteacute depuis les anneacutees
1990 (Stumpf et al 1999 Daughton et al 2000)
Les psychotropes sont parmi les classes de meacutedicaments les plus consommeacutees dans le monde
Les psychotropes et les produits de leur deacutegradation par lrsquoorganisme humain se retrouvent
libeacutereacutes dans notre environnement et pourraient perturber le deacuteveloppement drsquoautres organismes
(Brain et al 2008) En exemples citons lrsquoaugmentation de la locomotion du crabe eacutepibenthique
Carcinus maenas exposeacute agrave la fluoxeacutetine (Mesquita et al 2011) les changements de
comportement des poissons sauvages apregraves absorption doxazeacutepam une drogue anxiolytique
(Brodin et al 2013) et enfin la stimulation de la reproduction chez Daphnia magna et
lrsquoaugmentation de la feacuteconditeacute chez Ceriodaphnia dubia en preacutesence de fluoxeacutetine (Flaherty et
al 2001)
La fluoxeacutetine plus connue sous son nom commercial Prozacreg est un psychotrope syntheacutetique
utiliseacute pour lutter contre la deacutepression les troubles obsessionnels compulsifs la boulimie
nerveuse et les troubles de panique Crsquoest un des antideacutepresseurs les plus prescrits (Kolpin et
al 2002) dont le mode drsquoaction est une inhibition seacutelective de la recapture de la seacuterotonine au
niveau des neurones agrave noradreacutenaline activant les fonctions seacuterotoninergiques de la cellule
La fluoxeacutetine est meacutetaboliseacutee en grande partie dans le foie en norfluoxeacutetine et drsquoautres
moleacutecules non identifieacutees puis excreacuteteacutee par voie reacutenale (http 1) Jusqursquoagrave 11 du meacutedicament
sont excreacuteteacutes en tant que fluoxeacutetine non meacutetaboliseacutee (Morando 2009)
Apregraves avoir eacuteteacute transporteacutee par les eaux des eacutegouts la fluoxeacutetine a eacuteteacute retrouveacutee dans la boue
des riviegraveres et pourrait ecirctre absorbeacutee par les plantes Une eacutetude sur la dureacutee de vie des
meacutedicaments dans le sol indique qursquoelle eacutetait parmi les plus persistants et eacutetait encore deacutetecteacutee
apregraves 40 jours Les plantes qui poussent alors sur le sol contamineacute incorporent de la fluoxeacutetine
Introduction
2
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
dans leurs racines (https 2) Les effets de lrsquoexposition chronique agrave la fluoxeacutetine ont eacuteteacute surtout
eacutetudieacutes dans lrsquoenvironnement aquatique (Fent et al 2006) Cependant il y a tregraves peu drsquoeacutetudes
concernant les effets de la fluoxeacutetine sur les veacutegeacutetaux
Lrsquoexposition agrave des composeacutes pharmaceutiques actifs peut causer des perturbations sur le
deacuteveloppement des plantes Citons en exemples lrsquoinhibition de la croissance de lrsquoalgue
Pseudokirchneriella subcapitata en preacutesence de fluoxeacutetine (Barcelo et Petrovic 2007) et la
reacuteduction de la biomasse des fruits de courgette exposeacutee au carbamazeacutepine (Carter et al 2015)
Le cafeacute est un produit consommeacute essentiellement pour ses effets psychotropes La cafeacuteine par
son antagonisme sur lrsquoadeacutenosine provoque une augmentation de lrsquoactiviteacute nerveuse avec
libeacuteration drsquoadreacutenaline et augmentation du niveau de dopamine
Les reacutesidus des industries du cafeacute sont toxiques et repreacutesentent de seacuterieux problegravemes
environnementaux (Mussatto et al 2011) En effet une grande quantiteacute de marc de cafeacute est
deacutechargeacutee par les industries alimentaires pendant la fabrication du cafeacute instantaneacute Bien que
recycleacute en compost et en alimentation animale une quantiteacute importante est toujours consideacutereacutee
comme deacutechets et brucircleacutee (Silva et al 1998)
Le marc de cafeacute est aussi reconnu comme engrais organique et utiliseacute dans les jardins ou
potagers Des recherches anteacuterieures ont suggeacutereacute qursquoil peut ecirctre utiliseacute comme combustible
(Silva et al 1998) additif pour amender le sol (Yen et al 2005) adsorbant de meacutetaux (Utomo
et al 2006) compost (Orozco et al 1996 Morikawa et Saigusa 2008) paillage ou laquo mulch raquo
(Eshetu et al 2007) et moyen de controcircle des mauvaises herbes (Sciarrappa et al 2008)
Puisque le marc de cafeacute est un sous-produit agrave bas prix et que plus de 80 millions de tonnes sont
disponibles par an son utilisation est devenue une option inteacuteressante pour leacuteconomie
circulaire
Si la toxiciteacute des substances psychotropes sur lrsquoorganisme humain ou sur des modegraveles animaux
ont fait lrsquoobjet drsquoeacutetudes pousseacutees avant leur mise sur le marcheacute leurs effets sur les plantes ne
sont pas bien connus Parfois des tests de laboratoire sur les algues et les lentilles drsquoeau sont
utiliseacutes pour eacutevaluer la toxiciteacute chronique des substances pharmaceutiques mais les eacutetudes
concernant leurs impacts sur les plantes supeacuterieures restent rares Webb (2001) suggeacuterait en
comparant diffeacuterents niveaux trophiques que les algues eacutetaient plus sensibles aux meacutedicaments
testeacutes et que les classes les plus toxiques eacutetaient les antideacutepresseurs les antibiotiques et les
antipsychotiques Drsquoune maniegravere geacuteneacuterale les substances phytotoxiques interfegraverent avec
labsorption et le transport de micro et macro eacuteleacutements essentiels et perturbent la croissance et
le deacuteveloppement de la plante (Jin et al 2009)
Introduction
3
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les effets de deux psychotropes la fluoxeacutetine et le cafeacute sur la croissance et le deacuteveloppement
drsquoune plante modegravele sont eacutevalueacutes dans cette eacutetude De nombreux travaux anteacuterieurs ont rapporteacute
les effets du marc de cafeacute utiliseacute en paillage ou laquo mulch raquo sur les cultures (Silva 1998 Reigosa
1999 Altland et Lanthier 2007) mais ce qui distingue la preacutesente eacutetude est son application agrave
diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante En effet lrsquoexposition des plantes aux produits
pharmaceutiques ou aux deacutechets industriels pourrait survenir de maniegravere aleacuteatoire crsquoest-agrave-dire
agrave nrsquoimporte quel stade de deacuteveloppement de la plante Notre hypothegravese de travail est que la
sensibiliteacute des plantes agrave un paillage au marc de cafeacute varie selon leur stade de deacuteveloppement
Lrsquoobjectif de ce travail est drsquoeacutevaluer la reacuteponse drsquoune plante modegravele agrave cycle court Phaseolus
vulgaris agrave des substances psychotropes comme la fluoxeacutetine ou le cafeacute Plus speacutecifiquement
notre eacutetude vise agrave identifier les perturbations occasionneacutees par ces produits sur le
deacuteveloppement de la plante lorsque lrsquoexposition se deacuteroule de maniegravere chronique (cas de la
fluoxeacutetine) ou survient agrave des stades preacutecis du deacuteveloppement
Ce devoir sera deacuteveloppeacute comme suit tout drsquoabord les mateacuteriels et meacutethodes ensuite les
reacutesultats puis les discussions et se terminera par une conclusion et quelques perspectives
Mateacuteriels et meacutethodes
4
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
II MATERIELS ET METHODES
II1 Mateacuteriels
II11 Mateacuteriel veacutegeacutetal
Des graines de Phaseolus vulgaris varieacuteteacute laquo vangamena raquo (lot cal98 FOFIFA) ont eacuteteacute utiliseacutees
pour lrsquoexpeacuterimentation
Trois stades ont eacuteteacute deacutefinis au cours du deacuteveloppement des plants de haricot
- le stade 1 qui correspond agrave la graine segraveche dormante avant la germination
- le stade 2 qui correspond agrave la plantule germeacutee en deacutebut de croissance veacutegeacutetative et
caracteacuteriseacute par le deacuteploiement agrave lrsquohorizontal des deux cotyleacutedons est atteint 30 jours
apregraves le semis
- le stade 3 qui correspond agrave la floraison et caracteacuteriseacute par la premiegravere apparition de
bourgeons floraux est atteint 60 jours apregraves le semis
II12 Produits eacutetudieacutes
Deux psychotropes ont eacuteteacute utiliseacutes pour cette eacutetude
- Fluoxeacutetine 20mg agrave partir de comprimeacutes de Dawnexreg (Micro Labs Ltd Inde)
- Marc de cafeacute obtenu agrave partir drsquoune extraction agrave lrsquoeau chaude de la poudre de cafeacute
II13 Mise en culture
II131 Construction drsquoune serre
Une serre en bois de (6times3times175m) a eacuteteacute construite et recouverte drsquoune toile en polyeacutethylegravene
translucide soutenue par des lattes entrelaceacutees Deux ouvertures ont eacuteteacute ameacutenageacutees pour
permettre une meilleure circulation drsquoair dans la serre et abaisser la tempeacuterature inteacuterieure Les
expeacuteriences ont eacuteteacute reacutealiseacutees de juin agrave septembre 2015 et la tempeacuterature dans la serre variait de
37 agrave 40degC pendant le jour et de 7agrave 12degC pendant la nuit
II132 Conteneurs et Substrats de culture
Le substrat de culture utiliseacute est un meacutelange de sol noir argileux de sol rouge lateacuteritique et de
sable (111) qui pegravese environ 1000g Le conteneur de culture est confectionneacute agrave partir drsquoune
Mateacuteriels et meacutethodes
5
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
bouteille drsquoeau commerciale en polyeacutethylegravene de 15l coupeacutee aux trois-quarts de sa hauteur
(approximativement 22cm) Le semis a eacuteteacute effectueacute agrave raison drsquoune graine par conteneur
II2 Meacutethodes
Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits psychotropes La
premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de fluoxeacutetine depuis
la germination jusqursquoagrave la seacutenescence La seconde expeacuterimentation vise agrave eacutevaluer la reacuteponse des
plantules lorsque le substrat est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade
preacutecis de leur deacuteveloppement
II21 Etablissement et suivi des cultures
II211 Preacuteparation de la solution de fluoxeacutetine
Pour la premiegravere expeacuterimentation une solution de 31mgl-1 de fluoxeacutetine a eacuteteacute preacutepareacutee agrave partir
de comprimeacutes de Dawnexreg (Micro Labs Ltd Inde) contenant 20mg drsquoingreacutedient actif soit 3000
fois la concentration minimale montrant un effet sur les phytoplanctons (Fent et al 2006)
Les plantes ont eacuteteacute arroseacutees tous les trois jours avec 330ml de cette solution depuis la
germination jusqursquoagrave la seacutenescence Trente plantes ont eacuteteacute traiteacutees de maniegravere chronique avec de
la fluoxeacutetine alors que 30 autres ont eacuteteacute arroseacutees agrave la mecircme freacutequence avec de lrsquoeau de robinet
II212 Preacuteparation de marc de cafeacute
Pour la seconde expeacuterimentation de la poudre de cafeacute a eacuteteacute preacutepareacutee agrave partir de graines segraveches
tout venant acheteacutees au marcheacute drsquoAntananarivo torreacutefieacutees agrave la poecircle pendant 15 minutes avant
drsquoecirctre reacuteduites en poudre Le marc de cafeacute est obtenu apregraves avoir effectueacute une premiegravere
extraction agrave lrsquoeau chaude agrave raison de 250g de poudre par litre pour imiter la preacuteparation de cafeacute
agrave boire Le marc est ensuite seacutecheacute agrave lrsquoair libre et agrave lrsquoombre jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune poudre
segraveche puis stockeacute pour lrsquoexpeacuterimentation Ce proceacutedeacute a eacuteteacute reacutepeacuteteacute autant de fois pour
lrsquoapplication de marc de cafeacute au niveau du substrat aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de
la plante
Quatre cuillereacutees agrave soupe de marc de cafeacute environ 100g ont eacuteteacute deacuteposeacutees au-dessus du substrat
pour constituer une couche drsquoenviron 2cm drsquoeacutepaisseur selon le principe du laquomulchingraquo ou
paillage soit 11 agrave 12 tonnes par hectare Lrsquoapplication de marc de cafeacute a eacuteteacute effectueacutee avant le
Mateacuteriels et meacutethodes
6
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
changement de phases chez la plante Le nombre total drsquoindividus utiliseacutes est de 120
correspondant agrave 30 pour chacun des trois stades de deacuteveloppement et 30 autres servant de
teacutemoins sans application de marc de cafeacute
II213 Paramegravetres et suivis des cultures
Pour eacutevaluer lrsquoeffet de la fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur la croissance et le deacuteveloppement
des plantes des suivis hebdomadaires ont eacuteteacute faits sur la longueur de la tige la couleur des
feuilles le nombre de fleurs et de gousses tandis que la longueur et le poids sec des racines le
nombre et le diamegravetre des nodules le poids des gousses et des graines nrsquoont eacuteteacute mesureacutes qursquoen
fin drsquoexpeacuterience
Un pied-agrave-coulisse digital a eacuteteacute utiliseacute pour mesurer le diamegravetre des nodules
Le poids sec des racines le poids des gousses et des racines ont eacuteteacute mesureacutes agrave lrsquoaide drsquoune
balance de preacutecision
Un tableau de couleur de feuilles a eacuteteacute utiliseacute pour caracteacuteriser les changements de coloration
au cours du deacuteveloppement Ce tableau contient 6 couleurs variant du vert clair au vert fonceacute
correspondant agrave un numeacutero de 1 agrave 6 selon la meacutethode deacutecrite par Witt et al (2005)
II22 Deacutenombrement de la microfaune du sol
A la fin de la culture le nombre drsquoacariens et de collemboles dans le sol a eacuteteacute eacutevalueacute Pour cela
un dispositif de Berlese confectionneacute agrave partir drsquoune bouteille drsquoeau translucide en polyeacutethylegravene
dont la partie supeacuterieure inverseacutee est utiliseacutee pour contenir le substrat et la partie infeacuterieure pour
recueillir les microfaunes dans de lrsquoalcool agrave 70deg selon le principe de Antonio Berlese en 1905
(http 3) Briegravevement la partie supeacuterieure de la bouteille contenant le substrat est directement
exposeacutee agrave la lumiegravere drsquoune lampe incandescente de 60W La faune du sol va fuir la lumiegravere et
la chaleur et va migrer vers le fond de lrsquoentonnoir avant de tomber dans le reacutecipient contenant
de lrsquoalcool ougrave les insectes seront immobiliseacutes identifieacutes et deacutenombreacutes
Pour le sol venant des conteneurs teacutemoins et du traitement agrave la fluoxeacutetine 100g de sol preacuteleveacute
agrave la surface ont eacuteteacute preacuteleveacutes Pour les substrats comprenant un laquomulchraquo de reacutesidus de cafeacute les
microfaunes se trouvant dans le laquomulchraquo et dans le sol ont eacuteteacute recenseacutes seacutepareacutement
Mateacuteriels et meacutethodes
7
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Photo 1 Dispositif de Berlese
II3 Analyses statistiques
Le logiciel XLSTAT 2014 a eacuteteacute utiliseacute pour analyser les donneacutees concernant les effets de la
fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur les paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de P
vulgaris Une analyse de variances agrave un seul facteur a eacuteteacute faite pour deacutetecter les effets
significatifs suivie drsquoun test de comparaison des moyennes assorti drsquoun risque α=5
JRakotonirina 2015
Reacutesultats
8 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
III RESULTATS
Les effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine ou agrave un amendement du substrat au marc
de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante ont eacuteteacute eacutevalueacutes en suivant les
paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de la racine qui est le premier organe en contact
avec les produits testeacutes Cependant les effets plus systeacutemiques sur lrsquoorganisme veacutegeacutetal ont eacuteteacute
eacutevalueacutes en suivant la croissance et le deacuteveloppement des autres organes comme la tige la
feuille la fleur et le fruit
III1 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la racine
Les plantes traiteacutees agrave la fluoxeacutetine produisent moins de biomasse racinaire que celles non
traiteacutees (p=00001) Le traitement agrave la fluoxeacutetine reacuteduit la biomasse racinaire drsquoenviron 02g
(Figure 1A) soit 45 Cependant le laquo mulching raquo au marc de cafeacute preacutesente un effet plus
disparate En effet le marc de cafeacute nrsquoa aucun effet au cours de la germination mais reacuteduit
significativement (p=00001) la croissance racinaire lorsque appliqueacute en deacutebut des phases
veacutegeacutetative et de floraison drsquoenviron 01g soit 26 (Figure 1B)
Figure 1 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement B sur la biomasse racinaire (B) de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
b
0
01
02
03
04
05
06
Bio
mas
se
raci
nai
re (
g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
Aa
b b
a
0
01
02
03
04
05
06
1
Bio
mas
se r
acin
aire
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
9 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
La fluoxeacutetine nrsquoaffecte pas (p=00558) la croissance racinaire (Figure 2A) Par contre le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute stimule fortement (p=00006) lrsquoeacutelongation racinaire lorsque
appliqueacute au cours de la germination des plantules (Figure 2B) Le traitement au laquo mulch raquo de
cafeacute provoque une augmentation drsquoenviron 2cm de la longueur des tiges
Figure 2 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoeacutelongation racinaire de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
En ce qui concerne le nombre de nodules racinaires la figure 3A montre une forte inhibition
(p=00150) de leur initiation par la fluoxeacutetine drsquoenviron 77(13nodules) Et plus inteacuteressant
encore la figure 3B nous montre que lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison
entraicircne une reacuteduction significative (p=00023) du nombre de nodules drsquoenviron 52 (27
nodules)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
1
Longueu
r des
rac
ines
(cm
)
fluoxeacutetine
teacutemoin
a
a
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
1
Longueu
r des
rac
ines
(cm
)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
a
bb b
B A
Reacutesultats
10 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 3 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application
de laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoinitiation de nodules
racinaires par individus de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
La fluoxeacutetine nrsquoinflue pas sur la taille des nodules des racines (p=01658) tandis que le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute reacuteduit leur taille drsquoenviron 04mm (p=00017) lorsque appliqueacute
en deacutebut des phases de germination et de croissance veacutegeacutetative (Figure 4B)
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germination
veacutegeacutetative
floraison
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Reacutesultats
11 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 4 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le la taille des nodules racinaires
de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III2 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la tige et la feuille
La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet (p=03319) sur lrsquoeacutelongation de la tige (Figure 5A) Par contre les
plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sont
significativement plus courtes drsquoenviron 1cm (p=00026) compareacutees aux plantes teacutemoins
(Figures 5B)
La fluoxeacutetine (p= 03169) et le laquo mulch raquo de cafeacute (p=07685) nrsquoont aucune influence sur la
couleur des feuilles (Annexe 3)
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germination
veacutegeacutetative
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B
Reacutesultats
12 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 5 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la hauteur des tiges de Phaseolus
vulgaris apregraves 3 mois de culture
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III3 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les fleurs et les fruits
Les figures 6A et 6B preacutesentent la cineacutetique drsquoapparition des fleurs respectivement pour les
deux expeacuterimentations avec la fluoxeacutetine et le marc de cafeacute La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet
marqueacute sur le nombre de fleurs Cependant lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la
germination a provoqueacute drsquoune part un retard drsquoune semaine du pic de floraison et drsquoautre part
une reacuteduction du nombre total de fleurs produit par individu par rapport aux autres traitements
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des
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Reacutesultats
13 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
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germination
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Reacutesultats
14 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Lrsquoarrosage chronique drsquoune concentration de fluoxeacutetine nrsquoa aucune influence sur le nombre de
gousses (Figure 7A) Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la germination a provoqueacute une
augmentation du nombre de gousses en S8 (p=00451) et S9 (p=00391) puis lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute avant la croissance veacutegeacutetative a deacuteclencheacute une augmentation du nombre de
gousses depuis S8 (p=00263)
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
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Reacutesultats
15 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Aucun effet significatif de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute nrsquoa eacuteteacute trouveacute sur le poids des
gousses le poids des graines ou le nombre de graines de Phaseolus vulgaris (Annexe 3)
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la microfaune du sol
Dans un premier temps lrsquoanalyse au preacutealable de la microfaune du sol au niveau du sol situeacute
sous le laquo mulch raquo nrsquoa pas permis de deacutetecter une diffeacuterence significative avec les cultures
teacutemoins Crsquoest la raison pour laquelle les comparaisons ont eacuteteacute focaliseacutees sur le laquo mulch raquo
couvrant le substrat initial
La fluoxeacutetine nrsquoa pas drsquoinfluence sur lrsquoabondance drsquoacariens (p=08734) et de collemboles
(p=1) dans le sol
Par contre lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la
plante permet de favoriser le deacuteveloppement drsquoune acarofaune (p=0022) surtout lors drsquoune
addition au cours du stade veacutegeacutetatif De mecircme le laquomulchingraquo favorise la prolifeacuteration de
collemboles (p=00130) dans le substrat mais leur nombre est nettement infeacuterieur compareacute aux
acariens (Figure 8)
Reacutesultats
16 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le
nombre de microfaunes acariens et collemboles dans le substrat
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
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Acariens Collemboles
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mulch germination
mulch veacutegeacutetative
mulch floraison
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Discussions
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
IV DISCUSSIONS
La croissance et le deacuteveloppement des plants de haricot sont inhibeacutes par la preacutesence de
laquo mulch raquo de cafeacute Les reacutesultats ont montreacute que lrsquoeacutelongation de la tige est inhibeacutee par lrsquoaddition
de laquo mulch raquo de cafeacute et que lrsquoapplication de ce dernier agrave des peacuteriodes coiumlncidant avec le deacutebut
des stades veacutegeacutetatif et de floraison induit une reacuteduction de la biomasse racinaire et une
inhibition de lrsquoeacutelongation racinaire au stade de germination
Ces effets inhibiteurs pourraient ecirctre causeacutes par la teneur en cafeacuteine qui persiste dans les reacutesidus
de cafeacute utiliseacutes En effet il a eacuteteacute rapporteacute que lajout de cafeacuteine dans le substrat agrave certaines doses
conduirait agrave des symptocircmes semblables agrave une carence en calcium y compris un retard de
croissance chez les plantes (http 4) Il a eacuteteacute aussi mentionneacute que la cafeacuteine agrave une concentration
de 60ppm induisait une inhibition de la croissance des tiges et des racines chez
Phaseolus vulgaris (Lahouti et al 2007) En effet la cafeacuteine est connue pour son action
inhibitrice de la prolifeacuteration cellulaire (Levi-Schaffer et al 1991) Elle eacutetait rapporteacutee comme
favorisant le deacuteclenchement de la mort cellulaire programmeacutee et perturbe les proteacuteines
reacutegulatrices du cycle cellulaire (Bode et Dong 2007) La cafeacuteine ou lrsquoacide cafeacuteique a eacuteteacute deacutecrit
comme inhibiteur de la prolifeacuteration des cellules du cancer du sein (Rosendahl 2015) Plus
particuliegraverement la cafeacuteine est connue comme eacutetant un inhibiteur de la formation du
phragmoplaste lors la division cellulaire chez les veacutegeacutetaux empecircchant la cytodieacuteregravese (Hepler et
Bonsignore 1990) Cet effet reacutesulterait en la reacuteduction de la division cellulaire et du nombre de
cellules dans le meacuteristegraveme apical de la tige (Helper et Bosignore 1990 Galatis et Apostolakos
1991) Chez la laitue lrsquoaddition de marc de cafeacute agrave une concentration entre 25 et 5 (vv) nrsquoa
pas drsquoeffets significatifs sur la croissance et le deacuteveloppement de la plante Par contre une
induction du stress est observeacutee agrave des concentrations supeacuterieures agrave 10 probablement due agrave
lrsquoaugmentation de composeacutes phytotoxiques comme la cafeacuteine ou bien agrave la reacuteduction des
macronutriments absorbeacutes par la plante pour sa croissance (Gomes et al 2013) Drsquoautres
composeacutes potentiellement toxiques comme les tanins et lrsquoacide chlorogeacutenique persistent dans
le marc de cafeacute (Batish et al 2008) et sont susceptibles drsquoentraicircner une inhibition de la
croissance de la plante (Gomes et al 2013) Pandey et al (2007) suggeacuteraient que crsquoest la
preacutesence de lrsquoacide chlorogeacutenique dans le cafeacute qui provoque lrsquoinhibition de la croissance de la
plante Ce composeacute est rapporteacute comme inhibiteur de la croissance du coleacuteoptile chez le bleacute
(Kefeli et al 1978) Mais drsquoautres auteurs stipulent que les polypheacutenols abondants dans le
marc de cafeacute pourraient agir aussi comme inhibiteurs ou comme stimulateurs de la croissance
en fonction de leur concentration (Ignat et al 2009)
Discussions
18
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
La preacutesence de champignons et bacteacuteries qui prolifegraverent abondamment dans le marc de cafeacute
favoriserait lrsquoapparition de maladies au niveau des racines et par conseacutequent un retard de
croissance (http 5)
Lrsquoinitiation et la croissance des nodules sont inhibeacutees chez les plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo
de cafeacute En effet les plants de haricot traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut de floraison
ont deacuteveloppeacute peu de nodules racinaires par rapport aux plants teacutemoins et la taille des nodules
est reacuteduite chez les plants traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute au cours des stades de germination
et de croissance veacutegeacutetative
A part lrsquoeffet inhibiteur de la cafeacuteine preacutesente dans les reacutesidus de cafeacute lrsquoinhibition de lrsquoinitiation
nodulaire et la reacuteduction de la taille des nodules sont causeacutees par plusieurs des facteurs
hormonaux et drsquoautres lieacutes au niveau de nitrate ou drsquoammonium Linitiation de nodules est
controcircleacutee par plusieurs facteurs hormonaux (Schultze et Kondorosi 1998) mais la formation
des nodules deacutepend de la communication entre la tige et la racine (Complainville 2003
Okamoto et Kawaguchi2015) En particulier le nitrate est connu pour reacuteguler neacutegativement le
transport basipeacutetal de lrsquoauxine entre la racine et la tige dougrave lrsquoinhibition de la nodulation par
de fortes concentrations en nitrate (Mortier 2012 Saito 2014) Les conditions de
lenvironnement telles que la disponibiliteacute en nitrate ou ammonium affectent les processus de
nodulation et les signaux endogegravenes tels que la provision de carbone lefficaciteacute de nodulation
et le processus de fixation dazote (Mortier 2012) Chez Lotus japonicus lrsquoapplication de
concentrations de nitrate entre 3 et 10 mM entraicircne une inhibition de lrsquoinitiation de nodules
(Okamoto et Kawaguchi 2015) via lrsquoinhibition de la nitrogeacutenase (Carroll et Gresshoff
1983)Chez les plantes de soja les diamegravetres des nodules ont augmenteacute de 1 agrave 6 mm pour 14
jours en absence de nitrate En revanche laugmentation de la taille des nodules a eacuteteacute reacuteduite
par laddition de 5mM de nitrate (Saito et al 2014) Une forte consommation de
photosyntheacutetats au niveau des racines peut aussi limiter leur allocation aux nodules qui peut
entraicircner une inhibition de la croissance et lrsquoarrecirct de la fixation de lazote atmospheacuterique
(Yashima 2005) Chez le pois une faible concentration en NH4+ favorise une augmentation de
la taille des nodules Il semble qursquoune meilleure fixation de N2 est obtenue lorsque du NH4+ est
disponible (Vassey et Waterer 1992)Or le nitrate est la forme principale drsquoazote dans le
vermicompost de cafeacute (Chaoui et al 2003 Micelli et al 2007 Tognetti 2010) Il est alors
possible que le faible nombre de nodules et la reacuteduction de la taille des nodules chez les
plantules traiteacutees aient eacuteteacute provoqueacutes par une concentration eacuteleveacutee de nitrate dans le marc de
cafeacute
Discussions
19
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les flavonoiumldes affectent la formation des nodules gracircce agrave leur proprieacuteteacute reacuteductrice du transport
et de lrsquoaccumulation drsquoauxine Un signal de cytokinine est deacuteterminant pour lrsquoinitiation des
nodules agrave travers lrsquoinhibition du transport polaire et de lrsquoaccumulation drsquoauxine dans les cellules
corticales par les flavonoiumldes (Ng et al 2015) Le rocircle de lauxine dans la nodulation est lieacute
eacutetroitement au deacuteveloppement dautres structures racinaires comme la racine lateacuterale Le
deacuteveloppement des racines et des nodules est reacuteguleacute par le ratio auxine-cytokinine
Lrsquoaccumulation drsquoauxine stimule la formation de racines lateacuterales alors que lrsquoaugmentation de
cytokinine ou lrsquoinhibition du transport dauxine induit le deacuteveloppement de pseudo-
nodules (http 6) Il est inteacuteressant de souligner que lrsquoapplication de marc de cafeacute avait stimuleacute
la formation de nodules racinaires chez les plants de soja (Lee et Hirsch 2006)
Lrsquoutilisation de laquo mulch raquo pour ameacuteliorer les cultures peut entraicircner des effets sur la diversiteacute
et lrsquoabondance microbiennes (Tiquia et al 2002) En effet laddition de vermicompost de cafeacute
dans le sol a favoriseacute lactiviteacute microbienne (Atiyeh et al 2002 Theunissen 2010) Par contre
peu drsquoeacutetudes srsquoest inteacuteresseacutee agrave lrsquoeffet du laquo mulching raquo sur la microfaune du sol Nos reacutesultats
indiquent que le sol couvert de marc de cafeacute contient un nombre plus important de microfaunes
La deacutecomposition des reacutesidus de cafeacute est lente due agrave la preacutesence drsquoazote proteacuteique structural et
de fortes concentrations de lipides (Kitou et Okuno 1999) Ce qui pourrait neacutecessiter
lrsquointervention drsquoinsectes phytophages qui ne sont pas repousseacutes par le cafeacute En effet lrsquoaddition
de reacutesidus de cafeacute atteacutenue les ravages sur les plants de soja occasionneacutes par Megacopta
cribraria en renforccedilant le systegraveme de deacutefense de la plante (http 7)
Drsquoautres eacutetudes indiquent par contre une absence drsquoeffet protecteur des reacutesidus de cafeacute agrave
lrsquoexemple de lrsquoinsecte ravageur Aulacaspis yasumatsui sur les cycas (Magellan et al 2013)
la cafeacuteine eacutetant consideacutereacutee comme un composeacute de deacutefense de la plante contre les herbivores et
les microorganismes (Brownlee et al 1990 Cruz et al 2012) Dans le cadre de notre eacutetude
la teneur en cafeacuteine dans les reacutesidus est consideacutereacutee comme faible agrave la suite drsquoune premiegravere
extraction aqueuse agrave chaud Ce qui aurait favoriseacute la prolifeacuteration de la microfaune du sol
essentiellement dans la partie correspondante au laquo mulch raquo
La floraison est retardeacutee en cas drsquoapplication preacutecoce de reacutesidus de cafeacute sur des individus en
germination La floraison est stimuleacutee par lrsquoapport drsquoengrais organiques chez plusieurs espegraveces
(Umesha et al 2011) Chez Solanum nigrum des doses insuffisantes drsquoengrais organiques
entrainaient un retard de floraison Cela serait ducirc agrave un deacuteficit drsquoeacuteleacutements nutritifs reacuteduisant la
croissance et causant un retard de la floraison (Umesha et al 2011) Nos reacutesultats semblent en
Discussions
20
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
Reacutefeacuterences bibliographiques
23
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
VI REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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pois
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-http8 wwwpuyallupwsueduwp-contentuploadssites403201503coffee-groundspdf
Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cole
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
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teacutemoin
0
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3
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5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5N
om
bre
de
gra
ines
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indiv
idu
fluoxeacutetine
teacutemoin
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floraison
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0
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1
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25
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gra
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fluoxeacutetine
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A
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1
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2
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s des
gra
ines
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
a aa
a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
0
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1
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Poid
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gouss
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g)
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A
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Poid
s des
gouss
es (
g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 6
Table des matiegraveres
iv
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
III RESUTATS 8
III1 Effets de la fluoxeacutetine ou du mulch de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la racine 8
III2 Effets de la fluoxeacutetine ou du mulch de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la tige et la feuille 11
III3 Effets de la fluoxeacutetine ou du mulch de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les fleurs et les fruits 12
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du mulch de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les microfaunes du sol 15
IV DISCUSSIONS 17
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES 22
VI REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 23
ANNEXEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipI
Annexe 1helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipI
Annexe 2helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipII
Annexe 3helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIII
ABSTRACT
RESUME
Table des matiegraveres
v
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
LISTE DrsquoABREVIATION
PPCPs Pharmaceuticals and Personal Care Products
LISTE DE PHOTO
Photo 1 Dispositif de Berlesehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7
LISTE DES FIGURES
Figure 1 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement B sur la biomasse racinaire (B) de
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8
Figure 2 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoeacutelongation racinaire de
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip9
Figure 3 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application
de laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoinitiation de nodules
racinaires par individus de Phaseolus vulgaris helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip10
Figure 4 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le la taille des nodules
racinaires de Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip11
Figure 5 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la hauteur des tiges de
Phaseolus vulgaris apregraves 3mois de culturehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip13
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14
Table des matiegraveres
vi
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le nombre de
microfaune acariens et collemboles dans le substrathelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIII
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIV
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIV
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipV
LISTE DES ANNEXES
Annexe 1 FormuleshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipI
Annexe 2 Fiche techniquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipII
Annexe 3 Fiche techniquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIII
GLOSSAIRE
EC 50 la concentration efficace meacutediane mesure la concentration dun meacutedicament dun
anticorps ou dun toxique qui induit une reacuteponse agrave mi-chemin entre la ligne de base et leffet
maximum apregraves un certain temps dexposition agrave celui-ci
Ecotoxicologie eacutetude de limpact des polluants sur les eacutecosystegravemes
LD50 ou Lethal dose la dose leacutetale meacutediane ou concentration leacutetale meacutediane ougrave 50 de la
population est mort est un indicateur quantitatif de la toxiciteacute dune substance
Mulch Couche de mateacuteriaux naturels ou syntheacutetiques deacuteposeacutee au-dessus du sol
Table des matiegraveres
vii
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Marc de cafeacute reacutesidu de cafeacute obtenue agrave partir drsquoune extraction agrave chaude des poudres de grains
de cafeacute
Neurotrope substance ou eacuteleacutement qui se fixe preacutefeacuterentiellement sur le systegraveme nerveux
Psychotrope substance ayant un effet sur lactiviteacute ceacutereacutebrale au niveau du systegraveme nerveux
central
Introduction
1
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
I INTRODUCTION
La contamination de lrsquoair des eaux et des sols par les activiteacutes anthropiques repreacutesente de reacuteels
problegravemes environnementaux notamment dans le milieu marin lieu de deacutepocirct final des polluants
chimiques
Parmi ces contaminants certaines substances dites eacutemergentes parce que leur deacutetection agrave lrsquoeacutetat
de trace dans les eacutecosystegravemes est devenue possible gracircce au deacuteveloppement de techniques
drsquoanalyse plus performantes inquiegravetent actuellement la communauteacute scientifique et les
associations de consommateurs En effet les theacutematiques de recherche en eacutecotoxicologie se
tournent de plus en plus vers lrsquoeacutetude drsquoimpacts de composeacutes actifs preacutesents agrave des concentrations
de lrsquoordre drsquoune dizaine de ngl-1 (Brooks 2003) Par ailleurs les travaux rapportant la preacutesence
de nombreux composeacutes pharmaceutiques dans lenvironnement ont augmenteacute depuis les anneacutees
1990 (Stumpf et al 1999 Daughton et al 2000)
Les psychotropes sont parmi les classes de meacutedicaments les plus consommeacutees dans le monde
Les psychotropes et les produits de leur deacutegradation par lrsquoorganisme humain se retrouvent
libeacutereacutes dans notre environnement et pourraient perturber le deacuteveloppement drsquoautres organismes
(Brain et al 2008) En exemples citons lrsquoaugmentation de la locomotion du crabe eacutepibenthique
Carcinus maenas exposeacute agrave la fluoxeacutetine (Mesquita et al 2011) les changements de
comportement des poissons sauvages apregraves absorption doxazeacutepam une drogue anxiolytique
(Brodin et al 2013) et enfin la stimulation de la reproduction chez Daphnia magna et
lrsquoaugmentation de la feacuteconditeacute chez Ceriodaphnia dubia en preacutesence de fluoxeacutetine (Flaherty et
al 2001)
La fluoxeacutetine plus connue sous son nom commercial Prozacreg est un psychotrope syntheacutetique
utiliseacute pour lutter contre la deacutepression les troubles obsessionnels compulsifs la boulimie
nerveuse et les troubles de panique Crsquoest un des antideacutepresseurs les plus prescrits (Kolpin et
al 2002) dont le mode drsquoaction est une inhibition seacutelective de la recapture de la seacuterotonine au
niveau des neurones agrave noradreacutenaline activant les fonctions seacuterotoninergiques de la cellule
La fluoxeacutetine est meacutetaboliseacutee en grande partie dans le foie en norfluoxeacutetine et drsquoautres
moleacutecules non identifieacutees puis excreacuteteacutee par voie reacutenale (http 1) Jusqursquoagrave 11 du meacutedicament
sont excreacuteteacutes en tant que fluoxeacutetine non meacutetaboliseacutee (Morando 2009)
Apregraves avoir eacuteteacute transporteacutee par les eaux des eacutegouts la fluoxeacutetine a eacuteteacute retrouveacutee dans la boue
des riviegraveres et pourrait ecirctre absorbeacutee par les plantes Une eacutetude sur la dureacutee de vie des
meacutedicaments dans le sol indique qursquoelle eacutetait parmi les plus persistants et eacutetait encore deacutetecteacutee
apregraves 40 jours Les plantes qui poussent alors sur le sol contamineacute incorporent de la fluoxeacutetine
Introduction
2
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
dans leurs racines (https 2) Les effets de lrsquoexposition chronique agrave la fluoxeacutetine ont eacuteteacute surtout
eacutetudieacutes dans lrsquoenvironnement aquatique (Fent et al 2006) Cependant il y a tregraves peu drsquoeacutetudes
concernant les effets de la fluoxeacutetine sur les veacutegeacutetaux
Lrsquoexposition agrave des composeacutes pharmaceutiques actifs peut causer des perturbations sur le
deacuteveloppement des plantes Citons en exemples lrsquoinhibition de la croissance de lrsquoalgue
Pseudokirchneriella subcapitata en preacutesence de fluoxeacutetine (Barcelo et Petrovic 2007) et la
reacuteduction de la biomasse des fruits de courgette exposeacutee au carbamazeacutepine (Carter et al 2015)
Le cafeacute est un produit consommeacute essentiellement pour ses effets psychotropes La cafeacuteine par
son antagonisme sur lrsquoadeacutenosine provoque une augmentation de lrsquoactiviteacute nerveuse avec
libeacuteration drsquoadreacutenaline et augmentation du niveau de dopamine
Les reacutesidus des industries du cafeacute sont toxiques et repreacutesentent de seacuterieux problegravemes
environnementaux (Mussatto et al 2011) En effet une grande quantiteacute de marc de cafeacute est
deacutechargeacutee par les industries alimentaires pendant la fabrication du cafeacute instantaneacute Bien que
recycleacute en compost et en alimentation animale une quantiteacute importante est toujours consideacutereacutee
comme deacutechets et brucircleacutee (Silva et al 1998)
Le marc de cafeacute est aussi reconnu comme engrais organique et utiliseacute dans les jardins ou
potagers Des recherches anteacuterieures ont suggeacutereacute qursquoil peut ecirctre utiliseacute comme combustible
(Silva et al 1998) additif pour amender le sol (Yen et al 2005) adsorbant de meacutetaux (Utomo
et al 2006) compost (Orozco et al 1996 Morikawa et Saigusa 2008) paillage ou laquo mulch raquo
(Eshetu et al 2007) et moyen de controcircle des mauvaises herbes (Sciarrappa et al 2008)
Puisque le marc de cafeacute est un sous-produit agrave bas prix et que plus de 80 millions de tonnes sont
disponibles par an son utilisation est devenue une option inteacuteressante pour leacuteconomie
circulaire
Si la toxiciteacute des substances psychotropes sur lrsquoorganisme humain ou sur des modegraveles animaux
ont fait lrsquoobjet drsquoeacutetudes pousseacutees avant leur mise sur le marcheacute leurs effets sur les plantes ne
sont pas bien connus Parfois des tests de laboratoire sur les algues et les lentilles drsquoeau sont
utiliseacutes pour eacutevaluer la toxiciteacute chronique des substances pharmaceutiques mais les eacutetudes
concernant leurs impacts sur les plantes supeacuterieures restent rares Webb (2001) suggeacuterait en
comparant diffeacuterents niveaux trophiques que les algues eacutetaient plus sensibles aux meacutedicaments
testeacutes et que les classes les plus toxiques eacutetaient les antideacutepresseurs les antibiotiques et les
antipsychotiques Drsquoune maniegravere geacuteneacuterale les substances phytotoxiques interfegraverent avec
labsorption et le transport de micro et macro eacuteleacutements essentiels et perturbent la croissance et
le deacuteveloppement de la plante (Jin et al 2009)
Introduction
3
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les effets de deux psychotropes la fluoxeacutetine et le cafeacute sur la croissance et le deacuteveloppement
drsquoune plante modegravele sont eacutevalueacutes dans cette eacutetude De nombreux travaux anteacuterieurs ont rapporteacute
les effets du marc de cafeacute utiliseacute en paillage ou laquo mulch raquo sur les cultures (Silva 1998 Reigosa
1999 Altland et Lanthier 2007) mais ce qui distingue la preacutesente eacutetude est son application agrave
diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante En effet lrsquoexposition des plantes aux produits
pharmaceutiques ou aux deacutechets industriels pourrait survenir de maniegravere aleacuteatoire crsquoest-agrave-dire
agrave nrsquoimporte quel stade de deacuteveloppement de la plante Notre hypothegravese de travail est que la
sensibiliteacute des plantes agrave un paillage au marc de cafeacute varie selon leur stade de deacuteveloppement
Lrsquoobjectif de ce travail est drsquoeacutevaluer la reacuteponse drsquoune plante modegravele agrave cycle court Phaseolus
vulgaris agrave des substances psychotropes comme la fluoxeacutetine ou le cafeacute Plus speacutecifiquement
notre eacutetude vise agrave identifier les perturbations occasionneacutees par ces produits sur le
deacuteveloppement de la plante lorsque lrsquoexposition se deacuteroule de maniegravere chronique (cas de la
fluoxeacutetine) ou survient agrave des stades preacutecis du deacuteveloppement
Ce devoir sera deacuteveloppeacute comme suit tout drsquoabord les mateacuteriels et meacutethodes ensuite les
reacutesultats puis les discussions et se terminera par une conclusion et quelques perspectives
Mateacuteriels et meacutethodes
4
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
II MATERIELS ET METHODES
II1 Mateacuteriels
II11 Mateacuteriel veacutegeacutetal
Des graines de Phaseolus vulgaris varieacuteteacute laquo vangamena raquo (lot cal98 FOFIFA) ont eacuteteacute utiliseacutees
pour lrsquoexpeacuterimentation
Trois stades ont eacuteteacute deacutefinis au cours du deacuteveloppement des plants de haricot
- le stade 1 qui correspond agrave la graine segraveche dormante avant la germination
- le stade 2 qui correspond agrave la plantule germeacutee en deacutebut de croissance veacutegeacutetative et
caracteacuteriseacute par le deacuteploiement agrave lrsquohorizontal des deux cotyleacutedons est atteint 30 jours
apregraves le semis
- le stade 3 qui correspond agrave la floraison et caracteacuteriseacute par la premiegravere apparition de
bourgeons floraux est atteint 60 jours apregraves le semis
II12 Produits eacutetudieacutes
Deux psychotropes ont eacuteteacute utiliseacutes pour cette eacutetude
- Fluoxeacutetine 20mg agrave partir de comprimeacutes de Dawnexreg (Micro Labs Ltd Inde)
- Marc de cafeacute obtenu agrave partir drsquoune extraction agrave lrsquoeau chaude de la poudre de cafeacute
II13 Mise en culture
II131 Construction drsquoune serre
Une serre en bois de (6times3times175m) a eacuteteacute construite et recouverte drsquoune toile en polyeacutethylegravene
translucide soutenue par des lattes entrelaceacutees Deux ouvertures ont eacuteteacute ameacutenageacutees pour
permettre une meilleure circulation drsquoair dans la serre et abaisser la tempeacuterature inteacuterieure Les
expeacuteriences ont eacuteteacute reacutealiseacutees de juin agrave septembre 2015 et la tempeacuterature dans la serre variait de
37 agrave 40degC pendant le jour et de 7agrave 12degC pendant la nuit
II132 Conteneurs et Substrats de culture
Le substrat de culture utiliseacute est un meacutelange de sol noir argileux de sol rouge lateacuteritique et de
sable (111) qui pegravese environ 1000g Le conteneur de culture est confectionneacute agrave partir drsquoune
Mateacuteriels et meacutethodes
5
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
bouteille drsquoeau commerciale en polyeacutethylegravene de 15l coupeacutee aux trois-quarts de sa hauteur
(approximativement 22cm) Le semis a eacuteteacute effectueacute agrave raison drsquoune graine par conteneur
II2 Meacutethodes
Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits psychotropes La
premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de fluoxeacutetine depuis
la germination jusqursquoagrave la seacutenescence La seconde expeacuterimentation vise agrave eacutevaluer la reacuteponse des
plantules lorsque le substrat est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade
preacutecis de leur deacuteveloppement
II21 Etablissement et suivi des cultures
II211 Preacuteparation de la solution de fluoxeacutetine
Pour la premiegravere expeacuterimentation une solution de 31mgl-1 de fluoxeacutetine a eacuteteacute preacutepareacutee agrave partir
de comprimeacutes de Dawnexreg (Micro Labs Ltd Inde) contenant 20mg drsquoingreacutedient actif soit 3000
fois la concentration minimale montrant un effet sur les phytoplanctons (Fent et al 2006)
Les plantes ont eacuteteacute arroseacutees tous les trois jours avec 330ml de cette solution depuis la
germination jusqursquoagrave la seacutenescence Trente plantes ont eacuteteacute traiteacutees de maniegravere chronique avec de
la fluoxeacutetine alors que 30 autres ont eacuteteacute arroseacutees agrave la mecircme freacutequence avec de lrsquoeau de robinet
II212 Preacuteparation de marc de cafeacute
Pour la seconde expeacuterimentation de la poudre de cafeacute a eacuteteacute preacutepareacutee agrave partir de graines segraveches
tout venant acheteacutees au marcheacute drsquoAntananarivo torreacutefieacutees agrave la poecircle pendant 15 minutes avant
drsquoecirctre reacuteduites en poudre Le marc de cafeacute est obtenu apregraves avoir effectueacute une premiegravere
extraction agrave lrsquoeau chaude agrave raison de 250g de poudre par litre pour imiter la preacuteparation de cafeacute
agrave boire Le marc est ensuite seacutecheacute agrave lrsquoair libre et agrave lrsquoombre jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune poudre
segraveche puis stockeacute pour lrsquoexpeacuterimentation Ce proceacutedeacute a eacuteteacute reacutepeacuteteacute autant de fois pour
lrsquoapplication de marc de cafeacute au niveau du substrat aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de
la plante
Quatre cuillereacutees agrave soupe de marc de cafeacute environ 100g ont eacuteteacute deacuteposeacutees au-dessus du substrat
pour constituer une couche drsquoenviron 2cm drsquoeacutepaisseur selon le principe du laquomulchingraquo ou
paillage soit 11 agrave 12 tonnes par hectare Lrsquoapplication de marc de cafeacute a eacuteteacute effectueacutee avant le
Mateacuteriels et meacutethodes
6
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
changement de phases chez la plante Le nombre total drsquoindividus utiliseacutes est de 120
correspondant agrave 30 pour chacun des trois stades de deacuteveloppement et 30 autres servant de
teacutemoins sans application de marc de cafeacute
II213 Paramegravetres et suivis des cultures
Pour eacutevaluer lrsquoeffet de la fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur la croissance et le deacuteveloppement
des plantes des suivis hebdomadaires ont eacuteteacute faits sur la longueur de la tige la couleur des
feuilles le nombre de fleurs et de gousses tandis que la longueur et le poids sec des racines le
nombre et le diamegravetre des nodules le poids des gousses et des graines nrsquoont eacuteteacute mesureacutes qursquoen
fin drsquoexpeacuterience
Un pied-agrave-coulisse digital a eacuteteacute utiliseacute pour mesurer le diamegravetre des nodules
Le poids sec des racines le poids des gousses et des racines ont eacuteteacute mesureacutes agrave lrsquoaide drsquoune
balance de preacutecision
Un tableau de couleur de feuilles a eacuteteacute utiliseacute pour caracteacuteriser les changements de coloration
au cours du deacuteveloppement Ce tableau contient 6 couleurs variant du vert clair au vert fonceacute
correspondant agrave un numeacutero de 1 agrave 6 selon la meacutethode deacutecrite par Witt et al (2005)
II22 Deacutenombrement de la microfaune du sol
A la fin de la culture le nombre drsquoacariens et de collemboles dans le sol a eacuteteacute eacutevalueacute Pour cela
un dispositif de Berlese confectionneacute agrave partir drsquoune bouteille drsquoeau translucide en polyeacutethylegravene
dont la partie supeacuterieure inverseacutee est utiliseacutee pour contenir le substrat et la partie infeacuterieure pour
recueillir les microfaunes dans de lrsquoalcool agrave 70deg selon le principe de Antonio Berlese en 1905
(http 3) Briegravevement la partie supeacuterieure de la bouteille contenant le substrat est directement
exposeacutee agrave la lumiegravere drsquoune lampe incandescente de 60W La faune du sol va fuir la lumiegravere et
la chaleur et va migrer vers le fond de lrsquoentonnoir avant de tomber dans le reacutecipient contenant
de lrsquoalcool ougrave les insectes seront immobiliseacutes identifieacutes et deacutenombreacutes
Pour le sol venant des conteneurs teacutemoins et du traitement agrave la fluoxeacutetine 100g de sol preacuteleveacute
agrave la surface ont eacuteteacute preacuteleveacutes Pour les substrats comprenant un laquomulchraquo de reacutesidus de cafeacute les
microfaunes se trouvant dans le laquomulchraquo et dans le sol ont eacuteteacute recenseacutes seacutepareacutement
Mateacuteriels et meacutethodes
7
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Photo 1 Dispositif de Berlese
II3 Analyses statistiques
Le logiciel XLSTAT 2014 a eacuteteacute utiliseacute pour analyser les donneacutees concernant les effets de la
fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur les paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de P
vulgaris Une analyse de variances agrave un seul facteur a eacuteteacute faite pour deacutetecter les effets
significatifs suivie drsquoun test de comparaison des moyennes assorti drsquoun risque α=5
JRakotonirina 2015
Reacutesultats
8 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
III RESULTATS
Les effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine ou agrave un amendement du substrat au marc
de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante ont eacuteteacute eacutevalueacutes en suivant les
paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de la racine qui est le premier organe en contact
avec les produits testeacutes Cependant les effets plus systeacutemiques sur lrsquoorganisme veacutegeacutetal ont eacuteteacute
eacutevalueacutes en suivant la croissance et le deacuteveloppement des autres organes comme la tige la
feuille la fleur et le fruit
III1 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la racine
Les plantes traiteacutees agrave la fluoxeacutetine produisent moins de biomasse racinaire que celles non
traiteacutees (p=00001) Le traitement agrave la fluoxeacutetine reacuteduit la biomasse racinaire drsquoenviron 02g
(Figure 1A) soit 45 Cependant le laquo mulching raquo au marc de cafeacute preacutesente un effet plus
disparate En effet le marc de cafeacute nrsquoa aucun effet au cours de la germination mais reacuteduit
significativement (p=00001) la croissance racinaire lorsque appliqueacute en deacutebut des phases
veacutegeacutetative et de floraison drsquoenviron 01g soit 26 (Figure 1B)
Figure 1 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement B sur la biomasse racinaire (B) de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
b
0
01
02
03
04
05
06
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fluoxeacutetine
teacutemoin
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a
0
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02
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06
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Bio
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(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
9 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
La fluoxeacutetine nrsquoaffecte pas (p=00558) la croissance racinaire (Figure 2A) Par contre le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute stimule fortement (p=00006) lrsquoeacutelongation racinaire lorsque
appliqueacute au cours de la germination des plantules (Figure 2B) Le traitement au laquo mulch raquo de
cafeacute provoque une augmentation drsquoenviron 2cm de la longueur des tiges
Figure 2 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoeacutelongation racinaire de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
En ce qui concerne le nombre de nodules racinaires la figure 3A montre une forte inhibition
(p=00150) de leur initiation par la fluoxeacutetine drsquoenviron 77(13nodules) Et plus inteacuteressant
encore la figure 3B nous montre que lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison
entraicircne une reacuteduction significative (p=00023) du nombre de nodules drsquoenviron 52 (27
nodules)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
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rac
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fluoxeacutetine
teacutemoin
a
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Longueu
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rac
ines
(cm
)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
a
bb b
B A
Reacutesultats
10 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 3 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application
de laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoinitiation de nodules
racinaires par individus de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
La fluoxeacutetine nrsquoinflue pas sur la taille des nodules des racines (p=01658) tandis que le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute reacuteduit leur taille drsquoenviron 04mm (p=00017) lorsque appliqueacute
en deacutebut des phases de germination et de croissance veacutegeacutetative (Figure 4B)
a
b
0
10
20
30
40
50
60
70
80N
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de
nodule
sin
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fluoxeacutetine
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A
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b
a
0
10
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30
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80
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re d
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odu
les
ind
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
11 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 4 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le la taille des nodules racinaires
de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III2 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la tige et la feuille
La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet (p=03319) sur lrsquoeacutelongation de la tige (Figure 5A) Par contre les
plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sont
significativement plus courtes drsquoenviron 1cm (p=00026) compareacutees aux plantes teacutemoins
(Figures 5B)
La fluoxeacutetine (p= 03169) et le laquo mulch raquo de cafeacute (p=07685) nrsquoont aucune influence sur la
couleur des feuilles (Annexe 3)
a
a
0
02
04
06
08
1
12
14
16
18
2
Dia
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re d
es nodule
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m)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
b
b
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0
02
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08
1
12
14
16
18
2
Dia
megravet
re d
es n
odule
s (m
m)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
12 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 5 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la hauteur des tiges de Phaseolus
vulgaris apregraves 3 mois de culture
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III3 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les fleurs et les fruits
Les figures 6A et 6B preacutesentent la cineacutetique drsquoapparition des fleurs respectivement pour les
deux expeacuterimentations avec la fluoxeacutetine et le marc de cafeacute La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet
marqueacute sur le nombre de fleurs Cependant lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la
germination a provoqueacute drsquoune part un retard drsquoune semaine du pic de floraison et drsquoautre part
une reacuteduction du nombre total de fleurs produit par individu par rapport aux autres traitements
aa
0
2
4
6
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6
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12
Hau
teur
des
tig
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cm)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
BA
Reacutesultats
13 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
1
2
3
4
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Nom
bre
de
fleu
rsi
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Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
0
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Nom
bre
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fleu
rsi
ndiv
idu
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
V FG
B
Reacutesultats
14 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Lrsquoarrosage chronique drsquoune concentration de fluoxeacutetine nrsquoa aucune influence sur le nombre de
gousses (Figure 7A) Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la germination a provoqueacute une
augmentation du nombre de gousses en S8 (p=00451) et S9 (p=00391) puis lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute avant la croissance veacutegeacutetative a deacuteclencheacute une augmentation du nombre de
gousses depuis S8 (p=00263)
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
1
2
3
4
5
6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Nom
bre
de
gouss
es
Temps (semaine)
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teacutemoin
A
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1
2
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4
5
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Nom
bre
de
gouss
es
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
G VF
B
Reacutesultats
15 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Aucun effet significatif de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute nrsquoa eacuteteacute trouveacute sur le poids des
gousses le poids des graines ou le nombre de graines de Phaseolus vulgaris (Annexe 3)
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la microfaune du sol
Dans un premier temps lrsquoanalyse au preacutealable de la microfaune du sol au niveau du sol situeacute
sous le laquo mulch raquo nrsquoa pas permis de deacutetecter une diffeacuterence significative avec les cultures
teacutemoins Crsquoest la raison pour laquelle les comparaisons ont eacuteteacute focaliseacutees sur le laquo mulch raquo
couvrant le substrat initial
La fluoxeacutetine nrsquoa pas drsquoinfluence sur lrsquoabondance drsquoacariens (p=08734) et de collemboles
(p=1) dans le sol
Par contre lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la
plante permet de favoriser le deacuteveloppement drsquoune acarofaune (p=0022) surtout lors drsquoune
addition au cours du stade veacutegeacutetatif De mecircme le laquomulchingraquo favorise la prolifeacuteration de
collemboles (p=00130) dans le substrat mais leur nombre est nettement infeacuterieur compareacute aux
acariens (Figure 8)
Reacutesultats
16 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le
nombre de microfaunes acariens et collemboles dans le substrat
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
a
a
a
0
1
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Acariens Collemboles
Nom
bre
de
mic
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par
100g d
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bst
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Acariens Collemboles
Nom
bre
de
Mic
rofa
unes
par
100g d
e su
bst
rat
mulch germination
mulch veacutegeacutetative
mulch floraison
teacutemoin
B
Discussions
17
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
IV DISCUSSIONS
La croissance et le deacuteveloppement des plants de haricot sont inhibeacutes par la preacutesence de
laquo mulch raquo de cafeacute Les reacutesultats ont montreacute que lrsquoeacutelongation de la tige est inhibeacutee par lrsquoaddition
de laquo mulch raquo de cafeacute et que lrsquoapplication de ce dernier agrave des peacuteriodes coiumlncidant avec le deacutebut
des stades veacutegeacutetatif et de floraison induit une reacuteduction de la biomasse racinaire et une
inhibition de lrsquoeacutelongation racinaire au stade de germination
Ces effets inhibiteurs pourraient ecirctre causeacutes par la teneur en cafeacuteine qui persiste dans les reacutesidus
de cafeacute utiliseacutes En effet il a eacuteteacute rapporteacute que lajout de cafeacuteine dans le substrat agrave certaines doses
conduirait agrave des symptocircmes semblables agrave une carence en calcium y compris un retard de
croissance chez les plantes (http 4) Il a eacuteteacute aussi mentionneacute que la cafeacuteine agrave une concentration
de 60ppm induisait une inhibition de la croissance des tiges et des racines chez
Phaseolus vulgaris (Lahouti et al 2007) En effet la cafeacuteine est connue pour son action
inhibitrice de la prolifeacuteration cellulaire (Levi-Schaffer et al 1991) Elle eacutetait rapporteacutee comme
favorisant le deacuteclenchement de la mort cellulaire programmeacutee et perturbe les proteacuteines
reacutegulatrices du cycle cellulaire (Bode et Dong 2007) La cafeacuteine ou lrsquoacide cafeacuteique a eacuteteacute deacutecrit
comme inhibiteur de la prolifeacuteration des cellules du cancer du sein (Rosendahl 2015) Plus
particuliegraverement la cafeacuteine est connue comme eacutetant un inhibiteur de la formation du
phragmoplaste lors la division cellulaire chez les veacutegeacutetaux empecircchant la cytodieacuteregravese (Hepler et
Bonsignore 1990) Cet effet reacutesulterait en la reacuteduction de la division cellulaire et du nombre de
cellules dans le meacuteristegraveme apical de la tige (Helper et Bosignore 1990 Galatis et Apostolakos
1991) Chez la laitue lrsquoaddition de marc de cafeacute agrave une concentration entre 25 et 5 (vv) nrsquoa
pas drsquoeffets significatifs sur la croissance et le deacuteveloppement de la plante Par contre une
induction du stress est observeacutee agrave des concentrations supeacuterieures agrave 10 probablement due agrave
lrsquoaugmentation de composeacutes phytotoxiques comme la cafeacuteine ou bien agrave la reacuteduction des
macronutriments absorbeacutes par la plante pour sa croissance (Gomes et al 2013) Drsquoautres
composeacutes potentiellement toxiques comme les tanins et lrsquoacide chlorogeacutenique persistent dans
le marc de cafeacute (Batish et al 2008) et sont susceptibles drsquoentraicircner une inhibition de la
croissance de la plante (Gomes et al 2013) Pandey et al (2007) suggeacuteraient que crsquoest la
preacutesence de lrsquoacide chlorogeacutenique dans le cafeacute qui provoque lrsquoinhibition de la croissance de la
plante Ce composeacute est rapporteacute comme inhibiteur de la croissance du coleacuteoptile chez le bleacute
(Kefeli et al 1978) Mais drsquoautres auteurs stipulent que les polypheacutenols abondants dans le
marc de cafeacute pourraient agir aussi comme inhibiteurs ou comme stimulateurs de la croissance
en fonction de leur concentration (Ignat et al 2009)
Discussions
18
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
La preacutesence de champignons et bacteacuteries qui prolifegraverent abondamment dans le marc de cafeacute
favoriserait lrsquoapparition de maladies au niveau des racines et par conseacutequent un retard de
croissance (http 5)
Lrsquoinitiation et la croissance des nodules sont inhibeacutees chez les plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo
de cafeacute En effet les plants de haricot traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut de floraison
ont deacuteveloppeacute peu de nodules racinaires par rapport aux plants teacutemoins et la taille des nodules
est reacuteduite chez les plants traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute au cours des stades de germination
et de croissance veacutegeacutetative
A part lrsquoeffet inhibiteur de la cafeacuteine preacutesente dans les reacutesidus de cafeacute lrsquoinhibition de lrsquoinitiation
nodulaire et la reacuteduction de la taille des nodules sont causeacutees par plusieurs des facteurs
hormonaux et drsquoautres lieacutes au niveau de nitrate ou drsquoammonium Linitiation de nodules est
controcircleacutee par plusieurs facteurs hormonaux (Schultze et Kondorosi 1998) mais la formation
des nodules deacutepend de la communication entre la tige et la racine (Complainville 2003
Okamoto et Kawaguchi2015) En particulier le nitrate est connu pour reacuteguler neacutegativement le
transport basipeacutetal de lrsquoauxine entre la racine et la tige dougrave lrsquoinhibition de la nodulation par
de fortes concentrations en nitrate (Mortier 2012 Saito 2014) Les conditions de
lenvironnement telles que la disponibiliteacute en nitrate ou ammonium affectent les processus de
nodulation et les signaux endogegravenes tels que la provision de carbone lefficaciteacute de nodulation
et le processus de fixation dazote (Mortier 2012) Chez Lotus japonicus lrsquoapplication de
concentrations de nitrate entre 3 et 10 mM entraicircne une inhibition de lrsquoinitiation de nodules
(Okamoto et Kawaguchi 2015) via lrsquoinhibition de la nitrogeacutenase (Carroll et Gresshoff
1983)Chez les plantes de soja les diamegravetres des nodules ont augmenteacute de 1 agrave 6 mm pour 14
jours en absence de nitrate En revanche laugmentation de la taille des nodules a eacuteteacute reacuteduite
par laddition de 5mM de nitrate (Saito et al 2014) Une forte consommation de
photosyntheacutetats au niveau des racines peut aussi limiter leur allocation aux nodules qui peut
entraicircner une inhibition de la croissance et lrsquoarrecirct de la fixation de lazote atmospheacuterique
(Yashima 2005) Chez le pois une faible concentration en NH4+ favorise une augmentation de
la taille des nodules Il semble qursquoune meilleure fixation de N2 est obtenue lorsque du NH4+ est
disponible (Vassey et Waterer 1992)Or le nitrate est la forme principale drsquoazote dans le
vermicompost de cafeacute (Chaoui et al 2003 Micelli et al 2007 Tognetti 2010) Il est alors
possible que le faible nombre de nodules et la reacuteduction de la taille des nodules chez les
plantules traiteacutees aient eacuteteacute provoqueacutes par une concentration eacuteleveacutee de nitrate dans le marc de
cafeacute
Discussions
19
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les flavonoiumldes affectent la formation des nodules gracircce agrave leur proprieacuteteacute reacuteductrice du transport
et de lrsquoaccumulation drsquoauxine Un signal de cytokinine est deacuteterminant pour lrsquoinitiation des
nodules agrave travers lrsquoinhibition du transport polaire et de lrsquoaccumulation drsquoauxine dans les cellules
corticales par les flavonoiumldes (Ng et al 2015) Le rocircle de lauxine dans la nodulation est lieacute
eacutetroitement au deacuteveloppement dautres structures racinaires comme la racine lateacuterale Le
deacuteveloppement des racines et des nodules est reacuteguleacute par le ratio auxine-cytokinine
Lrsquoaccumulation drsquoauxine stimule la formation de racines lateacuterales alors que lrsquoaugmentation de
cytokinine ou lrsquoinhibition du transport dauxine induit le deacuteveloppement de pseudo-
nodules (http 6) Il est inteacuteressant de souligner que lrsquoapplication de marc de cafeacute avait stimuleacute
la formation de nodules racinaires chez les plants de soja (Lee et Hirsch 2006)
Lrsquoutilisation de laquo mulch raquo pour ameacuteliorer les cultures peut entraicircner des effets sur la diversiteacute
et lrsquoabondance microbiennes (Tiquia et al 2002) En effet laddition de vermicompost de cafeacute
dans le sol a favoriseacute lactiviteacute microbienne (Atiyeh et al 2002 Theunissen 2010) Par contre
peu drsquoeacutetudes srsquoest inteacuteresseacutee agrave lrsquoeffet du laquo mulching raquo sur la microfaune du sol Nos reacutesultats
indiquent que le sol couvert de marc de cafeacute contient un nombre plus important de microfaunes
La deacutecomposition des reacutesidus de cafeacute est lente due agrave la preacutesence drsquoazote proteacuteique structural et
de fortes concentrations de lipides (Kitou et Okuno 1999) Ce qui pourrait neacutecessiter
lrsquointervention drsquoinsectes phytophages qui ne sont pas repousseacutes par le cafeacute En effet lrsquoaddition
de reacutesidus de cafeacute atteacutenue les ravages sur les plants de soja occasionneacutes par Megacopta
cribraria en renforccedilant le systegraveme de deacutefense de la plante (http 7)
Drsquoautres eacutetudes indiquent par contre une absence drsquoeffet protecteur des reacutesidus de cafeacute agrave
lrsquoexemple de lrsquoinsecte ravageur Aulacaspis yasumatsui sur les cycas (Magellan et al 2013)
la cafeacuteine eacutetant consideacutereacutee comme un composeacute de deacutefense de la plante contre les herbivores et
les microorganismes (Brownlee et al 1990 Cruz et al 2012) Dans le cadre de notre eacutetude
la teneur en cafeacuteine dans les reacutesidus est consideacutereacutee comme faible agrave la suite drsquoune premiegravere
extraction aqueuse agrave chaud Ce qui aurait favoriseacute la prolifeacuteration de la microfaune du sol
essentiellement dans la partie correspondante au laquo mulch raquo
La floraison est retardeacutee en cas drsquoapplication preacutecoce de reacutesidus de cafeacute sur des individus en
germination La floraison est stimuleacutee par lrsquoapport drsquoengrais organiques chez plusieurs espegraveces
(Umesha et al 2011) Chez Solanum nigrum des doses insuffisantes drsquoengrais organiques
entrainaient un retard de floraison Cela serait ducirc agrave un deacuteficit drsquoeacuteleacutements nutritifs reacuteduisant la
croissance et causant un retard de la floraison (Umesha et al 2011) Nos reacutesultats semblent en
Discussions
20
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
Reacutefeacuterences bibliographiques
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
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pois
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-http7 wwwcoplacorgpublicationsmetamorphosis
-http8 wwwpuyallupwsueduwp-contentuploadssites403201503coffee-groundspdf
Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cole
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5N
om
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
fluoxeacutetine
teacutemoin
Aa
0
1
2
3
4
5
Nom
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
aa a
0
05
1
15
2
25
Poid
s des
gra
ines
(g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
0
05
1
15
2
25
Poid
s des
gra
ines
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
a aa
a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
0
05
1
15
2
25
3
35
Poid
s des
gouss
es (
g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
0
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1
15
2
25
3
35
Poid
s des
gouss
es (
g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 7
Table des matiegraveres
v
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
LISTE DrsquoABREVIATION
PPCPs Pharmaceuticals and Personal Care Products
LISTE DE PHOTO
Photo 1 Dispositif de Berlesehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip7
LISTE DES FIGURES
Figure 1 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement B sur la biomasse racinaire (B) de
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip8
Figure 2 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoeacutelongation racinaire de
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip9
Figure 3 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application
de laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoinitiation de nodules
racinaires par individus de Phaseolus vulgaris helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip10
Figure 4 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le la taille des nodules
racinaires de Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip11
Figure 5 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la hauteur des tiges de
Phaseolus vulgaris apregraves 3mois de culturehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip12
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip13
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip14
Table des matiegraveres
vi
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le nombre de
microfaune acariens et collemboles dans le substrathelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIII
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIV
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIV
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipV
LISTE DES ANNEXES
Annexe 1 FormuleshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipI
Annexe 2 Fiche techniquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipII
Annexe 3 Fiche techniquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIII
GLOSSAIRE
EC 50 la concentration efficace meacutediane mesure la concentration dun meacutedicament dun
anticorps ou dun toxique qui induit une reacuteponse agrave mi-chemin entre la ligne de base et leffet
maximum apregraves un certain temps dexposition agrave celui-ci
Ecotoxicologie eacutetude de limpact des polluants sur les eacutecosystegravemes
LD50 ou Lethal dose la dose leacutetale meacutediane ou concentration leacutetale meacutediane ougrave 50 de la
population est mort est un indicateur quantitatif de la toxiciteacute dune substance
Mulch Couche de mateacuteriaux naturels ou syntheacutetiques deacuteposeacutee au-dessus du sol
Table des matiegraveres
vii
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Marc de cafeacute reacutesidu de cafeacute obtenue agrave partir drsquoune extraction agrave chaude des poudres de grains
de cafeacute
Neurotrope substance ou eacuteleacutement qui se fixe preacutefeacuterentiellement sur le systegraveme nerveux
Psychotrope substance ayant un effet sur lactiviteacute ceacutereacutebrale au niveau du systegraveme nerveux
central
Introduction
1
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
I INTRODUCTION
La contamination de lrsquoair des eaux et des sols par les activiteacutes anthropiques repreacutesente de reacuteels
problegravemes environnementaux notamment dans le milieu marin lieu de deacutepocirct final des polluants
chimiques
Parmi ces contaminants certaines substances dites eacutemergentes parce que leur deacutetection agrave lrsquoeacutetat
de trace dans les eacutecosystegravemes est devenue possible gracircce au deacuteveloppement de techniques
drsquoanalyse plus performantes inquiegravetent actuellement la communauteacute scientifique et les
associations de consommateurs En effet les theacutematiques de recherche en eacutecotoxicologie se
tournent de plus en plus vers lrsquoeacutetude drsquoimpacts de composeacutes actifs preacutesents agrave des concentrations
de lrsquoordre drsquoune dizaine de ngl-1 (Brooks 2003) Par ailleurs les travaux rapportant la preacutesence
de nombreux composeacutes pharmaceutiques dans lenvironnement ont augmenteacute depuis les anneacutees
1990 (Stumpf et al 1999 Daughton et al 2000)
Les psychotropes sont parmi les classes de meacutedicaments les plus consommeacutees dans le monde
Les psychotropes et les produits de leur deacutegradation par lrsquoorganisme humain se retrouvent
libeacutereacutes dans notre environnement et pourraient perturber le deacuteveloppement drsquoautres organismes
(Brain et al 2008) En exemples citons lrsquoaugmentation de la locomotion du crabe eacutepibenthique
Carcinus maenas exposeacute agrave la fluoxeacutetine (Mesquita et al 2011) les changements de
comportement des poissons sauvages apregraves absorption doxazeacutepam une drogue anxiolytique
(Brodin et al 2013) et enfin la stimulation de la reproduction chez Daphnia magna et
lrsquoaugmentation de la feacuteconditeacute chez Ceriodaphnia dubia en preacutesence de fluoxeacutetine (Flaherty et
al 2001)
La fluoxeacutetine plus connue sous son nom commercial Prozacreg est un psychotrope syntheacutetique
utiliseacute pour lutter contre la deacutepression les troubles obsessionnels compulsifs la boulimie
nerveuse et les troubles de panique Crsquoest un des antideacutepresseurs les plus prescrits (Kolpin et
al 2002) dont le mode drsquoaction est une inhibition seacutelective de la recapture de la seacuterotonine au
niveau des neurones agrave noradreacutenaline activant les fonctions seacuterotoninergiques de la cellule
La fluoxeacutetine est meacutetaboliseacutee en grande partie dans le foie en norfluoxeacutetine et drsquoautres
moleacutecules non identifieacutees puis excreacuteteacutee par voie reacutenale (http 1) Jusqursquoagrave 11 du meacutedicament
sont excreacuteteacutes en tant que fluoxeacutetine non meacutetaboliseacutee (Morando 2009)
Apregraves avoir eacuteteacute transporteacutee par les eaux des eacutegouts la fluoxeacutetine a eacuteteacute retrouveacutee dans la boue
des riviegraveres et pourrait ecirctre absorbeacutee par les plantes Une eacutetude sur la dureacutee de vie des
meacutedicaments dans le sol indique qursquoelle eacutetait parmi les plus persistants et eacutetait encore deacutetecteacutee
apregraves 40 jours Les plantes qui poussent alors sur le sol contamineacute incorporent de la fluoxeacutetine
Introduction
2
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
dans leurs racines (https 2) Les effets de lrsquoexposition chronique agrave la fluoxeacutetine ont eacuteteacute surtout
eacutetudieacutes dans lrsquoenvironnement aquatique (Fent et al 2006) Cependant il y a tregraves peu drsquoeacutetudes
concernant les effets de la fluoxeacutetine sur les veacutegeacutetaux
Lrsquoexposition agrave des composeacutes pharmaceutiques actifs peut causer des perturbations sur le
deacuteveloppement des plantes Citons en exemples lrsquoinhibition de la croissance de lrsquoalgue
Pseudokirchneriella subcapitata en preacutesence de fluoxeacutetine (Barcelo et Petrovic 2007) et la
reacuteduction de la biomasse des fruits de courgette exposeacutee au carbamazeacutepine (Carter et al 2015)
Le cafeacute est un produit consommeacute essentiellement pour ses effets psychotropes La cafeacuteine par
son antagonisme sur lrsquoadeacutenosine provoque une augmentation de lrsquoactiviteacute nerveuse avec
libeacuteration drsquoadreacutenaline et augmentation du niveau de dopamine
Les reacutesidus des industries du cafeacute sont toxiques et repreacutesentent de seacuterieux problegravemes
environnementaux (Mussatto et al 2011) En effet une grande quantiteacute de marc de cafeacute est
deacutechargeacutee par les industries alimentaires pendant la fabrication du cafeacute instantaneacute Bien que
recycleacute en compost et en alimentation animale une quantiteacute importante est toujours consideacutereacutee
comme deacutechets et brucircleacutee (Silva et al 1998)
Le marc de cafeacute est aussi reconnu comme engrais organique et utiliseacute dans les jardins ou
potagers Des recherches anteacuterieures ont suggeacutereacute qursquoil peut ecirctre utiliseacute comme combustible
(Silva et al 1998) additif pour amender le sol (Yen et al 2005) adsorbant de meacutetaux (Utomo
et al 2006) compost (Orozco et al 1996 Morikawa et Saigusa 2008) paillage ou laquo mulch raquo
(Eshetu et al 2007) et moyen de controcircle des mauvaises herbes (Sciarrappa et al 2008)
Puisque le marc de cafeacute est un sous-produit agrave bas prix et que plus de 80 millions de tonnes sont
disponibles par an son utilisation est devenue une option inteacuteressante pour leacuteconomie
circulaire
Si la toxiciteacute des substances psychotropes sur lrsquoorganisme humain ou sur des modegraveles animaux
ont fait lrsquoobjet drsquoeacutetudes pousseacutees avant leur mise sur le marcheacute leurs effets sur les plantes ne
sont pas bien connus Parfois des tests de laboratoire sur les algues et les lentilles drsquoeau sont
utiliseacutes pour eacutevaluer la toxiciteacute chronique des substances pharmaceutiques mais les eacutetudes
concernant leurs impacts sur les plantes supeacuterieures restent rares Webb (2001) suggeacuterait en
comparant diffeacuterents niveaux trophiques que les algues eacutetaient plus sensibles aux meacutedicaments
testeacutes et que les classes les plus toxiques eacutetaient les antideacutepresseurs les antibiotiques et les
antipsychotiques Drsquoune maniegravere geacuteneacuterale les substances phytotoxiques interfegraverent avec
labsorption et le transport de micro et macro eacuteleacutements essentiels et perturbent la croissance et
le deacuteveloppement de la plante (Jin et al 2009)
Introduction
3
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les effets de deux psychotropes la fluoxeacutetine et le cafeacute sur la croissance et le deacuteveloppement
drsquoune plante modegravele sont eacutevalueacutes dans cette eacutetude De nombreux travaux anteacuterieurs ont rapporteacute
les effets du marc de cafeacute utiliseacute en paillage ou laquo mulch raquo sur les cultures (Silva 1998 Reigosa
1999 Altland et Lanthier 2007) mais ce qui distingue la preacutesente eacutetude est son application agrave
diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante En effet lrsquoexposition des plantes aux produits
pharmaceutiques ou aux deacutechets industriels pourrait survenir de maniegravere aleacuteatoire crsquoest-agrave-dire
agrave nrsquoimporte quel stade de deacuteveloppement de la plante Notre hypothegravese de travail est que la
sensibiliteacute des plantes agrave un paillage au marc de cafeacute varie selon leur stade de deacuteveloppement
Lrsquoobjectif de ce travail est drsquoeacutevaluer la reacuteponse drsquoune plante modegravele agrave cycle court Phaseolus
vulgaris agrave des substances psychotropes comme la fluoxeacutetine ou le cafeacute Plus speacutecifiquement
notre eacutetude vise agrave identifier les perturbations occasionneacutees par ces produits sur le
deacuteveloppement de la plante lorsque lrsquoexposition se deacuteroule de maniegravere chronique (cas de la
fluoxeacutetine) ou survient agrave des stades preacutecis du deacuteveloppement
Ce devoir sera deacuteveloppeacute comme suit tout drsquoabord les mateacuteriels et meacutethodes ensuite les
reacutesultats puis les discussions et se terminera par une conclusion et quelques perspectives
Mateacuteriels et meacutethodes
4
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
II MATERIELS ET METHODES
II1 Mateacuteriels
II11 Mateacuteriel veacutegeacutetal
Des graines de Phaseolus vulgaris varieacuteteacute laquo vangamena raquo (lot cal98 FOFIFA) ont eacuteteacute utiliseacutees
pour lrsquoexpeacuterimentation
Trois stades ont eacuteteacute deacutefinis au cours du deacuteveloppement des plants de haricot
- le stade 1 qui correspond agrave la graine segraveche dormante avant la germination
- le stade 2 qui correspond agrave la plantule germeacutee en deacutebut de croissance veacutegeacutetative et
caracteacuteriseacute par le deacuteploiement agrave lrsquohorizontal des deux cotyleacutedons est atteint 30 jours
apregraves le semis
- le stade 3 qui correspond agrave la floraison et caracteacuteriseacute par la premiegravere apparition de
bourgeons floraux est atteint 60 jours apregraves le semis
II12 Produits eacutetudieacutes
Deux psychotropes ont eacuteteacute utiliseacutes pour cette eacutetude
- Fluoxeacutetine 20mg agrave partir de comprimeacutes de Dawnexreg (Micro Labs Ltd Inde)
- Marc de cafeacute obtenu agrave partir drsquoune extraction agrave lrsquoeau chaude de la poudre de cafeacute
II13 Mise en culture
II131 Construction drsquoune serre
Une serre en bois de (6times3times175m) a eacuteteacute construite et recouverte drsquoune toile en polyeacutethylegravene
translucide soutenue par des lattes entrelaceacutees Deux ouvertures ont eacuteteacute ameacutenageacutees pour
permettre une meilleure circulation drsquoair dans la serre et abaisser la tempeacuterature inteacuterieure Les
expeacuteriences ont eacuteteacute reacutealiseacutees de juin agrave septembre 2015 et la tempeacuterature dans la serre variait de
37 agrave 40degC pendant le jour et de 7agrave 12degC pendant la nuit
II132 Conteneurs et Substrats de culture
Le substrat de culture utiliseacute est un meacutelange de sol noir argileux de sol rouge lateacuteritique et de
sable (111) qui pegravese environ 1000g Le conteneur de culture est confectionneacute agrave partir drsquoune
Mateacuteriels et meacutethodes
5
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
bouteille drsquoeau commerciale en polyeacutethylegravene de 15l coupeacutee aux trois-quarts de sa hauteur
(approximativement 22cm) Le semis a eacuteteacute effectueacute agrave raison drsquoune graine par conteneur
II2 Meacutethodes
Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits psychotropes La
premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de fluoxeacutetine depuis
la germination jusqursquoagrave la seacutenescence La seconde expeacuterimentation vise agrave eacutevaluer la reacuteponse des
plantules lorsque le substrat est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade
preacutecis de leur deacuteveloppement
II21 Etablissement et suivi des cultures
II211 Preacuteparation de la solution de fluoxeacutetine
Pour la premiegravere expeacuterimentation une solution de 31mgl-1 de fluoxeacutetine a eacuteteacute preacutepareacutee agrave partir
de comprimeacutes de Dawnexreg (Micro Labs Ltd Inde) contenant 20mg drsquoingreacutedient actif soit 3000
fois la concentration minimale montrant un effet sur les phytoplanctons (Fent et al 2006)
Les plantes ont eacuteteacute arroseacutees tous les trois jours avec 330ml de cette solution depuis la
germination jusqursquoagrave la seacutenescence Trente plantes ont eacuteteacute traiteacutees de maniegravere chronique avec de
la fluoxeacutetine alors que 30 autres ont eacuteteacute arroseacutees agrave la mecircme freacutequence avec de lrsquoeau de robinet
II212 Preacuteparation de marc de cafeacute
Pour la seconde expeacuterimentation de la poudre de cafeacute a eacuteteacute preacutepareacutee agrave partir de graines segraveches
tout venant acheteacutees au marcheacute drsquoAntananarivo torreacutefieacutees agrave la poecircle pendant 15 minutes avant
drsquoecirctre reacuteduites en poudre Le marc de cafeacute est obtenu apregraves avoir effectueacute une premiegravere
extraction agrave lrsquoeau chaude agrave raison de 250g de poudre par litre pour imiter la preacuteparation de cafeacute
agrave boire Le marc est ensuite seacutecheacute agrave lrsquoair libre et agrave lrsquoombre jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune poudre
segraveche puis stockeacute pour lrsquoexpeacuterimentation Ce proceacutedeacute a eacuteteacute reacutepeacuteteacute autant de fois pour
lrsquoapplication de marc de cafeacute au niveau du substrat aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de
la plante
Quatre cuillereacutees agrave soupe de marc de cafeacute environ 100g ont eacuteteacute deacuteposeacutees au-dessus du substrat
pour constituer une couche drsquoenviron 2cm drsquoeacutepaisseur selon le principe du laquomulchingraquo ou
paillage soit 11 agrave 12 tonnes par hectare Lrsquoapplication de marc de cafeacute a eacuteteacute effectueacutee avant le
Mateacuteriels et meacutethodes
6
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
changement de phases chez la plante Le nombre total drsquoindividus utiliseacutes est de 120
correspondant agrave 30 pour chacun des trois stades de deacuteveloppement et 30 autres servant de
teacutemoins sans application de marc de cafeacute
II213 Paramegravetres et suivis des cultures
Pour eacutevaluer lrsquoeffet de la fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur la croissance et le deacuteveloppement
des plantes des suivis hebdomadaires ont eacuteteacute faits sur la longueur de la tige la couleur des
feuilles le nombre de fleurs et de gousses tandis que la longueur et le poids sec des racines le
nombre et le diamegravetre des nodules le poids des gousses et des graines nrsquoont eacuteteacute mesureacutes qursquoen
fin drsquoexpeacuterience
Un pied-agrave-coulisse digital a eacuteteacute utiliseacute pour mesurer le diamegravetre des nodules
Le poids sec des racines le poids des gousses et des racines ont eacuteteacute mesureacutes agrave lrsquoaide drsquoune
balance de preacutecision
Un tableau de couleur de feuilles a eacuteteacute utiliseacute pour caracteacuteriser les changements de coloration
au cours du deacuteveloppement Ce tableau contient 6 couleurs variant du vert clair au vert fonceacute
correspondant agrave un numeacutero de 1 agrave 6 selon la meacutethode deacutecrite par Witt et al (2005)
II22 Deacutenombrement de la microfaune du sol
A la fin de la culture le nombre drsquoacariens et de collemboles dans le sol a eacuteteacute eacutevalueacute Pour cela
un dispositif de Berlese confectionneacute agrave partir drsquoune bouteille drsquoeau translucide en polyeacutethylegravene
dont la partie supeacuterieure inverseacutee est utiliseacutee pour contenir le substrat et la partie infeacuterieure pour
recueillir les microfaunes dans de lrsquoalcool agrave 70deg selon le principe de Antonio Berlese en 1905
(http 3) Briegravevement la partie supeacuterieure de la bouteille contenant le substrat est directement
exposeacutee agrave la lumiegravere drsquoune lampe incandescente de 60W La faune du sol va fuir la lumiegravere et
la chaleur et va migrer vers le fond de lrsquoentonnoir avant de tomber dans le reacutecipient contenant
de lrsquoalcool ougrave les insectes seront immobiliseacutes identifieacutes et deacutenombreacutes
Pour le sol venant des conteneurs teacutemoins et du traitement agrave la fluoxeacutetine 100g de sol preacuteleveacute
agrave la surface ont eacuteteacute preacuteleveacutes Pour les substrats comprenant un laquomulchraquo de reacutesidus de cafeacute les
microfaunes se trouvant dans le laquomulchraquo et dans le sol ont eacuteteacute recenseacutes seacutepareacutement
Mateacuteriels et meacutethodes
7
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Photo 1 Dispositif de Berlese
II3 Analyses statistiques
Le logiciel XLSTAT 2014 a eacuteteacute utiliseacute pour analyser les donneacutees concernant les effets de la
fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur les paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de P
vulgaris Une analyse de variances agrave un seul facteur a eacuteteacute faite pour deacutetecter les effets
significatifs suivie drsquoun test de comparaison des moyennes assorti drsquoun risque α=5
JRakotonirina 2015
Reacutesultats
8 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
III RESULTATS
Les effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine ou agrave un amendement du substrat au marc
de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante ont eacuteteacute eacutevalueacutes en suivant les
paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de la racine qui est le premier organe en contact
avec les produits testeacutes Cependant les effets plus systeacutemiques sur lrsquoorganisme veacutegeacutetal ont eacuteteacute
eacutevalueacutes en suivant la croissance et le deacuteveloppement des autres organes comme la tige la
feuille la fleur et le fruit
III1 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la racine
Les plantes traiteacutees agrave la fluoxeacutetine produisent moins de biomasse racinaire que celles non
traiteacutees (p=00001) Le traitement agrave la fluoxeacutetine reacuteduit la biomasse racinaire drsquoenviron 02g
(Figure 1A) soit 45 Cependant le laquo mulching raquo au marc de cafeacute preacutesente un effet plus
disparate En effet le marc de cafeacute nrsquoa aucun effet au cours de la germination mais reacuteduit
significativement (p=00001) la croissance racinaire lorsque appliqueacute en deacutebut des phases
veacutegeacutetative et de floraison drsquoenviron 01g soit 26 (Figure 1B)
Figure 1 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement B sur la biomasse racinaire (B) de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
9 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
La fluoxeacutetine nrsquoaffecte pas (p=00558) la croissance racinaire (Figure 2A) Par contre le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute stimule fortement (p=00006) lrsquoeacutelongation racinaire lorsque
appliqueacute au cours de la germination des plantules (Figure 2B) Le traitement au laquo mulch raquo de
cafeacute provoque une augmentation drsquoenviron 2cm de la longueur des tiges
Figure 2 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoeacutelongation racinaire de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
En ce qui concerne le nombre de nodules racinaires la figure 3A montre une forte inhibition
(p=00150) de leur initiation par la fluoxeacutetine drsquoenviron 77(13nodules) Et plus inteacuteressant
encore la figure 3B nous montre que lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison
entraicircne une reacuteduction significative (p=00023) du nombre de nodules drsquoenviron 52 (27
nodules)
0
2
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
a
bb b
B A
Reacutesultats
10 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 3 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application
de laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoinitiation de nodules
racinaires par individus de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
La fluoxeacutetine nrsquoinflue pas sur la taille des nodules des racines (p=01658) tandis que le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute reacuteduit leur taille drsquoenviron 04mm (p=00017) lorsque appliqueacute
en deacutebut des phases de germination et de croissance veacutegeacutetative (Figure 4B)
a
b
0
10
20
30
40
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
11 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 4 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le la taille des nodules racinaires
de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III2 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la tige et la feuille
La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet (p=03319) sur lrsquoeacutelongation de la tige (Figure 5A) Par contre les
plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sont
significativement plus courtes drsquoenviron 1cm (p=00026) compareacutees aux plantes teacutemoins
(Figures 5B)
La fluoxeacutetine (p= 03169) et le laquo mulch raquo de cafeacute (p=07685) nrsquoont aucune influence sur la
couleur des feuilles (Annexe 3)
a
a
0
02
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06
08
1
12
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18
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
12 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 5 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la hauteur des tiges de Phaseolus
vulgaris apregraves 3 mois de culture
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III3 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les fleurs et les fruits
Les figures 6A et 6B preacutesentent la cineacutetique drsquoapparition des fleurs respectivement pour les
deux expeacuterimentations avec la fluoxeacutetine et le marc de cafeacute La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet
marqueacute sur le nombre de fleurs Cependant lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la
germination a provoqueacute drsquoune part un retard drsquoune semaine du pic de floraison et drsquoautre part
une reacuteduction du nombre total de fleurs produit par individu par rapport aux autres traitements
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cm)
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Reacutesultats
13 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
1
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
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Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
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teacutemoin
B
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B
Reacutesultats
14 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Lrsquoarrosage chronique drsquoune concentration de fluoxeacutetine nrsquoa aucune influence sur le nombre de
gousses (Figure 7A) Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la germination a provoqueacute une
augmentation du nombre de gousses en S8 (p=00451) et S9 (p=00391) puis lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute avant la croissance veacutegeacutetative a deacuteclencheacute une augmentation du nombre de
gousses depuis S8 (p=00263)
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
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Temps (semaine)
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B
Reacutesultats
15 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Aucun effet significatif de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute nrsquoa eacuteteacute trouveacute sur le poids des
gousses le poids des graines ou le nombre de graines de Phaseolus vulgaris (Annexe 3)
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la microfaune du sol
Dans un premier temps lrsquoanalyse au preacutealable de la microfaune du sol au niveau du sol situeacute
sous le laquo mulch raquo nrsquoa pas permis de deacutetecter une diffeacuterence significative avec les cultures
teacutemoins Crsquoest la raison pour laquelle les comparaisons ont eacuteteacute focaliseacutees sur le laquo mulch raquo
couvrant le substrat initial
La fluoxeacutetine nrsquoa pas drsquoinfluence sur lrsquoabondance drsquoacariens (p=08734) et de collemboles
(p=1) dans le sol
Par contre lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la
plante permet de favoriser le deacuteveloppement drsquoune acarofaune (p=0022) surtout lors drsquoune
addition au cours du stade veacutegeacutetatif De mecircme le laquomulchingraquo favorise la prolifeacuteration de
collemboles (p=00130) dans le substrat mais leur nombre est nettement infeacuterieur compareacute aux
acariens (Figure 8)
Reacutesultats
16 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le
nombre de microfaunes acariens et collemboles dans le substrat
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
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mulch germination
mulch veacutegeacutetative
mulch floraison
teacutemoin
B
Discussions
17
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
IV DISCUSSIONS
La croissance et le deacuteveloppement des plants de haricot sont inhibeacutes par la preacutesence de
laquo mulch raquo de cafeacute Les reacutesultats ont montreacute que lrsquoeacutelongation de la tige est inhibeacutee par lrsquoaddition
de laquo mulch raquo de cafeacute et que lrsquoapplication de ce dernier agrave des peacuteriodes coiumlncidant avec le deacutebut
des stades veacutegeacutetatif et de floraison induit une reacuteduction de la biomasse racinaire et une
inhibition de lrsquoeacutelongation racinaire au stade de germination
Ces effets inhibiteurs pourraient ecirctre causeacutes par la teneur en cafeacuteine qui persiste dans les reacutesidus
de cafeacute utiliseacutes En effet il a eacuteteacute rapporteacute que lajout de cafeacuteine dans le substrat agrave certaines doses
conduirait agrave des symptocircmes semblables agrave une carence en calcium y compris un retard de
croissance chez les plantes (http 4) Il a eacuteteacute aussi mentionneacute que la cafeacuteine agrave une concentration
de 60ppm induisait une inhibition de la croissance des tiges et des racines chez
Phaseolus vulgaris (Lahouti et al 2007) En effet la cafeacuteine est connue pour son action
inhibitrice de la prolifeacuteration cellulaire (Levi-Schaffer et al 1991) Elle eacutetait rapporteacutee comme
favorisant le deacuteclenchement de la mort cellulaire programmeacutee et perturbe les proteacuteines
reacutegulatrices du cycle cellulaire (Bode et Dong 2007) La cafeacuteine ou lrsquoacide cafeacuteique a eacuteteacute deacutecrit
comme inhibiteur de la prolifeacuteration des cellules du cancer du sein (Rosendahl 2015) Plus
particuliegraverement la cafeacuteine est connue comme eacutetant un inhibiteur de la formation du
phragmoplaste lors la division cellulaire chez les veacutegeacutetaux empecircchant la cytodieacuteregravese (Hepler et
Bonsignore 1990) Cet effet reacutesulterait en la reacuteduction de la division cellulaire et du nombre de
cellules dans le meacuteristegraveme apical de la tige (Helper et Bosignore 1990 Galatis et Apostolakos
1991) Chez la laitue lrsquoaddition de marc de cafeacute agrave une concentration entre 25 et 5 (vv) nrsquoa
pas drsquoeffets significatifs sur la croissance et le deacuteveloppement de la plante Par contre une
induction du stress est observeacutee agrave des concentrations supeacuterieures agrave 10 probablement due agrave
lrsquoaugmentation de composeacutes phytotoxiques comme la cafeacuteine ou bien agrave la reacuteduction des
macronutriments absorbeacutes par la plante pour sa croissance (Gomes et al 2013) Drsquoautres
composeacutes potentiellement toxiques comme les tanins et lrsquoacide chlorogeacutenique persistent dans
le marc de cafeacute (Batish et al 2008) et sont susceptibles drsquoentraicircner une inhibition de la
croissance de la plante (Gomes et al 2013) Pandey et al (2007) suggeacuteraient que crsquoest la
preacutesence de lrsquoacide chlorogeacutenique dans le cafeacute qui provoque lrsquoinhibition de la croissance de la
plante Ce composeacute est rapporteacute comme inhibiteur de la croissance du coleacuteoptile chez le bleacute
(Kefeli et al 1978) Mais drsquoautres auteurs stipulent que les polypheacutenols abondants dans le
marc de cafeacute pourraient agir aussi comme inhibiteurs ou comme stimulateurs de la croissance
en fonction de leur concentration (Ignat et al 2009)
Discussions
18
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
La preacutesence de champignons et bacteacuteries qui prolifegraverent abondamment dans le marc de cafeacute
favoriserait lrsquoapparition de maladies au niveau des racines et par conseacutequent un retard de
croissance (http 5)
Lrsquoinitiation et la croissance des nodules sont inhibeacutees chez les plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo
de cafeacute En effet les plants de haricot traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut de floraison
ont deacuteveloppeacute peu de nodules racinaires par rapport aux plants teacutemoins et la taille des nodules
est reacuteduite chez les plants traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute au cours des stades de germination
et de croissance veacutegeacutetative
A part lrsquoeffet inhibiteur de la cafeacuteine preacutesente dans les reacutesidus de cafeacute lrsquoinhibition de lrsquoinitiation
nodulaire et la reacuteduction de la taille des nodules sont causeacutees par plusieurs des facteurs
hormonaux et drsquoautres lieacutes au niveau de nitrate ou drsquoammonium Linitiation de nodules est
controcircleacutee par plusieurs facteurs hormonaux (Schultze et Kondorosi 1998) mais la formation
des nodules deacutepend de la communication entre la tige et la racine (Complainville 2003
Okamoto et Kawaguchi2015) En particulier le nitrate est connu pour reacuteguler neacutegativement le
transport basipeacutetal de lrsquoauxine entre la racine et la tige dougrave lrsquoinhibition de la nodulation par
de fortes concentrations en nitrate (Mortier 2012 Saito 2014) Les conditions de
lenvironnement telles que la disponibiliteacute en nitrate ou ammonium affectent les processus de
nodulation et les signaux endogegravenes tels que la provision de carbone lefficaciteacute de nodulation
et le processus de fixation dazote (Mortier 2012) Chez Lotus japonicus lrsquoapplication de
concentrations de nitrate entre 3 et 10 mM entraicircne une inhibition de lrsquoinitiation de nodules
(Okamoto et Kawaguchi 2015) via lrsquoinhibition de la nitrogeacutenase (Carroll et Gresshoff
1983)Chez les plantes de soja les diamegravetres des nodules ont augmenteacute de 1 agrave 6 mm pour 14
jours en absence de nitrate En revanche laugmentation de la taille des nodules a eacuteteacute reacuteduite
par laddition de 5mM de nitrate (Saito et al 2014) Une forte consommation de
photosyntheacutetats au niveau des racines peut aussi limiter leur allocation aux nodules qui peut
entraicircner une inhibition de la croissance et lrsquoarrecirct de la fixation de lazote atmospheacuterique
(Yashima 2005) Chez le pois une faible concentration en NH4+ favorise une augmentation de
la taille des nodules Il semble qursquoune meilleure fixation de N2 est obtenue lorsque du NH4+ est
disponible (Vassey et Waterer 1992)Or le nitrate est la forme principale drsquoazote dans le
vermicompost de cafeacute (Chaoui et al 2003 Micelli et al 2007 Tognetti 2010) Il est alors
possible que le faible nombre de nodules et la reacuteduction de la taille des nodules chez les
plantules traiteacutees aient eacuteteacute provoqueacutes par une concentration eacuteleveacutee de nitrate dans le marc de
cafeacute
Discussions
19
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les flavonoiumldes affectent la formation des nodules gracircce agrave leur proprieacuteteacute reacuteductrice du transport
et de lrsquoaccumulation drsquoauxine Un signal de cytokinine est deacuteterminant pour lrsquoinitiation des
nodules agrave travers lrsquoinhibition du transport polaire et de lrsquoaccumulation drsquoauxine dans les cellules
corticales par les flavonoiumldes (Ng et al 2015) Le rocircle de lauxine dans la nodulation est lieacute
eacutetroitement au deacuteveloppement dautres structures racinaires comme la racine lateacuterale Le
deacuteveloppement des racines et des nodules est reacuteguleacute par le ratio auxine-cytokinine
Lrsquoaccumulation drsquoauxine stimule la formation de racines lateacuterales alors que lrsquoaugmentation de
cytokinine ou lrsquoinhibition du transport dauxine induit le deacuteveloppement de pseudo-
nodules (http 6) Il est inteacuteressant de souligner que lrsquoapplication de marc de cafeacute avait stimuleacute
la formation de nodules racinaires chez les plants de soja (Lee et Hirsch 2006)
Lrsquoutilisation de laquo mulch raquo pour ameacuteliorer les cultures peut entraicircner des effets sur la diversiteacute
et lrsquoabondance microbiennes (Tiquia et al 2002) En effet laddition de vermicompost de cafeacute
dans le sol a favoriseacute lactiviteacute microbienne (Atiyeh et al 2002 Theunissen 2010) Par contre
peu drsquoeacutetudes srsquoest inteacuteresseacutee agrave lrsquoeffet du laquo mulching raquo sur la microfaune du sol Nos reacutesultats
indiquent que le sol couvert de marc de cafeacute contient un nombre plus important de microfaunes
La deacutecomposition des reacutesidus de cafeacute est lente due agrave la preacutesence drsquoazote proteacuteique structural et
de fortes concentrations de lipides (Kitou et Okuno 1999) Ce qui pourrait neacutecessiter
lrsquointervention drsquoinsectes phytophages qui ne sont pas repousseacutes par le cafeacute En effet lrsquoaddition
de reacutesidus de cafeacute atteacutenue les ravages sur les plants de soja occasionneacutes par Megacopta
cribraria en renforccedilant le systegraveme de deacutefense de la plante (http 7)
Drsquoautres eacutetudes indiquent par contre une absence drsquoeffet protecteur des reacutesidus de cafeacute agrave
lrsquoexemple de lrsquoinsecte ravageur Aulacaspis yasumatsui sur les cycas (Magellan et al 2013)
la cafeacuteine eacutetant consideacutereacutee comme un composeacute de deacutefense de la plante contre les herbivores et
les microorganismes (Brownlee et al 1990 Cruz et al 2012) Dans le cadre de notre eacutetude
la teneur en cafeacuteine dans les reacutesidus est consideacutereacutee comme faible agrave la suite drsquoune premiegravere
extraction aqueuse agrave chaud Ce qui aurait favoriseacute la prolifeacuteration de la microfaune du sol
essentiellement dans la partie correspondante au laquo mulch raquo
La floraison est retardeacutee en cas drsquoapplication preacutecoce de reacutesidus de cafeacute sur des individus en
germination La floraison est stimuleacutee par lrsquoapport drsquoengrais organiques chez plusieurs espegraveces
(Umesha et al 2011) Chez Solanum nigrum des doses insuffisantes drsquoengrais organiques
entrainaient un retard de floraison Cela serait ducirc agrave un deacuteficit drsquoeacuteleacutements nutritifs reacuteduisant la
croissance et causant un retard de la floraison (Umesha et al 2011) Nos reacutesultats semblent en
Discussions
20
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
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-http 3 wwwsordalabcomdocumentsappareil_de_berlesepdf
-http4wwwcondexatedenbaycomles-effets-de-la-cafeine-sur-la-croissance-des-plants-de
pois
-http5 wwwacesnmsueducesyard2000111800html2
-http6 wwweolssnetsample-chaptersc17E6-58-07-16pdf
-http7 wwwcoplacorgpublicationsmetamorphosis
-http8 wwwpuyallupwsueduwp-contentuploadssites403201503coffee-groundspdf
Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
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ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
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gra
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
a aa
a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
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Poid
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gouss
es (
g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 8
Table des matiegraveres
vi
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le nombre de
microfaune acariens et collemboles dans le substrathelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIII
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIV
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIV
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgarishelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipV
LISTE DES ANNEXES
Annexe 1 FormuleshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipI
Annexe 2 Fiche techniquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipII
Annexe 3 Fiche techniquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellipIII
GLOSSAIRE
EC 50 la concentration efficace meacutediane mesure la concentration dun meacutedicament dun
anticorps ou dun toxique qui induit une reacuteponse agrave mi-chemin entre la ligne de base et leffet
maximum apregraves un certain temps dexposition agrave celui-ci
Ecotoxicologie eacutetude de limpact des polluants sur les eacutecosystegravemes
LD50 ou Lethal dose la dose leacutetale meacutediane ou concentration leacutetale meacutediane ougrave 50 de la
population est mort est un indicateur quantitatif de la toxiciteacute dune substance
Mulch Couche de mateacuteriaux naturels ou syntheacutetiques deacuteposeacutee au-dessus du sol
Table des matiegraveres
vii
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Marc de cafeacute reacutesidu de cafeacute obtenue agrave partir drsquoune extraction agrave chaude des poudres de grains
de cafeacute
Neurotrope substance ou eacuteleacutement qui se fixe preacutefeacuterentiellement sur le systegraveme nerveux
Psychotrope substance ayant un effet sur lactiviteacute ceacutereacutebrale au niveau du systegraveme nerveux
central
Introduction
1
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
I INTRODUCTION
La contamination de lrsquoair des eaux et des sols par les activiteacutes anthropiques repreacutesente de reacuteels
problegravemes environnementaux notamment dans le milieu marin lieu de deacutepocirct final des polluants
chimiques
Parmi ces contaminants certaines substances dites eacutemergentes parce que leur deacutetection agrave lrsquoeacutetat
de trace dans les eacutecosystegravemes est devenue possible gracircce au deacuteveloppement de techniques
drsquoanalyse plus performantes inquiegravetent actuellement la communauteacute scientifique et les
associations de consommateurs En effet les theacutematiques de recherche en eacutecotoxicologie se
tournent de plus en plus vers lrsquoeacutetude drsquoimpacts de composeacutes actifs preacutesents agrave des concentrations
de lrsquoordre drsquoune dizaine de ngl-1 (Brooks 2003) Par ailleurs les travaux rapportant la preacutesence
de nombreux composeacutes pharmaceutiques dans lenvironnement ont augmenteacute depuis les anneacutees
1990 (Stumpf et al 1999 Daughton et al 2000)
Les psychotropes sont parmi les classes de meacutedicaments les plus consommeacutees dans le monde
Les psychotropes et les produits de leur deacutegradation par lrsquoorganisme humain se retrouvent
libeacutereacutes dans notre environnement et pourraient perturber le deacuteveloppement drsquoautres organismes
(Brain et al 2008) En exemples citons lrsquoaugmentation de la locomotion du crabe eacutepibenthique
Carcinus maenas exposeacute agrave la fluoxeacutetine (Mesquita et al 2011) les changements de
comportement des poissons sauvages apregraves absorption doxazeacutepam une drogue anxiolytique
(Brodin et al 2013) et enfin la stimulation de la reproduction chez Daphnia magna et
lrsquoaugmentation de la feacuteconditeacute chez Ceriodaphnia dubia en preacutesence de fluoxeacutetine (Flaherty et
al 2001)
La fluoxeacutetine plus connue sous son nom commercial Prozacreg est un psychotrope syntheacutetique
utiliseacute pour lutter contre la deacutepression les troubles obsessionnels compulsifs la boulimie
nerveuse et les troubles de panique Crsquoest un des antideacutepresseurs les plus prescrits (Kolpin et
al 2002) dont le mode drsquoaction est une inhibition seacutelective de la recapture de la seacuterotonine au
niveau des neurones agrave noradreacutenaline activant les fonctions seacuterotoninergiques de la cellule
La fluoxeacutetine est meacutetaboliseacutee en grande partie dans le foie en norfluoxeacutetine et drsquoautres
moleacutecules non identifieacutees puis excreacuteteacutee par voie reacutenale (http 1) Jusqursquoagrave 11 du meacutedicament
sont excreacuteteacutes en tant que fluoxeacutetine non meacutetaboliseacutee (Morando 2009)
Apregraves avoir eacuteteacute transporteacutee par les eaux des eacutegouts la fluoxeacutetine a eacuteteacute retrouveacutee dans la boue
des riviegraveres et pourrait ecirctre absorbeacutee par les plantes Une eacutetude sur la dureacutee de vie des
meacutedicaments dans le sol indique qursquoelle eacutetait parmi les plus persistants et eacutetait encore deacutetecteacutee
apregraves 40 jours Les plantes qui poussent alors sur le sol contamineacute incorporent de la fluoxeacutetine
Introduction
2
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
dans leurs racines (https 2) Les effets de lrsquoexposition chronique agrave la fluoxeacutetine ont eacuteteacute surtout
eacutetudieacutes dans lrsquoenvironnement aquatique (Fent et al 2006) Cependant il y a tregraves peu drsquoeacutetudes
concernant les effets de la fluoxeacutetine sur les veacutegeacutetaux
Lrsquoexposition agrave des composeacutes pharmaceutiques actifs peut causer des perturbations sur le
deacuteveloppement des plantes Citons en exemples lrsquoinhibition de la croissance de lrsquoalgue
Pseudokirchneriella subcapitata en preacutesence de fluoxeacutetine (Barcelo et Petrovic 2007) et la
reacuteduction de la biomasse des fruits de courgette exposeacutee au carbamazeacutepine (Carter et al 2015)
Le cafeacute est un produit consommeacute essentiellement pour ses effets psychotropes La cafeacuteine par
son antagonisme sur lrsquoadeacutenosine provoque une augmentation de lrsquoactiviteacute nerveuse avec
libeacuteration drsquoadreacutenaline et augmentation du niveau de dopamine
Les reacutesidus des industries du cafeacute sont toxiques et repreacutesentent de seacuterieux problegravemes
environnementaux (Mussatto et al 2011) En effet une grande quantiteacute de marc de cafeacute est
deacutechargeacutee par les industries alimentaires pendant la fabrication du cafeacute instantaneacute Bien que
recycleacute en compost et en alimentation animale une quantiteacute importante est toujours consideacutereacutee
comme deacutechets et brucircleacutee (Silva et al 1998)
Le marc de cafeacute est aussi reconnu comme engrais organique et utiliseacute dans les jardins ou
potagers Des recherches anteacuterieures ont suggeacutereacute qursquoil peut ecirctre utiliseacute comme combustible
(Silva et al 1998) additif pour amender le sol (Yen et al 2005) adsorbant de meacutetaux (Utomo
et al 2006) compost (Orozco et al 1996 Morikawa et Saigusa 2008) paillage ou laquo mulch raquo
(Eshetu et al 2007) et moyen de controcircle des mauvaises herbes (Sciarrappa et al 2008)
Puisque le marc de cafeacute est un sous-produit agrave bas prix et que plus de 80 millions de tonnes sont
disponibles par an son utilisation est devenue une option inteacuteressante pour leacuteconomie
circulaire
Si la toxiciteacute des substances psychotropes sur lrsquoorganisme humain ou sur des modegraveles animaux
ont fait lrsquoobjet drsquoeacutetudes pousseacutees avant leur mise sur le marcheacute leurs effets sur les plantes ne
sont pas bien connus Parfois des tests de laboratoire sur les algues et les lentilles drsquoeau sont
utiliseacutes pour eacutevaluer la toxiciteacute chronique des substances pharmaceutiques mais les eacutetudes
concernant leurs impacts sur les plantes supeacuterieures restent rares Webb (2001) suggeacuterait en
comparant diffeacuterents niveaux trophiques que les algues eacutetaient plus sensibles aux meacutedicaments
testeacutes et que les classes les plus toxiques eacutetaient les antideacutepresseurs les antibiotiques et les
antipsychotiques Drsquoune maniegravere geacuteneacuterale les substances phytotoxiques interfegraverent avec
labsorption et le transport de micro et macro eacuteleacutements essentiels et perturbent la croissance et
le deacuteveloppement de la plante (Jin et al 2009)
Introduction
3
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les effets de deux psychotropes la fluoxeacutetine et le cafeacute sur la croissance et le deacuteveloppement
drsquoune plante modegravele sont eacutevalueacutes dans cette eacutetude De nombreux travaux anteacuterieurs ont rapporteacute
les effets du marc de cafeacute utiliseacute en paillage ou laquo mulch raquo sur les cultures (Silva 1998 Reigosa
1999 Altland et Lanthier 2007) mais ce qui distingue la preacutesente eacutetude est son application agrave
diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante En effet lrsquoexposition des plantes aux produits
pharmaceutiques ou aux deacutechets industriels pourrait survenir de maniegravere aleacuteatoire crsquoest-agrave-dire
agrave nrsquoimporte quel stade de deacuteveloppement de la plante Notre hypothegravese de travail est que la
sensibiliteacute des plantes agrave un paillage au marc de cafeacute varie selon leur stade de deacuteveloppement
Lrsquoobjectif de ce travail est drsquoeacutevaluer la reacuteponse drsquoune plante modegravele agrave cycle court Phaseolus
vulgaris agrave des substances psychotropes comme la fluoxeacutetine ou le cafeacute Plus speacutecifiquement
notre eacutetude vise agrave identifier les perturbations occasionneacutees par ces produits sur le
deacuteveloppement de la plante lorsque lrsquoexposition se deacuteroule de maniegravere chronique (cas de la
fluoxeacutetine) ou survient agrave des stades preacutecis du deacuteveloppement
Ce devoir sera deacuteveloppeacute comme suit tout drsquoabord les mateacuteriels et meacutethodes ensuite les
reacutesultats puis les discussions et se terminera par une conclusion et quelques perspectives
Mateacuteriels et meacutethodes
4
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
II MATERIELS ET METHODES
II1 Mateacuteriels
II11 Mateacuteriel veacutegeacutetal
Des graines de Phaseolus vulgaris varieacuteteacute laquo vangamena raquo (lot cal98 FOFIFA) ont eacuteteacute utiliseacutees
pour lrsquoexpeacuterimentation
Trois stades ont eacuteteacute deacutefinis au cours du deacuteveloppement des plants de haricot
- le stade 1 qui correspond agrave la graine segraveche dormante avant la germination
- le stade 2 qui correspond agrave la plantule germeacutee en deacutebut de croissance veacutegeacutetative et
caracteacuteriseacute par le deacuteploiement agrave lrsquohorizontal des deux cotyleacutedons est atteint 30 jours
apregraves le semis
- le stade 3 qui correspond agrave la floraison et caracteacuteriseacute par la premiegravere apparition de
bourgeons floraux est atteint 60 jours apregraves le semis
II12 Produits eacutetudieacutes
Deux psychotropes ont eacuteteacute utiliseacutes pour cette eacutetude
- Fluoxeacutetine 20mg agrave partir de comprimeacutes de Dawnexreg (Micro Labs Ltd Inde)
- Marc de cafeacute obtenu agrave partir drsquoune extraction agrave lrsquoeau chaude de la poudre de cafeacute
II13 Mise en culture
II131 Construction drsquoune serre
Une serre en bois de (6times3times175m) a eacuteteacute construite et recouverte drsquoune toile en polyeacutethylegravene
translucide soutenue par des lattes entrelaceacutees Deux ouvertures ont eacuteteacute ameacutenageacutees pour
permettre une meilleure circulation drsquoair dans la serre et abaisser la tempeacuterature inteacuterieure Les
expeacuteriences ont eacuteteacute reacutealiseacutees de juin agrave septembre 2015 et la tempeacuterature dans la serre variait de
37 agrave 40degC pendant le jour et de 7agrave 12degC pendant la nuit
II132 Conteneurs et Substrats de culture
Le substrat de culture utiliseacute est un meacutelange de sol noir argileux de sol rouge lateacuteritique et de
sable (111) qui pegravese environ 1000g Le conteneur de culture est confectionneacute agrave partir drsquoune
Mateacuteriels et meacutethodes
5
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
bouteille drsquoeau commerciale en polyeacutethylegravene de 15l coupeacutee aux trois-quarts de sa hauteur
(approximativement 22cm) Le semis a eacuteteacute effectueacute agrave raison drsquoune graine par conteneur
II2 Meacutethodes
Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits psychotropes La
premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de fluoxeacutetine depuis
la germination jusqursquoagrave la seacutenescence La seconde expeacuterimentation vise agrave eacutevaluer la reacuteponse des
plantules lorsque le substrat est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade
preacutecis de leur deacuteveloppement
II21 Etablissement et suivi des cultures
II211 Preacuteparation de la solution de fluoxeacutetine
Pour la premiegravere expeacuterimentation une solution de 31mgl-1 de fluoxeacutetine a eacuteteacute preacutepareacutee agrave partir
de comprimeacutes de Dawnexreg (Micro Labs Ltd Inde) contenant 20mg drsquoingreacutedient actif soit 3000
fois la concentration minimale montrant un effet sur les phytoplanctons (Fent et al 2006)
Les plantes ont eacuteteacute arroseacutees tous les trois jours avec 330ml de cette solution depuis la
germination jusqursquoagrave la seacutenescence Trente plantes ont eacuteteacute traiteacutees de maniegravere chronique avec de
la fluoxeacutetine alors que 30 autres ont eacuteteacute arroseacutees agrave la mecircme freacutequence avec de lrsquoeau de robinet
II212 Preacuteparation de marc de cafeacute
Pour la seconde expeacuterimentation de la poudre de cafeacute a eacuteteacute preacutepareacutee agrave partir de graines segraveches
tout venant acheteacutees au marcheacute drsquoAntananarivo torreacutefieacutees agrave la poecircle pendant 15 minutes avant
drsquoecirctre reacuteduites en poudre Le marc de cafeacute est obtenu apregraves avoir effectueacute une premiegravere
extraction agrave lrsquoeau chaude agrave raison de 250g de poudre par litre pour imiter la preacuteparation de cafeacute
agrave boire Le marc est ensuite seacutecheacute agrave lrsquoair libre et agrave lrsquoombre jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune poudre
segraveche puis stockeacute pour lrsquoexpeacuterimentation Ce proceacutedeacute a eacuteteacute reacutepeacuteteacute autant de fois pour
lrsquoapplication de marc de cafeacute au niveau du substrat aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de
la plante
Quatre cuillereacutees agrave soupe de marc de cafeacute environ 100g ont eacuteteacute deacuteposeacutees au-dessus du substrat
pour constituer une couche drsquoenviron 2cm drsquoeacutepaisseur selon le principe du laquomulchingraquo ou
paillage soit 11 agrave 12 tonnes par hectare Lrsquoapplication de marc de cafeacute a eacuteteacute effectueacutee avant le
Mateacuteriels et meacutethodes
6
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
changement de phases chez la plante Le nombre total drsquoindividus utiliseacutes est de 120
correspondant agrave 30 pour chacun des trois stades de deacuteveloppement et 30 autres servant de
teacutemoins sans application de marc de cafeacute
II213 Paramegravetres et suivis des cultures
Pour eacutevaluer lrsquoeffet de la fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur la croissance et le deacuteveloppement
des plantes des suivis hebdomadaires ont eacuteteacute faits sur la longueur de la tige la couleur des
feuilles le nombre de fleurs et de gousses tandis que la longueur et le poids sec des racines le
nombre et le diamegravetre des nodules le poids des gousses et des graines nrsquoont eacuteteacute mesureacutes qursquoen
fin drsquoexpeacuterience
Un pied-agrave-coulisse digital a eacuteteacute utiliseacute pour mesurer le diamegravetre des nodules
Le poids sec des racines le poids des gousses et des racines ont eacuteteacute mesureacutes agrave lrsquoaide drsquoune
balance de preacutecision
Un tableau de couleur de feuilles a eacuteteacute utiliseacute pour caracteacuteriser les changements de coloration
au cours du deacuteveloppement Ce tableau contient 6 couleurs variant du vert clair au vert fonceacute
correspondant agrave un numeacutero de 1 agrave 6 selon la meacutethode deacutecrite par Witt et al (2005)
II22 Deacutenombrement de la microfaune du sol
A la fin de la culture le nombre drsquoacariens et de collemboles dans le sol a eacuteteacute eacutevalueacute Pour cela
un dispositif de Berlese confectionneacute agrave partir drsquoune bouteille drsquoeau translucide en polyeacutethylegravene
dont la partie supeacuterieure inverseacutee est utiliseacutee pour contenir le substrat et la partie infeacuterieure pour
recueillir les microfaunes dans de lrsquoalcool agrave 70deg selon le principe de Antonio Berlese en 1905
(http 3) Briegravevement la partie supeacuterieure de la bouteille contenant le substrat est directement
exposeacutee agrave la lumiegravere drsquoune lampe incandescente de 60W La faune du sol va fuir la lumiegravere et
la chaleur et va migrer vers le fond de lrsquoentonnoir avant de tomber dans le reacutecipient contenant
de lrsquoalcool ougrave les insectes seront immobiliseacutes identifieacutes et deacutenombreacutes
Pour le sol venant des conteneurs teacutemoins et du traitement agrave la fluoxeacutetine 100g de sol preacuteleveacute
agrave la surface ont eacuteteacute preacuteleveacutes Pour les substrats comprenant un laquomulchraquo de reacutesidus de cafeacute les
microfaunes se trouvant dans le laquomulchraquo et dans le sol ont eacuteteacute recenseacutes seacutepareacutement
Mateacuteriels et meacutethodes
7
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Photo 1 Dispositif de Berlese
II3 Analyses statistiques
Le logiciel XLSTAT 2014 a eacuteteacute utiliseacute pour analyser les donneacutees concernant les effets de la
fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur les paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de P
vulgaris Une analyse de variances agrave un seul facteur a eacuteteacute faite pour deacutetecter les effets
significatifs suivie drsquoun test de comparaison des moyennes assorti drsquoun risque α=5
JRakotonirina 2015
Reacutesultats
8 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
III RESULTATS
Les effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine ou agrave un amendement du substrat au marc
de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante ont eacuteteacute eacutevalueacutes en suivant les
paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de la racine qui est le premier organe en contact
avec les produits testeacutes Cependant les effets plus systeacutemiques sur lrsquoorganisme veacutegeacutetal ont eacuteteacute
eacutevalueacutes en suivant la croissance et le deacuteveloppement des autres organes comme la tige la
feuille la fleur et le fruit
III1 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la racine
Les plantes traiteacutees agrave la fluoxeacutetine produisent moins de biomasse racinaire que celles non
traiteacutees (p=00001) Le traitement agrave la fluoxeacutetine reacuteduit la biomasse racinaire drsquoenviron 02g
(Figure 1A) soit 45 Cependant le laquo mulching raquo au marc de cafeacute preacutesente un effet plus
disparate En effet le marc de cafeacute nrsquoa aucun effet au cours de la germination mais reacuteduit
significativement (p=00001) la croissance racinaire lorsque appliqueacute en deacutebut des phases
veacutegeacutetative et de floraison drsquoenviron 01g soit 26 (Figure 1B)
Figure 1 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement B sur la biomasse racinaire (B) de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
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01
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Bio
mas
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
9 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
La fluoxeacutetine nrsquoaffecte pas (p=00558) la croissance racinaire (Figure 2A) Par contre le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute stimule fortement (p=00006) lrsquoeacutelongation racinaire lorsque
appliqueacute au cours de la germination des plantules (Figure 2B) Le traitement au laquo mulch raquo de
cafeacute provoque une augmentation drsquoenviron 2cm de la longueur des tiges
Figure 2 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoeacutelongation racinaire de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
En ce qui concerne le nombre de nodules racinaires la figure 3A montre une forte inhibition
(p=00150) de leur initiation par la fluoxeacutetine drsquoenviron 77(13nodules) Et plus inteacuteressant
encore la figure 3B nous montre que lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison
entraicircne une reacuteduction significative (p=00023) du nombre de nodules drsquoenviron 52 (27
nodules)
0
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
a
bb b
B A
Reacutesultats
10 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 3 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application
de laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoinitiation de nodules
racinaires par individus de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
La fluoxeacutetine nrsquoinflue pas sur la taille des nodules des racines (p=01658) tandis que le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute reacuteduit leur taille drsquoenviron 04mm (p=00017) lorsque appliqueacute
en deacutebut des phases de germination et de croissance veacutegeacutetative (Figure 4B)
a
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0
10
20
30
40
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
11 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 4 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le la taille des nodules racinaires
de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III2 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la tige et la feuille
La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet (p=03319) sur lrsquoeacutelongation de la tige (Figure 5A) Par contre les
plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sont
significativement plus courtes drsquoenviron 1cm (p=00026) compareacutees aux plantes teacutemoins
(Figures 5B)
La fluoxeacutetine (p= 03169) et le laquo mulch raquo de cafeacute (p=07685) nrsquoont aucune influence sur la
couleur des feuilles (Annexe 3)
a
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0
02
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08
1
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
12 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 5 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la hauteur des tiges de Phaseolus
vulgaris apregraves 3 mois de culture
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III3 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les fleurs et les fruits
Les figures 6A et 6B preacutesentent la cineacutetique drsquoapparition des fleurs respectivement pour les
deux expeacuterimentations avec la fluoxeacutetine et le marc de cafeacute La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet
marqueacute sur le nombre de fleurs Cependant lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la
germination a provoqueacute drsquoune part un retard drsquoune semaine du pic de floraison et drsquoautre part
une reacuteduction du nombre total de fleurs produit par individu par rapport aux autres traitements
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des
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cm)
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Reacutesultats
13 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
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Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
V FG
B
Reacutesultats
14 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Lrsquoarrosage chronique drsquoune concentration de fluoxeacutetine nrsquoa aucune influence sur le nombre de
gousses (Figure 7A) Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la germination a provoqueacute une
augmentation du nombre de gousses en S8 (p=00451) et S9 (p=00391) puis lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute avant la croissance veacutegeacutetative a deacuteclencheacute une augmentation du nombre de
gousses depuis S8 (p=00263)
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
1
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Temps (semaine)
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B
Reacutesultats
15 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Aucun effet significatif de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute nrsquoa eacuteteacute trouveacute sur le poids des
gousses le poids des graines ou le nombre de graines de Phaseolus vulgaris (Annexe 3)
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la microfaune du sol
Dans un premier temps lrsquoanalyse au preacutealable de la microfaune du sol au niveau du sol situeacute
sous le laquo mulch raquo nrsquoa pas permis de deacutetecter une diffeacuterence significative avec les cultures
teacutemoins Crsquoest la raison pour laquelle les comparaisons ont eacuteteacute focaliseacutees sur le laquo mulch raquo
couvrant le substrat initial
La fluoxeacutetine nrsquoa pas drsquoinfluence sur lrsquoabondance drsquoacariens (p=08734) et de collemboles
(p=1) dans le sol
Par contre lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la
plante permet de favoriser le deacuteveloppement drsquoune acarofaune (p=0022) surtout lors drsquoune
addition au cours du stade veacutegeacutetatif De mecircme le laquomulchingraquo favorise la prolifeacuteration de
collemboles (p=00130) dans le substrat mais leur nombre est nettement infeacuterieur compareacute aux
acariens (Figure 8)
Reacutesultats
16 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le
nombre de microfaunes acariens et collemboles dans le substrat
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
a
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Acariens Collemboles
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Acariens Collemboles
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Mic
rofa
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par
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bst
rat
mulch germination
mulch veacutegeacutetative
mulch floraison
teacutemoin
B
Discussions
17
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
IV DISCUSSIONS
La croissance et le deacuteveloppement des plants de haricot sont inhibeacutes par la preacutesence de
laquo mulch raquo de cafeacute Les reacutesultats ont montreacute que lrsquoeacutelongation de la tige est inhibeacutee par lrsquoaddition
de laquo mulch raquo de cafeacute et que lrsquoapplication de ce dernier agrave des peacuteriodes coiumlncidant avec le deacutebut
des stades veacutegeacutetatif et de floraison induit une reacuteduction de la biomasse racinaire et une
inhibition de lrsquoeacutelongation racinaire au stade de germination
Ces effets inhibiteurs pourraient ecirctre causeacutes par la teneur en cafeacuteine qui persiste dans les reacutesidus
de cafeacute utiliseacutes En effet il a eacuteteacute rapporteacute que lajout de cafeacuteine dans le substrat agrave certaines doses
conduirait agrave des symptocircmes semblables agrave une carence en calcium y compris un retard de
croissance chez les plantes (http 4) Il a eacuteteacute aussi mentionneacute que la cafeacuteine agrave une concentration
de 60ppm induisait une inhibition de la croissance des tiges et des racines chez
Phaseolus vulgaris (Lahouti et al 2007) En effet la cafeacuteine est connue pour son action
inhibitrice de la prolifeacuteration cellulaire (Levi-Schaffer et al 1991) Elle eacutetait rapporteacutee comme
favorisant le deacuteclenchement de la mort cellulaire programmeacutee et perturbe les proteacuteines
reacutegulatrices du cycle cellulaire (Bode et Dong 2007) La cafeacuteine ou lrsquoacide cafeacuteique a eacuteteacute deacutecrit
comme inhibiteur de la prolifeacuteration des cellules du cancer du sein (Rosendahl 2015) Plus
particuliegraverement la cafeacuteine est connue comme eacutetant un inhibiteur de la formation du
phragmoplaste lors la division cellulaire chez les veacutegeacutetaux empecircchant la cytodieacuteregravese (Hepler et
Bonsignore 1990) Cet effet reacutesulterait en la reacuteduction de la division cellulaire et du nombre de
cellules dans le meacuteristegraveme apical de la tige (Helper et Bosignore 1990 Galatis et Apostolakos
1991) Chez la laitue lrsquoaddition de marc de cafeacute agrave une concentration entre 25 et 5 (vv) nrsquoa
pas drsquoeffets significatifs sur la croissance et le deacuteveloppement de la plante Par contre une
induction du stress est observeacutee agrave des concentrations supeacuterieures agrave 10 probablement due agrave
lrsquoaugmentation de composeacutes phytotoxiques comme la cafeacuteine ou bien agrave la reacuteduction des
macronutriments absorbeacutes par la plante pour sa croissance (Gomes et al 2013) Drsquoautres
composeacutes potentiellement toxiques comme les tanins et lrsquoacide chlorogeacutenique persistent dans
le marc de cafeacute (Batish et al 2008) et sont susceptibles drsquoentraicircner une inhibition de la
croissance de la plante (Gomes et al 2013) Pandey et al (2007) suggeacuteraient que crsquoest la
preacutesence de lrsquoacide chlorogeacutenique dans le cafeacute qui provoque lrsquoinhibition de la croissance de la
plante Ce composeacute est rapporteacute comme inhibiteur de la croissance du coleacuteoptile chez le bleacute
(Kefeli et al 1978) Mais drsquoautres auteurs stipulent que les polypheacutenols abondants dans le
marc de cafeacute pourraient agir aussi comme inhibiteurs ou comme stimulateurs de la croissance
en fonction de leur concentration (Ignat et al 2009)
Discussions
18
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
La preacutesence de champignons et bacteacuteries qui prolifegraverent abondamment dans le marc de cafeacute
favoriserait lrsquoapparition de maladies au niveau des racines et par conseacutequent un retard de
croissance (http 5)
Lrsquoinitiation et la croissance des nodules sont inhibeacutees chez les plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo
de cafeacute En effet les plants de haricot traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut de floraison
ont deacuteveloppeacute peu de nodules racinaires par rapport aux plants teacutemoins et la taille des nodules
est reacuteduite chez les plants traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute au cours des stades de germination
et de croissance veacutegeacutetative
A part lrsquoeffet inhibiteur de la cafeacuteine preacutesente dans les reacutesidus de cafeacute lrsquoinhibition de lrsquoinitiation
nodulaire et la reacuteduction de la taille des nodules sont causeacutees par plusieurs des facteurs
hormonaux et drsquoautres lieacutes au niveau de nitrate ou drsquoammonium Linitiation de nodules est
controcircleacutee par plusieurs facteurs hormonaux (Schultze et Kondorosi 1998) mais la formation
des nodules deacutepend de la communication entre la tige et la racine (Complainville 2003
Okamoto et Kawaguchi2015) En particulier le nitrate est connu pour reacuteguler neacutegativement le
transport basipeacutetal de lrsquoauxine entre la racine et la tige dougrave lrsquoinhibition de la nodulation par
de fortes concentrations en nitrate (Mortier 2012 Saito 2014) Les conditions de
lenvironnement telles que la disponibiliteacute en nitrate ou ammonium affectent les processus de
nodulation et les signaux endogegravenes tels que la provision de carbone lefficaciteacute de nodulation
et le processus de fixation dazote (Mortier 2012) Chez Lotus japonicus lrsquoapplication de
concentrations de nitrate entre 3 et 10 mM entraicircne une inhibition de lrsquoinitiation de nodules
(Okamoto et Kawaguchi 2015) via lrsquoinhibition de la nitrogeacutenase (Carroll et Gresshoff
1983)Chez les plantes de soja les diamegravetres des nodules ont augmenteacute de 1 agrave 6 mm pour 14
jours en absence de nitrate En revanche laugmentation de la taille des nodules a eacuteteacute reacuteduite
par laddition de 5mM de nitrate (Saito et al 2014) Une forte consommation de
photosyntheacutetats au niveau des racines peut aussi limiter leur allocation aux nodules qui peut
entraicircner une inhibition de la croissance et lrsquoarrecirct de la fixation de lazote atmospheacuterique
(Yashima 2005) Chez le pois une faible concentration en NH4+ favorise une augmentation de
la taille des nodules Il semble qursquoune meilleure fixation de N2 est obtenue lorsque du NH4+ est
disponible (Vassey et Waterer 1992)Or le nitrate est la forme principale drsquoazote dans le
vermicompost de cafeacute (Chaoui et al 2003 Micelli et al 2007 Tognetti 2010) Il est alors
possible que le faible nombre de nodules et la reacuteduction de la taille des nodules chez les
plantules traiteacutees aient eacuteteacute provoqueacutes par une concentration eacuteleveacutee de nitrate dans le marc de
cafeacute
Discussions
19
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les flavonoiumldes affectent la formation des nodules gracircce agrave leur proprieacuteteacute reacuteductrice du transport
et de lrsquoaccumulation drsquoauxine Un signal de cytokinine est deacuteterminant pour lrsquoinitiation des
nodules agrave travers lrsquoinhibition du transport polaire et de lrsquoaccumulation drsquoauxine dans les cellules
corticales par les flavonoiumldes (Ng et al 2015) Le rocircle de lauxine dans la nodulation est lieacute
eacutetroitement au deacuteveloppement dautres structures racinaires comme la racine lateacuterale Le
deacuteveloppement des racines et des nodules est reacuteguleacute par le ratio auxine-cytokinine
Lrsquoaccumulation drsquoauxine stimule la formation de racines lateacuterales alors que lrsquoaugmentation de
cytokinine ou lrsquoinhibition du transport dauxine induit le deacuteveloppement de pseudo-
nodules (http 6) Il est inteacuteressant de souligner que lrsquoapplication de marc de cafeacute avait stimuleacute
la formation de nodules racinaires chez les plants de soja (Lee et Hirsch 2006)
Lrsquoutilisation de laquo mulch raquo pour ameacuteliorer les cultures peut entraicircner des effets sur la diversiteacute
et lrsquoabondance microbiennes (Tiquia et al 2002) En effet laddition de vermicompost de cafeacute
dans le sol a favoriseacute lactiviteacute microbienne (Atiyeh et al 2002 Theunissen 2010) Par contre
peu drsquoeacutetudes srsquoest inteacuteresseacutee agrave lrsquoeffet du laquo mulching raquo sur la microfaune du sol Nos reacutesultats
indiquent que le sol couvert de marc de cafeacute contient un nombre plus important de microfaunes
La deacutecomposition des reacutesidus de cafeacute est lente due agrave la preacutesence drsquoazote proteacuteique structural et
de fortes concentrations de lipides (Kitou et Okuno 1999) Ce qui pourrait neacutecessiter
lrsquointervention drsquoinsectes phytophages qui ne sont pas repousseacutes par le cafeacute En effet lrsquoaddition
de reacutesidus de cafeacute atteacutenue les ravages sur les plants de soja occasionneacutes par Megacopta
cribraria en renforccedilant le systegraveme de deacutefense de la plante (http 7)
Drsquoautres eacutetudes indiquent par contre une absence drsquoeffet protecteur des reacutesidus de cafeacute agrave
lrsquoexemple de lrsquoinsecte ravageur Aulacaspis yasumatsui sur les cycas (Magellan et al 2013)
la cafeacuteine eacutetant consideacutereacutee comme un composeacute de deacutefense de la plante contre les herbivores et
les microorganismes (Brownlee et al 1990 Cruz et al 2012) Dans le cadre de notre eacutetude
la teneur en cafeacuteine dans les reacutesidus est consideacutereacutee comme faible agrave la suite drsquoune premiegravere
extraction aqueuse agrave chaud Ce qui aurait favoriseacute la prolifeacuteration de la microfaune du sol
essentiellement dans la partie correspondante au laquo mulch raquo
La floraison est retardeacutee en cas drsquoapplication preacutecoce de reacutesidus de cafeacute sur des individus en
germination La floraison est stimuleacutee par lrsquoapport drsquoengrais organiques chez plusieurs espegraveces
(Umesha et al 2011) Chez Solanum nigrum des doses insuffisantes drsquoengrais organiques
entrainaient un retard de floraison Cela serait ducirc agrave un deacuteficit drsquoeacuteleacutements nutritifs reacuteduisant la
croissance et causant un retard de la floraison (Umesha et al 2011) Nos reacutesultats semblent en
Discussions
20
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
Reacutefeacuterences bibliographiques
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
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Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cole
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5N
om
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
fluoxeacutetine
teacutemoin
Aa
0
1
2
3
4
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Nom
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
aa a
0
05
1
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2
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Poid
s des
gra
ines
(g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
0
05
1
15
2
25
Poid
s des
gra
ines
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
a aa
a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
0
05
1
15
2
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s des
gouss
es (
g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
0
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1
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2
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3
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Poid
s des
gouss
es (
g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 9
Table des matiegraveres
vii
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Marc de cafeacute reacutesidu de cafeacute obtenue agrave partir drsquoune extraction agrave chaude des poudres de grains
de cafeacute
Neurotrope substance ou eacuteleacutement qui se fixe preacutefeacuterentiellement sur le systegraveme nerveux
Psychotrope substance ayant un effet sur lactiviteacute ceacutereacutebrale au niveau du systegraveme nerveux
central
Introduction
1
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
I INTRODUCTION
La contamination de lrsquoair des eaux et des sols par les activiteacutes anthropiques repreacutesente de reacuteels
problegravemes environnementaux notamment dans le milieu marin lieu de deacutepocirct final des polluants
chimiques
Parmi ces contaminants certaines substances dites eacutemergentes parce que leur deacutetection agrave lrsquoeacutetat
de trace dans les eacutecosystegravemes est devenue possible gracircce au deacuteveloppement de techniques
drsquoanalyse plus performantes inquiegravetent actuellement la communauteacute scientifique et les
associations de consommateurs En effet les theacutematiques de recherche en eacutecotoxicologie se
tournent de plus en plus vers lrsquoeacutetude drsquoimpacts de composeacutes actifs preacutesents agrave des concentrations
de lrsquoordre drsquoune dizaine de ngl-1 (Brooks 2003) Par ailleurs les travaux rapportant la preacutesence
de nombreux composeacutes pharmaceutiques dans lenvironnement ont augmenteacute depuis les anneacutees
1990 (Stumpf et al 1999 Daughton et al 2000)
Les psychotropes sont parmi les classes de meacutedicaments les plus consommeacutees dans le monde
Les psychotropes et les produits de leur deacutegradation par lrsquoorganisme humain se retrouvent
libeacutereacutes dans notre environnement et pourraient perturber le deacuteveloppement drsquoautres organismes
(Brain et al 2008) En exemples citons lrsquoaugmentation de la locomotion du crabe eacutepibenthique
Carcinus maenas exposeacute agrave la fluoxeacutetine (Mesquita et al 2011) les changements de
comportement des poissons sauvages apregraves absorption doxazeacutepam une drogue anxiolytique
(Brodin et al 2013) et enfin la stimulation de la reproduction chez Daphnia magna et
lrsquoaugmentation de la feacuteconditeacute chez Ceriodaphnia dubia en preacutesence de fluoxeacutetine (Flaherty et
al 2001)
La fluoxeacutetine plus connue sous son nom commercial Prozacreg est un psychotrope syntheacutetique
utiliseacute pour lutter contre la deacutepression les troubles obsessionnels compulsifs la boulimie
nerveuse et les troubles de panique Crsquoest un des antideacutepresseurs les plus prescrits (Kolpin et
al 2002) dont le mode drsquoaction est une inhibition seacutelective de la recapture de la seacuterotonine au
niveau des neurones agrave noradreacutenaline activant les fonctions seacuterotoninergiques de la cellule
La fluoxeacutetine est meacutetaboliseacutee en grande partie dans le foie en norfluoxeacutetine et drsquoautres
moleacutecules non identifieacutees puis excreacuteteacutee par voie reacutenale (http 1) Jusqursquoagrave 11 du meacutedicament
sont excreacuteteacutes en tant que fluoxeacutetine non meacutetaboliseacutee (Morando 2009)
Apregraves avoir eacuteteacute transporteacutee par les eaux des eacutegouts la fluoxeacutetine a eacuteteacute retrouveacutee dans la boue
des riviegraveres et pourrait ecirctre absorbeacutee par les plantes Une eacutetude sur la dureacutee de vie des
meacutedicaments dans le sol indique qursquoelle eacutetait parmi les plus persistants et eacutetait encore deacutetecteacutee
apregraves 40 jours Les plantes qui poussent alors sur le sol contamineacute incorporent de la fluoxeacutetine
Introduction
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
dans leurs racines (https 2) Les effets de lrsquoexposition chronique agrave la fluoxeacutetine ont eacuteteacute surtout
eacutetudieacutes dans lrsquoenvironnement aquatique (Fent et al 2006) Cependant il y a tregraves peu drsquoeacutetudes
concernant les effets de la fluoxeacutetine sur les veacutegeacutetaux
Lrsquoexposition agrave des composeacutes pharmaceutiques actifs peut causer des perturbations sur le
deacuteveloppement des plantes Citons en exemples lrsquoinhibition de la croissance de lrsquoalgue
Pseudokirchneriella subcapitata en preacutesence de fluoxeacutetine (Barcelo et Petrovic 2007) et la
reacuteduction de la biomasse des fruits de courgette exposeacutee au carbamazeacutepine (Carter et al 2015)
Le cafeacute est un produit consommeacute essentiellement pour ses effets psychotropes La cafeacuteine par
son antagonisme sur lrsquoadeacutenosine provoque une augmentation de lrsquoactiviteacute nerveuse avec
libeacuteration drsquoadreacutenaline et augmentation du niveau de dopamine
Les reacutesidus des industries du cafeacute sont toxiques et repreacutesentent de seacuterieux problegravemes
environnementaux (Mussatto et al 2011) En effet une grande quantiteacute de marc de cafeacute est
deacutechargeacutee par les industries alimentaires pendant la fabrication du cafeacute instantaneacute Bien que
recycleacute en compost et en alimentation animale une quantiteacute importante est toujours consideacutereacutee
comme deacutechets et brucircleacutee (Silva et al 1998)
Le marc de cafeacute est aussi reconnu comme engrais organique et utiliseacute dans les jardins ou
potagers Des recherches anteacuterieures ont suggeacutereacute qursquoil peut ecirctre utiliseacute comme combustible
(Silva et al 1998) additif pour amender le sol (Yen et al 2005) adsorbant de meacutetaux (Utomo
et al 2006) compost (Orozco et al 1996 Morikawa et Saigusa 2008) paillage ou laquo mulch raquo
(Eshetu et al 2007) et moyen de controcircle des mauvaises herbes (Sciarrappa et al 2008)
Puisque le marc de cafeacute est un sous-produit agrave bas prix et que plus de 80 millions de tonnes sont
disponibles par an son utilisation est devenue une option inteacuteressante pour leacuteconomie
circulaire
Si la toxiciteacute des substances psychotropes sur lrsquoorganisme humain ou sur des modegraveles animaux
ont fait lrsquoobjet drsquoeacutetudes pousseacutees avant leur mise sur le marcheacute leurs effets sur les plantes ne
sont pas bien connus Parfois des tests de laboratoire sur les algues et les lentilles drsquoeau sont
utiliseacutes pour eacutevaluer la toxiciteacute chronique des substances pharmaceutiques mais les eacutetudes
concernant leurs impacts sur les plantes supeacuterieures restent rares Webb (2001) suggeacuterait en
comparant diffeacuterents niveaux trophiques que les algues eacutetaient plus sensibles aux meacutedicaments
testeacutes et que les classes les plus toxiques eacutetaient les antideacutepresseurs les antibiotiques et les
antipsychotiques Drsquoune maniegravere geacuteneacuterale les substances phytotoxiques interfegraverent avec
labsorption et le transport de micro et macro eacuteleacutements essentiels et perturbent la croissance et
le deacuteveloppement de la plante (Jin et al 2009)
Introduction
3
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les effets de deux psychotropes la fluoxeacutetine et le cafeacute sur la croissance et le deacuteveloppement
drsquoune plante modegravele sont eacutevalueacutes dans cette eacutetude De nombreux travaux anteacuterieurs ont rapporteacute
les effets du marc de cafeacute utiliseacute en paillage ou laquo mulch raquo sur les cultures (Silva 1998 Reigosa
1999 Altland et Lanthier 2007) mais ce qui distingue la preacutesente eacutetude est son application agrave
diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante En effet lrsquoexposition des plantes aux produits
pharmaceutiques ou aux deacutechets industriels pourrait survenir de maniegravere aleacuteatoire crsquoest-agrave-dire
agrave nrsquoimporte quel stade de deacuteveloppement de la plante Notre hypothegravese de travail est que la
sensibiliteacute des plantes agrave un paillage au marc de cafeacute varie selon leur stade de deacuteveloppement
Lrsquoobjectif de ce travail est drsquoeacutevaluer la reacuteponse drsquoune plante modegravele agrave cycle court Phaseolus
vulgaris agrave des substances psychotropes comme la fluoxeacutetine ou le cafeacute Plus speacutecifiquement
notre eacutetude vise agrave identifier les perturbations occasionneacutees par ces produits sur le
deacuteveloppement de la plante lorsque lrsquoexposition se deacuteroule de maniegravere chronique (cas de la
fluoxeacutetine) ou survient agrave des stades preacutecis du deacuteveloppement
Ce devoir sera deacuteveloppeacute comme suit tout drsquoabord les mateacuteriels et meacutethodes ensuite les
reacutesultats puis les discussions et se terminera par une conclusion et quelques perspectives
Mateacuteriels et meacutethodes
4
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
II MATERIELS ET METHODES
II1 Mateacuteriels
II11 Mateacuteriel veacutegeacutetal
Des graines de Phaseolus vulgaris varieacuteteacute laquo vangamena raquo (lot cal98 FOFIFA) ont eacuteteacute utiliseacutees
pour lrsquoexpeacuterimentation
Trois stades ont eacuteteacute deacutefinis au cours du deacuteveloppement des plants de haricot
- le stade 1 qui correspond agrave la graine segraveche dormante avant la germination
- le stade 2 qui correspond agrave la plantule germeacutee en deacutebut de croissance veacutegeacutetative et
caracteacuteriseacute par le deacuteploiement agrave lrsquohorizontal des deux cotyleacutedons est atteint 30 jours
apregraves le semis
- le stade 3 qui correspond agrave la floraison et caracteacuteriseacute par la premiegravere apparition de
bourgeons floraux est atteint 60 jours apregraves le semis
II12 Produits eacutetudieacutes
Deux psychotropes ont eacuteteacute utiliseacutes pour cette eacutetude
- Fluoxeacutetine 20mg agrave partir de comprimeacutes de Dawnexreg (Micro Labs Ltd Inde)
- Marc de cafeacute obtenu agrave partir drsquoune extraction agrave lrsquoeau chaude de la poudre de cafeacute
II13 Mise en culture
II131 Construction drsquoune serre
Une serre en bois de (6times3times175m) a eacuteteacute construite et recouverte drsquoune toile en polyeacutethylegravene
translucide soutenue par des lattes entrelaceacutees Deux ouvertures ont eacuteteacute ameacutenageacutees pour
permettre une meilleure circulation drsquoair dans la serre et abaisser la tempeacuterature inteacuterieure Les
expeacuteriences ont eacuteteacute reacutealiseacutees de juin agrave septembre 2015 et la tempeacuterature dans la serre variait de
37 agrave 40degC pendant le jour et de 7agrave 12degC pendant la nuit
II132 Conteneurs et Substrats de culture
Le substrat de culture utiliseacute est un meacutelange de sol noir argileux de sol rouge lateacuteritique et de
sable (111) qui pegravese environ 1000g Le conteneur de culture est confectionneacute agrave partir drsquoune
Mateacuteriels et meacutethodes
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
bouteille drsquoeau commerciale en polyeacutethylegravene de 15l coupeacutee aux trois-quarts de sa hauteur
(approximativement 22cm) Le semis a eacuteteacute effectueacute agrave raison drsquoune graine par conteneur
II2 Meacutethodes
Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits psychotropes La
premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de fluoxeacutetine depuis
la germination jusqursquoagrave la seacutenescence La seconde expeacuterimentation vise agrave eacutevaluer la reacuteponse des
plantules lorsque le substrat est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade
preacutecis de leur deacuteveloppement
II21 Etablissement et suivi des cultures
II211 Preacuteparation de la solution de fluoxeacutetine
Pour la premiegravere expeacuterimentation une solution de 31mgl-1 de fluoxeacutetine a eacuteteacute preacutepareacutee agrave partir
de comprimeacutes de Dawnexreg (Micro Labs Ltd Inde) contenant 20mg drsquoingreacutedient actif soit 3000
fois la concentration minimale montrant un effet sur les phytoplanctons (Fent et al 2006)
Les plantes ont eacuteteacute arroseacutees tous les trois jours avec 330ml de cette solution depuis la
germination jusqursquoagrave la seacutenescence Trente plantes ont eacuteteacute traiteacutees de maniegravere chronique avec de
la fluoxeacutetine alors que 30 autres ont eacuteteacute arroseacutees agrave la mecircme freacutequence avec de lrsquoeau de robinet
II212 Preacuteparation de marc de cafeacute
Pour la seconde expeacuterimentation de la poudre de cafeacute a eacuteteacute preacutepareacutee agrave partir de graines segraveches
tout venant acheteacutees au marcheacute drsquoAntananarivo torreacutefieacutees agrave la poecircle pendant 15 minutes avant
drsquoecirctre reacuteduites en poudre Le marc de cafeacute est obtenu apregraves avoir effectueacute une premiegravere
extraction agrave lrsquoeau chaude agrave raison de 250g de poudre par litre pour imiter la preacuteparation de cafeacute
agrave boire Le marc est ensuite seacutecheacute agrave lrsquoair libre et agrave lrsquoombre jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune poudre
segraveche puis stockeacute pour lrsquoexpeacuterimentation Ce proceacutedeacute a eacuteteacute reacutepeacuteteacute autant de fois pour
lrsquoapplication de marc de cafeacute au niveau du substrat aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de
la plante
Quatre cuillereacutees agrave soupe de marc de cafeacute environ 100g ont eacuteteacute deacuteposeacutees au-dessus du substrat
pour constituer une couche drsquoenviron 2cm drsquoeacutepaisseur selon le principe du laquomulchingraquo ou
paillage soit 11 agrave 12 tonnes par hectare Lrsquoapplication de marc de cafeacute a eacuteteacute effectueacutee avant le
Mateacuteriels et meacutethodes
6
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
changement de phases chez la plante Le nombre total drsquoindividus utiliseacutes est de 120
correspondant agrave 30 pour chacun des trois stades de deacuteveloppement et 30 autres servant de
teacutemoins sans application de marc de cafeacute
II213 Paramegravetres et suivis des cultures
Pour eacutevaluer lrsquoeffet de la fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur la croissance et le deacuteveloppement
des plantes des suivis hebdomadaires ont eacuteteacute faits sur la longueur de la tige la couleur des
feuilles le nombre de fleurs et de gousses tandis que la longueur et le poids sec des racines le
nombre et le diamegravetre des nodules le poids des gousses et des graines nrsquoont eacuteteacute mesureacutes qursquoen
fin drsquoexpeacuterience
Un pied-agrave-coulisse digital a eacuteteacute utiliseacute pour mesurer le diamegravetre des nodules
Le poids sec des racines le poids des gousses et des racines ont eacuteteacute mesureacutes agrave lrsquoaide drsquoune
balance de preacutecision
Un tableau de couleur de feuilles a eacuteteacute utiliseacute pour caracteacuteriser les changements de coloration
au cours du deacuteveloppement Ce tableau contient 6 couleurs variant du vert clair au vert fonceacute
correspondant agrave un numeacutero de 1 agrave 6 selon la meacutethode deacutecrite par Witt et al (2005)
II22 Deacutenombrement de la microfaune du sol
A la fin de la culture le nombre drsquoacariens et de collemboles dans le sol a eacuteteacute eacutevalueacute Pour cela
un dispositif de Berlese confectionneacute agrave partir drsquoune bouteille drsquoeau translucide en polyeacutethylegravene
dont la partie supeacuterieure inverseacutee est utiliseacutee pour contenir le substrat et la partie infeacuterieure pour
recueillir les microfaunes dans de lrsquoalcool agrave 70deg selon le principe de Antonio Berlese en 1905
(http 3) Briegravevement la partie supeacuterieure de la bouteille contenant le substrat est directement
exposeacutee agrave la lumiegravere drsquoune lampe incandescente de 60W La faune du sol va fuir la lumiegravere et
la chaleur et va migrer vers le fond de lrsquoentonnoir avant de tomber dans le reacutecipient contenant
de lrsquoalcool ougrave les insectes seront immobiliseacutes identifieacutes et deacutenombreacutes
Pour le sol venant des conteneurs teacutemoins et du traitement agrave la fluoxeacutetine 100g de sol preacuteleveacute
agrave la surface ont eacuteteacute preacuteleveacutes Pour les substrats comprenant un laquomulchraquo de reacutesidus de cafeacute les
microfaunes se trouvant dans le laquomulchraquo et dans le sol ont eacuteteacute recenseacutes seacutepareacutement
Mateacuteriels et meacutethodes
7
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Photo 1 Dispositif de Berlese
II3 Analyses statistiques
Le logiciel XLSTAT 2014 a eacuteteacute utiliseacute pour analyser les donneacutees concernant les effets de la
fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur les paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de P
vulgaris Une analyse de variances agrave un seul facteur a eacuteteacute faite pour deacutetecter les effets
significatifs suivie drsquoun test de comparaison des moyennes assorti drsquoun risque α=5
JRakotonirina 2015
Reacutesultats
8 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
III RESULTATS
Les effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine ou agrave un amendement du substrat au marc
de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante ont eacuteteacute eacutevalueacutes en suivant les
paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de la racine qui est le premier organe en contact
avec les produits testeacutes Cependant les effets plus systeacutemiques sur lrsquoorganisme veacutegeacutetal ont eacuteteacute
eacutevalueacutes en suivant la croissance et le deacuteveloppement des autres organes comme la tige la
feuille la fleur et le fruit
III1 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la racine
Les plantes traiteacutees agrave la fluoxeacutetine produisent moins de biomasse racinaire que celles non
traiteacutees (p=00001) Le traitement agrave la fluoxeacutetine reacuteduit la biomasse racinaire drsquoenviron 02g
(Figure 1A) soit 45 Cependant le laquo mulching raquo au marc de cafeacute preacutesente un effet plus
disparate En effet le marc de cafeacute nrsquoa aucun effet au cours de la germination mais reacuteduit
significativement (p=00001) la croissance racinaire lorsque appliqueacute en deacutebut des phases
veacutegeacutetative et de floraison drsquoenviron 01g soit 26 (Figure 1B)
Figure 1 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement B sur la biomasse racinaire (B) de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
9 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
La fluoxeacutetine nrsquoaffecte pas (p=00558) la croissance racinaire (Figure 2A) Par contre le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute stimule fortement (p=00006) lrsquoeacutelongation racinaire lorsque
appliqueacute au cours de la germination des plantules (Figure 2B) Le traitement au laquo mulch raquo de
cafeacute provoque une augmentation drsquoenviron 2cm de la longueur des tiges
Figure 2 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoeacutelongation racinaire de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
En ce qui concerne le nombre de nodules racinaires la figure 3A montre une forte inhibition
(p=00150) de leur initiation par la fluoxeacutetine drsquoenviron 77(13nodules) Et plus inteacuteressant
encore la figure 3B nous montre que lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison
entraicircne une reacuteduction significative (p=00023) du nombre de nodules drsquoenviron 52 (27
nodules)
0
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
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bb b
B A
Reacutesultats
10 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 3 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application
de laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoinitiation de nodules
racinaires par individus de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
La fluoxeacutetine nrsquoinflue pas sur la taille des nodules des racines (p=01658) tandis que le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute reacuteduit leur taille drsquoenviron 04mm (p=00017) lorsque appliqueacute
en deacutebut des phases de germination et de croissance veacutegeacutetative (Figure 4B)
a
b
0
10
20
30
40
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
11 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 4 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le la taille des nodules racinaires
de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III2 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la tige et la feuille
La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet (p=03319) sur lrsquoeacutelongation de la tige (Figure 5A) Par contre les
plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sont
significativement plus courtes drsquoenviron 1cm (p=00026) compareacutees aux plantes teacutemoins
(Figures 5B)
La fluoxeacutetine (p= 03169) et le laquo mulch raquo de cafeacute (p=07685) nrsquoont aucune influence sur la
couleur des feuilles (Annexe 3)
a
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08
1
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
12 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 5 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la hauteur des tiges de Phaseolus
vulgaris apregraves 3 mois de culture
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III3 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les fleurs et les fruits
Les figures 6A et 6B preacutesentent la cineacutetique drsquoapparition des fleurs respectivement pour les
deux expeacuterimentations avec la fluoxeacutetine et le marc de cafeacute La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet
marqueacute sur le nombre de fleurs Cependant lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la
germination a provoqueacute drsquoune part un retard drsquoune semaine du pic de floraison et drsquoautre part
une reacuteduction du nombre total de fleurs produit par individu par rapport aux autres traitements
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cm)
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Reacutesultats
13 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
1
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
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Nom
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Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
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B
V FG
B
Reacutesultats
14 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Lrsquoarrosage chronique drsquoune concentration de fluoxeacutetine nrsquoa aucune influence sur le nombre de
gousses (Figure 7A) Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la germination a provoqueacute une
augmentation du nombre de gousses en S8 (p=00451) et S9 (p=00391) puis lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute avant la croissance veacutegeacutetative a deacuteclencheacute une augmentation du nombre de
gousses depuis S8 (p=00263)
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
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Temps (semaine)
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B
Reacutesultats
15 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Aucun effet significatif de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute nrsquoa eacuteteacute trouveacute sur le poids des
gousses le poids des graines ou le nombre de graines de Phaseolus vulgaris (Annexe 3)
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la microfaune du sol
Dans un premier temps lrsquoanalyse au preacutealable de la microfaune du sol au niveau du sol situeacute
sous le laquo mulch raquo nrsquoa pas permis de deacutetecter une diffeacuterence significative avec les cultures
teacutemoins Crsquoest la raison pour laquelle les comparaisons ont eacuteteacute focaliseacutees sur le laquo mulch raquo
couvrant le substrat initial
La fluoxeacutetine nrsquoa pas drsquoinfluence sur lrsquoabondance drsquoacariens (p=08734) et de collemboles
(p=1) dans le sol
Par contre lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la
plante permet de favoriser le deacuteveloppement drsquoune acarofaune (p=0022) surtout lors drsquoune
addition au cours du stade veacutegeacutetatif De mecircme le laquomulchingraquo favorise la prolifeacuteration de
collemboles (p=00130) dans le substrat mais leur nombre est nettement infeacuterieur compareacute aux
acariens (Figure 8)
Reacutesultats
16 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le
nombre de microfaunes acariens et collemboles dans le substrat
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
a
a
a
0
1
2
3
4
Acariens Collemboles
Nom
bre
de
mic
rofa
unes
par
100g d
e su
bst
rat
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
ab
a
b
b
ab
aa a0
20
40
60
80
100
Acariens Collemboles
Nom
bre
de
Mic
rofa
unes
par
100g d
e su
bst
rat
mulch germination
mulch veacutegeacutetative
mulch floraison
teacutemoin
B
Discussions
17
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
IV DISCUSSIONS
La croissance et le deacuteveloppement des plants de haricot sont inhibeacutes par la preacutesence de
laquo mulch raquo de cafeacute Les reacutesultats ont montreacute que lrsquoeacutelongation de la tige est inhibeacutee par lrsquoaddition
de laquo mulch raquo de cafeacute et que lrsquoapplication de ce dernier agrave des peacuteriodes coiumlncidant avec le deacutebut
des stades veacutegeacutetatif et de floraison induit une reacuteduction de la biomasse racinaire et une
inhibition de lrsquoeacutelongation racinaire au stade de germination
Ces effets inhibiteurs pourraient ecirctre causeacutes par la teneur en cafeacuteine qui persiste dans les reacutesidus
de cafeacute utiliseacutes En effet il a eacuteteacute rapporteacute que lajout de cafeacuteine dans le substrat agrave certaines doses
conduirait agrave des symptocircmes semblables agrave une carence en calcium y compris un retard de
croissance chez les plantes (http 4) Il a eacuteteacute aussi mentionneacute que la cafeacuteine agrave une concentration
de 60ppm induisait une inhibition de la croissance des tiges et des racines chez
Phaseolus vulgaris (Lahouti et al 2007) En effet la cafeacuteine est connue pour son action
inhibitrice de la prolifeacuteration cellulaire (Levi-Schaffer et al 1991) Elle eacutetait rapporteacutee comme
favorisant le deacuteclenchement de la mort cellulaire programmeacutee et perturbe les proteacuteines
reacutegulatrices du cycle cellulaire (Bode et Dong 2007) La cafeacuteine ou lrsquoacide cafeacuteique a eacuteteacute deacutecrit
comme inhibiteur de la prolifeacuteration des cellules du cancer du sein (Rosendahl 2015) Plus
particuliegraverement la cafeacuteine est connue comme eacutetant un inhibiteur de la formation du
phragmoplaste lors la division cellulaire chez les veacutegeacutetaux empecircchant la cytodieacuteregravese (Hepler et
Bonsignore 1990) Cet effet reacutesulterait en la reacuteduction de la division cellulaire et du nombre de
cellules dans le meacuteristegraveme apical de la tige (Helper et Bosignore 1990 Galatis et Apostolakos
1991) Chez la laitue lrsquoaddition de marc de cafeacute agrave une concentration entre 25 et 5 (vv) nrsquoa
pas drsquoeffets significatifs sur la croissance et le deacuteveloppement de la plante Par contre une
induction du stress est observeacutee agrave des concentrations supeacuterieures agrave 10 probablement due agrave
lrsquoaugmentation de composeacutes phytotoxiques comme la cafeacuteine ou bien agrave la reacuteduction des
macronutriments absorbeacutes par la plante pour sa croissance (Gomes et al 2013) Drsquoautres
composeacutes potentiellement toxiques comme les tanins et lrsquoacide chlorogeacutenique persistent dans
le marc de cafeacute (Batish et al 2008) et sont susceptibles drsquoentraicircner une inhibition de la
croissance de la plante (Gomes et al 2013) Pandey et al (2007) suggeacuteraient que crsquoest la
preacutesence de lrsquoacide chlorogeacutenique dans le cafeacute qui provoque lrsquoinhibition de la croissance de la
plante Ce composeacute est rapporteacute comme inhibiteur de la croissance du coleacuteoptile chez le bleacute
(Kefeli et al 1978) Mais drsquoautres auteurs stipulent que les polypheacutenols abondants dans le
marc de cafeacute pourraient agir aussi comme inhibiteurs ou comme stimulateurs de la croissance
en fonction de leur concentration (Ignat et al 2009)
Discussions
18
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
La preacutesence de champignons et bacteacuteries qui prolifegraverent abondamment dans le marc de cafeacute
favoriserait lrsquoapparition de maladies au niveau des racines et par conseacutequent un retard de
croissance (http 5)
Lrsquoinitiation et la croissance des nodules sont inhibeacutees chez les plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo
de cafeacute En effet les plants de haricot traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut de floraison
ont deacuteveloppeacute peu de nodules racinaires par rapport aux plants teacutemoins et la taille des nodules
est reacuteduite chez les plants traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute au cours des stades de germination
et de croissance veacutegeacutetative
A part lrsquoeffet inhibiteur de la cafeacuteine preacutesente dans les reacutesidus de cafeacute lrsquoinhibition de lrsquoinitiation
nodulaire et la reacuteduction de la taille des nodules sont causeacutees par plusieurs des facteurs
hormonaux et drsquoautres lieacutes au niveau de nitrate ou drsquoammonium Linitiation de nodules est
controcircleacutee par plusieurs facteurs hormonaux (Schultze et Kondorosi 1998) mais la formation
des nodules deacutepend de la communication entre la tige et la racine (Complainville 2003
Okamoto et Kawaguchi2015) En particulier le nitrate est connu pour reacuteguler neacutegativement le
transport basipeacutetal de lrsquoauxine entre la racine et la tige dougrave lrsquoinhibition de la nodulation par
de fortes concentrations en nitrate (Mortier 2012 Saito 2014) Les conditions de
lenvironnement telles que la disponibiliteacute en nitrate ou ammonium affectent les processus de
nodulation et les signaux endogegravenes tels que la provision de carbone lefficaciteacute de nodulation
et le processus de fixation dazote (Mortier 2012) Chez Lotus japonicus lrsquoapplication de
concentrations de nitrate entre 3 et 10 mM entraicircne une inhibition de lrsquoinitiation de nodules
(Okamoto et Kawaguchi 2015) via lrsquoinhibition de la nitrogeacutenase (Carroll et Gresshoff
1983)Chez les plantes de soja les diamegravetres des nodules ont augmenteacute de 1 agrave 6 mm pour 14
jours en absence de nitrate En revanche laugmentation de la taille des nodules a eacuteteacute reacuteduite
par laddition de 5mM de nitrate (Saito et al 2014) Une forte consommation de
photosyntheacutetats au niveau des racines peut aussi limiter leur allocation aux nodules qui peut
entraicircner une inhibition de la croissance et lrsquoarrecirct de la fixation de lazote atmospheacuterique
(Yashima 2005) Chez le pois une faible concentration en NH4+ favorise une augmentation de
la taille des nodules Il semble qursquoune meilleure fixation de N2 est obtenue lorsque du NH4+ est
disponible (Vassey et Waterer 1992)Or le nitrate est la forme principale drsquoazote dans le
vermicompost de cafeacute (Chaoui et al 2003 Micelli et al 2007 Tognetti 2010) Il est alors
possible que le faible nombre de nodules et la reacuteduction de la taille des nodules chez les
plantules traiteacutees aient eacuteteacute provoqueacutes par une concentration eacuteleveacutee de nitrate dans le marc de
cafeacute
Discussions
19
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les flavonoiumldes affectent la formation des nodules gracircce agrave leur proprieacuteteacute reacuteductrice du transport
et de lrsquoaccumulation drsquoauxine Un signal de cytokinine est deacuteterminant pour lrsquoinitiation des
nodules agrave travers lrsquoinhibition du transport polaire et de lrsquoaccumulation drsquoauxine dans les cellules
corticales par les flavonoiumldes (Ng et al 2015) Le rocircle de lauxine dans la nodulation est lieacute
eacutetroitement au deacuteveloppement dautres structures racinaires comme la racine lateacuterale Le
deacuteveloppement des racines et des nodules est reacuteguleacute par le ratio auxine-cytokinine
Lrsquoaccumulation drsquoauxine stimule la formation de racines lateacuterales alors que lrsquoaugmentation de
cytokinine ou lrsquoinhibition du transport dauxine induit le deacuteveloppement de pseudo-
nodules (http 6) Il est inteacuteressant de souligner que lrsquoapplication de marc de cafeacute avait stimuleacute
la formation de nodules racinaires chez les plants de soja (Lee et Hirsch 2006)
Lrsquoutilisation de laquo mulch raquo pour ameacuteliorer les cultures peut entraicircner des effets sur la diversiteacute
et lrsquoabondance microbiennes (Tiquia et al 2002) En effet laddition de vermicompost de cafeacute
dans le sol a favoriseacute lactiviteacute microbienne (Atiyeh et al 2002 Theunissen 2010) Par contre
peu drsquoeacutetudes srsquoest inteacuteresseacutee agrave lrsquoeffet du laquo mulching raquo sur la microfaune du sol Nos reacutesultats
indiquent que le sol couvert de marc de cafeacute contient un nombre plus important de microfaunes
La deacutecomposition des reacutesidus de cafeacute est lente due agrave la preacutesence drsquoazote proteacuteique structural et
de fortes concentrations de lipides (Kitou et Okuno 1999) Ce qui pourrait neacutecessiter
lrsquointervention drsquoinsectes phytophages qui ne sont pas repousseacutes par le cafeacute En effet lrsquoaddition
de reacutesidus de cafeacute atteacutenue les ravages sur les plants de soja occasionneacutes par Megacopta
cribraria en renforccedilant le systegraveme de deacutefense de la plante (http 7)
Drsquoautres eacutetudes indiquent par contre une absence drsquoeffet protecteur des reacutesidus de cafeacute agrave
lrsquoexemple de lrsquoinsecte ravageur Aulacaspis yasumatsui sur les cycas (Magellan et al 2013)
la cafeacuteine eacutetant consideacutereacutee comme un composeacute de deacutefense de la plante contre les herbivores et
les microorganismes (Brownlee et al 1990 Cruz et al 2012) Dans le cadre de notre eacutetude
la teneur en cafeacuteine dans les reacutesidus est consideacutereacutee comme faible agrave la suite drsquoune premiegravere
extraction aqueuse agrave chaud Ce qui aurait favoriseacute la prolifeacuteration de la microfaune du sol
essentiellement dans la partie correspondante au laquo mulch raquo
La floraison est retardeacutee en cas drsquoapplication preacutecoce de reacutesidus de cafeacute sur des individus en
germination La floraison est stimuleacutee par lrsquoapport drsquoengrais organiques chez plusieurs espegraveces
(Umesha et al 2011) Chez Solanum nigrum des doses insuffisantes drsquoengrais organiques
entrainaient un retard de floraison Cela serait ducirc agrave un deacuteficit drsquoeacuteleacutements nutritifs reacuteduisant la
croissance et causant un retard de la floraison (Umesha et al 2011) Nos reacutesultats semblent en
Discussions
20
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
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on-antidepressants
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-http4wwwcondexatedenbaycomles-effets-de-la-cafeine-sur-la-croissance-des-plants-de
pois
-http5 wwwacesnmsueducesyard2000111800html2
-http6 wwweolssnetsample-chaptersc17E6-58-07-16pdf
-http7 wwwcoplacorgpublicationsmetamorphosis
-http8 wwwpuyallupwsueduwp-contentuploadssites403201503coffee-groundspdf
Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
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Cole
ur
des
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s
Temps (semaine)
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teacutemoin
0
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2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
0
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5N
om
bre
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gra
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indiv
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fluoxeacutetine
teacutemoin
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A
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2
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Poid
s des
gra
ines
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
a aa
a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
0
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1
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2
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gouss
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g)
fluoxeacutetine
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A
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3
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Poid
s des
gouss
es (
g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 10
Introduction
1
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
I INTRODUCTION
La contamination de lrsquoair des eaux et des sols par les activiteacutes anthropiques repreacutesente de reacuteels
problegravemes environnementaux notamment dans le milieu marin lieu de deacutepocirct final des polluants
chimiques
Parmi ces contaminants certaines substances dites eacutemergentes parce que leur deacutetection agrave lrsquoeacutetat
de trace dans les eacutecosystegravemes est devenue possible gracircce au deacuteveloppement de techniques
drsquoanalyse plus performantes inquiegravetent actuellement la communauteacute scientifique et les
associations de consommateurs En effet les theacutematiques de recherche en eacutecotoxicologie se
tournent de plus en plus vers lrsquoeacutetude drsquoimpacts de composeacutes actifs preacutesents agrave des concentrations
de lrsquoordre drsquoune dizaine de ngl-1 (Brooks 2003) Par ailleurs les travaux rapportant la preacutesence
de nombreux composeacutes pharmaceutiques dans lenvironnement ont augmenteacute depuis les anneacutees
1990 (Stumpf et al 1999 Daughton et al 2000)
Les psychotropes sont parmi les classes de meacutedicaments les plus consommeacutees dans le monde
Les psychotropes et les produits de leur deacutegradation par lrsquoorganisme humain se retrouvent
libeacutereacutes dans notre environnement et pourraient perturber le deacuteveloppement drsquoautres organismes
(Brain et al 2008) En exemples citons lrsquoaugmentation de la locomotion du crabe eacutepibenthique
Carcinus maenas exposeacute agrave la fluoxeacutetine (Mesquita et al 2011) les changements de
comportement des poissons sauvages apregraves absorption doxazeacutepam une drogue anxiolytique
(Brodin et al 2013) et enfin la stimulation de la reproduction chez Daphnia magna et
lrsquoaugmentation de la feacuteconditeacute chez Ceriodaphnia dubia en preacutesence de fluoxeacutetine (Flaherty et
al 2001)
La fluoxeacutetine plus connue sous son nom commercial Prozacreg est un psychotrope syntheacutetique
utiliseacute pour lutter contre la deacutepression les troubles obsessionnels compulsifs la boulimie
nerveuse et les troubles de panique Crsquoest un des antideacutepresseurs les plus prescrits (Kolpin et
al 2002) dont le mode drsquoaction est une inhibition seacutelective de la recapture de la seacuterotonine au
niveau des neurones agrave noradreacutenaline activant les fonctions seacuterotoninergiques de la cellule
La fluoxeacutetine est meacutetaboliseacutee en grande partie dans le foie en norfluoxeacutetine et drsquoautres
moleacutecules non identifieacutees puis excreacuteteacutee par voie reacutenale (http 1) Jusqursquoagrave 11 du meacutedicament
sont excreacuteteacutes en tant que fluoxeacutetine non meacutetaboliseacutee (Morando 2009)
Apregraves avoir eacuteteacute transporteacutee par les eaux des eacutegouts la fluoxeacutetine a eacuteteacute retrouveacutee dans la boue
des riviegraveres et pourrait ecirctre absorbeacutee par les plantes Une eacutetude sur la dureacutee de vie des
meacutedicaments dans le sol indique qursquoelle eacutetait parmi les plus persistants et eacutetait encore deacutetecteacutee
apregraves 40 jours Les plantes qui poussent alors sur le sol contamineacute incorporent de la fluoxeacutetine
Introduction
2
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
dans leurs racines (https 2) Les effets de lrsquoexposition chronique agrave la fluoxeacutetine ont eacuteteacute surtout
eacutetudieacutes dans lrsquoenvironnement aquatique (Fent et al 2006) Cependant il y a tregraves peu drsquoeacutetudes
concernant les effets de la fluoxeacutetine sur les veacutegeacutetaux
Lrsquoexposition agrave des composeacutes pharmaceutiques actifs peut causer des perturbations sur le
deacuteveloppement des plantes Citons en exemples lrsquoinhibition de la croissance de lrsquoalgue
Pseudokirchneriella subcapitata en preacutesence de fluoxeacutetine (Barcelo et Petrovic 2007) et la
reacuteduction de la biomasse des fruits de courgette exposeacutee au carbamazeacutepine (Carter et al 2015)
Le cafeacute est un produit consommeacute essentiellement pour ses effets psychotropes La cafeacuteine par
son antagonisme sur lrsquoadeacutenosine provoque une augmentation de lrsquoactiviteacute nerveuse avec
libeacuteration drsquoadreacutenaline et augmentation du niveau de dopamine
Les reacutesidus des industries du cafeacute sont toxiques et repreacutesentent de seacuterieux problegravemes
environnementaux (Mussatto et al 2011) En effet une grande quantiteacute de marc de cafeacute est
deacutechargeacutee par les industries alimentaires pendant la fabrication du cafeacute instantaneacute Bien que
recycleacute en compost et en alimentation animale une quantiteacute importante est toujours consideacutereacutee
comme deacutechets et brucircleacutee (Silva et al 1998)
Le marc de cafeacute est aussi reconnu comme engrais organique et utiliseacute dans les jardins ou
potagers Des recherches anteacuterieures ont suggeacutereacute qursquoil peut ecirctre utiliseacute comme combustible
(Silva et al 1998) additif pour amender le sol (Yen et al 2005) adsorbant de meacutetaux (Utomo
et al 2006) compost (Orozco et al 1996 Morikawa et Saigusa 2008) paillage ou laquo mulch raquo
(Eshetu et al 2007) et moyen de controcircle des mauvaises herbes (Sciarrappa et al 2008)
Puisque le marc de cafeacute est un sous-produit agrave bas prix et que plus de 80 millions de tonnes sont
disponibles par an son utilisation est devenue une option inteacuteressante pour leacuteconomie
circulaire
Si la toxiciteacute des substances psychotropes sur lrsquoorganisme humain ou sur des modegraveles animaux
ont fait lrsquoobjet drsquoeacutetudes pousseacutees avant leur mise sur le marcheacute leurs effets sur les plantes ne
sont pas bien connus Parfois des tests de laboratoire sur les algues et les lentilles drsquoeau sont
utiliseacutes pour eacutevaluer la toxiciteacute chronique des substances pharmaceutiques mais les eacutetudes
concernant leurs impacts sur les plantes supeacuterieures restent rares Webb (2001) suggeacuterait en
comparant diffeacuterents niveaux trophiques que les algues eacutetaient plus sensibles aux meacutedicaments
testeacutes et que les classes les plus toxiques eacutetaient les antideacutepresseurs les antibiotiques et les
antipsychotiques Drsquoune maniegravere geacuteneacuterale les substances phytotoxiques interfegraverent avec
labsorption et le transport de micro et macro eacuteleacutements essentiels et perturbent la croissance et
le deacuteveloppement de la plante (Jin et al 2009)
Introduction
3
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les effets de deux psychotropes la fluoxeacutetine et le cafeacute sur la croissance et le deacuteveloppement
drsquoune plante modegravele sont eacutevalueacutes dans cette eacutetude De nombreux travaux anteacuterieurs ont rapporteacute
les effets du marc de cafeacute utiliseacute en paillage ou laquo mulch raquo sur les cultures (Silva 1998 Reigosa
1999 Altland et Lanthier 2007) mais ce qui distingue la preacutesente eacutetude est son application agrave
diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante En effet lrsquoexposition des plantes aux produits
pharmaceutiques ou aux deacutechets industriels pourrait survenir de maniegravere aleacuteatoire crsquoest-agrave-dire
agrave nrsquoimporte quel stade de deacuteveloppement de la plante Notre hypothegravese de travail est que la
sensibiliteacute des plantes agrave un paillage au marc de cafeacute varie selon leur stade de deacuteveloppement
Lrsquoobjectif de ce travail est drsquoeacutevaluer la reacuteponse drsquoune plante modegravele agrave cycle court Phaseolus
vulgaris agrave des substances psychotropes comme la fluoxeacutetine ou le cafeacute Plus speacutecifiquement
notre eacutetude vise agrave identifier les perturbations occasionneacutees par ces produits sur le
deacuteveloppement de la plante lorsque lrsquoexposition se deacuteroule de maniegravere chronique (cas de la
fluoxeacutetine) ou survient agrave des stades preacutecis du deacuteveloppement
Ce devoir sera deacuteveloppeacute comme suit tout drsquoabord les mateacuteriels et meacutethodes ensuite les
reacutesultats puis les discussions et se terminera par une conclusion et quelques perspectives
Mateacuteriels et meacutethodes
4
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
II MATERIELS ET METHODES
II1 Mateacuteriels
II11 Mateacuteriel veacutegeacutetal
Des graines de Phaseolus vulgaris varieacuteteacute laquo vangamena raquo (lot cal98 FOFIFA) ont eacuteteacute utiliseacutees
pour lrsquoexpeacuterimentation
Trois stades ont eacuteteacute deacutefinis au cours du deacuteveloppement des plants de haricot
- le stade 1 qui correspond agrave la graine segraveche dormante avant la germination
- le stade 2 qui correspond agrave la plantule germeacutee en deacutebut de croissance veacutegeacutetative et
caracteacuteriseacute par le deacuteploiement agrave lrsquohorizontal des deux cotyleacutedons est atteint 30 jours
apregraves le semis
- le stade 3 qui correspond agrave la floraison et caracteacuteriseacute par la premiegravere apparition de
bourgeons floraux est atteint 60 jours apregraves le semis
II12 Produits eacutetudieacutes
Deux psychotropes ont eacuteteacute utiliseacutes pour cette eacutetude
- Fluoxeacutetine 20mg agrave partir de comprimeacutes de Dawnexreg (Micro Labs Ltd Inde)
- Marc de cafeacute obtenu agrave partir drsquoune extraction agrave lrsquoeau chaude de la poudre de cafeacute
II13 Mise en culture
II131 Construction drsquoune serre
Une serre en bois de (6times3times175m) a eacuteteacute construite et recouverte drsquoune toile en polyeacutethylegravene
translucide soutenue par des lattes entrelaceacutees Deux ouvertures ont eacuteteacute ameacutenageacutees pour
permettre une meilleure circulation drsquoair dans la serre et abaisser la tempeacuterature inteacuterieure Les
expeacuteriences ont eacuteteacute reacutealiseacutees de juin agrave septembre 2015 et la tempeacuterature dans la serre variait de
37 agrave 40degC pendant le jour et de 7agrave 12degC pendant la nuit
II132 Conteneurs et Substrats de culture
Le substrat de culture utiliseacute est un meacutelange de sol noir argileux de sol rouge lateacuteritique et de
sable (111) qui pegravese environ 1000g Le conteneur de culture est confectionneacute agrave partir drsquoune
Mateacuteriels et meacutethodes
5
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
bouteille drsquoeau commerciale en polyeacutethylegravene de 15l coupeacutee aux trois-quarts de sa hauteur
(approximativement 22cm) Le semis a eacuteteacute effectueacute agrave raison drsquoune graine par conteneur
II2 Meacutethodes
Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits psychotropes La
premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de fluoxeacutetine depuis
la germination jusqursquoagrave la seacutenescence La seconde expeacuterimentation vise agrave eacutevaluer la reacuteponse des
plantules lorsque le substrat est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade
preacutecis de leur deacuteveloppement
II21 Etablissement et suivi des cultures
II211 Preacuteparation de la solution de fluoxeacutetine
Pour la premiegravere expeacuterimentation une solution de 31mgl-1 de fluoxeacutetine a eacuteteacute preacutepareacutee agrave partir
de comprimeacutes de Dawnexreg (Micro Labs Ltd Inde) contenant 20mg drsquoingreacutedient actif soit 3000
fois la concentration minimale montrant un effet sur les phytoplanctons (Fent et al 2006)
Les plantes ont eacuteteacute arroseacutees tous les trois jours avec 330ml de cette solution depuis la
germination jusqursquoagrave la seacutenescence Trente plantes ont eacuteteacute traiteacutees de maniegravere chronique avec de
la fluoxeacutetine alors que 30 autres ont eacuteteacute arroseacutees agrave la mecircme freacutequence avec de lrsquoeau de robinet
II212 Preacuteparation de marc de cafeacute
Pour la seconde expeacuterimentation de la poudre de cafeacute a eacuteteacute preacutepareacutee agrave partir de graines segraveches
tout venant acheteacutees au marcheacute drsquoAntananarivo torreacutefieacutees agrave la poecircle pendant 15 minutes avant
drsquoecirctre reacuteduites en poudre Le marc de cafeacute est obtenu apregraves avoir effectueacute une premiegravere
extraction agrave lrsquoeau chaude agrave raison de 250g de poudre par litre pour imiter la preacuteparation de cafeacute
agrave boire Le marc est ensuite seacutecheacute agrave lrsquoair libre et agrave lrsquoombre jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune poudre
segraveche puis stockeacute pour lrsquoexpeacuterimentation Ce proceacutedeacute a eacuteteacute reacutepeacuteteacute autant de fois pour
lrsquoapplication de marc de cafeacute au niveau du substrat aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de
la plante
Quatre cuillereacutees agrave soupe de marc de cafeacute environ 100g ont eacuteteacute deacuteposeacutees au-dessus du substrat
pour constituer une couche drsquoenviron 2cm drsquoeacutepaisseur selon le principe du laquomulchingraquo ou
paillage soit 11 agrave 12 tonnes par hectare Lrsquoapplication de marc de cafeacute a eacuteteacute effectueacutee avant le
Mateacuteriels et meacutethodes
6
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
changement de phases chez la plante Le nombre total drsquoindividus utiliseacutes est de 120
correspondant agrave 30 pour chacun des trois stades de deacuteveloppement et 30 autres servant de
teacutemoins sans application de marc de cafeacute
II213 Paramegravetres et suivis des cultures
Pour eacutevaluer lrsquoeffet de la fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur la croissance et le deacuteveloppement
des plantes des suivis hebdomadaires ont eacuteteacute faits sur la longueur de la tige la couleur des
feuilles le nombre de fleurs et de gousses tandis que la longueur et le poids sec des racines le
nombre et le diamegravetre des nodules le poids des gousses et des graines nrsquoont eacuteteacute mesureacutes qursquoen
fin drsquoexpeacuterience
Un pied-agrave-coulisse digital a eacuteteacute utiliseacute pour mesurer le diamegravetre des nodules
Le poids sec des racines le poids des gousses et des racines ont eacuteteacute mesureacutes agrave lrsquoaide drsquoune
balance de preacutecision
Un tableau de couleur de feuilles a eacuteteacute utiliseacute pour caracteacuteriser les changements de coloration
au cours du deacuteveloppement Ce tableau contient 6 couleurs variant du vert clair au vert fonceacute
correspondant agrave un numeacutero de 1 agrave 6 selon la meacutethode deacutecrite par Witt et al (2005)
II22 Deacutenombrement de la microfaune du sol
A la fin de la culture le nombre drsquoacariens et de collemboles dans le sol a eacuteteacute eacutevalueacute Pour cela
un dispositif de Berlese confectionneacute agrave partir drsquoune bouteille drsquoeau translucide en polyeacutethylegravene
dont la partie supeacuterieure inverseacutee est utiliseacutee pour contenir le substrat et la partie infeacuterieure pour
recueillir les microfaunes dans de lrsquoalcool agrave 70deg selon le principe de Antonio Berlese en 1905
(http 3) Briegravevement la partie supeacuterieure de la bouteille contenant le substrat est directement
exposeacutee agrave la lumiegravere drsquoune lampe incandescente de 60W La faune du sol va fuir la lumiegravere et
la chaleur et va migrer vers le fond de lrsquoentonnoir avant de tomber dans le reacutecipient contenant
de lrsquoalcool ougrave les insectes seront immobiliseacutes identifieacutes et deacutenombreacutes
Pour le sol venant des conteneurs teacutemoins et du traitement agrave la fluoxeacutetine 100g de sol preacuteleveacute
agrave la surface ont eacuteteacute preacuteleveacutes Pour les substrats comprenant un laquomulchraquo de reacutesidus de cafeacute les
microfaunes se trouvant dans le laquomulchraquo et dans le sol ont eacuteteacute recenseacutes seacutepareacutement
Mateacuteriels et meacutethodes
7
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Photo 1 Dispositif de Berlese
II3 Analyses statistiques
Le logiciel XLSTAT 2014 a eacuteteacute utiliseacute pour analyser les donneacutees concernant les effets de la
fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur les paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de P
vulgaris Une analyse de variances agrave un seul facteur a eacuteteacute faite pour deacutetecter les effets
significatifs suivie drsquoun test de comparaison des moyennes assorti drsquoun risque α=5
JRakotonirina 2015
Reacutesultats
8 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
III RESULTATS
Les effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine ou agrave un amendement du substrat au marc
de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante ont eacuteteacute eacutevalueacutes en suivant les
paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de la racine qui est le premier organe en contact
avec les produits testeacutes Cependant les effets plus systeacutemiques sur lrsquoorganisme veacutegeacutetal ont eacuteteacute
eacutevalueacutes en suivant la croissance et le deacuteveloppement des autres organes comme la tige la
feuille la fleur et le fruit
III1 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la racine
Les plantes traiteacutees agrave la fluoxeacutetine produisent moins de biomasse racinaire que celles non
traiteacutees (p=00001) Le traitement agrave la fluoxeacutetine reacuteduit la biomasse racinaire drsquoenviron 02g
(Figure 1A) soit 45 Cependant le laquo mulching raquo au marc de cafeacute preacutesente un effet plus
disparate En effet le marc de cafeacute nrsquoa aucun effet au cours de la germination mais reacuteduit
significativement (p=00001) la croissance racinaire lorsque appliqueacute en deacutebut des phases
veacutegeacutetative et de floraison drsquoenviron 01g soit 26 (Figure 1B)
Figure 1 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement B sur la biomasse racinaire (B) de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
b
0
01
02
03
04
05
06
Bio
mas
se
raci
nai
re (
g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
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0
01
02
03
04
05
06
1
Bio
mas
se r
acin
aire
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
9 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
La fluoxeacutetine nrsquoaffecte pas (p=00558) la croissance racinaire (Figure 2A) Par contre le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute stimule fortement (p=00006) lrsquoeacutelongation racinaire lorsque
appliqueacute au cours de la germination des plantules (Figure 2B) Le traitement au laquo mulch raquo de
cafeacute provoque une augmentation drsquoenviron 2cm de la longueur des tiges
Figure 2 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoeacutelongation racinaire de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
En ce qui concerne le nombre de nodules racinaires la figure 3A montre une forte inhibition
(p=00150) de leur initiation par la fluoxeacutetine drsquoenviron 77(13nodules) Et plus inteacuteressant
encore la figure 3B nous montre que lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison
entraicircne une reacuteduction significative (p=00023) du nombre de nodules drsquoenviron 52 (27
nodules)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
1
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r des
rac
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fluoxeacutetine
teacutemoin
a
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Longueu
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rac
ines
(cm
)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
a
bb b
B A
Reacutesultats
10 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 3 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application
de laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoinitiation de nodules
racinaires par individus de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
La fluoxeacutetine nrsquoinflue pas sur la taille des nodules des racines (p=01658) tandis que le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute reacuteduit leur taille drsquoenviron 04mm (p=00017) lorsque appliqueacute
en deacutebut des phases de germination et de croissance veacutegeacutetative (Figure 4B)
a
b
0
10
20
30
40
50
60
70
80N
om
bre
de
nodule
sin
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fluoxeacutetine
teacutemoin
A
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b
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0
10
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les
ind
ivid
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
11 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 4 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le la taille des nodules racinaires
de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III2 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la tige et la feuille
La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet (p=03319) sur lrsquoeacutelongation de la tige (Figure 5A) Par contre les
plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sont
significativement plus courtes drsquoenviron 1cm (p=00026) compareacutees aux plantes teacutemoins
(Figures 5B)
La fluoxeacutetine (p= 03169) et le laquo mulch raquo de cafeacute (p=07685) nrsquoont aucune influence sur la
couleur des feuilles (Annexe 3)
a
a
0
02
04
06
08
1
12
14
16
18
2
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re d
es nodule
s (m
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fluoxeacutetine
teacutemoin
A
b
b
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0
02
04
06
08
1
12
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16
18
2
Dia
megravet
re d
es n
odule
s (m
m)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
12 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 5 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la hauteur des tiges de Phaseolus
vulgaris apregraves 3 mois de culture
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III3 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les fleurs et les fruits
Les figures 6A et 6B preacutesentent la cineacutetique drsquoapparition des fleurs respectivement pour les
deux expeacuterimentations avec la fluoxeacutetine et le marc de cafeacute La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet
marqueacute sur le nombre de fleurs Cependant lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la
germination a provoqueacute drsquoune part un retard drsquoune semaine du pic de floraison et drsquoautre part
une reacuteduction du nombre total de fleurs produit par individu par rapport aux autres traitements
aa
0
2
4
6
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10
12
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des
tig
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cm)
fluoxeacutetine
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12
Hau
teur
des
tig
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cm)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
BA
Reacutesultats
13 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
1
2
3
4
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Nom
bre
de
fleu
rsi
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idu
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
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0
1
2
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4
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Nom
bre
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fleu
rsi
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idu
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
V FG
B
Reacutesultats
14 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Lrsquoarrosage chronique drsquoune concentration de fluoxeacutetine nrsquoa aucune influence sur le nombre de
gousses (Figure 7A) Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la germination a provoqueacute une
augmentation du nombre de gousses en S8 (p=00451) et S9 (p=00391) puis lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute avant la croissance veacutegeacutetative a deacuteclencheacute une augmentation du nombre de
gousses depuis S8 (p=00263)
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
1
2
3
4
5
6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Nom
bre
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Temps (semaine)
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Nom
bre
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gouss
es
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
G VF
B
Reacutesultats
15 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Aucun effet significatif de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute nrsquoa eacuteteacute trouveacute sur le poids des
gousses le poids des graines ou le nombre de graines de Phaseolus vulgaris (Annexe 3)
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la microfaune du sol
Dans un premier temps lrsquoanalyse au preacutealable de la microfaune du sol au niveau du sol situeacute
sous le laquo mulch raquo nrsquoa pas permis de deacutetecter une diffeacuterence significative avec les cultures
teacutemoins Crsquoest la raison pour laquelle les comparaisons ont eacuteteacute focaliseacutees sur le laquo mulch raquo
couvrant le substrat initial
La fluoxeacutetine nrsquoa pas drsquoinfluence sur lrsquoabondance drsquoacariens (p=08734) et de collemboles
(p=1) dans le sol
Par contre lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la
plante permet de favoriser le deacuteveloppement drsquoune acarofaune (p=0022) surtout lors drsquoune
addition au cours du stade veacutegeacutetatif De mecircme le laquomulchingraquo favorise la prolifeacuteration de
collemboles (p=00130) dans le substrat mais leur nombre est nettement infeacuterieur compareacute aux
acariens (Figure 8)
Reacutesultats
16 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le
nombre de microfaunes acariens et collemboles dans le substrat
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
a
a
a
0
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Acariens Collemboles
Nom
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fluoxeacutetine
teacutemoin
A
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Acariens Collemboles
Nom
bre
de
Mic
rofa
unes
par
100g d
e su
bst
rat
mulch germination
mulch veacutegeacutetative
mulch floraison
teacutemoin
B
Discussions
17
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
IV DISCUSSIONS
La croissance et le deacuteveloppement des plants de haricot sont inhibeacutes par la preacutesence de
laquo mulch raquo de cafeacute Les reacutesultats ont montreacute que lrsquoeacutelongation de la tige est inhibeacutee par lrsquoaddition
de laquo mulch raquo de cafeacute et que lrsquoapplication de ce dernier agrave des peacuteriodes coiumlncidant avec le deacutebut
des stades veacutegeacutetatif et de floraison induit une reacuteduction de la biomasse racinaire et une
inhibition de lrsquoeacutelongation racinaire au stade de germination
Ces effets inhibiteurs pourraient ecirctre causeacutes par la teneur en cafeacuteine qui persiste dans les reacutesidus
de cafeacute utiliseacutes En effet il a eacuteteacute rapporteacute que lajout de cafeacuteine dans le substrat agrave certaines doses
conduirait agrave des symptocircmes semblables agrave une carence en calcium y compris un retard de
croissance chez les plantes (http 4) Il a eacuteteacute aussi mentionneacute que la cafeacuteine agrave une concentration
de 60ppm induisait une inhibition de la croissance des tiges et des racines chez
Phaseolus vulgaris (Lahouti et al 2007) En effet la cafeacuteine est connue pour son action
inhibitrice de la prolifeacuteration cellulaire (Levi-Schaffer et al 1991) Elle eacutetait rapporteacutee comme
favorisant le deacuteclenchement de la mort cellulaire programmeacutee et perturbe les proteacuteines
reacutegulatrices du cycle cellulaire (Bode et Dong 2007) La cafeacuteine ou lrsquoacide cafeacuteique a eacuteteacute deacutecrit
comme inhibiteur de la prolifeacuteration des cellules du cancer du sein (Rosendahl 2015) Plus
particuliegraverement la cafeacuteine est connue comme eacutetant un inhibiteur de la formation du
phragmoplaste lors la division cellulaire chez les veacutegeacutetaux empecircchant la cytodieacuteregravese (Hepler et
Bonsignore 1990) Cet effet reacutesulterait en la reacuteduction de la division cellulaire et du nombre de
cellules dans le meacuteristegraveme apical de la tige (Helper et Bosignore 1990 Galatis et Apostolakos
1991) Chez la laitue lrsquoaddition de marc de cafeacute agrave une concentration entre 25 et 5 (vv) nrsquoa
pas drsquoeffets significatifs sur la croissance et le deacuteveloppement de la plante Par contre une
induction du stress est observeacutee agrave des concentrations supeacuterieures agrave 10 probablement due agrave
lrsquoaugmentation de composeacutes phytotoxiques comme la cafeacuteine ou bien agrave la reacuteduction des
macronutriments absorbeacutes par la plante pour sa croissance (Gomes et al 2013) Drsquoautres
composeacutes potentiellement toxiques comme les tanins et lrsquoacide chlorogeacutenique persistent dans
le marc de cafeacute (Batish et al 2008) et sont susceptibles drsquoentraicircner une inhibition de la
croissance de la plante (Gomes et al 2013) Pandey et al (2007) suggeacuteraient que crsquoest la
preacutesence de lrsquoacide chlorogeacutenique dans le cafeacute qui provoque lrsquoinhibition de la croissance de la
plante Ce composeacute est rapporteacute comme inhibiteur de la croissance du coleacuteoptile chez le bleacute
(Kefeli et al 1978) Mais drsquoautres auteurs stipulent que les polypheacutenols abondants dans le
marc de cafeacute pourraient agir aussi comme inhibiteurs ou comme stimulateurs de la croissance
en fonction de leur concentration (Ignat et al 2009)
Discussions
18
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
La preacutesence de champignons et bacteacuteries qui prolifegraverent abondamment dans le marc de cafeacute
favoriserait lrsquoapparition de maladies au niveau des racines et par conseacutequent un retard de
croissance (http 5)
Lrsquoinitiation et la croissance des nodules sont inhibeacutees chez les plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo
de cafeacute En effet les plants de haricot traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut de floraison
ont deacuteveloppeacute peu de nodules racinaires par rapport aux plants teacutemoins et la taille des nodules
est reacuteduite chez les plants traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute au cours des stades de germination
et de croissance veacutegeacutetative
A part lrsquoeffet inhibiteur de la cafeacuteine preacutesente dans les reacutesidus de cafeacute lrsquoinhibition de lrsquoinitiation
nodulaire et la reacuteduction de la taille des nodules sont causeacutees par plusieurs des facteurs
hormonaux et drsquoautres lieacutes au niveau de nitrate ou drsquoammonium Linitiation de nodules est
controcircleacutee par plusieurs facteurs hormonaux (Schultze et Kondorosi 1998) mais la formation
des nodules deacutepend de la communication entre la tige et la racine (Complainville 2003
Okamoto et Kawaguchi2015) En particulier le nitrate est connu pour reacuteguler neacutegativement le
transport basipeacutetal de lrsquoauxine entre la racine et la tige dougrave lrsquoinhibition de la nodulation par
de fortes concentrations en nitrate (Mortier 2012 Saito 2014) Les conditions de
lenvironnement telles que la disponibiliteacute en nitrate ou ammonium affectent les processus de
nodulation et les signaux endogegravenes tels que la provision de carbone lefficaciteacute de nodulation
et le processus de fixation dazote (Mortier 2012) Chez Lotus japonicus lrsquoapplication de
concentrations de nitrate entre 3 et 10 mM entraicircne une inhibition de lrsquoinitiation de nodules
(Okamoto et Kawaguchi 2015) via lrsquoinhibition de la nitrogeacutenase (Carroll et Gresshoff
1983)Chez les plantes de soja les diamegravetres des nodules ont augmenteacute de 1 agrave 6 mm pour 14
jours en absence de nitrate En revanche laugmentation de la taille des nodules a eacuteteacute reacuteduite
par laddition de 5mM de nitrate (Saito et al 2014) Une forte consommation de
photosyntheacutetats au niveau des racines peut aussi limiter leur allocation aux nodules qui peut
entraicircner une inhibition de la croissance et lrsquoarrecirct de la fixation de lazote atmospheacuterique
(Yashima 2005) Chez le pois une faible concentration en NH4+ favorise une augmentation de
la taille des nodules Il semble qursquoune meilleure fixation de N2 est obtenue lorsque du NH4+ est
disponible (Vassey et Waterer 1992)Or le nitrate est la forme principale drsquoazote dans le
vermicompost de cafeacute (Chaoui et al 2003 Micelli et al 2007 Tognetti 2010) Il est alors
possible que le faible nombre de nodules et la reacuteduction de la taille des nodules chez les
plantules traiteacutees aient eacuteteacute provoqueacutes par une concentration eacuteleveacutee de nitrate dans le marc de
cafeacute
Discussions
19
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les flavonoiumldes affectent la formation des nodules gracircce agrave leur proprieacuteteacute reacuteductrice du transport
et de lrsquoaccumulation drsquoauxine Un signal de cytokinine est deacuteterminant pour lrsquoinitiation des
nodules agrave travers lrsquoinhibition du transport polaire et de lrsquoaccumulation drsquoauxine dans les cellules
corticales par les flavonoiumldes (Ng et al 2015) Le rocircle de lauxine dans la nodulation est lieacute
eacutetroitement au deacuteveloppement dautres structures racinaires comme la racine lateacuterale Le
deacuteveloppement des racines et des nodules est reacuteguleacute par le ratio auxine-cytokinine
Lrsquoaccumulation drsquoauxine stimule la formation de racines lateacuterales alors que lrsquoaugmentation de
cytokinine ou lrsquoinhibition du transport dauxine induit le deacuteveloppement de pseudo-
nodules (http 6) Il est inteacuteressant de souligner que lrsquoapplication de marc de cafeacute avait stimuleacute
la formation de nodules racinaires chez les plants de soja (Lee et Hirsch 2006)
Lrsquoutilisation de laquo mulch raquo pour ameacuteliorer les cultures peut entraicircner des effets sur la diversiteacute
et lrsquoabondance microbiennes (Tiquia et al 2002) En effet laddition de vermicompost de cafeacute
dans le sol a favoriseacute lactiviteacute microbienne (Atiyeh et al 2002 Theunissen 2010) Par contre
peu drsquoeacutetudes srsquoest inteacuteresseacutee agrave lrsquoeffet du laquo mulching raquo sur la microfaune du sol Nos reacutesultats
indiquent que le sol couvert de marc de cafeacute contient un nombre plus important de microfaunes
La deacutecomposition des reacutesidus de cafeacute est lente due agrave la preacutesence drsquoazote proteacuteique structural et
de fortes concentrations de lipides (Kitou et Okuno 1999) Ce qui pourrait neacutecessiter
lrsquointervention drsquoinsectes phytophages qui ne sont pas repousseacutes par le cafeacute En effet lrsquoaddition
de reacutesidus de cafeacute atteacutenue les ravages sur les plants de soja occasionneacutes par Megacopta
cribraria en renforccedilant le systegraveme de deacutefense de la plante (http 7)
Drsquoautres eacutetudes indiquent par contre une absence drsquoeffet protecteur des reacutesidus de cafeacute agrave
lrsquoexemple de lrsquoinsecte ravageur Aulacaspis yasumatsui sur les cycas (Magellan et al 2013)
la cafeacuteine eacutetant consideacutereacutee comme un composeacute de deacutefense de la plante contre les herbivores et
les microorganismes (Brownlee et al 1990 Cruz et al 2012) Dans le cadre de notre eacutetude
la teneur en cafeacuteine dans les reacutesidus est consideacutereacutee comme faible agrave la suite drsquoune premiegravere
extraction aqueuse agrave chaud Ce qui aurait favoriseacute la prolifeacuteration de la microfaune du sol
essentiellement dans la partie correspondante au laquo mulch raquo
La floraison est retardeacutee en cas drsquoapplication preacutecoce de reacutesidus de cafeacute sur des individus en
germination La floraison est stimuleacutee par lrsquoapport drsquoengrais organiques chez plusieurs espegraveces
(Umesha et al 2011) Chez Solanum nigrum des doses insuffisantes drsquoengrais organiques
entrainaient un retard de floraison Cela serait ducirc agrave un deacuteficit drsquoeacuteleacutements nutritifs reacuteduisant la
croissance et causant un retard de la floraison (Umesha et al 2011) Nos reacutesultats semblent en
Discussions
20
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
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-http8 wwwpuyallupwsueduwp-contentuploadssites403201503coffee-groundspdf
Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cole
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5N
om
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
fluoxeacutetine
teacutemoin
Aa
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Nom
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gra
ines
par
indiv
idu
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
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0
05
1
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2
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s des
gra
ines
(g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
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05
1
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2
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Poid
s des
gra
ines
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
a aa
a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
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g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
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Poid
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gouss
es (
g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 11
Introduction
2
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
dans leurs racines (https 2) Les effets de lrsquoexposition chronique agrave la fluoxeacutetine ont eacuteteacute surtout
eacutetudieacutes dans lrsquoenvironnement aquatique (Fent et al 2006) Cependant il y a tregraves peu drsquoeacutetudes
concernant les effets de la fluoxeacutetine sur les veacutegeacutetaux
Lrsquoexposition agrave des composeacutes pharmaceutiques actifs peut causer des perturbations sur le
deacuteveloppement des plantes Citons en exemples lrsquoinhibition de la croissance de lrsquoalgue
Pseudokirchneriella subcapitata en preacutesence de fluoxeacutetine (Barcelo et Petrovic 2007) et la
reacuteduction de la biomasse des fruits de courgette exposeacutee au carbamazeacutepine (Carter et al 2015)
Le cafeacute est un produit consommeacute essentiellement pour ses effets psychotropes La cafeacuteine par
son antagonisme sur lrsquoadeacutenosine provoque une augmentation de lrsquoactiviteacute nerveuse avec
libeacuteration drsquoadreacutenaline et augmentation du niveau de dopamine
Les reacutesidus des industries du cafeacute sont toxiques et repreacutesentent de seacuterieux problegravemes
environnementaux (Mussatto et al 2011) En effet une grande quantiteacute de marc de cafeacute est
deacutechargeacutee par les industries alimentaires pendant la fabrication du cafeacute instantaneacute Bien que
recycleacute en compost et en alimentation animale une quantiteacute importante est toujours consideacutereacutee
comme deacutechets et brucircleacutee (Silva et al 1998)
Le marc de cafeacute est aussi reconnu comme engrais organique et utiliseacute dans les jardins ou
potagers Des recherches anteacuterieures ont suggeacutereacute qursquoil peut ecirctre utiliseacute comme combustible
(Silva et al 1998) additif pour amender le sol (Yen et al 2005) adsorbant de meacutetaux (Utomo
et al 2006) compost (Orozco et al 1996 Morikawa et Saigusa 2008) paillage ou laquo mulch raquo
(Eshetu et al 2007) et moyen de controcircle des mauvaises herbes (Sciarrappa et al 2008)
Puisque le marc de cafeacute est un sous-produit agrave bas prix et que plus de 80 millions de tonnes sont
disponibles par an son utilisation est devenue une option inteacuteressante pour leacuteconomie
circulaire
Si la toxiciteacute des substances psychotropes sur lrsquoorganisme humain ou sur des modegraveles animaux
ont fait lrsquoobjet drsquoeacutetudes pousseacutees avant leur mise sur le marcheacute leurs effets sur les plantes ne
sont pas bien connus Parfois des tests de laboratoire sur les algues et les lentilles drsquoeau sont
utiliseacutes pour eacutevaluer la toxiciteacute chronique des substances pharmaceutiques mais les eacutetudes
concernant leurs impacts sur les plantes supeacuterieures restent rares Webb (2001) suggeacuterait en
comparant diffeacuterents niveaux trophiques que les algues eacutetaient plus sensibles aux meacutedicaments
testeacutes et que les classes les plus toxiques eacutetaient les antideacutepresseurs les antibiotiques et les
antipsychotiques Drsquoune maniegravere geacuteneacuterale les substances phytotoxiques interfegraverent avec
labsorption et le transport de micro et macro eacuteleacutements essentiels et perturbent la croissance et
le deacuteveloppement de la plante (Jin et al 2009)
Introduction
3
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les effets de deux psychotropes la fluoxeacutetine et le cafeacute sur la croissance et le deacuteveloppement
drsquoune plante modegravele sont eacutevalueacutes dans cette eacutetude De nombreux travaux anteacuterieurs ont rapporteacute
les effets du marc de cafeacute utiliseacute en paillage ou laquo mulch raquo sur les cultures (Silva 1998 Reigosa
1999 Altland et Lanthier 2007) mais ce qui distingue la preacutesente eacutetude est son application agrave
diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante En effet lrsquoexposition des plantes aux produits
pharmaceutiques ou aux deacutechets industriels pourrait survenir de maniegravere aleacuteatoire crsquoest-agrave-dire
agrave nrsquoimporte quel stade de deacuteveloppement de la plante Notre hypothegravese de travail est que la
sensibiliteacute des plantes agrave un paillage au marc de cafeacute varie selon leur stade de deacuteveloppement
Lrsquoobjectif de ce travail est drsquoeacutevaluer la reacuteponse drsquoune plante modegravele agrave cycle court Phaseolus
vulgaris agrave des substances psychotropes comme la fluoxeacutetine ou le cafeacute Plus speacutecifiquement
notre eacutetude vise agrave identifier les perturbations occasionneacutees par ces produits sur le
deacuteveloppement de la plante lorsque lrsquoexposition se deacuteroule de maniegravere chronique (cas de la
fluoxeacutetine) ou survient agrave des stades preacutecis du deacuteveloppement
Ce devoir sera deacuteveloppeacute comme suit tout drsquoabord les mateacuteriels et meacutethodes ensuite les
reacutesultats puis les discussions et se terminera par une conclusion et quelques perspectives
Mateacuteriels et meacutethodes
4
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
II MATERIELS ET METHODES
II1 Mateacuteriels
II11 Mateacuteriel veacutegeacutetal
Des graines de Phaseolus vulgaris varieacuteteacute laquo vangamena raquo (lot cal98 FOFIFA) ont eacuteteacute utiliseacutees
pour lrsquoexpeacuterimentation
Trois stades ont eacuteteacute deacutefinis au cours du deacuteveloppement des plants de haricot
- le stade 1 qui correspond agrave la graine segraveche dormante avant la germination
- le stade 2 qui correspond agrave la plantule germeacutee en deacutebut de croissance veacutegeacutetative et
caracteacuteriseacute par le deacuteploiement agrave lrsquohorizontal des deux cotyleacutedons est atteint 30 jours
apregraves le semis
- le stade 3 qui correspond agrave la floraison et caracteacuteriseacute par la premiegravere apparition de
bourgeons floraux est atteint 60 jours apregraves le semis
II12 Produits eacutetudieacutes
Deux psychotropes ont eacuteteacute utiliseacutes pour cette eacutetude
- Fluoxeacutetine 20mg agrave partir de comprimeacutes de Dawnexreg (Micro Labs Ltd Inde)
- Marc de cafeacute obtenu agrave partir drsquoune extraction agrave lrsquoeau chaude de la poudre de cafeacute
II13 Mise en culture
II131 Construction drsquoune serre
Une serre en bois de (6times3times175m) a eacuteteacute construite et recouverte drsquoune toile en polyeacutethylegravene
translucide soutenue par des lattes entrelaceacutees Deux ouvertures ont eacuteteacute ameacutenageacutees pour
permettre une meilleure circulation drsquoair dans la serre et abaisser la tempeacuterature inteacuterieure Les
expeacuteriences ont eacuteteacute reacutealiseacutees de juin agrave septembre 2015 et la tempeacuterature dans la serre variait de
37 agrave 40degC pendant le jour et de 7agrave 12degC pendant la nuit
II132 Conteneurs et Substrats de culture
Le substrat de culture utiliseacute est un meacutelange de sol noir argileux de sol rouge lateacuteritique et de
sable (111) qui pegravese environ 1000g Le conteneur de culture est confectionneacute agrave partir drsquoune
Mateacuteriels et meacutethodes
5
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
bouteille drsquoeau commerciale en polyeacutethylegravene de 15l coupeacutee aux trois-quarts de sa hauteur
(approximativement 22cm) Le semis a eacuteteacute effectueacute agrave raison drsquoune graine par conteneur
II2 Meacutethodes
Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits psychotropes La
premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de fluoxeacutetine depuis
la germination jusqursquoagrave la seacutenescence La seconde expeacuterimentation vise agrave eacutevaluer la reacuteponse des
plantules lorsque le substrat est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade
preacutecis de leur deacuteveloppement
II21 Etablissement et suivi des cultures
II211 Preacuteparation de la solution de fluoxeacutetine
Pour la premiegravere expeacuterimentation une solution de 31mgl-1 de fluoxeacutetine a eacuteteacute preacutepareacutee agrave partir
de comprimeacutes de Dawnexreg (Micro Labs Ltd Inde) contenant 20mg drsquoingreacutedient actif soit 3000
fois la concentration minimale montrant un effet sur les phytoplanctons (Fent et al 2006)
Les plantes ont eacuteteacute arroseacutees tous les trois jours avec 330ml de cette solution depuis la
germination jusqursquoagrave la seacutenescence Trente plantes ont eacuteteacute traiteacutees de maniegravere chronique avec de
la fluoxeacutetine alors que 30 autres ont eacuteteacute arroseacutees agrave la mecircme freacutequence avec de lrsquoeau de robinet
II212 Preacuteparation de marc de cafeacute
Pour la seconde expeacuterimentation de la poudre de cafeacute a eacuteteacute preacutepareacutee agrave partir de graines segraveches
tout venant acheteacutees au marcheacute drsquoAntananarivo torreacutefieacutees agrave la poecircle pendant 15 minutes avant
drsquoecirctre reacuteduites en poudre Le marc de cafeacute est obtenu apregraves avoir effectueacute une premiegravere
extraction agrave lrsquoeau chaude agrave raison de 250g de poudre par litre pour imiter la preacuteparation de cafeacute
agrave boire Le marc est ensuite seacutecheacute agrave lrsquoair libre et agrave lrsquoombre jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune poudre
segraveche puis stockeacute pour lrsquoexpeacuterimentation Ce proceacutedeacute a eacuteteacute reacutepeacuteteacute autant de fois pour
lrsquoapplication de marc de cafeacute au niveau du substrat aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de
la plante
Quatre cuillereacutees agrave soupe de marc de cafeacute environ 100g ont eacuteteacute deacuteposeacutees au-dessus du substrat
pour constituer une couche drsquoenviron 2cm drsquoeacutepaisseur selon le principe du laquomulchingraquo ou
paillage soit 11 agrave 12 tonnes par hectare Lrsquoapplication de marc de cafeacute a eacuteteacute effectueacutee avant le
Mateacuteriels et meacutethodes
6
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
changement de phases chez la plante Le nombre total drsquoindividus utiliseacutes est de 120
correspondant agrave 30 pour chacun des trois stades de deacuteveloppement et 30 autres servant de
teacutemoins sans application de marc de cafeacute
II213 Paramegravetres et suivis des cultures
Pour eacutevaluer lrsquoeffet de la fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur la croissance et le deacuteveloppement
des plantes des suivis hebdomadaires ont eacuteteacute faits sur la longueur de la tige la couleur des
feuilles le nombre de fleurs et de gousses tandis que la longueur et le poids sec des racines le
nombre et le diamegravetre des nodules le poids des gousses et des graines nrsquoont eacuteteacute mesureacutes qursquoen
fin drsquoexpeacuterience
Un pied-agrave-coulisse digital a eacuteteacute utiliseacute pour mesurer le diamegravetre des nodules
Le poids sec des racines le poids des gousses et des racines ont eacuteteacute mesureacutes agrave lrsquoaide drsquoune
balance de preacutecision
Un tableau de couleur de feuilles a eacuteteacute utiliseacute pour caracteacuteriser les changements de coloration
au cours du deacuteveloppement Ce tableau contient 6 couleurs variant du vert clair au vert fonceacute
correspondant agrave un numeacutero de 1 agrave 6 selon la meacutethode deacutecrite par Witt et al (2005)
II22 Deacutenombrement de la microfaune du sol
A la fin de la culture le nombre drsquoacariens et de collemboles dans le sol a eacuteteacute eacutevalueacute Pour cela
un dispositif de Berlese confectionneacute agrave partir drsquoune bouteille drsquoeau translucide en polyeacutethylegravene
dont la partie supeacuterieure inverseacutee est utiliseacutee pour contenir le substrat et la partie infeacuterieure pour
recueillir les microfaunes dans de lrsquoalcool agrave 70deg selon le principe de Antonio Berlese en 1905
(http 3) Briegravevement la partie supeacuterieure de la bouteille contenant le substrat est directement
exposeacutee agrave la lumiegravere drsquoune lampe incandescente de 60W La faune du sol va fuir la lumiegravere et
la chaleur et va migrer vers le fond de lrsquoentonnoir avant de tomber dans le reacutecipient contenant
de lrsquoalcool ougrave les insectes seront immobiliseacutes identifieacutes et deacutenombreacutes
Pour le sol venant des conteneurs teacutemoins et du traitement agrave la fluoxeacutetine 100g de sol preacuteleveacute
agrave la surface ont eacuteteacute preacuteleveacutes Pour les substrats comprenant un laquomulchraquo de reacutesidus de cafeacute les
microfaunes se trouvant dans le laquomulchraquo et dans le sol ont eacuteteacute recenseacutes seacutepareacutement
Mateacuteriels et meacutethodes
7
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Photo 1 Dispositif de Berlese
II3 Analyses statistiques
Le logiciel XLSTAT 2014 a eacuteteacute utiliseacute pour analyser les donneacutees concernant les effets de la
fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur les paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de P
vulgaris Une analyse de variances agrave un seul facteur a eacuteteacute faite pour deacutetecter les effets
significatifs suivie drsquoun test de comparaison des moyennes assorti drsquoun risque α=5
JRakotonirina 2015
Reacutesultats
8 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
III RESULTATS
Les effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine ou agrave un amendement du substrat au marc
de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante ont eacuteteacute eacutevalueacutes en suivant les
paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de la racine qui est le premier organe en contact
avec les produits testeacutes Cependant les effets plus systeacutemiques sur lrsquoorganisme veacutegeacutetal ont eacuteteacute
eacutevalueacutes en suivant la croissance et le deacuteveloppement des autres organes comme la tige la
feuille la fleur et le fruit
III1 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la racine
Les plantes traiteacutees agrave la fluoxeacutetine produisent moins de biomasse racinaire que celles non
traiteacutees (p=00001) Le traitement agrave la fluoxeacutetine reacuteduit la biomasse racinaire drsquoenviron 02g
(Figure 1A) soit 45 Cependant le laquo mulching raquo au marc de cafeacute preacutesente un effet plus
disparate En effet le marc de cafeacute nrsquoa aucun effet au cours de la germination mais reacuteduit
significativement (p=00001) la croissance racinaire lorsque appliqueacute en deacutebut des phases
veacutegeacutetative et de floraison drsquoenviron 01g soit 26 (Figure 1B)
Figure 1 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement B sur la biomasse racinaire (B) de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
b
0
01
02
03
04
05
06
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
9 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
La fluoxeacutetine nrsquoaffecte pas (p=00558) la croissance racinaire (Figure 2A) Par contre le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute stimule fortement (p=00006) lrsquoeacutelongation racinaire lorsque
appliqueacute au cours de la germination des plantules (Figure 2B) Le traitement au laquo mulch raquo de
cafeacute provoque une augmentation drsquoenviron 2cm de la longueur des tiges
Figure 2 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoeacutelongation racinaire de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
En ce qui concerne le nombre de nodules racinaires la figure 3A montre une forte inhibition
(p=00150) de leur initiation par la fluoxeacutetine drsquoenviron 77(13nodules) Et plus inteacuteressant
encore la figure 3B nous montre que lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison
entraicircne une reacuteduction significative (p=00023) du nombre de nodules drsquoenviron 52 (27
nodules)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
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rac
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fluoxeacutetine
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
a
bb b
B A
Reacutesultats
10 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 3 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application
de laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoinitiation de nodules
racinaires par individus de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
La fluoxeacutetine nrsquoinflue pas sur la taille des nodules des racines (p=01658) tandis que le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute reacuteduit leur taille drsquoenviron 04mm (p=00017) lorsque appliqueacute
en deacutebut des phases de germination et de croissance veacutegeacutetative (Figure 4B)
a
b
0
10
20
30
40
50
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nodule
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
11 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 4 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le la taille des nodules racinaires
de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III2 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la tige et la feuille
La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet (p=03319) sur lrsquoeacutelongation de la tige (Figure 5A) Par contre les
plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sont
significativement plus courtes drsquoenviron 1cm (p=00026) compareacutees aux plantes teacutemoins
(Figures 5B)
La fluoxeacutetine (p= 03169) et le laquo mulch raquo de cafeacute (p=07685) nrsquoont aucune influence sur la
couleur des feuilles (Annexe 3)
a
a
0
02
04
06
08
1
12
14
16
18
2
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teacutemoin
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0
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16
18
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odule
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
12 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 5 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la hauteur des tiges de Phaseolus
vulgaris apregraves 3 mois de culture
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III3 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les fleurs et les fruits
Les figures 6A et 6B preacutesentent la cineacutetique drsquoapparition des fleurs respectivement pour les
deux expeacuterimentations avec la fluoxeacutetine et le marc de cafeacute La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet
marqueacute sur le nombre de fleurs Cependant lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la
germination a provoqueacute drsquoune part un retard drsquoune semaine du pic de floraison et drsquoautre part
une reacuteduction du nombre total de fleurs produit par individu par rapport aux autres traitements
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0
2
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cm)
germination
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teacutemoin
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Reacutesultats
13 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
1
2
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
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bre
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Temps (semaine)
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Nom
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rsi
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Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
V FG
B
Reacutesultats
14 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Lrsquoarrosage chronique drsquoune concentration de fluoxeacutetine nrsquoa aucune influence sur le nombre de
gousses (Figure 7A) Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la germination a provoqueacute une
augmentation du nombre de gousses en S8 (p=00451) et S9 (p=00391) puis lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute avant la croissance veacutegeacutetative a deacuteclencheacute une augmentation du nombre de
gousses depuis S8 (p=00263)
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
1
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Nom
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teacutemoin
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Nom
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es
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
G VF
B
Reacutesultats
15 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Aucun effet significatif de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute nrsquoa eacuteteacute trouveacute sur le poids des
gousses le poids des graines ou le nombre de graines de Phaseolus vulgaris (Annexe 3)
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la microfaune du sol
Dans un premier temps lrsquoanalyse au preacutealable de la microfaune du sol au niveau du sol situeacute
sous le laquo mulch raquo nrsquoa pas permis de deacutetecter une diffeacuterence significative avec les cultures
teacutemoins Crsquoest la raison pour laquelle les comparaisons ont eacuteteacute focaliseacutees sur le laquo mulch raquo
couvrant le substrat initial
La fluoxeacutetine nrsquoa pas drsquoinfluence sur lrsquoabondance drsquoacariens (p=08734) et de collemboles
(p=1) dans le sol
Par contre lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la
plante permet de favoriser le deacuteveloppement drsquoune acarofaune (p=0022) surtout lors drsquoune
addition au cours du stade veacutegeacutetatif De mecircme le laquomulchingraquo favorise la prolifeacuteration de
collemboles (p=00130) dans le substrat mais leur nombre est nettement infeacuterieur compareacute aux
acariens (Figure 8)
Reacutesultats
16 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le
nombre de microfaunes acariens et collemboles dans le substrat
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
a
a
a
0
1
2
3
4
Acariens Collemboles
Nom
bre
de
mic
rofa
unes
par
100g d
e su
bst
rat
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
ab
a
b
b
ab
aa a0
20
40
60
80
100
Acariens Collemboles
Nom
bre
de
Mic
rofa
unes
par
100g d
e su
bst
rat
mulch germination
mulch veacutegeacutetative
mulch floraison
teacutemoin
B
Discussions
17
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
IV DISCUSSIONS
La croissance et le deacuteveloppement des plants de haricot sont inhibeacutes par la preacutesence de
laquo mulch raquo de cafeacute Les reacutesultats ont montreacute que lrsquoeacutelongation de la tige est inhibeacutee par lrsquoaddition
de laquo mulch raquo de cafeacute et que lrsquoapplication de ce dernier agrave des peacuteriodes coiumlncidant avec le deacutebut
des stades veacutegeacutetatif et de floraison induit une reacuteduction de la biomasse racinaire et une
inhibition de lrsquoeacutelongation racinaire au stade de germination
Ces effets inhibiteurs pourraient ecirctre causeacutes par la teneur en cafeacuteine qui persiste dans les reacutesidus
de cafeacute utiliseacutes En effet il a eacuteteacute rapporteacute que lajout de cafeacuteine dans le substrat agrave certaines doses
conduirait agrave des symptocircmes semblables agrave une carence en calcium y compris un retard de
croissance chez les plantes (http 4) Il a eacuteteacute aussi mentionneacute que la cafeacuteine agrave une concentration
de 60ppm induisait une inhibition de la croissance des tiges et des racines chez
Phaseolus vulgaris (Lahouti et al 2007) En effet la cafeacuteine est connue pour son action
inhibitrice de la prolifeacuteration cellulaire (Levi-Schaffer et al 1991) Elle eacutetait rapporteacutee comme
favorisant le deacuteclenchement de la mort cellulaire programmeacutee et perturbe les proteacuteines
reacutegulatrices du cycle cellulaire (Bode et Dong 2007) La cafeacuteine ou lrsquoacide cafeacuteique a eacuteteacute deacutecrit
comme inhibiteur de la prolifeacuteration des cellules du cancer du sein (Rosendahl 2015) Plus
particuliegraverement la cafeacuteine est connue comme eacutetant un inhibiteur de la formation du
phragmoplaste lors la division cellulaire chez les veacutegeacutetaux empecircchant la cytodieacuteregravese (Hepler et
Bonsignore 1990) Cet effet reacutesulterait en la reacuteduction de la division cellulaire et du nombre de
cellules dans le meacuteristegraveme apical de la tige (Helper et Bosignore 1990 Galatis et Apostolakos
1991) Chez la laitue lrsquoaddition de marc de cafeacute agrave une concentration entre 25 et 5 (vv) nrsquoa
pas drsquoeffets significatifs sur la croissance et le deacuteveloppement de la plante Par contre une
induction du stress est observeacutee agrave des concentrations supeacuterieures agrave 10 probablement due agrave
lrsquoaugmentation de composeacutes phytotoxiques comme la cafeacuteine ou bien agrave la reacuteduction des
macronutriments absorbeacutes par la plante pour sa croissance (Gomes et al 2013) Drsquoautres
composeacutes potentiellement toxiques comme les tanins et lrsquoacide chlorogeacutenique persistent dans
le marc de cafeacute (Batish et al 2008) et sont susceptibles drsquoentraicircner une inhibition de la
croissance de la plante (Gomes et al 2013) Pandey et al (2007) suggeacuteraient que crsquoest la
preacutesence de lrsquoacide chlorogeacutenique dans le cafeacute qui provoque lrsquoinhibition de la croissance de la
plante Ce composeacute est rapporteacute comme inhibiteur de la croissance du coleacuteoptile chez le bleacute
(Kefeli et al 1978) Mais drsquoautres auteurs stipulent que les polypheacutenols abondants dans le
marc de cafeacute pourraient agir aussi comme inhibiteurs ou comme stimulateurs de la croissance
en fonction de leur concentration (Ignat et al 2009)
Discussions
18
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
La preacutesence de champignons et bacteacuteries qui prolifegraverent abondamment dans le marc de cafeacute
favoriserait lrsquoapparition de maladies au niveau des racines et par conseacutequent un retard de
croissance (http 5)
Lrsquoinitiation et la croissance des nodules sont inhibeacutees chez les plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo
de cafeacute En effet les plants de haricot traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut de floraison
ont deacuteveloppeacute peu de nodules racinaires par rapport aux plants teacutemoins et la taille des nodules
est reacuteduite chez les plants traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute au cours des stades de germination
et de croissance veacutegeacutetative
A part lrsquoeffet inhibiteur de la cafeacuteine preacutesente dans les reacutesidus de cafeacute lrsquoinhibition de lrsquoinitiation
nodulaire et la reacuteduction de la taille des nodules sont causeacutees par plusieurs des facteurs
hormonaux et drsquoautres lieacutes au niveau de nitrate ou drsquoammonium Linitiation de nodules est
controcircleacutee par plusieurs facteurs hormonaux (Schultze et Kondorosi 1998) mais la formation
des nodules deacutepend de la communication entre la tige et la racine (Complainville 2003
Okamoto et Kawaguchi2015) En particulier le nitrate est connu pour reacuteguler neacutegativement le
transport basipeacutetal de lrsquoauxine entre la racine et la tige dougrave lrsquoinhibition de la nodulation par
de fortes concentrations en nitrate (Mortier 2012 Saito 2014) Les conditions de
lenvironnement telles que la disponibiliteacute en nitrate ou ammonium affectent les processus de
nodulation et les signaux endogegravenes tels que la provision de carbone lefficaciteacute de nodulation
et le processus de fixation dazote (Mortier 2012) Chez Lotus japonicus lrsquoapplication de
concentrations de nitrate entre 3 et 10 mM entraicircne une inhibition de lrsquoinitiation de nodules
(Okamoto et Kawaguchi 2015) via lrsquoinhibition de la nitrogeacutenase (Carroll et Gresshoff
1983)Chez les plantes de soja les diamegravetres des nodules ont augmenteacute de 1 agrave 6 mm pour 14
jours en absence de nitrate En revanche laugmentation de la taille des nodules a eacuteteacute reacuteduite
par laddition de 5mM de nitrate (Saito et al 2014) Une forte consommation de
photosyntheacutetats au niveau des racines peut aussi limiter leur allocation aux nodules qui peut
entraicircner une inhibition de la croissance et lrsquoarrecirct de la fixation de lazote atmospheacuterique
(Yashima 2005) Chez le pois une faible concentration en NH4+ favorise une augmentation de
la taille des nodules Il semble qursquoune meilleure fixation de N2 est obtenue lorsque du NH4+ est
disponible (Vassey et Waterer 1992)Or le nitrate est la forme principale drsquoazote dans le
vermicompost de cafeacute (Chaoui et al 2003 Micelli et al 2007 Tognetti 2010) Il est alors
possible que le faible nombre de nodules et la reacuteduction de la taille des nodules chez les
plantules traiteacutees aient eacuteteacute provoqueacutes par une concentration eacuteleveacutee de nitrate dans le marc de
cafeacute
Discussions
19
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les flavonoiumldes affectent la formation des nodules gracircce agrave leur proprieacuteteacute reacuteductrice du transport
et de lrsquoaccumulation drsquoauxine Un signal de cytokinine est deacuteterminant pour lrsquoinitiation des
nodules agrave travers lrsquoinhibition du transport polaire et de lrsquoaccumulation drsquoauxine dans les cellules
corticales par les flavonoiumldes (Ng et al 2015) Le rocircle de lauxine dans la nodulation est lieacute
eacutetroitement au deacuteveloppement dautres structures racinaires comme la racine lateacuterale Le
deacuteveloppement des racines et des nodules est reacuteguleacute par le ratio auxine-cytokinine
Lrsquoaccumulation drsquoauxine stimule la formation de racines lateacuterales alors que lrsquoaugmentation de
cytokinine ou lrsquoinhibition du transport dauxine induit le deacuteveloppement de pseudo-
nodules (http 6) Il est inteacuteressant de souligner que lrsquoapplication de marc de cafeacute avait stimuleacute
la formation de nodules racinaires chez les plants de soja (Lee et Hirsch 2006)
Lrsquoutilisation de laquo mulch raquo pour ameacuteliorer les cultures peut entraicircner des effets sur la diversiteacute
et lrsquoabondance microbiennes (Tiquia et al 2002) En effet laddition de vermicompost de cafeacute
dans le sol a favoriseacute lactiviteacute microbienne (Atiyeh et al 2002 Theunissen 2010) Par contre
peu drsquoeacutetudes srsquoest inteacuteresseacutee agrave lrsquoeffet du laquo mulching raquo sur la microfaune du sol Nos reacutesultats
indiquent que le sol couvert de marc de cafeacute contient un nombre plus important de microfaunes
La deacutecomposition des reacutesidus de cafeacute est lente due agrave la preacutesence drsquoazote proteacuteique structural et
de fortes concentrations de lipides (Kitou et Okuno 1999) Ce qui pourrait neacutecessiter
lrsquointervention drsquoinsectes phytophages qui ne sont pas repousseacutes par le cafeacute En effet lrsquoaddition
de reacutesidus de cafeacute atteacutenue les ravages sur les plants de soja occasionneacutes par Megacopta
cribraria en renforccedilant le systegraveme de deacutefense de la plante (http 7)
Drsquoautres eacutetudes indiquent par contre une absence drsquoeffet protecteur des reacutesidus de cafeacute agrave
lrsquoexemple de lrsquoinsecte ravageur Aulacaspis yasumatsui sur les cycas (Magellan et al 2013)
la cafeacuteine eacutetant consideacutereacutee comme un composeacute de deacutefense de la plante contre les herbivores et
les microorganismes (Brownlee et al 1990 Cruz et al 2012) Dans le cadre de notre eacutetude
la teneur en cafeacuteine dans les reacutesidus est consideacutereacutee comme faible agrave la suite drsquoune premiegravere
extraction aqueuse agrave chaud Ce qui aurait favoriseacute la prolifeacuteration de la microfaune du sol
essentiellement dans la partie correspondante au laquo mulch raquo
La floraison est retardeacutee en cas drsquoapplication preacutecoce de reacutesidus de cafeacute sur des individus en
germination La floraison est stimuleacutee par lrsquoapport drsquoengrais organiques chez plusieurs espegraveces
(Umesha et al 2011) Chez Solanum nigrum des doses insuffisantes drsquoengrais organiques
entrainaient un retard de floraison Cela serait ducirc agrave un deacuteficit drsquoeacuteleacutements nutritifs reacuteduisant la
croissance et causant un retard de la floraison (Umesha et al 2011) Nos reacutesultats semblent en
Discussions
20
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
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V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
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pois
-http5 wwwacesnmsueducesyard2000111800html2
-http6 wwweolssnetsample-chaptersc17E6-58-07-16pdf
-http7 wwwcoplacorgpublicationsmetamorphosis
-http8 wwwpuyallupwsueduwp-contentuploadssites403201503coffee-groundspdf
Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
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Cole
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des
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Temps (semaine)
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4 5 6 7 8 9 10 11 12
Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
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indiv
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fluoxeacutetine
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gra
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
a aa
a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
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gouss
es (
g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 12
Introduction
3
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les effets de deux psychotropes la fluoxeacutetine et le cafeacute sur la croissance et le deacuteveloppement
drsquoune plante modegravele sont eacutevalueacutes dans cette eacutetude De nombreux travaux anteacuterieurs ont rapporteacute
les effets du marc de cafeacute utiliseacute en paillage ou laquo mulch raquo sur les cultures (Silva 1998 Reigosa
1999 Altland et Lanthier 2007) mais ce qui distingue la preacutesente eacutetude est son application agrave
diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante En effet lrsquoexposition des plantes aux produits
pharmaceutiques ou aux deacutechets industriels pourrait survenir de maniegravere aleacuteatoire crsquoest-agrave-dire
agrave nrsquoimporte quel stade de deacuteveloppement de la plante Notre hypothegravese de travail est que la
sensibiliteacute des plantes agrave un paillage au marc de cafeacute varie selon leur stade de deacuteveloppement
Lrsquoobjectif de ce travail est drsquoeacutevaluer la reacuteponse drsquoune plante modegravele agrave cycle court Phaseolus
vulgaris agrave des substances psychotropes comme la fluoxeacutetine ou le cafeacute Plus speacutecifiquement
notre eacutetude vise agrave identifier les perturbations occasionneacutees par ces produits sur le
deacuteveloppement de la plante lorsque lrsquoexposition se deacuteroule de maniegravere chronique (cas de la
fluoxeacutetine) ou survient agrave des stades preacutecis du deacuteveloppement
Ce devoir sera deacuteveloppeacute comme suit tout drsquoabord les mateacuteriels et meacutethodes ensuite les
reacutesultats puis les discussions et se terminera par une conclusion et quelques perspectives
Mateacuteriels et meacutethodes
4
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
II MATERIELS ET METHODES
II1 Mateacuteriels
II11 Mateacuteriel veacutegeacutetal
Des graines de Phaseolus vulgaris varieacuteteacute laquo vangamena raquo (lot cal98 FOFIFA) ont eacuteteacute utiliseacutees
pour lrsquoexpeacuterimentation
Trois stades ont eacuteteacute deacutefinis au cours du deacuteveloppement des plants de haricot
- le stade 1 qui correspond agrave la graine segraveche dormante avant la germination
- le stade 2 qui correspond agrave la plantule germeacutee en deacutebut de croissance veacutegeacutetative et
caracteacuteriseacute par le deacuteploiement agrave lrsquohorizontal des deux cotyleacutedons est atteint 30 jours
apregraves le semis
- le stade 3 qui correspond agrave la floraison et caracteacuteriseacute par la premiegravere apparition de
bourgeons floraux est atteint 60 jours apregraves le semis
II12 Produits eacutetudieacutes
Deux psychotropes ont eacuteteacute utiliseacutes pour cette eacutetude
- Fluoxeacutetine 20mg agrave partir de comprimeacutes de Dawnexreg (Micro Labs Ltd Inde)
- Marc de cafeacute obtenu agrave partir drsquoune extraction agrave lrsquoeau chaude de la poudre de cafeacute
II13 Mise en culture
II131 Construction drsquoune serre
Une serre en bois de (6times3times175m) a eacuteteacute construite et recouverte drsquoune toile en polyeacutethylegravene
translucide soutenue par des lattes entrelaceacutees Deux ouvertures ont eacuteteacute ameacutenageacutees pour
permettre une meilleure circulation drsquoair dans la serre et abaisser la tempeacuterature inteacuterieure Les
expeacuteriences ont eacuteteacute reacutealiseacutees de juin agrave septembre 2015 et la tempeacuterature dans la serre variait de
37 agrave 40degC pendant le jour et de 7agrave 12degC pendant la nuit
II132 Conteneurs et Substrats de culture
Le substrat de culture utiliseacute est un meacutelange de sol noir argileux de sol rouge lateacuteritique et de
sable (111) qui pegravese environ 1000g Le conteneur de culture est confectionneacute agrave partir drsquoune
Mateacuteriels et meacutethodes
5
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
bouteille drsquoeau commerciale en polyeacutethylegravene de 15l coupeacutee aux trois-quarts de sa hauteur
(approximativement 22cm) Le semis a eacuteteacute effectueacute agrave raison drsquoune graine par conteneur
II2 Meacutethodes
Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits psychotropes La
premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de fluoxeacutetine depuis
la germination jusqursquoagrave la seacutenescence La seconde expeacuterimentation vise agrave eacutevaluer la reacuteponse des
plantules lorsque le substrat est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade
preacutecis de leur deacuteveloppement
II21 Etablissement et suivi des cultures
II211 Preacuteparation de la solution de fluoxeacutetine
Pour la premiegravere expeacuterimentation une solution de 31mgl-1 de fluoxeacutetine a eacuteteacute preacutepareacutee agrave partir
de comprimeacutes de Dawnexreg (Micro Labs Ltd Inde) contenant 20mg drsquoingreacutedient actif soit 3000
fois la concentration minimale montrant un effet sur les phytoplanctons (Fent et al 2006)
Les plantes ont eacuteteacute arroseacutees tous les trois jours avec 330ml de cette solution depuis la
germination jusqursquoagrave la seacutenescence Trente plantes ont eacuteteacute traiteacutees de maniegravere chronique avec de
la fluoxeacutetine alors que 30 autres ont eacuteteacute arroseacutees agrave la mecircme freacutequence avec de lrsquoeau de robinet
II212 Preacuteparation de marc de cafeacute
Pour la seconde expeacuterimentation de la poudre de cafeacute a eacuteteacute preacutepareacutee agrave partir de graines segraveches
tout venant acheteacutees au marcheacute drsquoAntananarivo torreacutefieacutees agrave la poecircle pendant 15 minutes avant
drsquoecirctre reacuteduites en poudre Le marc de cafeacute est obtenu apregraves avoir effectueacute une premiegravere
extraction agrave lrsquoeau chaude agrave raison de 250g de poudre par litre pour imiter la preacuteparation de cafeacute
agrave boire Le marc est ensuite seacutecheacute agrave lrsquoair libre et agrave lrsquoombre jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune poudre
segraveche puis stockeacute pour lrsquoexpeacuterimentation Ce proceacutedeacute a eacuteteacute reacutepeacuteteacute autant de fois pour
lrsquoapplication de marc de cafeacute au niveau du substrat aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de
la plante
Quatre cuillereacutees agrave soupe de marc de cafeacute environ 100g ont eacuteteacute deacuteposeacutees au-dessus du substrat
pour constituer une couche drsquoenviron 2cm drsquoeacutepaisseur selon le principe du laquomulchingraquo ou
paillage soit 11 agrave 12 tonnes par hectare Lrsquoapplication de marc de cafeacute a eacuteteacute effectueacutee avant le
Mateacuteriels et meacutethodes
6
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
changement de phases chez la plante Le nombre total drsquoindividus utiliseacutes est de 120
correspondant agrave 30 pour chacun des trois stades de deacuteveloppement et 30 autres servant de
teacutemoins sans application de marc de cafeacute
II213 Paramegravetres et suivis des cultures
Pour eacutevaluer lrsquoeffet de la fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur la croissance et le deacuteveloppement
des plantes des suivis hebdomadaires ont eacuteteacute faits sur la longueur de la tige la couleur des
feuilles le nombre de fleurs et de gousses tandis que la longueur et le poids sec des racines le
nombre et le diamegravetre des nodules le poids des gousses et des graines nrsquoont eacuteteacute mesureacutes qursquoen
fin drsquoexpeacuterience
Un pied-agrave-coulisse digital a eacuteteacute utiliseacute pour mesurer le diamegravetre des nodules
Le poids sec des racines le poids des gousses et des racines ont eacuteteacute mesureacutes agrave lrsquoaide drsquoune
balance de preacutecision
Un tableau de couleur de feuilles a eacuteteacute utiliseacute pour caracteacuteriser les changements de coloration
au cours du deacuteveloppement Ce tableau contient 6 couleurs variant du vert clair au vert fonceacute
correspondant agrave un numeacutero de 1 agrave 6 selon la meacutethode deacutecrite par Witt et al (2005)
II22 Deacutenombrement de la microfaune du sol
A la fin de la culture le nombre drsquoacariens et de collemboles dans le sol a eacuteteacute eacutevalueacute Pour cela
un dispositif de Berlese confectionneacute agrave partir drsquoune bouteille drsquoeau translucide en polyeacutethylegravene
dont la partie supeacuterieure inverseacutee est utiliseacutee pour contenir le substrat et la partie infeacuterieure pour
recueillir les microfaunes dans de lrsquoalcool agrave 70deg selon le principe de Antonio Berlese en 1905
(http 3) Briegravevement la partie supeacuterieure de la bouteille contenant le substrat est directement
exposeacutee agrave la lumiegravere drsquoune lampe incandescente de 60W La faune du sol va fuir la lumiegravere et
la chaleur et va migrer vers le fond de lrsquoentonnoir avant de tomber dans le reacutecipient contenant
de lrsquoalcool ougrave les insectes seront immobiliseacutes identifieacutes et deacutenombreacutes
Pour le sol venant des conteneurs teacutemoins et du traitement agrave la fluoxeacutetine 100g de sol preacuteleveacute
agrave la surface ont eacuteteacute preacuteleveacutes Pour les substrats comprenant un laquomulchraquo de reacutesidus de cafeacute les
microfaunes se trouvant dans le laquomulchraquo et dans le sol ont eacuteteacute recenseacutes seacutepareacutement
Mateacuteriels et meacutethodes
7
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Photo 1 Dispositif de Berlese
II3 Analyses statistiques
Le logiciel XLSTAT 2014 a eacuteteacute utiliseacute pour analyser les donneacutees concernant les effets de la
fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur les paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de P
vulgaris Une analyse de variances agrave un seul facteur a eacuteteacute faite pour deacutetecter les effets
significatifs suivie drsquoun test de comparaison des moyennes assorti drsquoun risque α=5
JRakotonirina 2015
Reacutesultats
8 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
III RESULTATS
Les effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine ou agrave un amendement du substrat au marc
de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante ont eacuteteacute eacutevalueacutes en suivant les
paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de la racine qui est le premier organe en contact
avec les produits testeacutes Cependant les effets plus systeacutemiques sur lrsquoorganisme veacutegeacutetal ont eacuteteacute
eacutevalueacutes en suivant la croissance et le deacuteveloppement des autres organes comme la tige la
feuille la fleur et le fruit
III1 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la racine
Les plantes traiteacutees agrave la fluoxeacutetine produisent moins de biomasse racinaire que celles non
traiteacutees (p=00001) Le traitement agrave la fluoxeacutetine reacuteduit la biomasse racinaire drsquoenviron 02g
(Figure 1A) soit 45 Cependant le laquo mulching raquo au marc de cafeacute preacutesente un effet plus
disparate En effet le marc de cafeacute nrsquoa aucun effet au cours de la germination mais reacuteduit
significativement (p=00001) la croissance racinaire lorsque appliqueacute en deacutebut des phases
veacutegeacutetative et de floraison drsquoenviron 01g soit 26 (Figure 1B)
Figure 1 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement B sur la biomasse racinaire (B) de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
b
0
01
02
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se
raci
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g)
fluoxeacutetine
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Bio
mas
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aire
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
9 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
La fluoxeacutetine nrsquoaffecte pas (p=00558) la croissance racinaire (Figure 2A) Par contre le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute stimule fortement (p=00006) lrsquoeacutelongation racinaire lorsque
appliqueacute au cours de la germination des plantules (Figure 2B) Le traitement au laquo mulch raquo de
cafeacute provoque une augmentation drsquoenviron 2cm de la longueur des tiges
Figure 2 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoeacutelongation racinaire de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
En ce qui concerne le nombre de nodules racinaires la figure 3A montre une forte inhibition
(p=00150) de leur initiation par la fluoxeacutetine drsquoenviron 77(13nodules) Et plus inteacuteressant
encore la figure 3B nous montre que lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison
entraicircne une reacuteduction significative (p=00023) du nombre de nodules drsquoenviron 52 (27
nodules)
0
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rac
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4
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14
16
18
1
Longueu
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rac
ines
(cm
)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
a
bb b
B A
Reacutesultats
10 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 3 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application
de laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoinitiation de nodules
racinaires par individus de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
La fluoxeacutetine nrsquoinflue pas sur la taille des nodules des racines (p=01658) tandis que le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute reacuteduit leur taille drsquoenviron 04mm (p=00017) lorsque appliqueacute
en deacutebut des phases de germination et de croissance veacutegeacutetative (Figure 4B)
a
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floraison
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Reacutesultats
11 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 4 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le la taille des nodules racinaires
de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III2 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la tige et la feuille
La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet (p=03319) sur lrsquoeacutelongation de la tige (Figure 5A) Par contre les
plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sont
significativement plus courtes drsquoenviron 1cm (p=00026) compareacutees aux plantes teacutemoins
(Figures 5B)
La fluoxeacutetine (p= 03169) et le laquo mulch raquo de cafeacute (p=07685) nrsquoont aucune influence sur la
couleur des feuilles (Annexe 3)
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B
Reacutesultats
12 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 5 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la hauteur des tiges de Phaseolus
vulgaris apregraves 3 mois de culture
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III3 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les fleurs et les fruits
Les figures 6A et 6B preacutesentent la cineacutetique drsquoapparition des fleurs respectivement pour les
deux expeacuterimentations avec la fluoxeacutetine et le marc de cafeacute La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet
marqueacute sur le nombre de fleurs Cependant lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la
germination a provoqueacute drsquoune part un retard drsquoune semaine du pic de floraison et drsquoautre part
une reacuteduction du nombre total de fleurs produit par individu par rapport aux autres traitements
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Reacutesultats
13 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
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Reacutesultats
14 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Lrsquoarrosage chronique drsquoune concentration de fluoxeacutetine nrsquoa aucune influence sur le nombre de
gousses (Figure 7A) Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la germination a provoqueacute une
augmentation du nombre de gousses en S8 (p=00451) et S9 (p=00391) puis lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute avant la croissance veacutegeacutetative a deacuteclencheacute une augmentation du nombre de
gousses depuis S8 (p=00263)
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
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Reacutesultats
15 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Aucun effet significatif de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute nrsquoa eacuteteacute trouveacute sur le poids des
gousses le poids des graines ou le nombre de graines de Phaseolus vulgaris (Annexe 3)
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la microfaune du sol
Dans un premier temps lrsquoanalyse au preacutealable de la microfaune du sol au niveau du sol situeacute
sous le laquo mulch raquo nrsquoa pas permis de deacutetecter une diffeacuterence significative avec les cultures
teacutemoins Crsquoest la raison pour laquelle les comparaisons ont eacuteteacute focaliseacutees sur le laquo mulch raquo
couvrant le substrat initial
La fluoxeacutetine nrsquoa pas drsquoinfluence sur lrsquoabondance drsquoacariens (p=08734) et de collemboles
(p=1) dans le sol
Par contre lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la
plante permet de favoriser le deacuteveloppement drsquoune acarofaune (p=0022) surtout lors drsquoune
addition au cours du stade veacutegeacutetatif De mecircme le laquomulchingraquo favorise la prolifeacuteration de
collemboles (p=00130) dans le substrat mais leur nombre est nettement infeacuterieur compareacute aux
acariens (Figure 8)
Reacutesultats
16 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le
nombre de microfaunes acariens et collemboles dans le substrat
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
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Acariens Collemboles
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Discussions
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
IV DISCUSSIONS
La croissance et le deacuteveloppement des plants de haricot sont inhibeacutes par la preacutesence de
laquo mulch raquo de cafeacute Les reacutesultats ont montreacute que lrsquoeacutelongation de la tige est inhibeacutee par lrsquoaddition
de laquo mulch raquo de cafeacute et que lrsquoapplication de ce dernier agrave des peacuteriodes coiumlncidant avec le deacutebut
des stades veacutegeacutetatif et de floraison induit une reacuteduction de la biomasse racinaire et une
inhibition de lrsquoeacutelongation racinaire au stade de germination
Ces effets inhibiteurs pourraient ecirctre causeacutes par la teneur en cafeacuteine qui persiste dans les reacutesidus
de cafeacute utiliseacutes En effet il a eacuteteacute rapporteacute que lajout de cafeacuteine dans le substrat agrave certaines doses
conduirait agrave des symptocircmes semblables agrave une carence en calcium y compris un retard de
croissance chez les plantes (http 4) Il a eacuteteacute aussi mentionneacute que la cafeacuteine agrave une concentration
de 60ppm induisait une inhibition de la croissance des tiges et des racines chez
Phaseolus vulgaris (Lahouti et al 2007) En effet la cafeacuteine est connue pour son action
inhibitrice de la prolifeacuteration cellulaire (Levi-Schaffer et al 1991) Elle eacutetait rapporteacutee comme
favorisant le deacuteclenchement de la mort cellulaire programmeacutee et perturbe les proteacuteines
reacutegulatrices du cycle cellulaire (Bode et Dong 2007) La cafeacuteine ou lrsquoacide cafeacuteique a eacuteteacute deacutecrit
comme inhibiteur de la prolifeacuteration des cellules du cancer du sein (Rosendahl 2015) Plus
particuliegraverement la cafeacuteine est connue comme eacutetant un inhibiteur de la formation du
phragmoplaste lors la division cellulaire chez les veacutegeacutetaux empecircchant la cytodieacuteregravese (Hepler et
Bonsignore 1990) Cet effet reacutesulterait en la reacuteduction de la division cellulaire et du nombre de
cellules dans le meacuteristegraveme apical de la tige (Helper et Bosignore 1990 Galatis et Apostolakos
1991) Chez la laitue lrsquoaddition de marc de cafeacute agrave une concentration entre 25 et 5 (vv) nrsquoa
pas drsquoeffets significatifs sur la croissance et le deacuteveloppement de la plante Par contre une
induction du stress est observeacutee agrave des concentrations supeacuterieures agrave 10 probablement due agrave
lrsquoaugmentation de composeacutes phytotoxiques comme la cafeacuteine ou bien agrave la reacuteduction des
macronutriments absorbeacutes par la plante pour sa croissance (Gomes et al 2013) Drsquoautres
composeacutes potentiellement toxiques comme les tanins et lrsquoacide chlorogeacutenique persistent dans
le marc de cafeacute (Batish et al 2008) et sont susceptibles drsquoentraicircner une inhibition de la
croissance de la plante (Gomes et al 2013) Pandey et al (2007) suggeacuteraient que crsquoest la
preacutesence de lrsquoacide chlorogeacutenique dans le cafeacute qui provoque lrsquoinhibition de la croissance de la
plante Ce composeacute est rapporteacute comme inhibiteur de la croissance du coleacuteoptile chez le bleacute
(Kefeli et al 1978) Mais drsquoautres auteurs stipulent que les polypheacutenols abondants dans le
marc de cafeacute pourraient agir aussi comme inhibiteurs ou comme stimulateurs de la croissance
en fonction de leur concentration (Ignat et al 2009)
Discussions
18
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
La preacutesence de champignons et bacteacuteries qui prolifegraverent abondamment dans le marc de cafeacute
favoriserait lrsquoapparition de maladies au niveau des racines et par conseacutequent un retard de
croissance (http 5)
Lrsquoinitiation et la croissance des nodules sont inhibeacutees chez les plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo
de cafeacute En effet les plants de haricot traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut de floraison
ont deacuteveloppeacute peu de nodules racinaires par rapport aux plants teacutemoins et la taille des nodules
est reacuteduite chez les plants traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute au cours des stades de germination
et de croissance veacutegeacutetative
A part lrsquoeffet inhibiteur de la cafeacuteine preacutesente dans les reacutesidus de cafeacute lrsquoinhibition de lrsquoinitiation
nodulaire et la reacuteduction de la taille des nodules sont causeacutees par plusieurs des facteurs
hormonaux et drsquoautres lieacutes au niveau de nitrate ou drsquoammonium Linitiation de nodules est
controcircleacutee par plusieurs facteurs hormonaux (Schultze et Kondorosi 1998) mais la formation
des nodules deacutepend de la communication entre la tige et la racine (Complainville 2003
Okamoto et Kawaguchi2015) En particulier le nitrate est connu pour reacuteguler neacutegativement le
transport basipeacutetal de lrsquoauxine entre la racine et la tige dougrave lrsquoinhibition de la nodulation par
de fortes concentrations en nitrate (Mortier 2012 Saito 2014) Les conditions de
lenvironnement telles que la disponibiliteacute en nitrate ou ammonium affectent les processus de
nodulation et les signaux endogegravenes tels que la provision de carbone lefficaciteacute de nodulation
et le processus de fixation dazote (Mortier 2012) Chez Lotus japonicus lrsquoapplication de
concentrations de nitrate entre 3 et 10 mM entraicircne une inhibition de lrsquoinitiation de nodules
(Okamoto et Kawaguchi 2015) via lrsquoinhibition de la nitrogeacutenase (Carroll et Gresshoff
1983)Chez les plantes de soja les diamegravetres des nodules ont augmenteacute de 1 agrave 6 mm pour 14
jours en absence de nitrate En revanche laugmentation de la taille des nodules a eacuteteacute reacuteduite
par laddition de 5mM de nitrate (Saito et al 2014) Une forte consommation de
photosyntheacutetats au niveau des racines peut aussi limiter leur allocation aux nodules qui peut
entraicircner une inhibition de la croissance et lrsquoarrecirct de la fixation de lazote atmospheacuterique
(Yashima 2005) Chez le pois une faible concentration en NH4+ favorise une augmentation de
la taille des nodules Il semble qursquoune meilleure fixation de N2 est obtenue lorsque du NH4+ est
disponible (Vassey et Waterer 1992)Or le nitrate est la forme principale drsquoazote dans le
vermicompost de cafeacute (Chaoui et al 2003 Micelli et al 2007 Tognetti 2010) Il est alors
possible que le faible nombre de nodules et la reacuteduction de la taille des nodules chez les
plantules traiteacutees aient eacuteteacute provoqueacutes par une concentration eacuteleveacutee de nitrate dans le marc de
cafeacute
Discussions
19
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les flavonoiumldes affectent la formation des nodules gracircce agrave leur proprieacuteteacute reacuteductrice du transport
et de lrsquoaccumulation drsquoauxine Un signal de cytokinine est deacuteterminant pour lrsquoinitiation des
nodules agrave travers lrsquoinhibition du transport polaire et de lrsquoaccumulation drsquoauxine dans les cellules
corticales par les flavonoiumldes (Ng et al 2015) Le rocircle de lauxine dans la nodulation est lieacute
eacutetroitement au deacuteveloppement dautres structures racinaires comme la racine lateacuterale Le
deacuteveloppement des racines et des nodules est reacuteguleacute par le ratio auxine-cytokinine
Lrsquoaccumulation drsquoauxine stimule la formation de racines lateacuterales alors que lrsquoaugmentation de
cytokinine ou lrsquoinhibition du transport dauxine induit le deacuteveloppement de pseudo-
nodules (http 6) Il est inteacuteressant de souligner que lrsquoapplication de marc de cafeacute avait stimuleacute
la formation de nodules racinaires chez les plants de soja (Lee et Hirsch 2006)
Lrsquoutilisation de laquo mulch raquo pour ameacuteliorer les cultures peut entraicircner des effets sur la diversiteacute
et lrsquoabondance microbiennes (Tiquia et al 2002) En effet laddition de vermicompost de cafeacute
dans le sol a favoriseacute lactiviteacute microbienne (Atiyeh et al 2002 Theunissen 2010) Par contre
peu drsquoeacutetudes srsquoest inteacuteresseacutee agrave lrsquoeffet du laquo mulching raquo sur la microfaune du sol Nos reacutesultats
indiquent que le sol couvert de marc de cafeacute contient un nombre plus important de microfaunes
La deacutecomposition des reacutesidus de cafeacute est lente due agrave la preacutesence drsquoazote proteacuteique structural et
de fortes concentrations de lipides (Kitou et Okuno 1999) Ce qui pourrait neacutecessiter
lrsquointervention drsquoinsectes phytophages qui ne sont pas repousseacutes par le cafeacute En effet lrsquoaddition
de reacutesidus de cafeacute atteacutenue les ravages sur les plants de soja occasionneacutes par Megacopta
cribraria en renforccedilant le systegraveme de deacutefense de la plante (http 7)
Drsquoautres eacutetudes indiquent par contre une absence drsquoeffet protecteur des reacutesidus de cafeacute agrave
lrsquoexemple de lrsquoinsecte ravageur Aulacaspis yasumatsui sur les cycas (Magellan et al 2013)
la cafeacuteine eacutetant consideacutereacutee comme un composeacute de deacutefense de la plante contre les herbivores et
les microorganismes (Brownlee et al 1990 Cruz et al 2012) Dans le cadre de notre eacutetude
la teneur en cafeacuteine dans les reacutesidus est consideacutereacutee comme faible agrave la suite drsquoune premiegravere
extraction aqueuse agrave chaud Ce qui aurait favoriseacute la prolifeacuteration de la microfaune du sol
essentiellement dans la partie correspondante au laquo mulch raquo
La floraison est retardeacutee en cas drsquoapplication preacutecoce de reacutesidus de cafeacute sur des individus en
germination La floraison est stimuleacutee par lrsquoapport drsquoengrais organiques chez plusieurs espegraveces
(Umesha et al 2011) Chez Solanum nigrum des doses insuffisantes drsquoengrais organiques
entrainaient un retard de floraison Cela serait ducirc agrave un deacuteficit drsquoeacuteleacutements nutritifs reacuteduisant la
croissance et causant un retard de la floraison (Umesha et al 2011) Nos reacutesultats semblent en
Discussions
20
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
Reacutefeacuterences bibliographiques
23
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
VI REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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-http4wwwcondexatedenbaycomles-effets-de-la-cafeine-sur-la-croissance-des-plants-de
pois
-http5 wwwacesnmsueducesyard2000111800html2
-http6 wwweolssnetsample-chaptersc17E6-58-07-16pdf
-http7 wwwcoplacorgpublicationsmetamorphosis
-http8 wwwpuyallupwsueduwp-contentuploadssites403201503coffee-groundspdf
Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cole
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5N
om
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
fluoxeacutetine
teacutemoin
Aa
0
1
2
3
4
5
Nom
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
aa a
0
05
1
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2
25
Poid
s des
gra
ines
(g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
0
05
1
15
2
25
Poid
s des
gra
ines
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
a aa
a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
0
05
1
15
2
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3
35
Poid
s des
gouss
es (
g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
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1
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2
25
3
35
Poid
s des
gouss
es (
g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 13
Mateacuteriels et meacutethodes
4
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
II MATERIELS ET METHODES
II1 Mateacuteriels
II11 Mateacuteriel veacutegeacutetal
Des graines de Phaseolus vulgaris varieacuteteacute laquo vangamena raquo (lot cal98 FOFIFA) ont eacuteteacute utiliseacutees
pour lrsquoexpeacuterimentation
Trois stades ont eacuteteacute deacutefinis au cours du deacuteveloppement des plants de haricot
- le stade 1 qui correspond agrave la graine segraveche dormante avant la germination
- le stade 2 qui correspond agrave la plantule germeacutee en deacutebut de croissance veacutegeacutetative et
caracteacuteriseacute par le deacuteploiement agrave lrsquohorizontal des deux cotyleacutedons est atteint 30 jours
apregraves le semis
- le stade 3 qui correspond agrave la floraison et caracteacuteriseacute par la premiegravere apparition de
bourgeons floraux est atteint 60 jours apregraves le semis
II12 Produits eacutetudieacutes
Deux psychotropes ont eacuteteacute utiliseacutes pour cette eacutetude
- Fluoxeacutetine 20mg agrave partir de comprimeacutes de Dawnexreg (Micro Labs Ltd Inde)
- Marc de cafeacute obtenu agrave partir drsquoune extraction agrave lrsquoeau chaude de la poudre de cafeacute
II13 Mise en culture
II131 Construction drsquoune serre
Une serre en bois de (6times3times175m) a eacuteteacute construite et recouverte drsquoune toile en polyeacutethylegravene
translucide soutenue par des lattes entrelaceacutees Deux ouvertures ont eacuteteacute ameacutenageacutees pour
permettre une meilleure circulation drsquoair dans la serre et abaisser la tempeacuterature inteacuterieure Les
expeacuteriences ont eacuteteacute reacutealiseacutees de juin agrave septembre 2015 et la tempeacuterature dans la serre variait de
37 agrave 40degC pendant le jour et de 7agrave 12degC pendant la nuit
II132 Conteneurs et Substrats de culture
Le substrat de culture utiliseacute est un meacutelange de sol noir argileux de sol rouge lateacuteritique et de
sable (111) qui pegravese environ 1000g Le conteneur de culture est confectionneacute agrave partir drsquoune
Mateacuteriels et meacutethodes
5
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
bouteille drsquoeau commerciale en polyeacutethylegravene de 15l coupeacutee aux trois-quarts de sa hauteur
(approximativement 22cm) Le semis a eacuteteacute effectueacute agrave raison drsquoune graine par conteneur
II2 Meacutethodes
Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits psychotropes La
premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de fluoxeacutetine depuis
la germination jusqursquoagrave la seacutenescence La seconde expeacuterimentation vise agrave eacutevaluer la reacuteponse des
plantules lorsque le substrat est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade
preacutecis de leur deacuteveloppement
II21 Etablissement et suivi des cultures
II211 Preacuteparation de la solution de fluoxeacutetine
Pour la premiegravere expeacuterimentation une solution de 31mgl-1 de fluoxeacutetine a eacuteteacute preacutepareacutee agrave partir
de comprimeacutes de Dawnexreg (Micro Labs Ltd Inde) contenant 20mg drsquoingreacutedient actif soit 3000
fois la concentration minimale montrant un effet sur les phytoplanctons (Fent et al 2006)
Les plantes ont eacuteteacute arroseacutees tous les trois jours avec 330ml de cette solution depuis la
germination jusqursquoagrave la seacutenescence Trente plantes ont eacuteteacute traiteacutees de maniegravere chronique avec de
la fluoxeacutetine alors que 30 autres ont eacuteteacute arroseacutees agrave la mecircme freacutequence avec de lrsquoeau de robinet
II212 Preacuteparation de marc de cafeacute
Pour la seconde expeacuterimentation de la poudre de cafeacute a eacuteteacute preacutepareacutee agrave partir de graines segraveches
tout venant acheteacutees au marcheacute drsquoAntananarivo torreacutefieacutees agrave la poecircle pendant 15 minutes avant
drsquoecirctre reacuteduites en poudre Le marc de cafeacute est obtenu apregraves avoir effectueacute une premiegravere
extraction agrave lrsquoeau chaude agrave raison de 250g de poudre par litre pour imiter la preacuteparation de cafeacute
agrave boire Le marc est ensuite seacutecheacute agrave lrsquoair libre et agrave lrsquoombre jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune poudre
segraveche puis stockeacute pour lrsquoexpeacuterimentation Ce proceacutedeacute a eacuteteacute reacutepeacuteteacute autant de fois pour
lrsquoapplication de marc de cafeacute au niveau du substrat aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de
la plante
Quatre cuillereacutees agrave soupe de marc de cafeacute environ 100g ont eacuteteacute deacuteposeacutees au-dessus du substrat
pour constituer une couche drsquoenviron 2cm drsquoeacutepaisseur selon le principe du laquomulchingraquo ou
paillage soit 11 agrave 12 tonnes par hectare Lrsquoapplication de marc de cafeacute a eacuteteacute effectueacutee avant le
Mateacuteriels et meacutethodes
6
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
changement de phases chez la plante Le nombre total drsquoindividus utiliseacutes est de 120
correspondant agrave 30 pour chacun des trois stades de deacuteveloppement et 30 autres servant de
teacutemoins sans application de marc de cafeacute
II213 Paramegravetres et suivis des cultures
Pour eacutevaluer lrsquoeffet de la fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur la croissance et le deacuteveloppement
des plantes des suivis hebdomadaires ont eacuteteacute faits sur la longueur de la tige la couleur des
feuilles le nombre de fleurs et de gousses tandis que la longueur et le poids sec des racines le
nombre et le diamegravetre des nodules le poids des gousses et des graines nrsquoont eacuteteacute mesureacutes qursquoen
fin drsquoexpeacuterience
Un pied-agrave-coulisse digital a eacuteteacute utiliseacute pour mesurer le diamegravetre des nodules
Le poids sec des racines le poids des gousses et des racines ont eacuteteacute mesureacutes agrave lrsquoaide drsquoune
balance de preacutecision
Un tableau de couleur de feuilles a eacuteteacute utiliseacute pour caracteacuteriser les changements de coloration
au cours du deacuteveloppement Ce tableau contient 6 couleurs variant du vert clair au vert fonceacute
correspondant agrave un numeacutero de 1 agrave 6 selon la meacutethode deacutecrite par Witt et al (2005)
II22 Deacutenombrement de la microfaune du sol
A la fin de la culture le nombre drsquoacariens et de collemboles dans le sol a eacuteteacute eacutevalueacute Pour cela
un dispositif de Berlese confectionneacute agrave partir drsquoune bouteille drsquoeau translucide en polyeacutethylegravene
dont la partie supeacuterieure inverseacutee est utiliseacutee pour contenir le substrat et la partie infeacuterieure pour
recueillir les microfaunes dans de lrsquoalcool agrave 70deg selon le principe de Antonio Berlese en 1905
(http 3) Briegravevement la partie supeacuterieure de la bouteille contenant le substrat est directement
exposeacutee agrave la lumiegravere drsquoune lampe incandescente de 60W La faune du sol va fuir la lumiegravere et
la chaleur et va migrer vers le fond de lrsquoentonnoir avant de tomber dans le reacutecipient contenant
de lrsquoalcool ougrave les insectes seront immobiliseacutes identifieacutes et deacutenombreacutes
Pour le sol venant des conteneurs teacutemoins et du traitement agrave la fluoxeacutetine 100g de sol preacuteleveacute
agrave la surface ont eacuteteacute preacuteleveacutes Pour les substrats comprenant un laquomulchraquo de reacutesidus de cafeacute les
microfaunes se trouvant dans le laquomulchraquo et dans le sol ont eacuteteacute recenseacutes seacutepareacutement
Mateacuteriels et meacutethodes
7
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Photo 1 Dispositif de Berlese
II3 Analyses statistiques
Le logiciel XLSTAT 2014 a eacuteteacute utiliseacute pour analyser les donneacutees concernant les effets de la
fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur les paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de P
vulgaris Une analyse de variances agrave un seul facteur a eacuteteacute faite pour deacutetecter les effets
significatifs suivie drsquoun test de comparaison des moyennes assorti drsquoun risque α=5
JRakotonirina 2015
Reacutesultats
8 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
III RESULTATS
Les effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine ou agrave un amendement du substrat au marc
de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante ont eacuteteacute eacutevalueacutes en suivant les
paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de la racine qui est le premier organe en contact
avec les produits testeacutes Cependant les effets plus systeacutemiques sur lrsquoorganisme veacutegeacutetal ont eacuteteacute
eacutevalueacutes en suivant la croissance et le deacuteveloppement des autres organes comme la tige la
feuille la fleur et le fruit
III1 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la racine
Les plantes traiteacutees agrave la fluoxeacutetine produisent moins de biomasse racinaire que celles non
traiteacutees (p=00001) Le traitement agrave la fluoxeacutetine reacuteduit la biomasse racinaire drsquoenviron 02g
(Figure 1A) soit 45 Cependant le laquo mulching raquo au marc de cafeacute preacutesente un effet plus
disparate En effet le marc de cafeacute nrsquoa aucun effet au cours de la germination mais reacuteduit
significativement (p=00001) la croissance racinaire lorsque appliqueacute en deacutebut des phases
veacutegeacutetative et de floraison drsquoenviron 01g soit 26 (Figure 1B)
Figure 1 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement B sur la biomasse racinaire (B) de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
b
0
01
02
03
04
05
06
Bio
mas
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raci
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re (
g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
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0
01
02
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04
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06
1
Bio
mas
se r
acin
aire
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
9 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
La fluoxeacutetine nrsquoaffecte pas (p=00558) la croissance racinaire (Figure 2A) Par contre le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute stimule fortement (p=00006) lrsquoeacutelongation racinaire lorsque
appliqueacute au cours de la germination des plantules (Figure 2B) Le traitement au laquo mulch raquo de
cafeacute provoque une augmentation drsquoenviron 2cm de la longueur des tiges
Figure 2 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoeacutelongation racinaire de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
En ce qui concerne le nombre de nodules racinaires la figure 3A montre une forte inhibition
(p=00150) de leur initiation par la fluoxeacutetine drsquoenviron 77(13nodules) Et plus inteacuteressant
encore la figure 3B nous montre que lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison
entraicircne une reacuteduction significative (p=00023) du nombre de nodules drsquoenviron 52 (27
nodules)
0
2
4
6
8
10
12
14
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r des
rac
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fluoxeacutetine
teacutemoin
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rac
ines
(cm
)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
a
bb b
B A
Reacutesultats
10 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 3 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application
de laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoinitiation de nodules
racinaires par individus de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
La fluoxeacutetine nrsquoinflue pas sur la taille des nodules des racines (p=01658) tandis que le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute reacuteduit leur taille drsquoenviron 04mm (p=00017) lorsque appliqueacute
en deacutebut des phases de germination et de croissance veacutegeacutetative (Figure 4B)
a
b
0
10
20
30
40
50
60
70
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om
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de
nodule
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fluoxeacutetine
teacutemoin
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10
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les
ind
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
11 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 4 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le la taille des nodules racinaires
de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III2 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la tige et la feuille
La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet (p=03319) sur lrsquoeacutelongation de la tige (Figure 5A) Par contre les
plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sont
significativement plus courtes drsquoenviron 1cm (p=00026) compareacutees aux plantes teacutemoins
(Figures 5B)
La fluoxeacutetine (p= 03169) et le laquo mulch raquo de cafeacute (p=07685) nrsquoont aucune influence sur la
couleur des feuilles (Annexe 3)
a
a
0
02
04
06
08
1
12
14
16
18
2
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fluoxeacutetine
teacutemoin
A
b
b
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0
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08
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18
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Dia
megravet
re d
es n
odule
s (m
m)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
12 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 5 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la hauteur des tiges de Phaseolus
vulgaris apregraves 3 mois de culture
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III3 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les fleurs et les fruits
Les figures 6A et 6B preacutesentent la cineacutetique drsquoapparition des fleurs respectivement pour les
deux expeacuterimentations avec la fluoxeacutetine et le marc de cafeacute La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet
marqueacute sur le nombre de fleurs Cependant lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la
germination a provoqueacute drsquoune part un retard drsquoune semaine du pic de floraison et drsquoautre part
une reacuteduction du nombre total de fleurs produit par individu par rapport aux autres traitements
aa
0
2
4
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12
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cm)
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12
Hau
teur
des
tig
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cm)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
BA
Reacutesultats
13 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
1
2
3
4
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Nom
bre
de
fleu
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Temps (semaine)
fluoxeacutetine
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1
2
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Nom
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fleu
rsi
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idu
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
V FG
B
Reacutesultats
14 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Lrsquoarrosage chronique drsquoune concentration de fluoxeacutetine nrsquoa aucune influence sur le nombre de
gousses (Figure 7A) Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la germination a provoqueacute une
augmentation du nombre de gousses en S8 (p=00451) et S9 (p=00391) puis lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute avant la croissance veacutegeacutetative a deacuteclencheacute une augmentation du nombre de
gousses depuis S8 (p=00263)
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
1
2
3
4
5
6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
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bre
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Temps (semaine)
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Nom
bre
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gouss
es
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
G VF
B
Reacutesultats
15 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Aucun effet significatif de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute nrsquoa eacuteteacute trouveacute sur le poids des
gousses le poids des graines ou le nombre de graines de Phaseolus vulgaris (Annexe 3)
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la microfaune du sol
Dans un premier temps lrsquoanalyse au preacutealable de la microfaune du sol au niveau du sol situeacute
sous le laquo mulch raquo nrsquoa pas permis de deacutetecter une diffeacuterence significative avec les cultures
teacutemoins Crsquoest la raison pour laquelle les comparaisons ont eacuteteacute focaliseacutees sur le laquo mulch raquo
couvrant le substrat initial
La fluoxeacutetine nrsquoa pas drsquoinfluence sur lrsquoabondance drsquoacariens (p=08734) et de collemboles
(p=1) dans le sol
Par contre lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la
plante permet de favoriser le deacuteveloppement drsquoune acarofaune (p=0022) surtout lors drsquoune
addition au cours du stade veacutegeacutetatif De mecircme le laquomulchingraquo favorise la prolifeacuteration de
collemboles (p=00130) dans le substrat mais leur nombre est nettement infeacuterieur compareacute aux
acariens (Figure 8)
Reacutesultats
16 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le
nombre de microfaunes acariens et collemboles dans le substrat
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
a
a
a
0
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Acariens Collemboles
Nom
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fluoxeacutetine
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Acariens Collemboles
Nom
bre
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Mic
rofa
unes
par
100g d
e su
bst
rat
mulch germination
mulch veacutegeacutetative
mulch floraison
teacutemoin
B
Discussions
17
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
IV DISCUSSIONS
La croissance et le deacuteveloppement des plants de haricot sont inhibeacutes par la preacutesence de
laquo mulch raquo de cafeacute Les reacutesultats ont montreacute que lrsquoeacutelongation de la tige est inhibeacutee par lrsquoaddition
de laquo mulch raquo de cafeacute et que lrsquoapplication de ce dernier agrave des peacuteriodes coiumlncidant avec le deacutebut
des stades veacutegeacutetatif et de floraison induit une reacuteduction de la biomasse racinaire et une
inhibition de lrsquoeacutelongation racinaire au stade de germination
Ces effets inhibiteurs pourraient ecirctre causeacutes par la teneur en cafeacuteine qui persiste dans les reacutesidus
de cafeacute utiliseacutes En effet il a eacuteteacute rapporteacute que lajout de cafeacuteine dans le substrat agrave certaines doses
conduirait agrave des symptocircmes semblables agrave une carence en calcium y compris un retard de
croissance chez les plantes (http 4) Il a eacuteteacute aussi mentionneacute que la cafeacuteine agrave une concentration
de 60ppm induisait une inhibition de la croissance des tiges et des racines chez
Phaseolus vulgaris (Lahouti et al 2007) En effet la cafeacuteine est connue pour son action
inhibitrice de la prolifeacuteration cellulaire (Levi-Schaffer et al 1991) Elle eacutetait rapporteacutee comme
favorisant le deacuteclenchement de la mort cellulaire programmeacutee et perturbe les proteacuteines
reacutegulatrices du cycle cellulaire (Bode et Dong 2007) La cafeacuteine ou lrsquoacide cafeacuteique a eacuteteacute deacutecrit
comme inhibiteur de la prolifeacuteration des cellules du cancer du sein (Rosendahl 2015) Plus
particuliegraverement la cafeacuteine est connue comme eacutetant un inhibiteur de la formation du
phragmoplaste lors la division cellulaire chez les veacutegeacutetaux empecircchant la cytodieacuteregravese (Hepler et
Bonsignore 1990) Cet effet reacutesulterait en la reacuteduction de la division cellulaire et du nombre de
cellules dans le meacuteristegraveme apical de la tige (Helper et Bosignore 1990 Galatis et Apostolakos
1991) Chez la laitue lrsquoaddition de marc de cafeacute agrave une concentration entre 25 et 5 (vv) nrsquoa
pas drsquoeffets significatifs sur la croissance et le deacuteveloppement de la plante Par contre une
induction du stress est observeacutee agrave des concentrations supeacuterieures agrave 10 probablement due agrave
lrsquoaugmentation de composeacutes phytotoxiques comme la cafeacuteine ou bien agrave la reacuteduction des
macronutriments absorbeacutes par la plante pour sa croissance (Gomes et al 2013) Drsquoautres
composeacutes potentiellement toxiques comme les tanins et lrsquoacide chlorogeacutenique persistent dans
le marc de cafeacute (Batish et al 2008) et sont susceptibles drsquoentraicircner une inhibition de la
croissance de la plante (Gomes et al 2013) Pandey et al (2007) suggeacuteraient que crsquoest la
preacutesence de lrsquoacide chlorogeacutenique dans le cafeacute qui provoque lrsquoinhibition de la croissance de la
plante Ce composeacute est rapporteacute comme inhibiteur de la croissance du coleacuteoptile chez le bleacute
(Kefeli et al 1978) Mais drsquoautres auteurs stipulent que les polypheacutenols abondants dans le
marc de cafeacute pourraient agir aussi comme inhibiteurs ou comme stimulateurs de la croissance
en fonction de leur concentration (Ignat et al 2009)
Discussions
18
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
La preacutesence de champignons et bacteacuteries qui prolifegraverent abondamment dans le marc de cafeacute
favoriserait lrsquoapparition de maladies au niveau des racines et par conseacutequent un retard de
croissance (http 5)
Lrsquoinitiation et la croissance des nodules sont inhibeacutees chez les plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo
de cafeacute En effet les plants de haricot traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut de floraison
ont deacuteveloppeacute peu de nodules racinaires par rapport aux plants teacutemoins et la taille des nodules
est reacuteduite chez les plants traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute au cours des stades de germination
et de croissance veacutegeacutetative
A part lrsquoeffet inhibiteur de la cafeacuteine preacutesente dans les reacutesidus de cafeacute lrsquoinhibition de lrsquoinitiation
nodulaire et la reacuteduction de la taille des nodules sont causeacutees par plusieurs des facteurs
hormonaux et drsquoautres lieacutes au niveau de nitrate ou drsquoammonium Linitiation de nodules est
controcircleacutee par plusieurs facteurs hormonaux (Schultze et Kondorosi 1998) mais la formation
des nodules deacutepend de la communication entre la tige et la racine (Complainville 2003
Okamoto et Kawaguchi2015) En particulier le nitrate est connu pour reacuteguler neacutegativement le
transport basipeacutetal de lrsquoauxine entre la racine et la tige dougrave lrsquoinhibition de la nodulation par
de fortes concentrations en nitrate (Mortier 2012 Saito 2014) Les conditions de
lenvironnement telles que la disponibiliteacute en nitrate ou ammonium affectent les processus de
nodulation et les signaux endogegravenes tels que la provision de carbone lefficaciteacute de nodulation
et le processus de fixation dazote (Mortier 2012) Chez Lotus japonicus lrsquoapplication de
concentrations de nitrate entre 3 et 10 mM entraicircne une inhibition de lrsquoinitiation de nodules
(Okamoto et Kawaguchi 2015) via lrsquoinhibition de la nitrogeacutenase (Carroll et Gresshoff
1983)Chez les plantes de soja les diamegravetres des nodules ont augmenteacute de 1 agrave 6 mm pour 14
jours en absence de nitrate En revanche laugmentation de la taille des nodules a eacuteteacute reacuteduite
par laddition de 5mM de nitrate (Saito et al 2014) Une forte consommation de
photosyntheacutetats au niveau des racines peut aussi limiter leur allocation aux nodules qui peut
entraicircner une inhibition de la croissance et lrsquoarrecirct de la fixation de lazote atmospheacuterique
(Yashima 2005) Chez le pois une faible concentration en NH4+ favorise une augmentation de
la taille des nodules Il semble qursquoune meilleure fixation de N2 est obtenue lorsque du NH4+ est
disponible (Vassey et Waterer 1992)Or le nitrate est la forme principale drsquoazote dans le
vermicompost de cafeacute (Chaoui et al 2003 Micelli et al 2007 Tognetti 2010) Il est alors
possible que le faible nombre de nodules et la reacuteduction de la taille des nodules chez les
plantules traiteacutees aient eacuteteacute provoqueacutes par une concentration eacuteleveacutee de nitrate dans le marc de
cafeacute
Discussions
19
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les flavonoiumldes affectent la formation des nodules gracircce agrave leur proprieacuteteacute reacuteductrice du transport
et de lrsquoaccumulation drsquoauxine Un signal de cytokinine est deacuteterminant pour lrsquoinitiation des
nodules agrave travers lrsquoinhibition du transport polaire et de lrsquoaccumulation drsquoauxine dans les cellules
corticales par les flavonoiumldes (Ng et al 2015) Le rocircle de lauxine dans la nodulation est lieacute
eacutetroitement au deacuteveloppement dautres structures racinaires comme la racine lateacuterale Le
deacuteveloppement des racines et des nodules est reacuteguleacute par le ratio auxine-cytokinine
Lrsquoaccumulation drsquoauxine stimule la formation de racines lateacuterales alors que lrsquoaugmentation de
cytokinine ou lrsquoinhibition du transport dauxine induit le deacuteveloppement de pseudo-
nodules (http 6) Il est inteacuteressant de souligner que lrsquoapplication de marc de cafeacute avait stimuleacute
la formation de nodules racinaires chez les plants de soja (Lee et Hirsch 2006)
Lrsquoutilisation de laquo mulch raquo pour ameacuteliorer les cultures peut entraicircner des effets sur la diversiteacute
et lrsquoabondance microbiennes (Tiquia et al 2002) En effet laddition de vermicompost de cafeacute
dans le sol a favoriseacute lactiviteacute microbienne (Atiyeh et al 2002 Theunissen 2010) Par contre
peu drsquoeacutetudes srsquoest inteacuteresseacutee agrave lrsquoeffet du laquo mulching raquo sur la microfaune du sol Nos reacutesultats
indiquent que le sol couvert de marc de cafeacute contient un nombre plus important de microfaunes
La deacutecomposition des reacutesidus de cafeacute est lente due agrave la preacutesence drsquoazote proteacuteique structural et
de fortes concentrations de lipides (Kitou et Okuno 1999) Ce qui pourrait neacutecessiter
lrsquointervention drsquoinsectes phytophages qui ne sont pas repousseacutes par le cafeacute En effet lrsquoaddition
de reacutesidus de cafeacute atteacutenue les ravages sur les plants de soja occasionneacutes par Megacopta
cribraria en renforccedilant le systegraveme de deacutefense de la plante (http 7)
Drsquoautres eacutetudes indiquent par contre une absence drsquoeffet protecteur des reacutesidus de cafeacute agrave
lrsquoexemple de lrsquoinsecte ravageur Aulacaspis yasumatsui sur les cycas (Magellan et al 2013)
la cafeacuteine eacutetant consideacutereacutee comme un composeacute de deacutefense de la plante contre les herbivores et
les microorganismes (Brownlee et al 1990 Cruz et al 2012) Dans le cadre de notre eacutetude
la teneur en cafeacuteine dans les reacutesidus est consideacutereacutee comme faible agrave la suite drsquoune premiegravere
extraction aqueuse agrave chaud Ce qui aurait favoriseacute la prolifeacuteration de la microfaune du sol
essentiellement dans la partie correspondante au laquo mulch raquo
La floraison est retardeacutee en cas drsquoapplication preacutecoce de reacutesidus de cafeacute sur des individus en
germination La floraison est stimuleacutee par lrsquoapport drsquoengrais organiques chez plusieurs espegraveces
(Umesha et al 2011) Chez Solanum nigrum des doses insuffisantes drsquoengrais organiques
entrainaient un retard de floraison Cela serait ducirc agrave un deacuteficit drsquoeacuteleacutements nutritifs reacuteduisant la
croissance et causant un retard de la floraison (Umesha et al 2011) Nos reacutesultats semblent en
Discussions
20
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
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-http8 wwwpuyallupwsueduwp-contentuploadssites403201503coffee-groundspdf
Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cole
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
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5N
om
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
fluoxeacutetine
teacutemoin
Aa
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par
indiv
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germination
veacutegeacutetative
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teacutemoin
Ba
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0
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gra
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(g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
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05
1
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2
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Poid
s des
gra
ines
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
a aa
a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
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gouss
es (
g)
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teacutemoin
A
a
a
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1
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3
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Poid
s des
gouss
es (
g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 14
Mateacuteriels et meacutethodes
5
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
bouteille drsquoeau commerciale en polyeacutethylegravene de 15l coupeacutee aux trois-quarts de sa hauteur
(approximativement 22cm) Le semis a eacuteteacute effectueacute agrave raison drsquoune graine par conteneur
II2 Meacutethodes
Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits psychotropes La
premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de fluoxeacutetine depuis
la germination jusqursquoagrave la seacutenescence La seconde expeacuterimentation vise agrave eacutevaluer la reacuteponse des
plantules lorsque le substrat est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade
preacutecis de leur deacuteveloppement
II21 Etablissement et suivi des cultures
II211 Preacuteparation de la solution de fluoxeacutetine
Pour la premiegravere expeacuterimentation une solution de 31mgl-1 de fluoxeacutetine a eacuteteacute preacutepareacutee agrave partir
de comprimeacutes de Dawnexreg (Micro Labs Ltd Inde) contenant 20mg drsquoingreacutedient actif soit 3000
fois la concentration minimale montrant un effet sur les phytoplanctons (Fent et al 2006)
Les plantes ont eacuteteacute arroseacutees tous les trois jours avec 330ml de cette solution depuis la
germination jusqursquoagrave la seacutenescence Trente plantes ont eacuteteacute traiteacutees de maniegravere chronique avec de
la fluoxeacutetine alors que 30 autres ont eacuteteacute arroseacutees agrave la mecircme freacutequence avec de lrsquoeau de robinet
II212 Preacuteparation de marc de cafeacute
Pour la seconde expeacuterimentation de la poudre de cafeacute a eacuteteacute preacutepareacutee agrave partir de graines segraveches
tout venant acheteacutees au marcheacute drsquoAntananarivo torreacutefieacutees agrave la poecircle pendant 15 minutes avant
drsquoecirctre reacuteduites en poudre Le marc de cafeacute est obtenu apregraves avoir effectueacute une premiegravere
extraction agrave lrsquoeau chaude agrave raison de 250g de poudre par litre pour imiter la preacuteparation de cafeacute
agrave boire Le marc est ensuite seacutecheacute agrave lrsquoair libre et agrave lrsquoombre jusqursquoagrave lrsquoobtention drsquoune poudre
segraveche puis stockeacute pour lrsquoexpeacuterimentation Ce proceacutedeacute a eacuteteacute reacutepeacuteteacute autant de fois pour
lrsquoapplication de marc de cafeacute au niveau du substrat aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de
la plante
Quatre cuillereacutees agrave soupe de marc de cafeacute environ 100g ont eacuteteacute deacuteposeacutees au-dessus du substrat
pour constituer une couche drsquoenviron 2cm drsquoeacutepaisseur selon le principe du laquomulchingraquo ou
paillage soit 11 agrave 12 tonnes par hectare Lrsquoapplication de marc de cafeacute a eacuteteacute effectueacutee avant le
Mateacuteriels et meacutethodes
6
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
changement de phases chez la plante Le nombre total drsquoindividus utiliseacutes est de 120
correspondant agrave 30 pour chacun des trois stades de deacuteveloppement et 30 autres servant de
teacutemoins sans application de marc de cafeacute
II213 Paramegravetres et suivis des cultures
Pour eacutevaluer lrsquoeffet de la fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur la croissance et le deacuteveloppement
des plantes des suivis hebdomadaires ont eacuteteacute faits sur la longueur de la tige la couleur des
feuilles le nombre de fleurs et de gousses tandis que la longueur et le poids sec des racines le
nombre et le diamegravetre des nodules le poids des gousses et des graines nrsquoont eacuteteacute mesureacutes qursquoen
fin drsquoexpeacuterience
Un pied-agrave-coulisse digital a eacuteteacute utiliseacute pour mesurer le diamegravetre des nodules
Le poids sec des racines le poids des gousses et des racines ont eacuteteacute mesureacutes agrave lrsquoaide drsquoune
balance de preacutecision
Un tableau de couleur de feuilles a eacuteteacute utiliseacute pour caracteacuteriser les changements de coloration
au cours du deacuteveloppement Ce tableau contient 6 couleurs variant du vert clair au vert fonceacute
correspondant agrave un numeacutero de 1 agrave 6 selon la meacutethode deacutecrite par Witt et al (2005)
II22 Deacutenombrement de la microfaune du sol
A la fin de la culture le nombre drsquoacariens et de collemboles dans le sol a eacuteteacute eacutevalueacute Pour cela
un dispositif de Berlese confectionneacute agrave partir drsquoune bouteille drsquoeau translucide en polyeacutethylegravene
dont la partie supeacuterieure inverseacutee est utiliseacutee pour contenir le substrat et la partie infeacuterieure pour
recueillir les microfaunes dans de lrsquoalcool agrave 70deg selon le principe de Antonio Berlese en 1905
(http 3) Briegravevement la partie supeacuterieure de la bouteille contenant le substrat est directement
exposeacutee agrave la lumiegravere drsquoune lampe incandescente de 60W La faune du sol va fuir la lumiegravere et
la chaleur et va migrer vers le fond de lrsquoentonnoir avant de tomber dans le reacutecipient contenant
de lrsquoalcool ougrave les insectes seront immobiliseacutes identifieacutes et deacutenombreacutes
Pour le sol venant des conteneurs teacutemoins et du traitement agrave la fluoxeacutetine 100g de sol preacuteleveacute
agrave la surface ont eacuteteacute preacuteleveacutes Pour les substrats comprenant un laquomulchraquo de reacutesidus de cafeacute les
microfaunes se trouvant dans le laquomulchraquo et dans le sol ont eacuteteacute recenseacutes seacutepareacutement
Mateacuteriels et meacutethodes
7
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Photo 1 Dispositif de Berlese
II3 Analyses statistiques
Le logiciel XLSTAT 2014 a eacuteteacute utiliseacute pour analyser les donneacutees concernant les effets de la
fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur les paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de P
vulgaris Une analyse de variances agrave un seul facteur a eacuteteacute faite pour deacutetecter les effets
significatifs suivie drsquoun test de comparaison des moyennes assorti drsquoun risque α=5
JRakotonirina 2015
Reacutesultats
8 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
III RESULTATS
Les effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine ou agrave un amendement du substrat au marc
de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante ont eacuteteacute eacutevalueacutes en suivant les
paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de la racine qui est le premier organe en contact
avec les produits testeacutes Cependant les effets plus systeacutemiques sur lrsquoorganisme veacutegeacutetal ont eacuteteacute
eacutevalueacutes en suivant la croissance et le deacuteveloppement des autres organes comme la tige la
feuille la fleur et le fruit
III1 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la racine
Les plantes traiteacutees agrave la fluoxeacutetine produisent moins de biomasse racinaire que celles non
traiteacutees (p=00001) Le traitement agrave la fluoxeacutetine reacuteduit la biomasse racinaire drsquoenviron 02g
(Figure 1A) soit 45 Cependant le laquo mulching raquo au marc de cafeacute preacutesente un effet plus
disparate En effet le marc de cafeacute nrsquoa aucun effet au cours de la germination mais reacuteduit
significativement (p=00001) la croissance racinaire lorsque appliqueacute en deacutebut des phases
veacutegeacutetative et de floraison drsquoenviron 01g soit 26 (Figure 1B)
Figure 1 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement B sur la biomasse racinaire (B) de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
b
0
01
02
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Bio
mas
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
9 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
La fluoxeacutetine nrsquoaffecte pas (p=00558) la croissance racinaire (Figure 2A) Par contre le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute stimule fortement (p=00006) lrsquoeacutelongation racinaire lorsque
appliqueacute au cours de la germination des plantules (Figure 2B) Le traitement au laquo mulch raquo de
cafeacute provoque une augmentation drsquoenviron 2cm de la longueur des tiges
Figure 2 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoeacutelongation racinaire de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
En ce qui concerne le nombre de nodules racinaires la figure 3A montre une forte inhibition
(p=00150) de leur initiation par la fluoxeacutetine drsquoenviron 77(13nodules) Et plus inteacuteressant
encore la figure 3B nous montre que lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison
entraicircne une reacuteduction significative (p=00023) du nombre de nodules drsquoenviron 52 (27
nodules)
0
2
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8
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(cm
)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
a
bb b
B A
Reacutesultats
10 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 3 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application
de laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoinitiation de nodules
racinaires par individus de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
La fluoxeacutetine nrsquoinflue pas sur la taille des nodules des racines (p=01658) tandis que le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute reacuteduit leur taille drsquoenviron 04mm (p=00017) lorsque appliqueacute
en deacutebut des phases de germination et de croissance veacutegeacutetative (Figure 4B)
a
b
0
10
20
30
40
50
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
11 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 4 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le la taille des nodules racinaires
de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III2 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la tige et la feuille
La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet (p=03319) sur lrsquoeacutelongation de la tige (Figure 5A) Par contre les
plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sont
significativement plus courtes drsquoenviron 1cm (p=00026) compareacutees aux plantes teacutemoins
(Figures 5B)
La fluoxeacutetine (p= 03169) et le laquo mulch raquo de cafeacute (p=07685) nrsquoont aucune influence sur la
couleur des feuilles (Annexe 3)
a
a
0
02
04
06
08
1
12
14
16
18
2
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teacutemoin
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0
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08
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18
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es n
odule
s (m
m)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
12 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 5 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la hauteur des tiges de Phaseolus
vulgaris apregraves 3 mois de culture
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III3 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les fleurs et les fruits
Les figures 6A et 6B preacutesentent la cineacutetique drsquoapparition des fleurs respectivement pour les
deux expeacuterimentations avec la fluoxeacutetine et le marc de cafeacute La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet
marqueacute sur le nombre de fleurs Cependant lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la
germination a provoqueacute drsquoune part un retard drsquoune semaine du pic de floraison et drsquoautre part
une reacuteduction du nombre total de fleurs produit par individu par rapport aux autres traitements
aa
0
2
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cm)
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Hau
teur
des
tig
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cm)
germination
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floraison
teacutemoin
BA
Reacutesultats
13 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
1
2
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Nom
bre
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Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
V FG
B
Reacutesultats
14 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Lrsquoarrosage chronique drsquoune concentration de fluoxeacutetine nrsquoa aucune influence sur le nombre de
gousses (Figure 7A) Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la germination a provoqueacute une
augmentation du nombre de gousses en S8 (p=00451) et S9 (p=00391) puis lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute avant la croissance veacutegeacutetative a deacuteclencheacute une augmentation du nombre de
gousses depuis S8 (p=00263)
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
1
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Temps (semaine)
germination
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floraison
teacutemoin
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B
Reacutesultats
15 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Aucun effet significatif de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute nrsquoa eacuteteacute trouveacute sur le poids des
gousses le poids des graines ou le nombre de graines de Phaseolus vulgaris (Annexe 3)
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la microfaune du sol
Dans un premier temps lrsquoanalyse au preacutealable de la microfaune du sol au niveau du sol situeacute
sous le laquo mulch raquo nrsquoa pas permis de deacutetecter une diffeacuterence significative avec les cultures
teacutemoins Crsquoest la raison pour laquelle les comparaisons ont eacuteteacute focaliseacutees sur le laquo mulch raquo
couvrant le substrat initial
La fluoxeacutetine nrsquoa pas drsquoinfluence sur lrsquoabondance drsquoacariens (p=08734) et de collemboles
(p=1) dans le sol
Par contre lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la
plante permet de favoriser le deacuteveloppement drsquoune acarofaune (p=0022) surtout lors drsquoune
addition au cours du stade veacutegeacutetatif De mecircme le laquomulchingraquo favorise la prolifeacuteration de
collemboles (p=00130) dans le substrat mais leur nombre est nettement infeacuterieur compareacute aux
acariens (Figure 8)
Reacutesultats
16 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le
nombre de microfaunes acariens et collemboles dans le substrat
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
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Acariens Collemboles
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Mic
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par
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bst
rat
mulch germination
mulch veacutegeacutetative
mulch floraison
teacutemoin
B
Discussions
17
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
IV DISCUSSIONS
La croissance et le deacuteveloppement des plants de haricot sont inhibeacutes par la preacutesence de
laquo mulch raquo de cafeacute Les reacutesultats ont montreacute que lrsquoeacutelongation de la tige est inhibeacutee par lrsquoaddition
de laquo mulch raquo de cafeacute et que lrsquoapplication de ce dernier agrave des peacuteriodes coiumlncidant avec le deacutebut
des stades veacutegeacutetatif et de floraison induit une reacuteduction de la biomasse racinaire et une
inhibition de lrsquoeacutelongation racinaire au stade de germination
Ces effets inhibiteurs pourraient ecirctre causeacutes par la teneur en cafeacuteine qui persiste dans les reacutesidus
de cafeacute utiliseacutes En effet il a eacuteteacute rapporteacute que lajout de cafeacuteine dans le substrat agrave certaines doses
conduirait agrave des symptocircmes semblables agrave une carence en calcium y compris un retard de
croissance chez les plantes (http 4) Il a eacuteteacute aussi mentionneacute que la cafeacuteine agrave une concentration
de 60ppm induisait une inhibition de la croissance des tiges et des racines chez
Phaseolus vulgaris (Lahouti et al 2007) En effet la cafeacuteine est connue pour son action
inhibitrice de la prolifeacuteration cellulaire (Levi-Schaffer et al 1991) Elle eacutetait rapporteacutee comme
favorisant le deacuteclenchement de la mort cellulaire programmeacutee et perturbe les proteacuteines
reacutegulatrices du cycle cellulaire (Bode et Dong 2007) La cafeacuteine ou lrsquoacide cafeacuteique a eacuteteacute deacutecrit
comme inhibiteur de la prolifeacuteration des cellules du cancer du sein (Rosendahl 2015) Plus
particuliegraverement la cafeacuteine est connue comme eacutetant un inhibiteur de la formation du
phragmoplaste lors la division cellulaire chez les veacutegeacutetaux empecircchant la cytodieacuteregravese (Hepler et
Bonsignore 1990) Cet effet reacutesulterait en la reacuteduction de la division cellulaire et du nombre de
cellules dans le meacuteristegraveme apical de la tige (Helper et Bosignore 1990 Galatis et Apostolakos
1991) Chez la laitue lrsquoaddition de marc de cafeacute agrave une concentration entre 25 et 5 (vv) nrsquoa
pas drsquoeffets significatifs sur la croissance et le deacuteveloppement de la plante Par contre une
induction du stress est observeacutee agrave des concentrations supeacuterieures agrave 10 probablement due agrave
lrsquoaugmentation de composeacutes phytotoxiques comme la cafeacuteine ou bien agrave la reacuteduction des
macronutriments absorbeacutes par la plante pour sa croissance (Gomes et al 2013) Drsquoautres
composeacutes potentiellement toxiques comme les tanins et lrsquoacide chlorogeacutenique persistent dans
le marc de cafeacute (Batish et al 2008) et sont susceptibles drsquoentraicircner une inhibition de la
croissance de la plante (Gomes et al 2013) Pandey et al (2007) suggeacuteraient que crsquoest la
preacutesence de lrsquoacide chlorogeacutenique dans le cafeacute qui provoque lrsquoinhibition de la croissance de la
plante Ce composeacute est rapporteacute comme inhibiteur de la croissance du coleacuteoptile chez le bleacute
(Kefeli et al 1978) Mais drsquoautres auteurs stipulent que les polypheacutenols abondants dans le
marc de cafeacute pourraient agir aussi comme inhibiteurs ou comme stimulateurs de la croissance
en fonction de leur concentration (Ignat et al 2009)
Discussions
18
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
La preacutesence de champignons et bacteacuteries qui prolifegraverent abondamment dans le marc de cafeacute
favoriserait lrsquoapparition de maladies au niveau des racines et par conseacutequent un retard de
croissance (http 5)
Lrsquoinitiation et la croissance des nodules sont inhibeacutees chez les plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo
de cafeacute En effet les plants de haricot traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut de floraison
ont deacuteveloppeacute peu de nodules racinaires par rapport aux plants teacutemoins et la taille des nodules
est reacuteduite chez les plants traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute au cours des stades de germination
et de croissance veacutegeacutetative
A part lrsquoeffet inhibiteur de la cafeacuteine preacutesente dans les reacutesidus de cafeacute lrsquoinhibition de lrsquoinitiation
nodulaire et la reacuteduction de la taille des nodules sont causeacutees par plusieurs des facteurs
hormonaux et drsquoautres lieacutes au niveau de nitrate ou drsquoammonium Linitiation de nodules est
controcircleacutee par plusieurs facteurs hormonaux (Schultze et Kondorosi 1998) mais la formation
des nodules deacutepend de la communication entre la tige et la racine (Complainville 2003
Okamoto et Kawaguchi2015) En particulier le nitrate est connu pour reacuteguler neacutegativement le
transport basipeacutetal de lrsquoauxine entre la racine et la tige dougrave lrsquoinhibition de la nodulation par
de fortes concentrations en nitrate (Mortier 2012 Saito 2014) Les conditions de
lenvironnement telles que la disponibiliteacute en nitrate ou ammonium affectent les processus de
nodulation et les signaux endogegravenes tels que la provision de carbone lefficaciteacute de nodulation
et le processus de fixation dazote (Mortier 2012) Chez Lotus japonicus lrsquoapplication de
concentrations de nitrate entre 3 et 10 mM entraicircne une inhibition de lrsquoinitiation de nodules
(Okamoto et Kawaguchi 2015) via lrsquoinhibition de la nitrogeacutenase (Carroll et Gresshoff
1983)Chez les plantes de soja les diamegravetres des nodules ont augmenteacute de 1 agrave 6 mm pour 14
jours en absence de nitrate En revanche laugmentation de la taille des nodules a eacuteteacute reacuteduite
par laddition de 5mM de nitrate (Saito et al 2014) Une forte consommation de
photosyntheacutetats au niveau des racines peut aussi limiter leur allocation aux nodules qui peut
entraicircner une inhibition de la croissance et lrsquoarrecirct de la fixation de lazote atmospheacuterique
(Yashima 2005) Chez le pois une faible concentration en NH4+ favorise une augmentation de
la taille des nodules Il semble qursquoune meilleure fixation de N2 est obtenue lorsque du NH4+ est
disponible (Vassey et Waterer 1992)Or le nitrate est la forme principale drsquoazote dans le
vermicompost de cafeacute (Chaoui et al 2003 Micelli et al 2007 Tognetti 2010) Il est alors
possible que le faible nombre de nodules et la reacuteduction de la taille des nodules chez les
plantules traiteacutees aient eacuteteacute provoqueacutes par une concentration eacuteleveacutee de nitrate dans le marc de
cafeacute
Discussions
19
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les flavonoiumldes affectent la formation des nodules gracircce agrave leur proprieacuteteacute reacuteductrice du transport
et de lrsquoaccumulation drsquoauxine Un signal de cytokinine est deacuteterminant pour lrsquoinitiation des
nodules agrave travers lrsquoinhibition du transport polaire et de lrsquoaccumulation drsquoauxine dans les cellules
corticales par les flavonoiumldes (Ng et al 2015) Le rocircle de lauxine dans la nodulation est lieacute
eacutetroitement au deacuteveloppement dautres structures racinaires comme la racine lateacuterale Le
deacuteveloppement des racines et des nodules est reacuteguleacute par le ratio auxine-cytokinine
Lrsquoaccumulation drsquoauxine stimule la formation de racines lateacuterales alors que lrsquoaugmentation de
cytokinine ou lrsquoinhibition du transport dauxine induit le deacuteveloppement de pseudo-
nodules (http 6) Il est inteacuteressant de souligner que lrsquoapplication de marc de cafeacute avait stimuleacute
la formation de nodules racinaires chez les plants de soja (Lee et Hirsch 2006)
Lrsquoutilisation de laquo mulch raquo pour ameacuteliorer les cultures peut entraicircner des effets sur la diversiteacute
et lrsquoabondance microbiennes (Tiquia et al 2002) En effet laddition de vermicompost de cafeacute
dans le sol a favoriseacute lactiviteacute microbienne (Atiyeh et al 2002 Theunissen 2010) Par contre
peu drsquoeacutetudes srsquoest inteacuteresseacutee agrave lrsquoeffet du laquo mulching raquo sur la microfaune du sol Nos reacutesultats
indiquent que le sol couvert de marc de cafeacute contient un nombre plus important de microfaunes
La deacutecomposition des reacutesidus de cafeacute est lente due agrave la preacutesence drsquoazote proteacuteique structural et
de fortes concentrations de lipides (Kitou et Okuno 1999) Ce qui pourrait neacutecessiter
lrsquointervention drsquoinsectes phytophages qui ne sont pas repousseacutes par le cafeacute En effet lrsquoaddition
de reacutesidus de cafeacute atteacutenue les ravages sur les plants de soja occasionneacutes par Megacopta
cribraria en renforccedilant le systegraveme de deacutefense de la plante (http 7)
Drsquoautres eacutetudes indiquent par contre une absence drsquoeffet protecteur des reacutesidus de cafeacute agrave
lrsquoexemple de lrsquoinsecte ravageur Aulacaspis yasumatsui sur les cycas (Magellan et al 2013)
la cafeacuteine eacutetant consideacutereacutee comme un composeacute de deacutefense de la plante contre les herbivores et
les microorganismes (Brownlee et al 1990 Cruz et al 2012) Dans le cadre de notre eacutetude
la teneur en cafeacuteine dans les reacutesidus est consideacutereacutee comme faible agrave la suite drsquoune premiegravere
extraction aqueuse agrave chaud Ce qui aurait favoriseacute la prolifeacuteration de la microfaune du sol
essentiellement dans la partie correspondante au laquo mulch raquo
La floraison est retardeacutee en cas drsquoapplication preacutecoce de reacutesidus de cafeacute sur des individus en
germination La floraison est stimuleacutee par lrsquoapport drsquoengrais organiques chez plusieurs espegraveces
(Umesha et al 2011) Chez Solanum nigrum des doses insuffisantes drsquoengrais organiques
entrainaient un retard de floraison Cela serait ducirc agrave un deacuteficit drsquoeacuteleacutements nutritifs reacuteduisant la
croissance et causant un retard de la floraison (Umesha et al 2011) Nos reacutesultats semblent en
Discussions
20
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
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Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cole
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
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Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
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Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 15
Mateacuteriels et meacutethodes
6
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
changement de phases chez la plante Le nombre total drsquoindividus utiliseacutes est de 120
correspondant agrave 30 pour chacun des trois stades de deacuteveloppement et 30 autres servant de
teacutemoins sans application de marc de cafeacute
II213 Paramegravetres et suivis des cultures
Pour eacutevaluer lrsquoeffet de la fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur la croissance et le deacuteveloppement
des plantes des suivis hebdomadaires ont eacuteteacute faits sur la longueur de la tige la couleur des
feuilles le nombre de fleurs et de gousses tandis que la longueur et le poids sec des racines le
nombre et le diamegravetre des nodules le poids des gousses et des graines nrsquoont eacuteteacute mesureacutes qursquoen
fin drsquoexpeacuterience
Un pied-agrave-coulisse digital a eacuteteacute utiliseacute pour mesurer le diamegravetre des nodules
Le poids sec des racines le poids des gousses et des racines ont eacuteteacute mesureacutes agrave lrsquoaide drsquoune
balance de preacutecision
Un tableau de couleur de feuilles a eacuteteacute utiliseacute pour caracteacuteriser les changements de coloration
au cours du deacuteveloppement Ce tableau contient 6 couleurs variant du vert clair au vert fonceacute
correspondant agrave un numeacutero de 1 agrave 6 selon la meacutethode deacutecrite par Witt et al (2005)
II22 Deacutenombrement de la microfaune du sol
A la fin de la culture le nombre drsquoacariens et de collemboles dans le sol a eacuteteacute eacutevalueacute Pour cela
un dispositif de Berlese confectionneacute agrave partir drsquoune bouteille drsquoeau translucide en polyeacutethylegravene
dont la partie supeacuterieure inverseacutee est utiliseacutee pour contenir le substrat et la partie infeacuterieure pour
recueillir les microfaunes dans de lrsquoalcool agrave 70deg selon le principe de Antonio Berlese en 1905
(http 3) Briegravevement la partie supeacuterieure de la bouteille contenant le substrat est directement
exposeacutee agrave la lumiegravere drsquoune lampe incandescente de 60W La faune du sol va fuir la lumiegravere et
la chaleur et va migrer vers le fond de lrsquoentonnoir avant de tomber dans le reacutecipient contenant
de lrsquoalcool ougrave les insectes seront immobiliseacutes identifieacutes et deacutenombreacutes
Pour le sol venant des conteneurs teacutemoins et du traitement agrave la fluoxeacutetine 100g de sol preacuteleveacute
agrave la surface ont eacuteteacute preacuteleveacutes Pour les substrats comprenant un laquomulchraquo de reacutesidus de cafeacute les
microfaunes se trouvant dans le laquomulchraquo et dans le sol ont eacuteteacute recenseacutes seacutepareacutement
Mateacuteriels et meacutethodes
7
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Photo 1 Dispositif de Berlese
II3 Analyses statistiques
Le logiciel XLSTAT 2014 a eacuteteacute utiliseacute pour analyser les donneacutees concernant les effets de la
fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur les paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de P
vulgaris Une analyse de variances agrave un seul facteur a eacuteteacute faite pour deacutetecter les effets
significatifs suivie drsquoun test de comparaison des moyennes assorti drsquoun risque α=5
JRakotonirina 2015
Reacutesultats
8 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
III RESULTATS
Les effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine ou agrave un amendement du substrat au marc
de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante ont eacuteteacute eacutevalueacutes en suivant les
paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de la racine qui est le premier organe en contact
avec les produits testeacutes Cependant les effets plus systeacutemiques sur lrsquoorganisme veacutegeacutetal ont eacuteteacute
eacutevalueacutes en suivant la croissance et le deacuteveloppement des autres organes comme la tige la
feuille la fleur et le fruit
III1 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la racine
Les plantes traiteacutees agrave la fluoxeacutetine produisent moins de biomasse racinaire que celles non
traiteacutees (p=00001) Le traitement agrave la fluoxeacutetine reacuteduit la biomasse racinaire drsquoenviron 02g
(Figure 1A) soit 45 Cependant le laquo mulching raquo au marc de cafeacute preacutesente un effet plus
disparate En effet le marc de cafeacute nrsquoa aucun effet au cours de la germination mais reacuteduit
significativement (p=00001) la croissance racinaire lorsque appliqueacute en deacutebut des phases
veacutegeacutetative et de floraison drsquoenviron 01g soit 26 (Figure 1B)
Figure 1 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement B sur la biomasse racinaire (B) de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
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Reacutesultats
9 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
La fluoxeacutetine nrsquoaffecte pas (p=00558) la croissance racinaire (Figure 2A) Par contre le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute stimule fortement (p=00006) lrsquoeacutelongation racinaire lorsque
appliqueacute au cours de la germination des plantules (Figure 2B) Le traitement au laquo mulch raquo de
cafeacute provoque une augmentation drsquoenviron 2cm de la longueur des tiges
Figure 2 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoeacutelongation racinaire de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
En ce qui concerne le nombre de nodules racinaires la figure 3A montre une forte inhibition
(p=00150) de leur initiation par la fluoxeacutetine drsquoenviron 77(13nodules) Et plus inteacuteressant
encore la figure 3B nous montre que lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison
entraicircne une reacuteduction significative (p=00023) du nombre de nodules drsquoenviron 52 (27
nodules)
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germination
veacutegeacutetative
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B A
Reacutesultats
10 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 3 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application
de laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoinitiation de nodules
racinaires par individus de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
La fluoxeacutetine nrsquoinflue pas sur la taille des nodules des racines (p=01658) tandis que le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute reacuteduit leur taille drsquoenviron 04mm (p=00017) lorsque appliqueacute
en deacutebut des phases de germination et de croissance veacutegeacutetative (Figure 4B)
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germination
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floraison
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B
Reacutesultats
11 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 4 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le la taille des nodules racinaires
de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III2 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la tige et la feuille
La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet (p=03319) sur lrsquoeacutelongation de la tige (Figure 5A) Par contre les
plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sont
significativement plus courtes drsquoenviron 1cm (p=00026) compareacutees aux plantes teacutemoins
(Figures 5B)
La fluoxeacutetine (p= 03169) et le laquo mulch raquo de cafeacute (p=07685) nrsquoont aucune influence sur la
couleur des feuilles (Annexe 3)
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odule
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germination
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B
Reacutesultats
12 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 5 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la hauteur des tiges de Phaseolus
vulgaris apregraves 3 mois de culture
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III3 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les fleurs et les fruits
Les figures 6A et 6B preacutesentent la cineacutetique drsquoapparition des fleurs respectivement pour les
deux expeacuterimentations avec la fluoxeacutetine et le marc de cafeacute La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet
marqueacute sur le nombre de fleurs Cependant lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la
germination a provoqueacute drsquoune part un retard drsquoune semaine du pic de floraison et drsquoautre part
une reacuteduction du nombre total de fleurs produit par individu par rapport aux autres traitements
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Reacutesultats
13 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
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Temps (semaine)
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Reacutesultats
14 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Lrsquoarrosage chronique drsquoune concentration de fluoxeacutetine nrsquoa aucune influence sur le nombre de
gousses (Figure 7A) Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la germination a provoqueacute une
augmentation du nombre de gousses en S8 (p=00451) et S9 (p=00391) puis lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute avant la croissance veacutegeacutetative a deacuteclencheacute une augmentation du nombre de
gousses depuis S8 (p=00263)
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
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Reacutesultats
15 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Aucun effet significatif de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute nrsquoa eacuteteacute trouveacute sur le poids des
gousses le poids des graines ou le nombre de graines de Phaseolus vulgaris (Annexe 3)
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la microfaune du sol
Dans un premier temps lrsquoanalyse au preacutealable de la microfaune du sol au niveau du sol situeacute
sous le laquo mulch raquo nrsquoa pas permis de deacutetecter une diffeacuterence significative avec les cultures
teacutemoins Crsquoest la raison pour laquelle les comparaisons ont eacuteteacute focaliseacutees sur le laquo mulch raquo
couvrant le substrat initial
La fluoxeacutetine nrsquoa pas drsquoinfluence sur lrsquoabondance drsquoacariens (p=08734) et de collemboles
(p=1) dans le sol
Par contre lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la
plante permet de favoriser le deacuteveloppement drsquoune acarofaune (p=0022) surtout lors drsquoune
addition au cours du stade veacutegeacutetatif De mecircme le laquomulchingraquo favorise la prolifeacuteration de
collemboles (p=00130) dans le substrat mais leur nombre est nettement infeacuterieur compareacute aux
acariens (Figure 8)
Reacutesultats
16 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le
nombre de microfaunes acariens et collemboles dans le substrat
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
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Mic
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mulch germination
mulch veacutegeacutetative
mulch floraison
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Discussions
17
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
IV DISCUSSIONS
La croissance et le deacuteveloppement des plants de haricot sont inhibeacutes par la preacutesence de
laquo mulch raquo de cafeacute Les reacutesultats ont montreacute que lrsquoeacutelongation de la tige est inhibeacutee par lrsquoaddition
de laquo mulch raquo de cafeacute et que lrsquoapplication de ce dernier agrave des peacuteriodes coiumlncidant avec le deacutebut
des stades veacutegeacutetatif et de floraison induit une reacuteduction de la biomasse racinaire et une
inhibition de lrsquoeacutelongation racinaire au stade de germination
Ces effets inhibiteurs pourraient ecirctre causeacutes par la teneur en cafeacuteine qui persiste dans les reacutesidus
de cafeacute utiliseacutes En effet il a eacuteteacute rapporteacute que lajout de cafeacuteine dans le substrat agrave certaines doses
conduirait agrave des symptocircmes semblables agrave une carence en calcium y compris un retard de
croissance chez les plantes (http 4) Il a eacuteteacute aussi mentionneacute que la cafeacuteine agrave une concentration
de 60ppm induisait une inhibition de la croissance des tiges et des racines chez
Phaseolus vulgaris (Lahouti et al 2007) En effet la cafeacuteine est connue pour son action
inhibitrice de la prolifeacuteration cellulaire (Levi-Schaffer et al 1991) Elle eacutetait rapporteacutee comme
favorisant le deacuteclenchement de la mort cellulaire programmeacutee et perturbe les proteacuteines
reacutegulatrices du cycle cellulaire (Bode et Dong 2007) La cafeacuteine ou lrsquoacide cafeacuteique a eacuteteacute deacutecrit
comme inhibiteur de la prolifeacuteration des cellules du cancer du sein (Rosendahl 2015) Plus
particuliegraverement la cafeacuteine est connue comme eacutetant un inhibiteur de la formation du
phragmoplaste lors la division cellulaire chez les veacutegeacutetaux empecircchant la cytodieacuteregravese (Hepler et
Bonsignore 1990) Cet effet reacutesulterait en la reacuteduction de la division cellulaire et du nombre de
cellules dans le meacuteristegraveme apical de la tige (Helper et Bosignore 1990 Galatis et Apostolakos
1991) Chez la laitue lrsquoaddition de marc de cafeacute agrave une concentration entre 25 et 5 (vv) nrsquoa
pas drsquoeffets significatifs sur la croissance et le deacuteveloppement de la plante Par contre une
induction du stress est observeacutee agrave des concentrations supeacuterieures agrave 10 probablement due agrave
lrsquoaugmentation de composeacutes phytotoxiques comme la cafeacuteine ou bien agrave la reacuteduction des
macronutriments absorbeacutes par la plante pour sa croissance (Gomes et al 2013) Drsquoautres
composeacutes potentiellement toxiques comme les tanins et lrsquoacide chlorogeacutenique persistent dans
le marc de cafeacute (Batish et al 2008) et sont susceptibles drsquoentraicircner une inhibition de la
croissance de la plante (Gomes et al 2013) Pandey et al (2007) suggeacuteraient que crsquoest la
preacutesence de lrsquoacide chlorogeacutenique dans le cafeacute qui provoque lrsquoinhibition de la croissance de la
plante Ce composeacute est rapporteacute comme inhibiteur de la croissance du coleacuteoptile chez le bleacute
(Kefeli et al 1978) Mais drsquoautres auteurs stipulent que les polypheacutenols abondants dans le
marc de cafeacute pourraient agir aussi comme inhibiteurs ou comme stimulateurs de la croissance
en fonction de leur concentration (Ignat et al 2009)
Discussions
18
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
La preacutesence de champignons et bacteacuteries qui prolifegraverent abondamment dans le marc de cafeacute
favoriserait lrsquoapparition de maladies au niveau des racines et par conseacutequent un retard de
croissance (http 5)
Lrsquoinitiation et la croissance des nodules sont inhibeacutees chez les plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo
de cafeacute En effet les plants de haricot traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut de floraison
ont deacuteveloppeacute peu de nodules racinaires par rapport aux plants teacutemoins et la taille des nodules
est reacuteduite chez les plants traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute au cours des stades de germination
et de croissance veacutegeacutetative
A part lrsquoeffet inhibiteur de la cafeacuteine preacutesente dans les reacutesidus de cafeacute lrsquoinhibition de lrsquoinitiation
nodulaire et la reacuteduction de la taille des nodules sont causeacutees par plusieurs des facteurs
hormonaux et drsquoautres lieacutes au niveau de nitrate ou drsquoammonium Linitiation de nodules est
controcircleacutee par plusieurs facteurs hormonaux (Schultze et Kondorosi 1998) mais la formation
des nodules deacutepend de la communication entre la tige et la racine (Complainville 2003
Okamoto et Kawaguchi2015) En particulier le nitrate est connu pour reacuteguler neacutegativement le
transport basipeacutetal de lrsquoauxine entre la racine et la tige dougrave lrsquoinhibition de la nodulation par
de fortes concentrations en nitrate (Mortier 2012 Saito 2014) Les conditions de
lenvironnement telles que la disponibiliteacute en nitrate ou ammonium affectent les processus de
nodulation et les signaux endogegravenes tels que la provision de carbone lefficaciteacute de nodulation
et le processus de fixation dazote (Mortier 2012) Chez Lotus japonicus lrsquoapplication de
concentrations de nitrate entre 3 et 10 mM entraicircne une inhibition de lrsquoinitiation de nodules
(Okamoto et Kawaguchi 2015) via lrsquoinhibition de la nitrogeacutenase (Carroll et Gresshoff
1983)Chez les plantes de soja les diamegravetres des nodules ont augmenteacute de 1 agrave 6 mm pour 14
jours en absence de nitrate En revanche laugmentation de la taille des nodules a eacuteteacute reacuteduite
par laddition de 5mM de nitrate (Saito et al 2014) Une forte consommation de
photosyntheacutetats au niveau des racines peut aussi limiter leur allocation aux nodules qui peut
entraicircner une inhibition de la croissance et lrsquoarrecirct de la fixation de lazote atmospheacuterique
(Yashima 2005) Chez le pois une faible concentration en NH4+ favorise une augmentation de
la taille des nodules Il semble qursquoune meilleure fixation de N2 est obtenue lorsque du NH4+ est
disponible (Vassey et Waterer 1992)Or le nitrate est la forme principale drsquoazote dans le
vermicompost de cafeacute (Chaoui et al 2003 Micelli et al 2007 Tognetti 2010) Il est alors
possible que le faible nombre de nodules et la reacuteduction de la taille des nodules chez les
plantules traiteacutees aient eacuteteacute provoqueacutes par une concentration eacuteleveacutee de nitrate dans le marc de
cafeacute
Discussions
19
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les flavonoiumldes affectent la formation des nodules gracircce agrave leur proprieacuteteacute reacuteductrice du transport
et de lrsquoaccumulation drsquoauxine Un signal de cytokinine est deacuteterminant pour lrsquoinitiation des
nodules agrave travers lrsquoinhibition du transport polaire et de lrsquoaccumulation drsquoauxine dans les cellules
corticales par les flavonoiumldes (Ng et al 2015) Le rocircle de lauxine dans la nodulation est lieacute
eacutetroitement au deacuteveloppement dautres structures racinaires comme la racine lateacuterale Le
deacuteveloppement des racines et des nodules est reacuteguleacute par le ratio auxine-cytokinine
Lrsquoaccumulation drsquoauxine stimule la formation de racines lateacuterales alors que lrsquoaugmentation de
cytokinine ou lrsquoinhibition du transport dauxine induit le deacuteveloppement de pseudo-
nodules (http 6) Il est inteacuteressant de souligner que lrsquoapplication de marc de cafeacute avait stimuleacute
la formation de nodules racinaires chez les plants de soja (Lee et Hirsch 2006)
Lrsquoutilisation de laquo mulch raquo pour ameacuteliorer les cultures peut entraicircner des effets sur la diversiteacute
et lrsquoabondance microbiennes (Tiquia et al 2002) En effet laddition de vermicompost de cafeacute
dans le sol a favoriseacute lactiviteacute microbienne (Atiyeh et al 2002 Theunissen 2010) Par contre
peu drsquoeacutetudes srsquoest inteacuteresseacutee agrave lrsquoeffet du laquo mulching raquo sur la microfaune du sol Nos reacutesultats
indiquent que le sol couvert de marc de cafeacute contient un nombre plus important de microfaunes
La deacutecomposition des reacutesidus de cafeacute est lente due agrave la preacutesence drsquoazote proteacuteique structural et
de fortes concentrations de lipides (Kitou et Okuno 1999) Ce qui pourrait neacutecessiter
lrsquointervention drsquoinsectes phytophages qui ne sont pas repousseacutes par le cafeacute En effet lrsquoaddition
de reacutesidus de cafeacute atteacutenue les ravages sur les plants de soja occasionneacutes par Megacopta
cribraria en renforccedilant le systegraveme de deacutefense de la plante (http 7)
Drsquoautres eacutetudes indiquent par contre une absence drsquoeffet protecteur des reacutesidus de cafeacute agrave
lrsquoexemple de lrsquoinsecte ravageur Aulacaspis yasumatsui sur les cycas (Magellan et al 2013)
la cafeacuteine eacutetant consideacutereacutee comme un composeacute de deacutefense de la plante contre les herbivores et
les microorganismes (Brownlee et al 1990 Cruz et al 2012) Dans le cadre de notre eacutetude
la teneur en cafeacuteine dans les reacutesidus est consideacutereacutee comme faible agrave la suite drsquoune premiegravere
extraction aqueuse agrave chaud Ce qui aurait favoriseacute la prolifeacuteration de la microfaune du sol
essentiellement dans la partie correspondante au laquo mulch raquo
La floraison est retardeacutee en cas drsquoapplication preacutecoce de reacutesidus de cafeacute sur des individus en
germination La floraison est stimuleacutee par lrsquoapport drsquoengrais organiques chez plusieurs espegraveces
(Umesha et al 2011) Chez Solanum nigrum des doses insuffisantes drsquoengrais organiques
entrainaient un retard de floraison Cela serait ducirc agrave un deacuteficit drsquoeacuteleacutements nutritifs reacuteduisant la
croissance et causant un retard de la floraison (Umesha et al 2011) Nos reacutesultats semblent en
Discussions
20
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
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V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
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Annexes
I
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ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
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Cole
ur
des
feu
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s
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
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Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
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gra
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
a aa
a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
0
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germination
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floraison
teacutemoin
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aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 16
Mateacuteriels et meacutethodes
7
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Photo 1 Dispositif de Berlese
II3 Analyses statistiques
Le logiciel XLSTAT 2014 a eacuteteacute utiliseacute pour analyser les donneacutees concernant les effets de la
fluoxeacutetine et du marc de cafeacute sur les paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de P
vulgaris Une analyse de variances agrave un seul facteur a eacuteteacute faite pour deacutetecter les effets
significatifs suivie drsquoun test de comparaison des moyennes assorti drsquoun risque α=5
JRakotonirina 2015
Reacutesultats
8 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
III RESULTATS
Les effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine ou agrave un amendement du substrat au marc
de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante ont eacuteteacute eacutevalueacutes en suivant les
paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de la racine qui est le premier organe en contact
avec les produits testeacutes Cependant les effets plus systeacutemiques sur lrsquoorganisme veacutegeacutetal ont eacuteteacute
eacutevalueacutes en suivant la croissance et le deacuteveloppement des autres organes comme la tige la
feuille la fleur et le fruit
III1 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la racine
Les plantes traiteacutees agrave la fluoxeacutetine produisent moins de biomasse racinaire que celles non
traiteacutees (p=00001) Le traitement agrave la fluoxeacutetine reacuteduit la biomasse racinaire drsquoenviron 02g
(Figure 1A) soit 45 Cependant le laquo mulching raquo au marc de cafeacute preacutesente un effet plus
disparate En effet le marc de cafeacute nrsquoa aucun effet au cours de la germination mais reacuteduit
significativement (p=00001) la croissance racinaire lorsque appliqueacute en deacutebut des phases
veacutegeacutetative et de floraison drsquoenviron 01g soit 26 (Figure 1B)
Figure 1 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement B sur la biomasse racinaire (B) de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
9 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
La fluoxeacutetine nrsquoaffecte pas (p=00558) la croissance racinaire (Figure 2A) Par contre le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute stimule fortement (p=00006) lrsquoeacutelongation racinaire lorsque
appliqueacute au cours de la germination des plantules (Figure 2B) Le traitement au laquo mulch raquo de
cafeacute provoque une augmentation drsquoenviron 2cm de la longueur des tiges
Figure 2 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoeacutelongation racinaire de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
En ce qui concerne le nombre de nodules racinaires la figure 3A montre une forte inhibition
(p=00150) de leur initiation par la fluoxeacutetine drsquoenviron 77(13nodules) Et plus inteacuteressant
encore la figure 3B nous montre que lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison
entraicircne une reacuteduction significative (p=00023) du nombre de nodules drsquoenviron 52 (27
nodules)
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germination
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floraison
teacutemoin
a
bb b
B A
Reacutesultats
10 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 3 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application
de laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoinitiation de nodules
racinaires par individus de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
La fluoxeacutetine nrsquoinflue pas sur la taille des nodules des racines (p=01658) tandis que le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute reacuteduit leur taille drsquoenviron 04mm (p=00017) lorsque appliqueacute
en deacutebut des phases de germination et de croissance veacutegeacutetative (Figure 4B)
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les
ind
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
11 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 4 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le la taille des nodules racinaires
de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III2 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la tige et la feuille
La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet (p=03319) sur lrsquoeacutelongation de la tige (Figure 5A) Par contre les
plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sont
significativement plus courtes drsquoenviron 1cm (p=00026) compareacutees aux plantes teacutemoins
(Figures 5B)
La fluoxeacutetine (p= 03169) et le laquo mulch raquo de cafeacute (p=07685) nrsquoont aucune influence sur la
couleur des feuilles (Annexe 3)
a
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18
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Dia
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es n
odule
s (m
m)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
12 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 5 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la hauteur des tiges de Phaseolus
vulgaris apregraves 3 mois de culture
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III3 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les fleurs et les fruits
Les figures 6A et 6B preacutesentent la cineacutetique drsquoapparition des fleurs respectivement pour les
deux expeacuterimentations avec la fluoxeacutetine et le marc de cafeacute La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet
marqueacute sur le nombre de fleurs Cependant lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la
germination a provoqueacute drsquoune part un retard drsquoune semaine du pic de floraison et drsquoautre part
une reacuteduction du nombre total de fleurs produit par individu par rapport aux autres traitements
aa
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Hau
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tig
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cm)
germination
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floraison
teacutemoin
BA
Reacutesultats
13 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
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Nom
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fleu
rsi
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Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
V FG
B
Reacutesultats
14 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Lrsquoarrosage chronique drsquoune concentration de fluoxeacutetine nrsquoa aucune influence sur le nombre de
gousses (Figure 7A) Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la germination a provoqueacute une
augmentation du nombre de gousses en S8 (p=00451) et S9 (p=00391) puis lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute avant la croissance veacutegeacutetative a deacuteclencheacute une augmentation du nombre de
gousses depuis S8 (p=00263)
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
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gouss
es
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
G VF
B
Reacutesultats
15 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Aucun effet significatif de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute nrsquoa eacuteteacute trouveacute sur le poids des
gousses le poids des graines ou le nombre de graines de Phaseolus vulgaris (Annexe 3)
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la microfaune du sol
Dans un premier temps lrsquoanalyse au preacutealable de la microfaune du sol au niveau du sol situeacute
sous le laquo mulch raquo nrsquoa pas permis de deacutetecter une diffeacuterence significative avec les cultures
teacutemoins Crsquoest la raison pour laquelle les comparaisons ont eacuteteacute focaliseacutees sur le laquo mulch raquo
couvrant le substrat initial
La fluoxeacutetine nrsquoa pas drsquoinfluence sur lrsquoabondance drsquoacariens (p=08734) et de collemboles
(p=1) dans le sol
Par contre lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la
plante permet de favoriser le deacuteveloppement drsquoune acarofaune (p=0022) surtout lors drsquoune
addition au cours du stade veacutegeacutetatif De mecircme le laquomulchingraquo favorise la prolifeacuteration de
collemboles (p=00130) dans le substrat mais leur nombre est nettement infeacuterieur compareacute aux
acariens (Figure 8)
Reacutesultats
16 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le
nombre de microfaunes acariens et collemboles dans le substrat
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
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Nom
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Mic
rofa
unes
par
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e su
bst
rat
mulch germination
mulch veacutegeacutetative
mulch floraison
teacutemoin
B
Discussions
17
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
IV DISCUSSIONS
La croissance et le deacuteveloppement des plants de haricot sont inhibeacutes par la preacutesence de
laquo mulch raquo de cafeacute Les reacutesultats ont montreacute que lrsquoeacutelongation de la tige est inhibeacutee par lrsquoaddition
de laquo mulch raquo de cafeacute et que lrsquoapplication de ce dernier agrave des peacuteriodes coiumlncidant avec le deacutebut
des stades veacutegeacutetatif et de floraison induit une reacuteduction de la biomasse racinaire et une
inhibition de lrsquoeacutelongation racinaire au stade de germination
Ces effets inhibiteurs pourraient ecirctre causeacutes par la teneur en cafeacuteine qui persiste dans les reacutesidus
de cafeacute utiliseacutes En effet il a eacuteteacute rapporteacute que lajout de cafeacuteine dans le substrat agrave certaines doses
conduirait agrave des symptocircmes semblables agrave une carence en calcium y compris un retard de
croissance chez les plantes (http 4) Il a eacuteteacute aussi mentionneacute que la cafeacuteine agrave une concentration
de 60ppm induisait une inhibition de la croissance des tiges et des racines chez
Phaseolus vulgaris (Lahouti et al 2007) En effet la cafeacuteine est connue pour son action
inhibitrice de la prolifeacuteration cellulaire (Levi-Schaffer et al 1991) Elle eacutetait rapporteacutee comme
favorisant le deacuteclenchement de la mort cellulaire programmeacutee et perturbe les proteacuteines
reacutegulatrices du cycle cellulaire (Bode et Dong 2007) La cafeacuteine ou lrsquoacide cafeacuteique a eacuteteacute deacutecrit
comme inhibiteur de la prolifeacuteration des cellules du cancer du sein (Rosendahl 2015) Plus
particuliegraverement la cafeacuteine est connue comme eacutetant un inhibiteur de la formation du
phragmoplaste lors la division cellulaire chez les veacutegeacutetaux empecircchant la cytodieacuteregravese (Hepler et
Bonsignore 1990) Cet effet reacutesulterait en la reacuteduction de la division cellulaire et du nombre de
cellules dans le meacuteristegraveme apical de la tige (Helper et Bosignore 1990 Galatis et Apostolakos
1991) Chez la laitue lrsquoaddition de marc de cafeacute agrave une concentration entre 25 et 5 (vv) nrsquoa
pas drsquoeffets significatifs sur la croissance et le deacuteveloppement de la plante Par contre une
induction du stress est observeacutee agrave des concentrations supeacuterieures agrave 10 probablement due agrave
lrsquoaugmentation de composeacutes phytotoxiques comme la cafeacuteine ou bien agrave la reacuteduction des
macronutriments absorbeacutes par la plante pour sa croissance (Gomes et al 2013) Drsquoautres
composeacutes potentiellement toxiques comme les tanins et lrsquoacide chlorogeacutenique persistent dans
le marc de cafeacute (Batish et al 2008) et sont susceptibles drsquoentraicircner une inhibition de la
croissance de la plante (Gomes et al 2013) Pandey et al (2007) suggeacuteraient que crsquoest la
preacutesence de lrsquoacide chlorogeacutenique dans le cafeacute qui provoque lrsquoinhibition de la croissance de la
plante Ce composeacute est rapporteacute comme inhibiteur de la croissance du coleacuteoptile chez le bleacute
(Kefeli et al 1978) Mais drsquoautres auteurs stipulent que les polypheacutenols abondants dans le
marc de cafeacute pourraient agir aussi comme inhibiteurs ou comme stimulateurs de la croissance
en fonction de leur concentration (Ignat et al 2009)
Discussions
18
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
La preacutesence de champignons et bacteacuteries qui prolifegraverent abondamment dans le marc de cafeacute
favoriserait lrsquoapparition de maladies au niveau des racines et par conseacutequent un retard de
croissance (http 5)
Lrsquoinitiation et la croissance des nodules sont inhibeacutees chez les plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo
de cafeacute En effet les plants de haricot traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut de floraison
ont deacuteveloppeacute peu de nodules racinaires par rapport aux plants teacutemoins et la taille des nodules
est reacuteduite chez les plants traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute au cours des stades de germination
et de croissance veacutegeacutetative
A part lrsquoeffet inhibiteur de la cafeacuteine preacutesente dans les reacutesidus de cafeacute lrsquoinhibition de lrsquoinitiation
nodulaire et la reacuteduction de la taille des nodules sont causeacutees par plusieurs des facteurs
hormonaux et drsquoautres lieacutes au niveau de nitrate ou drsquoammonium Linitiation de nodules est
controcircleacutee par plusieurs facteurs hormonaux (Schultze et Kondorosi 1998) mais la formation
des nodules deacutepend de la communication entre la tige et la racine (Complainville 2003
Okamoto et Kawaguchi2015) En particulier le nitrate est connu pour reacuteguler neacutegativement le
transport basipeacutetal de lrsquoauxine entre la racine et la tige dougrave lrsquoinhibition de la nodulation par
de fortes concentrations en nitrate (Mortier 2012 Saito 2014) Les conditions de
lenvironnement telles que la disponibiliteacute en nitrate ou ammonium affectent les processus de
nodulation et les signaux endogegravenes tels que la provision de carbone lefficaciteacute de nodulation
et le processus de fixation dazote (Mortier 2012) Chez Lotus japonicus lrsquoapplication de
concentrations de nitrate entre 3 et 10 mM entraicircne une inhibition de lrsquoinitiation de nodules
(Okamoto et Kawaguchi 2015) via lrsquoinhibition de la nitrogeacutenase (Carroll et Gresshoff
1983)Chez les plantes de soja les diamegravetres des nodules ont augmenteacute de 1 agrave 6 mm pour 14
jours en absence de nitrate En revanche laugmentation de la taille des nodules a eacuteteacute reacuteduite
par laddition de 5mM de nitrate (Saito et al 2014) Une forte consommation de
photosyntheacutetats au niveau des racines peut aussi limiter leur allocation aux nodules qui peut
entraicircner une inhibition de la croissance et lrsquoarrecirct de la fixation de lazote atmospheacuterique
(Yashima 2005) Chez le pois une faible concentration en NH4+ favorise une augmentation de
la taille des nodules Il semble qursquoune meilleure fixation de N2 est obtenue lorsque du NH4+ est
disponible (Vassey et Waterer 1992)Or le nitrate est la forme principale drsquoazote dans le
vermicompost de cafeacute (Chaoui et al 2003 Micelli et al 2007 Tognetti 2010) Il est alors
possible que le faible nombre de nodules et la reacuteduction de la taille des nodules chez les
plantules traiteacutees aient eacuteteacute provoqueacutes par une concentration eacuteleveacutee de nitrate dans le marc de
cafeacute
Discussions
19
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les flavonoiumldes affectent la formation des nodules gracircce agrave leur proprieacuteteacute reacuteductrice du transport
et de lrsquoaccumulation drsquoauxine Un signal de cytokinine est deacuteterminant pour lrsquoinitiation des
nodules agrave travers lrsquoinhibition du transport polaire et de lrsquoaccumulation drsquoauxine dans les cellules
corticales par les flavonoiumldes (Ng et al 2015) Le rocircle de lauxine dans la nodulation est lieacute
eacutetroitement au deacuteveloppement dautres structures racinaires comme la racine lateacuterale Le
deacuteveloppement des racines et des nodules est reacuteguleacute par le ratio auxine-cytokinine
Lrsquoaccumulation drsquoauxine stimule la formation de racines lateacuterales alors que lrsquoaugmentation de
cytokinine ou lrsquoinhibition du transport dauxine induit le deacuteveloppement de pseudo-
nodules (http 6) Il est inteacuteressant de souligner que lrsquoapplication de marc de cafeacute avait stimuleacute
la formation de nodules racinaires chez les plants de soja (Lee et Hirsch 2006)
Lrsquoutilisation de laquo mulch raquo pour ameacuteliorer les cultures peut entraicircner des effets sur la diversiteacute
et lrsquoabondance microbiennes (Tiquia et al 2002) En effet laddition de vermicompost de cafeacute
dans le sol a favoriseacute lactiviteacute microbienne (Atiyeh et al 2002 Theunissen 2010) Par contre
peu drsquoeacutetudes srsquoest inteacuteresseacutee agrave lrsquoeffet du laquo mulching raquo sur la microfaune du sol Nos reacutesultats
indiquent que le sol couvert de marc de cafeacute contient un nombre plus important de microfaunes
La deacutecomposition des reacutesidus de cafeacute est lente due agrave la preacutesence drsquoazote proteacuteique structural et
de fortes concentrations de lipides (Kitou et Okuno 1999) Ce qui pourrait neacutecessiter
lrsquointervention drsquoinsectes phytophages qui ne sont pas repousseacutes par le cafeacute En effet lrsquoaddition
de reacutesidus de cafeacute atteacutenue les ravages sur les plants de soja occasionneacutes par Megacopta
cribraria en renforccedilant le systegraveme de deacutefense de la plante (http 7)
Drsquoautres eacutetudes indiquent par contre une absence drsquoeffet protecteur des reacutesidus de cafeacute agrave
lrsquoexemple de lrsquoinsecte ravageur Aulacaspis yasumatsui sur les cycas (Magellan et al 2013)
la cafeacuteine eacutetant consideacutereacutee comme un composeacute de deacutefense de la plante contre les herbivores et
les microorganismes (Brownlee et al 1990 Cruz et al 2012) Dans le cadre de notre eacutetude
la teneur en cafeacuteine dans les reacutesidus est consideacutereacutee comme faible agrave la suite drsquoune premiegravere
extraction aqueuse agrave chaud Ce qui aurait favoriseacute la prolifeacuteration de la microfaune du sol
essentiellement dans la partie correspondante au laquo mulch raquo
La floraison est retardeacutee en cas drsquoapplication preacutecoce de reacutesidus de cafeacute sur des individus en
germination La floraison est stimuleacutee par lrsquoapport drsquoengrais organiques chez plusieurs espegraveces
(Umesha et al 2011) Chez Solanum nigrum des doses insuffisantes drsquoengrais organiques
entrainaient un retard de floraison Cela serait ducirc agrave un deacuteficit drsquoeacuteleacutements nutritifs reacuteduisant la
croissance et causant un retard de la floraison (Umesha et al 2011) Nos reacutesultats semblent en
Discussions
20
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
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V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
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Annexes
I
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ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
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Cole
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ur
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feu
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s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
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gra
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
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a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
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veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
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aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 17
Reacutesultats
8 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
III RESULTATS
Les effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine ou agrave un amendement du substrat au marc
de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la plante ont eacuteteacute eacutevalueacutes en suivant les
paramegravetres de croissance et de deacuteveloppement de la racine qui est le premier organe en contact
avec les produits testeacutes Cependant les effets plus systeacutemiques sur lrsquoorganisme veacutegeacutetal ont eacuteteacute
eacutevalueacutes en suivant la croissance et le deacuteveloppement des autres organes comme la tige la
feuille la fleur et le fruit
III1 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la racine
Les plantes traiteacutees agrave la fluoxeacutetine produisent moins de biomasse racinaire que celles non
traiteacutees (p=00001) Le traitement agrave la fluoxeacutetine reacuteduit la biomasse racinaire drsquoenviron 02g
(Figure 1A) soit 45 Cependant le laquo mulching raquo au marc de cafeacute preacutesente un effet plus
disparate En effet le marc de cafeacute nrsquoa aucun effet au cours de la germination mais reacuteduit
significativement (p=00001) la croissance racinaire lorsque appliqueacute en deacutebut des phases
veacutegeacutetative et de floraison drsquoenviron 01g soit 26 (Figure 1B)
Figure 1 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement B sur la biomasse racinaire (B) de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
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veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
9 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
La fluoxeacutetine nrsquoaffecte pas (p=00558) la croissance racinaire (Figure 2A) Par contre le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute stimule fortement (p=00006) lrsquoeacutelongation racinaire lorsque
appliqueacute au cours de la germination des plantules (Figure 2B) Le traitement au laquo mulch raquo de
cafeacute provoque une augmentation drsquoenviron 2cm de la longueur des tiges
Figure 2 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoeacutelongation racinaire de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
En ce qui concerne le nombre de nodules racinaires la figure 3A montre une forte inhibition
(p=00150) de leur initiation par la fluoxeacutetine drsquoenviron 77(13nodules) Et plus inteacuteressant
encore la figure 3B nous montre que lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison
entraicircne une reacuteduction significative (p=00023) du nombre de nodules drsquoenviron 52 (27
nodules)
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
a
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B A
Reacutesultats
10 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 3 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application
de laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoinitiation de nodules
racinaires par individus de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
La fluoxeacutetine nrsquoinflue pas sur la taille des nodules des racines (p=01658) tandis que le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute reacuteduit leur taille drsquoenviron 04mm (p=00017) lorsque appliqueacute
en deacutebut des phases de germination et de croissance veacutegeacutetative (Figure 4B)
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ind
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
11 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 4 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le la taille des nodules racinaires
de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III2 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la tige et la feuille
La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet (p=03319) sur lrsquoeacutelongation de la tige (Figure 5A) Par contre les
plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sont
significativement plus courtes drsquoenviron 1cm (p=00026) compareacutees aux plantes teacutemoins
(Figures 5B)
La fluoxeacutetine (p= 03169) et le laquo mulch raquo de cafeacute (p=07685) nrsquoont aucune influence sur la
couleur des feuilles (Annexe 3)
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18
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Dia
megravet
re d
es n
odule
s (m
m)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
12 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 5 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la hauteur des tiges de Phaseolus
vulgaris apregraves 3 mois de culture
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III3 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les fleurs et les fruits
Les figures 6A et 6B preacutesentent la cineacutetique drsquoapparition des fleurs respectivement pour les
deux expeacuterimentations avec la fluoxeacutetine et le marc de cafeacute La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet
marqueacute sur le nombre de fleurs Cependant lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la
germination a provoqueacute drsquoune part un retard drsquoune semaine du pic de floraison et drsquoautre part
une reacuteduction du nombre total de fleurs produit par individu par rapport aux autres traitements
aa
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Hau
teur
des
tig
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cm)
germination
veacutegeacutetative
floraison
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BA
Reacutesultats
13 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
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Nom
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Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
V FG
B
Reacutesultats
14 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Lrsquoarrosage chronique drsquoune concentration de fluoxeacutetine nrsquoa aucune influence sur le nombre de
gousses (Figure 7A) Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la germination a provoqueacute une
augmentation du nombre de gousses en S8 (p=00451) et S9 (p=00391) puis lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute avant la croissance veacutegeacutetative a deacuteclencheacute une augmentation du nombre de
gousses depuis S8 (p=00263)
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
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Temps (semaine)
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veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
G VF
B
Reacutesultats
15 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Aucun effet significatif de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute nrsquoa eacuteteacute trouveacute sur le poids des
gousses le poids des graines ou le nombre de graines de Phaseolus vulgaris (Annexe 3)
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la microfaune du sol
Dans un premier temps lrsquoanalyse au preacutealable de la microfaune du sol au niveau du sol situeacute
sous le laquo mulch raquo nrsquoa pas permis de deacutetecter une diffeacuterence significative avec les cultures
teacutemoins Crsquoest la raison pour laquelle les comparaisons ont eacuteteacute focaliseacutees sur le laquo mulch raquo
couvrant le substrat initial
La fluoxeacutetine nrsquoa pas drsquoinfluence sur lrsquoabondance drsquoacariens (p=08734) et de collemboles
(p=1) dans le sol
Par contre lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la
plante permet de favoriser le deacuteveloppement drsquoune acarofaune (p=0022) surtout lors drsquoune
addition au cours du stade veacutegeacutetatif De mecircme le laquomulchingraquo favorise la prolifeacuteration de
collemboles (p=00130) dans le substrat mais leur nombre est nettement infeacuterieur compareacute aux
acariens (Figure 8)
Reacutesultats
16 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le
nombre de microfaunes acariens et collemboles dans le substrat
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
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unes
par
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bst
rat
mulch germination
mulch veacutegeacutetative
mulch floraison
teacutemoin
B
Discussions
17
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
IV DISCUSSIONS
La croissance et le deacuteveloppement des plants de haricot sont inhibeacutes par la preacutesence de
laquo mulch raquo de cafeacute Les reacutesultats ont montreacute que lrsquoeacutelongation de la tige est inhibeacutee par lrsquoaddition
de laquo mulch raquo de cafeacute et que lrsquoapplication de ce dernier agrave des peacuteriodes coiumlncidant avec le deacutebut
des stades veacutegeacutetatif et de floraison induit une reacuteduction de la biomasse racinaire et une
inhibition de lrsquoeacutelongation racinaire au stade de germination
Ces effets inhibiteurs pourraient ecirctre causeacutes par la teneur en cafeacuteine qui persiste dans les reacutesidus
de cafeacute utiliseacutes En effet il a eacuteteacute rapporteacute que lajout de cafeacuteine dans le substrat agrave certaines doses
conduirait agrave des symptocircmes semblables agrave une carence en calcium y compris un retard de
croissance chez les plantes (http 4) Il a eacuteteacute aussi mentionneacute que la cafeacuteine agrave une concentration
de 60ppm induisait une inhibition de la croissance des tiges et des racines chez
Phaseolus vulgaris (Lahouti et al 2007) En effet la cafeacuteine est connue pour son action
inhibitrice de la prolifeacuteration cellulaire (Levi-Schaffer et al 1991) Elle eacutetait rapporteacutee comme
favorisant le deacuteclenchement de la mort cellulaire programmeacutee et perturbe les proteacuteines
reacutegulatrices du cycle cellulaire (Bode et Dong 2007) La cafeacuteine ou lrsquoacide cafeacuteique a eacuteteacute deacutecrit
comme inhibiteur de la prolifeacuteration des cellules du cancer du sein (Rosendahl 2015) Plus
particuliegraverement la cafeacuteine est connue comme eacutetant un inhibiteur de la formation du
phragmoplaste lors la division cellulaire chez les veacutegeacutetaux empecircchant la cytodieacuteregravese (Hepler et
Bonsignore 1990) Cet effet reacutesulterait en la reacuteduction de la division cellulaire et du nombre de
cellules dans le meacuteristegraveme apical de la tige (Helper et Bosignore 1990 Galatis et Apostolakos
1991) Chez la laitue lrsquoaddition de marc de cafeacute agrave une concentration entre 25 et 5 (vv) nrsquoa
pas drsquoeffets significatifs sur la croissance et le deacuteveloppement de la plante Par contre une
induction du stress est observeacutee agrave des concentrations supeacuterieures agrave 10 probablement due agrave
lrsquoaugmentation de composeacutes phytotoxiques comme la cafeacuteine ou bien agrave la reacuteduction des
macronutriments absorbeacutes par la plante pour sa croissance (Gomes et al 2013) Drsquoautres
composeacutes potentiellement toxiques comme les tanins et lrsquoacide chlorogeacutenique persistent dans
le marc de cafeacute (Batish et al 2008) et sont susceptibles drsquoentraicircner une inhibition de la
croissance de la plante (Gomes et al 2013) Pandey et al (2007) suggeacuteraient que crsquoest la
preacutesence de lrsquoacide chlorogeacutenique dans le cafeacute qui provoque lrsquoinhibition de la croissance de la
plante Ce composeacute est rapporteacute comme inhibiteur de la croissance du coleacuteoptile chez le bleacute
(Kefeli et al 1978) Mais drsquoautres auteurs stipulent que les polypheacutenols abondants dans le
marc de cafeacute pourraient agir aussi comme inhibiteurs ou comme stimulateurs de la croissance
en fonction de leur concentration (Ignat et al 2009)
Discussions
18
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
La preacutesence de champignons et bacteacuteries qui prolifegraverent abondamment dans le marc de cafeacute
favoriserait lrsquoapparition de maladies au niveau des racines et par conseacutequent un retard de
croissance (http 5)
Lrsquoinitiation et la croissance des nodules sont inhibeacutees chez les plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo
de cafeacute En effet les plants de haricot traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut de floraison
ont deacuteveloppeacute peu de nodules racinaires par rapport aux plants teacutemoins et la taille des nodules
est reacuteduite chez les plants traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute au cours des stades de germination
et de croissance veacutegeacutetative
A part lrsquoeffet inhibiteur de la cafeacuteine preacutesente dans les reacutesidus de cafeacute lrsquoinhibition de lrsquoinitiation
nodulaire et la reacuteduction de la taille des nodules sont causeacutees par plusieurs des facteurs
hormonaux et drsquoautres lieacutes au niveau de nitrate ou drsquoammonium Linitiation de nodules est
controcircleacutee par plusieurs facteurs hormonaux (Schultze et Kondorosi 1998) mais la formation
des nodules deacutepend de la communication entre la tige et la racine (Complainville 2003
Okamoto et Kawaguchi2015) En particulier le nitrate est connu pour reacuteguler neacutegativement le
transport basipeacutetal de lrsquoauxine entre la racine et la tige dougrave lrsquoinhibition de la nodulation par
de fortes concentrations en nitrate (Mortier 2012 Saito 2014) Les conditions de
lenvironnement telles que la disponibiliteacute en nitrate ou ammonium affectent les processus de
nodulation et les signaux endogegravenes tels que la provision de carbone lefficaciteacute de nodulation
et le processus de fixation dazote (Mortier 2012) Chez Lotus japonicus lrsquoapplication de
concentrations de nitrate entre 3 et 10 mM entraicircne une inhibition de lrsquoinitiation de nodules
(Okamoto et Kawaguchi 2015) via lrsquoinhibition de la nitrogeacutenase (Carroll et Gresshoff
1983)Chez les plantes de soja les diamegravetres des nodules ont augmenteacute de 1 agrave 6 mm pour 14
jours en absence de nitrate En revanche laugmentation de la taille des nodules a eacuteteacute reacuteduite
par laddition de 5mM de nitrate (Saito et al 2014) Une forte consommation de
photosyntheacutetats au niveau des racines peut aussi limiter leur allocation aux nodules qui peut
entraicircner une inhibition de la croissance et lrsquoarrecirct de la fixation de lazote atmospheacuterique
(Yashima 2005) Chez le pois une faible concentration en NH4+ favorise une augmentation de
la taille des nodules Il semble qursquoune meilleure fixation de N2 est obtenue lorsque du NH4+ est
disponible (Vassey et Waterer 1992)Or le nitrate est la forme principale drsquoazote dans le
vermicompost de cafeacute (Chaoui et al 2003 Micelli et al 2007 Tognetti 2010) Il est alors
possible que le faible nombre de nodules et la reacuteduction de la taille des nodules chez les
plantules traiteacutees aient eacuteteacute provoqueacutes par une concentration eacuteleveacutee de nitrate dans le marc de
cafeacute
Discussions
19
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les flavonoiumldes affectent la formation des nodules gracircce agrave leur proprieacuteteacute reacuteductrice du transport
et de lrsquoaccumulation drsquoauxine Un signal de cytokinine est deacuteterminant pour lrsquoinitiation des
nodules agrave travers lrsquoinhibition du transport polaire et de lrsquoaccumulation drsquoauxine dans les cellules
corticales par les flavonoiumldes (Ng et al 2015) Le rocircle de lauxine dans la nodulation est lieacute
eacutetroitement au deacuteveloppement dautres structures racinaires comme la racine lateacuterale Le
deacuteveloppement des racines et des nodules est reacuteguleacute par le ratio auxine-cytokinine
Lrsquoaccumulation drsquoauxine stimule la formation de racines lateacuterales alors que lrsquoaugmentation de
cytokinine ou lrsquoinhibition du transport dauxine induit le deacuteveloppement de pseudo-
nodules (http 6) Il est inteacuteressant de souligner que lrsquoapplication de marc de cafeacute avait stimuleacute
la formation de nodules racinaires chez les plants de soja (Lee et Hirsch 2006)
Lrsquoutilisation de laquo mulch raquo pour ameacuteliorer les cultures peut entraicircner des effets sur la diversiteacute
et lrsquoabondance microbiennes (Tiquia et al 2002) En effet laddition de vermicompost de cafeacute
dans le sol a favoriseacute lactiviteacute microbienne (Atiyeh et al 2002 Theunissen 2010) Par contre
peu drsquoeacutetudes srsquoest inteacuteresseacutee agrave lrsquoeffet du laquo mulching raquo sur la microfaune du sol Nos reacutesultats
indiquent que le sol couvert de marc de cafeacute contient un nombre plus important de microfaunes
La deacutecomposition des reacutesidus de cafeacute est lente due agrave la preacutesence drsquoazote proteacuteique structural et
de fortes concentrations de lipides (Kitou et Okuno 1999) Ce qui pourrait neacutecessiter
lrsquointervention drsquoinsectes phytophages qui ne sont pas repousseacutes par le cafeacute En effet lrsquoaddition
de reacutesidus de cafeacute atteacutenue les ravages sur les plants de soja occasionneacutes par Megacopta
cribraria en renforccedilant le systegraveme de deacutefense de la plante (http 7)
Drsquoautres eacutetudes indiquent par contre une absence drsquoeffet protecteur des reacutesidus de cafeacute agrave
lrsquoexemple de lrsquoinsecte ravageur Aulacaspis yasumatsui sur les cycas (Magellan et al 2013)
la cafeacuteine eacutetant consideacutereacutee comme un composeacute de deacutefense de la plante contre les herbivores et
les microorganismes (Brownlee et al 1990 Cruz et al 2012) Dans le cadre de notre eacutetude
la teneur en cafeacuteine dans les reacutesidus est consideacutereacutee comme faible agrave la suite drsquoune premiegravere
extraction aqueuse agrave chaud Ce qui aurait favoriseacute la prolifeacuteration de la microfaune du sol
essentiellement dans la partie correspondante au laquo mulch raquo
La floraison est retardeacutee en cas drsquoapplication preacutecoce de reacutesidus de cafeacute sur des individus en
germination La floraison est stimuleacutee par lrsquoapport drsquoengrais organiques chez plusieurs espegraveces
(Umesha et al 2011) Chez Solanum nigrum des doses insuffisantes drsquoengrais organiques
entrainaient un retard de floraison Cela serait ducirc agrave un deacuteficit drsquoeacuteleacutements nutritifs reacuteduisant la
croissance et causant un retard de la floraison (Umesha et al 2011) Nos reacutesultats semblent en
Discussions
20
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
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Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
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Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
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Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
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floraison
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Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 18
Reacutesultats
9 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
La fluoxeacutetine nrsquoaffecte pas (p=00558) la croissance racinaire (Figure 2A) Par contre le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute stimule fortement (p=00006) lrsquoeacutelongation racinaire lorsque
appliqueacute au cours de la germination des plantules (Figure 2B) Le traitement au laquo mulch raquo de
cafeacute provoque une augmentation drsquoenviron 2cm de la longueur des tiges
Figure 2 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoeacutelongation racinaire de
Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
En ce qui concerne le nombre de nodules racinaires la figure 3A montre une forte inhibition
(p=00150) de leur initiation par la fluoxeacutetine drsquoenviron 77(13nodules) Et plus inteacuteressant
encore la figure 3B nous montre que lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison
entraicircne une reacuteduction significative (p=00023) du nombre de nodules drsquoenviron 52 (27
nodules)
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Reacutesultats
10 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 3 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application
de laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoinitiation de nodules
racinaires par individus de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
La fluoxeacutetine nrsquoinflue pas sur la taille des nodules des racines (p=01658) tandis que le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute reacuteduit leur taille drsquoenviron 04mm (p=00017) lorsque appliqueacute
en deacutebut des phases de germination et de croissance veacutegeacutetative (Figure 4B)
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11 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 4 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le la taille des nodules racinaires
de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III2 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la tige et la feuille
La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet (p=03319) sur lrsquoeacutelongation de la tige (Figure 5A) Par contre les
plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sont
significativement plus courtes drsquoenviron 1cm (p=00026) compareacutees aux plantes teacutemoins
(Figures 5B)
La fluoxeacutetine (p= 03169) et le laquo mulch raquo de cafeacute (p=07685) nrsquoont aucune influence sur la
couleur des feuilles (Annexe 3)
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Reacutesultats
12 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 5 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la hauteur des tiges de Phaseolus
vulgaris apregraves 3 mois de culture
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III3 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les fleurs et les fruits
Les figures 6A et 6B preacutesentent la cineacutetique drsquoapparition des fleurs respectivement pour les
deux expeacuterimentations avec la fluoxeacutetine et le marc de cafeacute La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet
marqueacute sur le nombre de fleurs Cependant lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la
germination a provoqueacute drsquoune part un retard drsquoune semaine du pic de floraison et drsquoautre part
une reacuteduction du nombre total de fleurs produit par individu par rapport aux autres traitements
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Reacutesultats
13 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
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V FG
B
Reacutesultats
14 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Lrsquoarrosage chronique drsquoune concentration de fluoxeacutetine nrsquoa aucune influence sur le nombre de
gousses (Figure 7A) Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la germination a provoqueacute une
augmentation du nombre de gousses en S8 (p=00451) et S9 (p=00391) puis lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute avant la croissance veacutegeacutetative a deacuteclencheacute une augmentation du nombre de
gousses depuis S8 (p=00263)
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
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Reacutesultats
15 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Aucun effet significatif de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute nrsquoa eacuteteacute trouveacute sur le poids des
gousses le poids des graines ou le nombre de graines de Phaseolus vulgaris (Annexe 3)
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la microfaune du sol
Dans un premier temps lrsquoanalyse au preacutealable de la microfaune du sol au niveau du sol situeacute
sous le laquo mulch raquo nrsquoa pas permis de deacutetecter une diffeacuterence significative avec les cultures
teacutemoins Crsquoest la raison pour laquelle les comparaisons ont eacuteteacute focaliseacutees sur le laquo mulch raquo
couvrant le substrat initial
La fluoxeacutetine nrsquoa pas drsquoinfluence sur lrsquoabondance drsquoacariens (p=08734) et de collemboles
(p=1) dans le sol
Par contre lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la
plante permet de favoriser le deacuteveloppement drsquoune acarofaune (p=0022) surtout lors drsquoune
addition au cours du stade veacutegeacutetatif De mecircme le laquomulchingraquo favorise la prolifeacuteration de
collemboles (p=00130) dans le substrat mais leur nombre est nettement infeacuterieur compareacute aux
acariens (Figure 8)
Reacutesultats
16 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le
nombre de microfaunes acariens et collemboles dans le substrat
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
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Acariens Collemboles
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Mic
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mulch germination
mulch veacutegeacutetative
mulch floraison
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Discussions
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
IV DISCUSSIONS
La croissance et le deacuteveloppement des plants de haricot sont inhibeacutes par la preacutesence de
laquo mulch raquo de cafeacute Les reacutesultats ont montreacute que lrsquoeacutelongation de la tige est inhibeacutee par lrsquoaddition
de laquo mulch raquo de cafeacute et que lrsquoapplication de ce dernier agrave des peacuteriodes coiumlncidant avec le deacutebut
des stades veacutegeacutetatif et de floraison induit une reacuteduction de la biomasse racinaire et une
inhibition de lrsquoeacutelongation racinaire au stade de germination
Ces effets inhibiteurs pourraient ecirctre causeacutes par la teneur en cafeacuteine qui persiste dans les reacutesidus
de cafeacute utiliseacutes En effet il a eacuteteacute rapporteacute que lajout de cafeacuteine dans le substrat agrave certaines doses
conduirait agrave des symptocircmes semblables agrave une carence en calcium y compris un retard de
croissance chez les plantes (http 4) Il a eacuteteacute aussi mentionneacute que la cafeacuteine agrave une concentration
de 60ppm induisait une inhibition de la croissance des tiges et des racines chez
Phaseolus vulgaris (Lahouti et al 2007) En effet la cafeacuteine est connue pour son action
inhibitrice de la prolifeacuteration cellulaire (Levi-Schaffer et al 1991) Elle eacutetait rapporteacutee comme
favorisant le deacuteclenchement de la mort cellulaire programmeacutee et perturbe les proteacuteines
reacutegulatrices du cycle cellulaire (Bode et Dong 2007) La cafeacuteine ou lrsquoacide cafeacuteique a eacuteteacute deacutecrit
comme inhibiteur de la prolifeacuteration des cellules du cancer du sein (Rosendahl 2015) Plus
particuliegraverement la cafeacuteine est connue comme eacutetant un inhibiteur de la formation du
phragmoplaste lors la division cellulaire chez les veacutegeacutetaux empecircchant la cytodieacuteregravese (Hepler et
Bonsignore 1990) Cet effet reacutesulterait en la reacuteduction de la division cellulaire et du nombre de
cellules dans le meacuteristegraveme apical de la tige (Helper et Bosignore 1990 Galatis et Apostolakos
1991) Chez la laitue lrsquoaddition de marc de cafeacute agrave une concentration entre 25 et 5 (vv) nrsquoa
pas drsquoeffets significatifs sur la croissance et le deacuteveloppement de la plante Par contre une
induction du stress est observeacutee agrave des concentrations supeacuterieures agrave 10 probablement due agrave
lrsquoaugmentation de composeacutes phytotoxiques comme la cafeacuteine ou bien agrave la reacuteduction des
macronutriments absorbeacutes par la plante pour sa croissance (Gomes et al 2013) Drsquoautres
composeacutes potentiellement toxiques comme les tanins et lrsquoacide chlorogeacutenique persistent dans
le marc de cafeacute (Batish et al 2008) et sont susceptibles drsquoentraicircner une inhibition de la
croissance de la plante (Gomes et al 2013) Pandey et al (2007) suggeacuteraient que crsquoest la
preacutesence de lrsquoacide chlorogeacutenique dans le cafeacute qui provoque lrsquoinhibition de la croissance de la
plante Ce composeacute est rapporteacute comme inhibiteur de la croissance du coleacuteoptile chez le bleacute
(Kefeli et al 1978) Mais drsquoautres auteurs stipulent que les polypheacutenols abondants dans le
marc de cafeacute pourraient agir aussi comme inhibiteurs ou comme stimulateurs de la croissance
en fonction de leur concentration (Ignat et al 2009)
Discussions
18
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
La preacutesence de champignons et bacteacuteries qui prolifegraverent abondamment dans le marc de cafeacute
favoriserait lrsquoapparition de maladies au niveau des racines et par conseacutequent un retard de
croissance (http 5)
Lrsquoinitiation et la croissance des nodules sont inhibeacutees chez les plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo
de cafeacute En effet les plants de haricot traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut de floraison
ont deacuteveloppeacute peu de nodules racinaires par rapport aux plants teacutemoins et la taille des nodules
est reacuteduite chez les plants traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute au cours des stades de germination
et de croissance veacutegeacutetative
A part lrsquoeffet inhibiteur de la cafeacuteine preacutesente dans les reacutesidus de cafeacute lrsquoinhibition de lrsquoinitiation
nodulaire et la reacuteduction de la taille des nodules sont causeacutees par plusieurs des facteurs
hormonaux et drsquoautres lieacutes au niveau de nitrate ou drsquoammonium Linitiation de nodules est
controcircleacutee par plusieurs facteurs hormonaux (Schultze et Kondorosi 1998) mais la formation
des nodules deacutepend de la communication entre la tige et la racine (Complainville 2003
Okamoto et Kawaguchi2015) En particulier le nitrate est connu pour reacuteguler neacutegativement le
transport basipeacutetal de lrsquoauxine entre la racine et la tige dougrave lrsquoinhibition de la nodulation par
de fortes concentrations en nitrate (Mortier 2012 Saito 2014) Les conditions de
lenvironnement telles que la disponibiliteacute en nitrate ou ammonium affectent les processus de
nodulation et les signaux endogegravenes tels que la provision de carbone lefficaciteacute de nodulation
et le processus de fixation dazote (Mortier 2012) Chez Lotus japonicus lrsquoapplication de
concentrations de nitrate entre 3 et 10 mM entraicircne une inhibition de lrsquoinitiation de nodules
(Okamoto et Kawaguchi 2015) via lrsquoinhibition de la nitrogeacutenase (Carroll et Gresshoff
1983)Chez les plantes de soja les diamegravetres des nodules ont augmenteacute de 1 agrave 6 mm pour 14
jours en absence de nitrate En revanche laugmentation de la taille des nodules a eacuteteacute reacuteduite
par laddition de 5mM de nitrate (Saito et al 2014) Une forte consommation de
photosyntheacutetats au niveau des racines peut aussi limiter leur allocation aux nodules qui peut
entraicircner une inhibition de la croissance et lrsquoarrecirct de la fixation de lazote atmospheacuterique
(Yashima 2005) Chez le pois une faible concentration en NH4+ favorise une augmentation de
la taille des nodules Il semble qursquoune meilleure fixation de N2 est obtenue lorsque du NH4+ est
disponible (Vassey et Waterer 1992)Or le nitrate est la forme principale drsquoazote dans le
vermicompost de cafeacute (Chaoui et al 2003 Micelli et al 2007 Tognetti 2010) Il est alors
possible que le faible nombre de nodules et la reacuteduction de la taille des nodules chez les
plantules traiteacutees aient eacuteteacute provoqueacutes par une concentration eacuteleveacutee de nitrate dans le marc de
cafeacute
Discussions
19
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les flavonoiumldes affectent la formation des nodules gracircce agrave leur proprieacuteteacute reacuteductrice du transport
et de lrsquoaccumulation drsquoauxine Un signal de cytokinine est deacuteterminant pour lrsquoinitiation des
nodules agrave travers lrsquoinhibition du transport polaire et de lrsquoaccumulation drsquoauxine dans les cellules
corticales par les flavonoiumldes (Ng et al 2015) Le rocircle de lauxine dans la nodulation est lieacute
eacutetroitement au deacuteveloppement dautres structures racinaires comme la racine lateacuterale Le
deacuteveloppement des racines et des nodules est reacuteguleacute par le ratio auxine-cytokinine
Lrsquoaccumulation drsquoauxine stimule la formation de racines lateacuterales alors que lrsquoaugmentation de
cytokinine ou lrsquoinhibition du transport dauxine induit le deacuteveloppement de pseudo-
nodules (http 6) Il est inteacuteressant de souligner que lrsquoapplication de marc de cafeacute avait stimuleacute
la formation de nodules racinaires chez les plants de soja (Lee et Hirsch 2006)
Lrsquoutilisation de laquo mulch raquo pour ameacuteliorer les cultures peut entraicircner des effets sur la diversiteacute
et lrsquoabondance microbiennes (Tiquia et al 2002) En effet laddition de vermicompost de cafeacute
dans le sol a favoriseacute lactiviteacute microbienne (Atiyeh et al 2002 Theunissen 2010) Par contre
peu drsquoeacutetudes srsquoest inteacuteresseacutee agrave lrsquoeffet du laquo mulching raquo sur la microfaune du sol Nos reacutesultats
indiquent que le sol couvert de marc de cafeacute contient un nombre plus important de microfaunes
La deacutecomposition des reacutesidus de cafeacute est lente due agrave la preacutesence drsquoazote proteacuteique structural et
de fortes concentrations de lipides (Kitou et Okuno 1999) Ce qui pourrait neacutecessiter
lrsquointervention drsquoinsectes phytophages qui ne sont pas repousseacutes par le cafeacute En effet lrsquoaddition
de reacutesidus de cafeacute atteacutenue les ravages sur les plants de soja occasionneacutes par Megacopta
cribraria en renforccedilant le systegraveme de deacutefense de la plante (http 7)
Drsquoautres eacutetudes indiquent par contre une absence drsquoeffet protecteur des reacutesidus de cafeacute agrave
lrsquoexemple de lrsquoinsecte ravageur Aulacaspis yasumatsui sur les cycas (Magellan et al 2013)
la cafeacuteine eacutetant consideacutereacutee comme un composeacute de deacutefense de la plante contre les herbivores et
les microorganismes (Brownlee et al 1990 Cruz et al 2012) Dans le cadre de notre eacutetude
la teneur en cafeacuteine dans les reacutesidus est consideacutereacutee comme faible agrave la suite drsquoune premiegravere
extraction aqueuse agrave chaud Ce qui aurait favoriseacute la prolifeacuteration de la microfaune du sol
essentiellement dans la partie correspondante au laquo mulch raquo
La floraison est retardeacutee en cas drsquoapplication preacutecoce de reacutesidus de cafeacute sur des individus en
germination La floraison est stimuleacutee par lrsquoapport drsquoengrais organiques chez plusieurs espegraveces
(Umesha et al 2011) Chez Solanum nigrum des doses insuffisantes drsquoengrais organiques
entrainaient un retard de floraison Cela serait ducirc agrave un deacuteficit drsquoeacuteleacutements nutritifs reacuteduisant la
croissance et causant un retard de la floraison (Umesha et al 2011) Nos reacutesultats semblent en
Discussions
20
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
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Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cole
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5N
om
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
fluoxeacutetine
teacutemoin
Aa
0
1
2
3
4
5
Nom
bre
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gra
ines
par
indiv
idu
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
aa a
0
05
1
15
2
25
Poid
s des
gra
ines
(g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
0
05
1
15
2
25
Poid
s des
gra
ines
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
a aa
a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
0
05
1
15
2
25
3
35
Poid
s des
gouss
es (
g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
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Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 19
Reacutesultats
10 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 3 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application
de laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur lrsquoinitiation de nodules
racinaires par individus de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
La fluoxeacutetine nrsquoinflue pas sur la taille des nodules des racines (p=01658) tandis que le
laquo mulching raquo au marc de cafeacute reacuteduit leur taille drsquoenviron 04mm (p=00017) lorsque appliqueacute
en deacutebut des phases de germination et de croissance veacutegeacutetative (Figure 4B)
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Reacutesultats
11 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 4 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le la taille des nodules racinaires
de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III2 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la tige et la feuille
La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet (p=03319) sur lrsquoeacutelongation de la tige (Figure 5A) Par contre les
plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sont
significativement plus courtes drsquoenviron 1cm (p=00026) compareacutees aux plantes teacutemoins
(Figures 5B)
La fluoxeacutetine (p= 03169) et le laquo mulch raquo de cafeacute (p=07685) nrsquoont aucune influence sur la
couleur des feuilles (Annexe 3)
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Reacutesultats
12 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 5 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la hauteur des tiges de Phaseolus
vulgaris apregraves 3 mois de culture
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III3 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les fleurs et les fruits
Les figures 6A et 6B preacutesentent la cineacutetique drsquoapparition des fleurs respectivement pour les
deux expeacuterimentations avec la fluoxeacutetine et le marc de cafeacute La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet
marqueacute sur le nombre de fleurs Cependant lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la
germination a provoqueacute drsquoune part un retard drsquoune semaine du pic de floraison et drsquoautre part
une reacuteduction du nombre total de fleurs produit par individu par rapport aux autres traitements
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Reacutesultats
13 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
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Reacutesultats
14 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Lrsquoarrosage chronique drsquoune concentration de fluoxeacutetine nrsquoa aucune influence sur le nombre de
gousses (Figure 7A) Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la germination a provoqueacute une
augmentation du nombre de gousses en S8 (p=00451) et S9 (p=00391) puis lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute avant la croissance veacutegeacutetative a deacuteclencheacute une augmentation du nombre de
gousses depuis S8 (p=00263)
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
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Reacutesultats
15 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Aucun effet significatif de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute nrsquoa eacuteteacute trouveacute sur le poids des
gousses le poids des graines ou le nombre de graines de Phaseolus vulgaris (Annexe 3)
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la microfaune du sol
Dans un premier temps lrsquoanalyse au preacutealable de la microfaune du sol au niveau du sol situeacute
sous le laquo mulch raquo nrsquoa pas permis de deacutetecter une diffeacuterence significative avec les cultures
teacutemoins Crsquoest la raison pour laquelle les comparaisons ont eacuteteacute focaliseacutees sur le laquo mulch raquo
couvrant le substrat initial
La fluoxeacutetine nrsquoa pas drsquoinfluence sur lrsquoabondance drsquoacariens (p=08734) et de collemboles
(p=1) dans le sol
Par contre lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la
plante permet de favoriser le deacuteveloppement drsquoune acarofaune (p=0022) surtout lors drsquoune
addition au cours du stade veacutegeacutetatif De mecircme le laquomulchingraquo favorise la prolifeacuteration de
collemboles (p=00130) dans le substrat mais leur nombre est nettement infeacuterieur compareacute aux
acariens (Figure 8)
Reacutesultats
16 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le
nombre de microfaunes acariens et collemboles dans le substrat
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
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mulch germination
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Discussions
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
IV DISCUSSIONS
La croissance et le deacuteveloppement des plants de haricot sont inhibeacutes par la preacutesence de
laquo mulch raquo de cafeacute Les reacutesultats ont montreacute que lrsquoeacutelongation de la tige est inhibeacutee par lrsquoaddition
de laquo mulch raquo de cafeacute et que lrsquoapplication de ce dernier agrave des peacuteriodes coiumlncidant avec le deacutebut
des stades veacutegeacutetatif et de floraison induit une reacuteduction de la biomasse racinaire et une
inhibition de lrsquoeacutelongation racinaire au stade de germination
Ces effets inhibiteurs pourraient ecirctre causeacutes par la teneur en cafeacuteine qui persiste dans les reacutesidus
de cafeacute utiliseacutes En effet il a eacuteteacute rapporteacute que lajout de cafeacuteine dans le substrat agrave certaines doses
conduirait agrave des symptocircmes semblables agrave une carence en calcium y compris un retard de
croissance chez les plantes (http 4) Il a eacuteteacute aussi mentionneacute que la cafeacuteine agrave une concentration
de 60ppm induisait une inhibition de la croissance des tiges et des racines chez
Phaseolus vulgaris (Lahouti et al 2007) En effet la cafeacuteine est connue pour son action
inhibitrice de la prolifeacuteration cellulaire (Levi-Schaffer et al 1991) Elle eacutetait rapporteacutee comme
favorisant le deacuteclenchement de la mort cellulaire programmeacutee et perturbe les proteacuteines
reacutegulatrices du cycle cellulaire (Bode et Dong 2007) La cafeacuteine ou lrsquoacide cafeacuteique a eacuteteacute deacutecrit
comme inhibiteur de la prolifeacuteration des cellules du cancer du sein (Rosendahl 2015) Plus
particuliegraverement la cafeacuteine est connue comme eacutetant un inhibiteur de la formation du
phragmoplaste lors la division cellulaire chez les veacutegeacutetaux empecircchant la cytodieacuteregravese (Hepler et
Bonsignore 1990) Cet effet reacutesulterait en la reacuteduction de la division cellulaire et du nombre de
cellules dans le meacuteristegraveme apical de la tige (Helper et Bosignore 1990 Galatis et Apostolakos
1991) Chez la laitue lrsquoaddition de marc de cafeacute agrave une concentration entre 25 et 5 (vv) nrsquoa
pas drsquoeffets significatifs sur la croissance et le deacuteveloppement de la plante Par contre une
induction du stress est observeacutee agrave des concentrations supeacuterieures agrave 10 probablement due agrave
lrsquoaugmentation de composeacutes phytotoxiques comme la cafeacuteine ou bien agrave la reacuteduction des
macronutriments absorbeacutes par la plante pour sa croissance (Gomes et al 2013) Drsquoautres
composeacutes potentiellement toxiques comme les tanins et lrsquoacide chlorogeacutenique persistent dans
le marc de cafeacute (Batish et al 2008) et sont susceptibles drsquoentraicircner une inhibition de la
croissance de la plante (Gomes et al 2013) Pandey et al (2007) suggeacuteraient que crsquoest la
preacutesence de lrsquoacide chlorogeacutenique dans le cafeacute qui provoque lrsquoinhibition de la croissance de la
plante Ce composeacute est rapporteacute comme inhibiteur de la croissance du coleacuteoptile chez le bleacute
(Kefeli et al 1978) Mais drsquoautres auteurs stipulent que les polypheacutenols abondants dans le
marc de cafeacute pourraient agir aussi comme inhibiteurs ou comme stimulateurs de la croissance
en fonction de leur concentration (Ignat et al 2009)
Discussions
18
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
La preacutesence de champignons et bacteacuteries qui prolifegraverent abondamment dans le marc de cafeacute
favoriserait lrsquoapparition de maladies au niveau des racines et par conseacutequent un retard de
croissance (http 5)
Lrsquoinitiation et la croissance des nodules sont inhibeacutees chez les plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo
de cafeacute En effet les plants de haricot traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut de floraison
ont deacuteveloppeacute peu de nodules racinaires par rapport aux plants teacutemoins et la taille des nodules
est reacuteduite chez les plants traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute au cours des stades de germination
et de croissance veacutegeacutetative
A part lrsquoeffet inhibiteur de la cafeacuteine preacutesente dans les reacutesidus de cafeacute lrsquoinhibition de lrsquoinitiation
nodulaire et la reacuteduction de la taille des nodules sont causeacutees par plusieurs des facteurs
hormonaux et drsquoautres lieacutes au niveau de nitrate ou drsquoammonium Linitiation de nodules est
controcircleacutee par plusieurs facteurs hormonaux (Schultze et Kondorosi 1998) mais la formation
des nodules deacutepend de la communication entre la tige et la racine (Complainville 2003
Okamoto et Kawaguchi2015) En particulier le nitrate est connu pour reacuteguler neacutegativement le
transport basipeacutetal de lrsquoauxine entre la racine et la tige dougrave lrsquoinhibition de la nodulation par
de fortes concentrations en nitrate (Mortier 2012 Saito 2014) Les conditions de
lenvironnement telles que la disponibiliteacute en nitrate ou ammonium affectent les processus de
nodulation et les signaux endogegravenes tels que la provision de carbone lefficaciteacute de nodulation
et le processus de fixation dazote (Mortier 2012) Chez Lotus japonicus lrsquoapplication de
concentrations de nitrate entre 3 et 10 mM entraicircne une inhibition de lrsquoinitiation de nodules
(Okamoto et Kawaguchi 2015) via lrsquoinhibition de la nitrogeacutenase (Carroll et Gresshoff
1983)Chez les plantes de soja les diamegravetres des nodules ont augmenteacute de 1 agrave 6 mm pour 14
jours en absence de nitrate En revanche laugmentation de la taille des nodules a eacuteteacute reacuteduite
par laddition de 5mM de nitrate (Saito et al 2014) Une forte consommation de
photosyntheacutetats au niveau des racines peut aussi limiter leur allocation aux nodules qui peut
entraicircner une inhibition de la croissance et lrsquoarrecirct de la fixation de lazote atmospheacuterique
(Yashima 2005) Chez le pois une faible concentration en NH4+ favorise une augmentation de
la taille des nodules Il semble qursquoune meilleure fixation de N2 est obtenue lorsque du NH4+ est
disponible (Vassey et Waterer 1992)Or le nitrate est la forme principale drsquoazote dans le
vermicompost de cafeacute (Chaoui et al 2003 Micelli et al 2007 Tognetti 2010) Il est alors
possible que le faible nombre de nodules et la reacuteduction de la taille des nodules chez les
plantules traiteacutees aient eacuteteacute provoqueacutes par une concentration eacuteleveacutee de nitrate dans le marc de
cafeacute
Discussions
19
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les flavonoiumldes affectent la formation des nodules gracircce agrave leur proprieacuteteacute reacuteductrice du transport
et de lrsquoaccumulation drsquoauxine Un signal de cytokinine est deacuteterminant pour lrsquoinitiation des
nodules agrave travers lrsquoinhibition du transport polaire et de lrsquoaccumulation drsquoauxine dans les cellules
corticales par les flavonoiumldes (Ng et al 2015) Le rocircle de lauxine dans la nodulation est lieacute
eacutetroitement au deacuteveloppement dautres structures racinaires comme la racine lateacuterale Le
deacuteveloppement des racines et des nodules est reacuteguleacute par le ratio auxine-cytokinine
Lrsquoaccumulation drsquoauxine stimule la formation de racines lateacuterales alors que lrsquoaugmentation de
cytokinine ou lrsquoinhibition du transport dauxine induit le deacuteveloppement de pseudo-
nodules (http 6) Il est inteacuteressant de souligner que lrsquoapplication de marc de cafeacute avait stimuleacute
la formation de nodules racinaires chez les plants de soja (Lee et Hirsch 2006)
Lrsquoutilisation de laquo mulch raquo pour ameacuteliorer les cultures peut entraicircner des effets sur la diversiteacute
et lrsquoabondance microbiennes (Tiquia et al 2002) En effet laddition de vermicompost de cafeacute
dans le sol a favoriseacute lactiviteacute microbienne (Atiyeh et al 2002 Theunissen 2010) Par contre
peu drsquoeacutetudes srsquoest inteacuteresseacutee agrave lrsquoeffet du laquo mulching raquo sur la microfaune du sol Nos reacutesultats
indiquent que le sol couvert de marc de cafeacute contient un nombre plus important de microfaunes
La deacutecomposition des reacutesidus de cafeacute est lente due agrave la preacutesence drsquoazote proteacuteique structural et
de fortes concentrations de lipides (Kitou et Okuno 1999) Ce qui pourrait neacutecessiter
lrsquointervention drsquoinsectes phytophages qui ne sont pas repousseacutes par le cafeacute En effet lrsquoaddition
de reacutesidus de cafeacute atteacutenue les ravages sur les plants de soja occasionneacutes par Megacopta
cribraria en renforccedilant le systegraveme de deacutefense de la plante (http 7)
Drsquoautres eacutetudes indiquent par contre une absence drsquoeffet protecteur des reacutesidus de cafeacute agrave
lrsquoexemple de lrsquoinsecte ravageur Aulacaspis yasumatsui sur les cycas (Magellan et al 2013)
la cafeacuteine eacutetant consideacutereacutee comme un composeacute de deacutefense de la plante contre les herbivores et
les microorganismes (Brownlee et al 1990 Cruz et al 2012) Dans le cadre de notre eacutetude
la teneur en cafeacuteine dans les reacutesidus est consideacutereacutee comme faible agrave la suite drsquoune premiegravere
extraction aqueuse agrave chaud Ce qui aurait favoriseacute la prolifeacuteration de la microfaune du sol
essentiellement dans la partie correspondante au laquo mulch raquo
La floraison est retardeacutee en cas drsquoapplication preacutecoce de reacutesidus de cafeacute sur des individus en
germination La floraison est stimuleacutee par lrsquoapport drsquoengrais organiques chez plusieurs espegraveces
(Umesha et al 2011) Chez Solanum nigrum des doses insuffisantes drsquoengrais organiques
entrainaient un retard de floraison Cela serait ducirc agrave un deacuteficit drsquoeacuteleacutements nutritifs reacuteduisant la
croissance et causant un retard de la floraison (Umesha et al 2011) Nos reacutesultats semblent en
Discussions
20
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
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Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cole
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5N
om
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
fluoxeacutetine
teacutemoin
Aa
0
1
2
3
4
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Nom
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de
gra
ines
par
indiv
idu
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
aa a
0
05
1
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2
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Poid
s des
gra
ines
(g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
0
05
1
15
2
25
Poid
s des
gra
ines
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
a aa
a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
0
05
1
15
2
25
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gouss
es (
g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
0
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1
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2
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3
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Poid
s des
gouss
es (
g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 20
Reacutesultats
11 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 4 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le la taille des nodules racinaires
de Phaseolus vulgaris
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III2 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la tige et la feuille
La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet (p=03319) sur lrsquoeacutelongation de la tige (Figure 5A) Par contre les
plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sont
significativement plus courtes drsquoenviron 1cm (p=00026) compareacutees aux plantes teacutemoins
(Figures 5B)
La fluoxeacutetine (p= 03169) et le laquo mulch raquo de cafeacute (p=07685) nrsquoont aucune influence sur la
couleur des feuilles (Annexe 3)
a
a
0
02
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06
08
1
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Dia
megravet
re d
es nodule
s (m
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fluoxeacutetine
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A
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0
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08
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18
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Dia
megravet
re d
es n
odule
s (m
m)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
Reacutesultats
12 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 5 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la hauteur des tiges de Phaseolus
vulgaris apregraves 3 mois de culture
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III3 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les fleurs et les fruits
Les figures 6A et 6B preacutesentent la cineacutetique drsquoapparition des fleurs respectivement pour les
deux expeacuterimentations avec la fluoxeacutetine et le marc de cafeacute La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet
marqueacute sur le nombre de fleurs Cependant lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la
germination a provoqueacute drsquoune part un retard drsquoune semaine du pic de floraison et drsquoautre part
une reacuteduction du nombre total de fleurs produit par individu par rapport aux autres traitements
aa
0
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des
tig
es (
cm)
fluoxeacutetine
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Hau
teur
des
tig
es (
cm)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
BA
Reacutesultats
13 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
1
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Nom
bre
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fleu
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Nom
bre
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fleu
rsi
ndiv
idu
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
V FG
B
Reacutesultats
14 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Lrsquoarrosage chronique drsquoune concentration de fluoxeacutetine nrsquoa aucune influence sur le nombre de
gousses (Figure 7A) Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la germination a provoqueacute une
augmentation du nombre de gousses en S8 (p=00451) et S9 (p=00391) puis lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute avant la croissance veacutegeacutetative a deacuteclencheacute une augmentation du nombre de
gousses depuis S8 (p=00263)
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Nom
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Nom
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de
gouss
es
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
G VF
B
Reacutesultats
15 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Aucun effet significatif de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute nrsquoa eacuteteacute trouveacute sur le poids des
gousses le poids des graines ou le nombre de graines de Phaseolus vulgaris (Annexe 3)
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la microfaune du sol
Dans un premier temps lrsquoanalyse au preacutealable de la microfaune du sol au niveau du sol situeacute
sous le laquo mulch raquo nrsquoa pas permis de deacutetecter une diffeacuterence significative avec les cultures
teacutemoins Crsquoest la raison pour laquelle les comparaisons ont eacuteteacute focaliseacutees sur le laquo mulch raquo
couvrant le substrat initial
La fluoxeacutetine nrsquoa pas drsquoinfluence sur lrsquoabondance drsquoacariens (p=08734) et de collemboles
(p=1) dans le sol
Par contre lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la
plante permet de favoriser le deacuteveloppement drsquoune acarofaune (p=0022) surtout lors drsquoune
addition au cours du stade veacutegeacutetatif De mecircme le laquomulchingraquo favorise la prolifeacuteration de
collemboles (p=00130) dans le substrat mais leur nombre est nettement infeacuterieur compareacute aux
acariens (Figure 8)
Reacutesultats
16 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le
nombre de microfaunes acariens et collemboles dans le substrat
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
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Acariens Collemboles
Nom
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Acariens Collemboles
Nom
bre
de
Mic
rofa
unes
par
100g d
e su
bst
rat
mulch germination
mulch veacutegeacutetative
mulch floraison
teacutemoin
B
Discussions
17
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
IV DISCUSSIONS
La croissance et le deacuteveloppement des plants de haricot sont inhibeacutes par la preacutesence de
laquo mulch raquo de cafeacute Les reacutesultats ont montreacute que lrsquoeacutelongation de la tige est inhibeacutee par lrsquoaddition
de laquo mulch raquo de cafeacute et que lrsquoapplication de ce dernier agrave des peacuteriodes coiumlncidant avec le deacutebut
des stades veacutegeacutetatif et de floraison induit une reacuteduction de la biomasse racinaire et une
inhibition de lrsquoeacutelongation racinaire au stade de germination
Ces effets inhibiteurs pourraient ecirctre causeacutes par la teneur en cafeacuteine qui persiste dans les reacutesidus
de cafeacute utiliseacutes En effet il a eacuteteacute rapporteacute que lajout de cafeacuteine dans le substrat agrave certaines doses
conduirait agrave des symptocircmes semblables agrave une carence en calcium y compris un retard de
croissance chez les plantes (http 4) Il a eacuteteacute aussi mentionneacute que la cafeacuteine agrave une concentration
de 60ppm induisait une inhibition de la croissance des tiges et des racines chez
Phaseolus vulgaris (Lahouti et al 2007) En effet la cafeacuteine est connue pour son action
inhibitrice de la prolifeacuteration cellulaire (Levi-Schaffer et al 1991) Elle eacutetait rapporteacutee comme
favorisant le deacuteclenchement de la mort cellulaire programmeacutee et perturbe les proteacuteines
reacutegulatrices du cycle cellulaire (Bode et Dong 2007) La cafeacuteine ou lrsquoacide cafeacuteique a eacuteteacute deacutecrit
comme inhibiteur de la prolifeacuteration des cellules du cancer du sein (Rosendahl 2015) Plus
particuliegraverement la cafeacuteine est connue comme eacutetant un inhibiteur de la formation du
phragmoplaste lors la division cellulaire chez les veacutegeacutetaux empecircchant la cytodieacuteregravese (Hepler et
Bonsignore 1990) Cet effet reacutesulterait en la reacuteduction de la division cellulaire et du nombre de
cellules dans le meacuteristegraveme apical de la tige (Helper et Bosignore 1990 Galatis et Apostolakos
1991) Chez la laitue lrsquoaddition de marc de cafeacute agrave une concentration entre 25 et 5 (vv) nrsquoa
pas drsquoeffets significatifs sur la croissance et le deacuteveloppement de la plante Par contre une
induction du stress est observeacutee agrave des concentrations supeacuterieures agrave 10 probablement due agrave
lrsquoaugmentation de composeacutes phytotoxiques comme la cafeacuteine ou bien agrave la reacuteduction des
macronutriments absorbeacutes par la plante pour sa croissance (Gomes et al 2013) Drsquoautres
composeacutes potentiellement toxiques comme les tanins et lrsquoacide chlorogeacutenique persistent dans
le marc de cafeacute (Batish et al 2008) et sont susceptibles drsquoentraicircner une inhibition de la
croissance de la plante (Gomes et al 2013) Pandey et al (2007) suggeacuteraient que crsquoest la
preacutesence de lrsquoacide chlorogeacutenique dans le cafeacute qui provoque lrsquoinhibition de la croissance de la
plante Ce composeacute est rapporteacute comme inhibiteur de la croissance du coleacuteoptile chez le bleacute
(Kefeli et al 1978) Mais drsquoautres auteurs stipulent que les polypheacutenols abondants dans le
marc de cafeacute pourraient agir aussi comme inhibiteurs ou comme stimulateurs de la croissance
en fonction de leur concentration (Ignat et al 2009)
Discussions
18
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
La preacutesence de champignons et bacteacuteries qui prolifegraverent abondamment dans le marc de cafeacute
favoriserait lrsquoapparition de maladies au niveau des racines et par conseacutequent un retard de
croissance (http 5)
Lrsquoinitiation et la croissance des nodules sont inhibeacutees chez les plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo
de cafeacute En effet les plants de haricot traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut de floraison
ont deacuteveloppeacute peu de nodules racinaires par rapport aux plants teacutemoins et la taille des nodules
est reacuteduite chez les plants traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute au cours des stades de germination
et de croissance veacutegeacutetative
A part lrsquoeffet inhibiteur de la cafeacuteine preacutesente dans les reacutesidus de cafeacute lrsquoinhibition de lrsquoinitiation
nodulaire et la reacuteduction de la taille des nodules sont causeacutees par plusieurs des facteurs
hormonaux et drsquoautres lieacutes au niveau de nitrate ou drsquoammonium Linitiation de nodules est
controcircleacutee par plusieurs facteurs hormonaux (Schultze et Kondorosi 1998) mais la formation
des nodules deacutepend de la communication entre la tige et la racine (Complainville 2003
Okamoto et Kawaguchi2015) En particulier le nitrate est connu pour reacuteguler neacutegativement le
transport basipeacutetal de lrsquoauxine entre la racine et la tige dougrave lrsquoinhibition de la nodulation par
de fortes concentrations en nitrate (Mortier 2012 Saito 2014) Les conditions de
lenvironnement telles que la disponibiliteacute en nitrate ou ammonium affectent les processus de
nodulation et les signaux endogegravenes tels que la provision de carbone lefficaciteacute de nodulation
et le processus de fixation dazote (Mortier 2012) Chez Lotus japonicus lrsquoapplication de
concentrations de nitrate entre 3 et 10 mM entraicircne une inhibition de lrsquoinitiation de nodules
(Okamoto et Kawaguchi 2015) via lrsquoinhibition de la nitrogeacutenase (Carroll et Gresshoff
1983)Chez les plantes de soja les diamegravetres des nodules ont augmenteacute de 1 agrave 6 mm pour 14
jours en absence de nitrate En revanche laugmentation de la taille des nodules a eacuteteacute reacuteduite
par laddition de 5mM de nitrate (Saito et al 2014) Une forte consommation de
photosyntheacutetats au niveau des racines peut aussi limiter leur allocation aux nodules qui peut
entraicircner une inhibition de la croissance et lrsquoarrecirct de la fixation de lazote atmospheacuterique
(Yashima 2005) Chez le pois une faible concentration en NH4+ favorise une augmentation de
la taille des nodules Il semble qursquoune meilleure fixation de N2 est obtenue lorsque du NH4+ est
disponible (Vassey et Waterer 1992)Or le nitrate est la forme principale drsquoazote dans le
vermicompost de cafeacute (Chaoui et al 2003 Micelli et al 2007 Tognetti 2010) Il est alors
possible que le faible nombre de nodules et la reacuteduction de la taille des nodules chez les
plantules traiteacutees aient eacuteteacute provoqueacutes par une concentration eacuteleveacutee de nitrate dans le marc de
cafeacute
Discussions
19
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les flavonoiumldes affectent la formation des nodules gracircce agrave leur proprieacuteteacute reacuteductrice du transport
et de lrsquoaccumulation drsquoauxine Un signal de cytokinine est deacuteterminant pour lrsquoinitiation des
nodules agrave travers lrsquoinhibition du transport polaire et de lrsquoaccumulation drsquoauxine dans les cellules
corticales par les flavonoiumldes (Ng et al 2015) Le rocircle de lauxine dans la nodulation est lieacute
eacutetroitement au deacuteveloppement dautres structures racinaires comme la racine lateacuterale Le
deacuteveloppement des racines et des nodules est reacuteguleacute par le ratio auxine-cytokinine
Lrsquoaccumulation drsquoauxine stimule la formation de racines lateacuterales alors que lrsquoaugmentation de
cytokinine ou lrsquoinhibition du transport dauxine induit le deacuteveloppement de pseudo-
nodules (http 6) Il est inteacuteressant de souligner que lrsquoapplication de marc de cafeacute avait stimuleacute
la formation de nodules racinaires chez les plants de soja (Lee et Hirsch 2006)
Lrsquoutilisation de laquo mulch raquo pour ameacuteliorer les cultures peut entraicircner des effets sur la diversiteacute
et lrsquoabondance microbiennes (Tiquia et al 2002) En effet laddition de vermicompost de cafeacute
dans le sol a favoriseacute lactiviteacute microbienne (Atiyeh et al 2002 Theunissen 2010) Par contre
peu drsquoeacutetudes srsquoest inteacuteresseacutee agrave lrsquoeffet du laquo mulching raquo sur la microfaune du sol Nos reacutesultats
indiquent que le sol couvert de marc de cafeacute contient un nombre plus important de microfaunes
La deacutecomposition des reacutesidus de cafeacute est lente due agrave la preacutesence drsquoazote proteacuteique structural et
de fortes concentrations de lipides (Kitou et Okuno 1999) Ce qui pourrait neacutecessiter
lrsquointervention drsquoinsectes phytophages qui ne sont pas repousseacutes par le cafeacute En effet lrsquoaddition
de reacutesidus de cafeacute atteacutenue les ravages sur les plants de soja occasionneacutes par Megacopta
cribraria en renforccedilant le systegraveme de deacutefense de la plante (http 7)
Drsquoautres eacutetudes indiquent par contre une absence drsquoeffet protecteur des reacutesidus de cafeacute agrave
lrsquoexemple de lrsquoinsecte ravageur Aulacaspis yasumatsui sur les cycas (Magellan et al 2013)
la cafeacuteine eacutetant consideacutereacutee comme un composeacute de deacutefense de la plante contre les herbivores et
les microorganismes (Brownlee et al 1990 Cruz et al 2012) Dans le cadre de notre eacutetude
la teneur en cafeacuteine dans les reacutesidus est consideacutereacutee comme faible agrave la suite drsquoune premiegravere
extraction aqueuse agrave chaud Ce qui aurait favoriseacute la prolifeacuteration de la microfaune du sol
essentiellement dans la partie correspondante au laquo mulch raquo
La floraison est retardeacutee en cas drsquoapplication preacutecoce de reacutesidus de cafeacute sur des individus en
germination La floraison est stimuleacutee par lrsquoapport drsquoengrais organiques chez plusieurs espegraveces
(Umesha et al 2011) Chez Solanum nigrum des doses insuffisantes drsquoengrais organiques
entrainaient un retard de floraison Cela serait ducirc agrave un deacuteficit drsquoeacuteleacutements nutritifs reacuteduisant la
croissance et causant un retard de la floraison (Umesha et al 2011) Nos reacutesultats semblent en
Discussions
20
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
Reacutefeacuterences bibliographiques
23
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
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-http4wwwcondexatedenbaycomles-effets-de-la-cafeine-sur-la-croissance-des-plants-de
pois
-http5 wwwacesnmsueducesyard2000111800html2
-http6 wwweolssnetsample-chaptersc17E6-58-07-16pdf
-http7 wwwcoplacorgpublicationsmetamorphosis
-http8 wwwpuyallupwsueduwp-contentuploadssites403201503coffee-groundspdf
Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cole
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5N
om
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
fluoxeacutetine
teacutemoin
Aa
0
1
2
3
4
5
Nom
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
aa a
0
05
1
15
2
25
Poid
s des
gra
ines
(g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
0
05
1
15
2
25
Poid
s des
gra
ines
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
a aa
a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
0
05
1
15
2
25
3
35
Poid
s des
gouss
es (
g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
0
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1
15
2
25
3
35
Poid
s des
gouss
es (
g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 21
Reacutesultats
12 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 5 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la hauteur des tiges de Phaseolus
vulgaris apregraves 3 mois de culture
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
III3 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur les fleurs et les fruits
Les figures 6A et 6B preacutesentent la cineacutetique drsquoapparition des fleurs respectivement pour les
deux expeacuterimentations avec la fluoxeacutetine et le marc de cafeacute La fluoxeacutetine nrsquoa aucun effet
marqueacute sur le nombre de fleurs Cependant lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la
germination a provoqueacute drsquoune part un retard drsquoune semaine du pic de floraison et drsquoautre part
une reacuteduction du nombre total de fleurs produit par individu par rapport aux autres traitements
aa
0
2
4
6
8
10
12
Hau
teur
des
tig
es (
cm)
fluoxeacutetine
teacutemoin
b b b
a
0
2
4
6
8
10
12
Hau
teur
des
tig
es (
cm)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
BA
Reacutesultats
13 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
1
2
3
4
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Nom
bre
de
fleu
rsi
ndiv
idu
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
0
1
2
3
4
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Nom
bre
de
fleu
rsi
ndiv
idu
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
V FG
B
Reacutesultats
14 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Lrsquoarrosage chronique drsquoune concentration de fluoxeacutetine nrsquoa aucune influence sur le nombre de
gousses (Figure 7A) Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la germination a provoqueacute une
augmentation du nombre de gousses en S8 (p=00451) et S9 (p=00391) puis lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute avant la croissance veacutegeacutetative a deacuteclencheacute une augmentation du nombre de
gousses depuis S8 (p=00263)
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
1
2
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4
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6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Nom
bre
de
gouss
es
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
0
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4
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Nom
bre
de
gouss
es
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
G VF
B
Reacutesultats
15 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Aucun effet significatif de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute nrsquoa eacuteteacute trouveacute sur le poids des
gousses le poids des graines ou le nombre de graines de Phaseolus vulgaris (Annexe 3)
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la microfaune du sol
Dans un premier temps lrsquoanalyse au preacutealable de la microfaune du sol au niveau du sol situeacute
sous le laquo mulch raquo nrsquoa pas permis de deacutetecter une diffeacuterence significative avec les cultures
teacutemoins Crsquoest la raison pour laquelle les comparaisons ont eacuteteacute focaliseacutees sur le laquo mulch raquo
couvrant le substrat initial
La fluoxeacutetine nrsquoa pas drsquoinfluence sur lrsquoabondance drsquoacariens (p=08734) et de collemboles
(p=1) dans le sol
Par contre lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la
plante permet de favoriser le deacuteveloppement drsquoune acarofaune (p=0022) surtout lors drsquoune
addition au cours du stade veacutegeacutetatif De mecircme le laquomulchingraquo favorise la prolifeacuteration de
collemboles (p=00130) dans le substrat mais leur nombre est nettement infeacuterieur compareacute aux
acariens (Figure 8)
Reacutesultats
16 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le
nombre de microfaunes acariens et collemboles dans le substrat
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
a
a
a
0
1
2
3
4
Acariens Collemboles
Nom
bre
de
mic
rofa
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e su
bst
rat
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
ab
a
b
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aa a0
20
40
60
80
100
Acariens Collemboles
Nom
bre
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Mic
rofa
unes
par
100g d
e su
bst
rat
mulch germination
mulch veacutegeacutetative
mulch floraison
teacutemoin
B
Discussions
17
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
IV DISCUSSIONS
La croissance et le deacuteveloppement des plants de haricot sont inhibeacutes par la preacutesence de
laquo mulch raquo de cafeacute Les reacutesultats ont montreacute que lrsquoeacutelongation de la tige est inhibeacutee par lrsquoaddition
de laquo mulch raquo de cafeacute et que lrsquoapplication de ce dernier agrave des peacuteriodes coiumlncidant avec le deacutebut
des stades veacutegeacutetatif et de floraison induit une reacuteduction de la biomasse racinaire et une
inhibition de lrsquoeacutelongation racinaire au stade de germination
Ces effets inhibiteurs pourraient ecirctre causeacutes par la teneur en cafeacuteine qui persiste dans les reacutesidus
de cafeacute utiliseacutes En effet il a eacuteteacute rapporteacute que lajout de cafeacuteine dans le substrat agrave certaines doses
conduirait agrave des symptocircmes semblables agrave une carence en calcium y compris un retard de
croissance chez les plantes (http 4) Il a eacuteteacute aussi mentionneacute que la cafeacuteine agrave une concentration
de 60ppm induisait une inhibition de la croissance des tiges et des racines chez
Phaseolus vulgaris (Lahouti et al 2007) En effet la cafeacuteine est connue pour son action
inhibitrice de la prolifeacuteration cellulaire (Levi-Schaffer et al 1991) Elle eacutetait rapporteacutee comme
favorisant le deacuteclenchement de la mort cellulaire programmeacutee et perturbe les proteacuteines
reacutegulatrices du cycle cellulaire (Bode et Dong 2007) La cafeacuteine ou lrsquoacide cafeacuteique a eacuteteacute deacutecrit
comme inhibiteur de la prolifeacuteration des cellules du cancer du sein (Rosendahl 2015) Plus
particuliegraverement la cafeacuteine est connue comme eacutetant un inhibiteur de la formation du
phragmoplaste lors la division cellulaire chez les veacutegeacutetaux empecircchant la cytodieacuteregravese (Hepler et
Bonsignore 1990) Cet effet reacutesulterait en la reacuteduction de la division cellulaire et du nombre de
cellules dans le meacuteristegraveme apical de la tige (Helper et Bosignore 1990 Galatis et Apostolakos
1991) Chez la laitue lrsquoaddition de marc de cafeacute agrave une concentration entre 25 et 5 (vv) nrsquoa
pas drsquoeffets significatifs sur la croissance et le deacuteveloppement de la plante Par contre une
induction du stress est observeacutee agrave des concentrations supeacuterieures agrave 10 probablement due agrave
lrsquoaugmentation de composeacutes phytotoxiques comme la cafeacuteine ou bien agrave la reacuteduction des
macronutriments absorbeacutes par la plante pour sa croissance (Gomes et al 2013) Drsquoautres
composeacutes potentiellement toxiques comme les tanins et lrsquoacide chlorogeacutenique persistent dans
le marc de cafeacute (Batish et al 2008) et sont susceptibles drsquoentraicircner une inhibition de la
croissance de la plante (Gomes et al 2013) Pandey et al (2007) suggeacuteraient que crsquoest la
preacutesence de lrsquoacide chlorogeacutenique dans le cafeacute qui provoque lrsquoinhibition de la croissance de la
plante Ce composeacute est rapporteacute comme inhibiteur de la croissance du coleacuteoptile chez le bleacute
(Kefeli et al 1978) Mais drsquoautres auteurs stipulent que les polypheacutenols abondants dans le
marc de cafeacute pourraient agir aussi comme inhibiteurs ou comme stimulateurs de la croissance
en fonction de leur concentration (Ignat et al 2009)
Discussions
18
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
La preacutesence de champignons et bacteacuteries qui prolifegraverent abondamment dans le marc de cafeacute
favoriserait lrsquoapparition de maladies au niveau des racines et par conseacutequent un retard de
croissance (http 5)
Lrsquoinitiation et la croissance des nodules sont inhibeacutees chez les plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo
de cafeacute En effet les plants de haricot traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut de floraison
ont deacuteveloppeacute peu de nodules racinaires par rapport aux plants teacutemoins et la taille des nodules
est reacuteduite chez les plants traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute au cours des stades de germination
et de croissance veacutegeacutetative
A part lrsquoeffet inhibiteur de la cafeacuteine preacutesente dans les reacutesidus de cafeacute lrsquoinhibition de lrsquoinitiation
nodulaire et la reacuteduction de la taille des nodules sont causeacutees par plusieurs des facteurs
hormonaux et drsquoautres lieacutes au niveau de nitrate ou drsquoammonium Linitiation de nodules est
controcircleacutee par plusieurs facteurs hormonaux (Schultze et Kondorosi 1998) mais la formation
des nodules deacutepend de la communication entre la tige et la racine (Complainville 2003
Okamoto et Kawaguchi2015) En particulier le nitrate est connu pour reacuteguler neacutegativement le
transport basipeacutetal de lrsquoauxine entre la racine et la tige dougrave lrsquoinhibition de la nodulation par
de fortes concentrations en nitrate (Mortier 2012 Saito 2014) Les conditions de
lenvironnement telles que la disponibiliteacute en nitrate ou ammonium affectent les processus de
nodulation et les signaux endogegravenes tels que la provision de carbone lefficaciteacute de nodulation
et le processus de fixation dazote (Mortier 2012) Chez Lotus japonicus lrsquoapplication de
concentrations de nitrate entre 3 et 10 mM entraicircne une inhibition de lrsquoinitiation de nodules
(Okamoto et Kawaguchi 2015) via lrsquoinhibition de la nitrogeacutenase (Carroll et Gresshoff
1983)Chez les plantes de soja les diamegravetres des nodules ont augmenteacute de 1 agrave 6 mm pour 14
jours en absence de nitrate En revanche laugmentation de la taille des nodules a eacuteteacute reacuteduite
par laddition de 5mM de nitrate (Saito et al 2014) Une forte consommation de
photosyntheacutetats au niveau des racines peut aussi limiter leur allocation aux nodules qui peut
entraicircner une inhibition de la croissance et lrsquoarrecirct de la fixation de lazote atmospheacuterique
(Yashima 2005) Chez le pois une faible concentration en NH4+ favorise une augmentation de
la taille des nodules Il semble qursquoune meilleure fixation de N2 est obtenue lorsque du NH4+ est
disponible (Vassey et Waterer 1992)Or le nitrate est la forme principale drsquoazote dans le
vermicompost de cafeacute (Chaoui et al 2003 Micelli et al 2007 Tognetti 2010) Il est alors
possible que le faible nombre de nodules et la reacuteduction de la taille des nodules chez les
plantules traiteacutees aient eacuteteacute provoqueacutes par une concentration eacuteleveacutee de nitrate dans le marc de
cafeacute
Discussions
19
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les flavonoiumldes affectent la formation des nodules gracircce agrave leur proprieacuteteacute reacuteductrice du transport
et de lrsquoaccumulation drsquoauxine Un signal de cytokinine est deacuteterminant pour lrsquoinitiation des
nodules agrave travers lrsquoinhibition du transport polaire et de lrsquoaccumulation drsquoauxine dans les cellules
corticales par les flavonoiumldes (Ng et al 2015) Le rocircle de lauxine dans la nodulation est lieacute
eacutetroitement au deacuteveloppement dautres structures racinaires comme la racine lateacuterale Le
deacuteveloppement des racines et des nodules est reacuteguleacute par le ratio auxine-cytokinine
Lrsquoaccumulation drsquoauxine stimule la formation de racines lateacuterales alors que lrsquoaugmentation de
cytokinine ou lrsquoinhibition du transport dauxine induit le deacuteveloppement de pseudo-
nodules (http 6) Il est inteacuteressant de souligner que lrsquoapplication de marc de cafeacute avait stimuleacute
la formation de nodules racinaires chez les plants de soja (Lee et Hirsch 2006)
Lrsquoutilisation de laquo mulch raquo pour ameacuteliorer les cultures peut entraicircner des effets sur la diversiteacute
et lrsquoabondance microbiennes (Tiquia et al 2002) En effet laddition de vermicompost de cafeacute
dans le sol a favoriseacute lactiviteacute microbienne (Atiyeh et al 2002 Theunissen 2010) Par contre
peu drsquoeacutetudes srsquoest inteacuteresseacutee agrave lrsquoeffet du laquo mulching raquo sur la microfaune du sol Nos reacutesultats
indiquent que le sol couvert de marc de cafeacute contient un nombre plus important de microfaunes
La deacutecomposition des reacutesidus de cafeacute est lente due agrave la preacutesence drsquoazote proteacuteique structural et
de fortes concentrations de lipides (Kitou et Okuno 1999) Ce qui pourrait neacutecessiter
lrsquointervention drsquoinsectes phytophages qui ne sont pas repousseacutes par le cafeacute En effet lrsquoaddition
de reacutesidus de cafeacute atteacutenue les ravages sur les plants de soja occasionneacutes par Megacopta
cribraria en renforccedilant le systegraveme de deacutefense de la plante (http 7)
Drsquoautres eacutetudes indiquent par contre une absence drsquoeffet protecteur des reacutesidus de cafeacute agrave
lrsquoexemple de lrsquoinsecte ravageur Aulacaspis yasumatsui sur les cycas (Magellan et al 2013)
la cafeacuteine eacutetant consideacutereacutee comme un composeacute de deacutefense de la plante contre les herbivores et
les microorganismes (Brownlee et al 1990 Cruz et al 2012) Dans le cadre de notre eacutetude
la teneur en cafeacuteine dans les reacutesidus est consideacutereacutee comme faible agrave la suite drsquoune premiegravere
extraction aqueuse agrave chaud Ce qui aurait favoriseacute la prolifeacuteration de la microfaune du sol
essentiellement dans la partie correspondante au laquo mulch raquo
La floraison est retardeacutee en cas drsquoapplication preacutecoce de reacutesidus de cafeacute sur des individus en
germination La floraison est stimuleacutee par lrsquoapport drsquoengrais organiques chez plusieurs espegraveces
(Umesha et al 2011) Chez Solanum nigrum des doses insuffisantes drsquoengrais organiques
entrainaient un retard de floraison Cela serait ducirc agrave un deacuteficit drsquoeacuteleacutements nutritifs reacuteduisant la
croissance et causant un retard de la floraison (Umesha et al 2011) Nos reacutesultats semblent en
Discussions
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
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-http 3 wwwsordalabcomdocumentsappareil_de_berlesepdf
-http4wwwcondexatedenbaycomles-effets-de-la-cafeine-sur-la-croissance-des-plants-de
pois
-http5 wwwacesnmsueducesyard2000111800html2
-http6 wwweolssnetsample-chaptersc17E6-58-07-16pdf
-http7 wwwcoplacorgpublicationsmetamorphosis
-http8 wwwpuyallupwsueduwp-contentuploadssites403201503coffee-groundspdf
Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
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4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cole
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
0
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2
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Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5N
om
bre
de
gra
ines
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fluoxeacutetine
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floraison
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0
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1
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fluoxeacutetine
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gra
ines
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
a aa
a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
0
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g)
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Poid
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gouss
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g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 22
Reacutesultats
13 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 6 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de fleurs par individu
chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
1
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
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fluoxeacutetine
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Nom
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fleu
rsi
ndiv
idu
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
V FG
B
Reacutesultats
14 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Lrsquoarrosage chronique drsquoune concentration de fluoxeacutetine nrsquoa aucune influence sur le nombre de
gousses (Figure 7A) Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la germination a provoqueacute une
augmentation du nombre de gousses en S8 (p=00451) et S9 (p=00391) puis lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute avant la croissance veacutegeacutetative a deacuteclencheacute une augmentation du nombre de
gousses depuis S8 (p=00263)
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
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Temps (semaine)
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teacutemoin
G VF
B
Reacutesultats
15 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Aucun effet significatif de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute nrsquoa eacuteteacute trouveacute sur le poids des
gousses le poids des graines ou le nombre de graines de Phaseolus vulgaris (Annexe 3)
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la microfaune du sol
Dans un premier temps lrsquoanalyse au preacutealable de la microfaune du sol au niveau du sol situeacute
sous le laquo mulch raquo nrsquoa pas permis de deacutetecter une diffeacuterence significative avec les cultures
teacutemoins Crsquoest la raison pour laquelle les comparaisons ont eacuteteacute focaliseacutees sur le laquo mulch raquo
couvrant le substrat initial
La fluoxeacutetine nrsquoa pas drsquoinfluence sur lrsquoabondance drsquoacariens (p=08734) et de collemboles
(p=1) dans le sol
Par contre lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la
plante permet de favoriser le deacuteveloppement drsquoune acarofaune (p=0022) surtout lors drsquoune
addition au cours du stade veacutegeacutetatif De mecircme le laquomulchingraquo favorise la prolifeacuteration de
collemboles (p=00130) dans le substrat mais leur nombre est nettement infeacuterieur compareacute aux
acariens (Figure 8)
Reacutesultats
16 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le
nombre de microfaunes acariens et collemboles dans le substrat
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
a
a
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Acariens Collemboles
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fluoxeacutetine
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A
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Acariens Collemboles
Nom
bre
de
Mic
rofa
unes
par
100g d
e su
bst
rat
mulch germination
mulch veacutegeacutetative
mulch floraison
teacutemoin
B
Discussions
17
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
IV DISCUSSIONS
La croissance et le deacuteveloppement des plants de haricot sont inhibeacutes par la preacutesence de
laquo mulch raquo de cafeacute Les reacutesultats ont montreacute que lrsquoeacutelongation de la tige est inhibeacutee par lrsquoaddition
de laquo mulch raquo de cafeacute et que lrsquoapplication de ce dernier agrave des peacuteriodes coiumlncidant avec le deacutebut
des stades veacutegeacutetatif et de floraison induit une reacuteduction de la biomasse racinaire et une
inhibition de lrsquoeacutelongation racinaire au stade de germination
Ces effets inhibiteurs pourraient ecirctre causeacutes par la teneur en cafeacuteine qui persiste dans les reacutesidus
de cafeacute utiliseacutes En effet il a eacuteteacute rapporteacute que lajout de cafeacuteine dans le substrat agrave certaines doses
conduirait agrave des symptocircmes semblables agrave une carence en calcium y compris un retard de
croissance chez les plantes (http 4) Il a eacuteteacute aussi mentionneacute que la cafeacuteine agrave une concentration
de 60ppm induisait une inhibition de la croissance des tiges et des racines chez
Phaseolus vulgaris (Lahouti et al 2007) En effet la cafeacuteine est connue pour son action
inhibitrice de la prolifeacuteration cellulaire (Levi-Schaffer et al 1991) Elle eacutetait rapporteacutee comme
favorisant le deacuteclenchement de la mort cellulaire programmeacutee et perturbe les proteacuteines
reacutegulatrices du cycle cellulaire (Bode et Dong 2007) La cafeacuteine ou lrsquoacide cafeacuteique a eacuteteacute deacutecrit
comme inhibiteur de la prolifeacuteration des cellules du cancer du sein (Rosendahl 2015) Plus
particuliegraverement la cafeacuteine est connue comme eacutetant un inhibiteur de la formation du
phragmoplaste lors la division cellulaire chez les veacutegeacutetaux empecircchant la cytodieacuteregravese (Hepler et
Bonsignore 1990) Cet effet reacutesulterait en la reacuteduction de la division cellulaire et du nombre de
cellules dans le meacuteristegraveme apical de la tige (Helper et Bosignore 1990 Galatis et Apostolakos
1991) Chez la laitue lrsquoaddition de marc de cafeacute agrave une concentration entre 25 et 5 (vv) nrsquoa
pas drsquoeffets significatifs sur la croissance et le deacuteveloppement de la plante Par contre une
induction du stress est observeacutee agrave des concentrations supeacuterieures agrave 10 probablement due agrave
lrsquoaugmentation de composeacutes phytotoxiques comme la cafeacuteine ou bien agrave la reacuteduction des
macronutriments absorbeacutes par la plante pour sa croissance (Gomes et al 2013) Drsquoautres
composeacutes potentiellement toxiques comme les tanins et lrsquoacide chlorogeacutenique persistent dans
le marc de cafeacute (Batish et al 2008) et sont susceptibles drsquoentraicircner une inhibition de la
croissance de la plante (Gomes et al 2013) Pandey et al (2007) suggeacuteraient que crsquoest la
preacutesence de lrsquoacide chlorogeacutenique dans le cafeacute qui provoque lrsquoinhibition de la croissance de la
plante Ce composeacute est rapporteacute comme inhibiteur de la croissance du coleacuteoptile chez le bleacute
(Kefeli et al 1978) Mais drsquoautres auteurs stipulent que les polypheacutenols abondants dans le
marc de cafeacute pourraient agir aussi comme inhibiteurs ou comme stimulateurs de la croissance
en fonction de leur concentration (Ignat et al 2009)
Discussions
18
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
La preacutesence de champignons et bacteacuteries qui prolifegraverent abondamment dans le marc de cafeacute
favoriserait lrsquoapparition de maladies au niveau des racines et par conseacutequent un retard de
croissance (http 5)
Lrsquoinitiation et la croissance des nodules sont inhibeacutees chez les plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo
de cafeacute En effet les plants de haricot traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut de floraison
ont deacuteveloppeacute peu de nodules racinaires par rapport aux plants teacutemoins et la taille des nodules
est reacuteduite chez les plants traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute au cours des stades de germination
et de croissance veacutegeacutetative
A part lrsquoeffet inhibiteur de la cafeacuteine preacutesente dans les reacutesidus de cafeacute lrsquoinhibition de lrsquoinitiation
nodulaire et la reacuteduction de la taille des nodules sont causeacutees par plusieurs des facteurs
hormonaux et drsquoautres lieacutes au niveau de nitrate ou drsquoammonium Linitiation de nodules est
controcircleacutee par plusieurs facteurs hormonaux (Schultze et Kondorosi 1998) mais la formation
des nodules deacutepend de la communication entre la tige et la racine (Complainville 2003
Okamoto et Kawaguchi2015) En particulier le nitrate est connu pour reacuteguler neacutegativement le
transport basipeacutetal de lrsquoauxine entre la racine et la tige dougrave lrsquoinhibition de la nodulation par
de fortes concentrations en nitrate (Mortier 2012 Saito 2014) Les conditions de
lenvironnement telles que la disponibiliteacute en nitrate ou ammonium affectent les processus de
nodulation et les signaux endogegravenes tels que la provision de carbone lefficaciteacute de nodulation
et le processus de fixation dazote (Mortier 2012) Chez Lotus japonicus lrsquoapplication de
concentrations de nitrate entre 3 et 10 mM entraicircne une inhibition de lrsquoinitiation de nodules
(Okamoto et Kawaguchi 2015) via lrsquoinhibition de la nitrogeacutenase (Carroll et Gresshoff
1983)Chez les plantes de soja les diamegravetres des nodules ont augmenteacute de 1 agrave 6 mm pour 14
jours en absence de nitrate En revanche laugmentation de la taille des nodules a eacuteteacute reacuteduite
par laddition de 5mM de nitrate (Saito et al 2014) Une forte consommation de
photosyntheacutetats au niveau des racines peut aussi limiter leur allocation aux nodules qui peut
entraicircner une inhibition de la croissance et lrsquoarrecirct de la fixation de lazote atmospheacuterique
(Yashima 2005) Chez le pois une faible concentration en NH4+ favorise une augmentation de
la taille des nodules Il semble qursquoune meilleure fixation de N2 est obtenue lorsque du NH4+ est
disponible (Vassey et Waterer 1992)Or le nitrate est la forme principale drsquoazote dans le
vermicompost de cafeacute (Chaoui et al 2003 Micelli et al 2007 Tognetti 2010) Il est alors
possible que le faible nombre de nodules et la reacuteduction de la taille des nodules chez les
plantules traiteacutees aient eacuteteacute provoqueacutes par une concentration eacuteleveacutee de nitrate dans le marc de
cafeacute
Discussions
19
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les flavonoiumldes affectent la formation des nodules gracircce agrave leur proprieacuteteacute reacuteductrice du transport
et de lrsquoaccumulation drsquoauxine Un signal de cytokinine est deacuteterminant pour lrsquoinitiation des
nodules agrave travers lrsquoinhibition du transport polaire et de lrsquoaccumulation drsquoauxine dans les cellules
corticales par les flavonoiumldes (Ng et al 2015) Le rocircle de lauxine dans la nodulation est lieacute
eacutetroitement au deacuteveloppement dautres structures racinaires comme la racine lateacuterale Le
deacuteveloppement des racines et des nodules est reacuteguleacute par le ratio auxine-cytokinine
Lrsquoaccumulation drsquoauxine stimule la formation de racines lateacuterales alors que lrsquoaugmentation de
cytokinine ou lrsquoinhibition du transport dauxine induit le deacuteveloppement de pseudo-
nodules (http 6) Il est inteacuteressant de souligner que lrsquoapplication de marc de cafeacute avait stimuleacute
la formation de nodules racinaires chez les plants de soja (Lee et Hirsch 2006)
Lrsquoutilisation de laquo mulch raquo pour ameacuteliorer les cultures peut entraicircner des effets sur la diversiteacute
et lrsquoabondance microbiennes (Tiquia et al 2002) En effet laddition de vermicompost de cafeacute
dans le sol a favoriseacute lactiviteacute microbienne (Atiyeh et al 2002 Theunissen 2010) Par contre
peu drsquoeacutetudes srsquoest inteacuteresseacutee agrave lrsquoeffet du laquo mulching raquo sur la microfaune du sol Nos reacutesultats
indiquent que le sol couvert de marc de cafeacute contient un nombre plus important de microfaunes
La deacutecomposition des reacutesidus de cafeacute est lente due agrave la preacutesence drsquoazote proteacuteique structural et
de fortes concentrations de lipides (Kitou et Okuno 1999) Ce qui pourrait neacutecessiter
lrsquointervention drsquoinsectes phytophages qui ne sont pas repousseacutes par le cafeacute En effet lrsquoaddition
de reacutesidus de cafeacute atteacutenue les ravages sur les plants de soja occasionneacutes par Megacopta
cribraria en renforccedilant le systegraveme de deacutefense de la plante (http 7)
Drsquoautres eacutetudes indiquent par contre une absence drsquoeffet protecteur des reacutesidus de cafeacute agrave
lrsquoexemple de lrsquoinsecte ravageur Aulacaspis yasumatsui sur les cycas (Magellan et al 2013)
la cafeacuteine eacutetant consideacutereacutee comme un composeacute de deacutefense de la plante contre les herbivores et
les microorganismes (Brownlee et al 1990 Cruz et al 2012) Dans le cadre de notre eacutetude
la teneur en cafeacuteine dans les reacutesidus est consideacutereacutee comme faible agrave la suite drsquoune premiegravere
extraction aqueuse agrave chaud Ce qui aurait favoriseacute la prolifeacuteration de la microfaune du sol
essentiellement dans la partie correspondante au laquo mulch raquo
La floraison est retardeacutee en cas drsquoapplication preacutecoce de reacutesidus de cafeacute sur des individus en
germination La floraison est stimuleacutee par lrsquoapport drsquoengrais organiques chez plusieurs espegraveces
(Umesha et al 2011) Chez Solanum nigrum des doses insuffisantes drsquoengrais organiques
entrainaient un retard de floraison Cela serait ducirc agrave un deacuteficit drsquoeacuteleacutements nutritifs reacuteduisant la
croissance et causant un retard de la floraison (Umesha et al 2011) Nos reacutesultats semblent en
Discussions
20
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
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-http8 wwwpuyallupwsueduwp-contentuploadssites403201503coffee-groundspdf
Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cole
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
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5N
om
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
fluoxeacutetine
teacutemoin
Aa
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par
indiv
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germination
veacutegeacutetative
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teacutemoin
Ba
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0
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gra
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(g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
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05
1
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2
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Poid
s des
gra
ines
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
a aa
a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
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gouss
es (
g)
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teacutemoin
A
a
a
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1
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3
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Poid
s des
gouss
es (
g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 23
Reacutesultats
14 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Lrsquoarrosage chronique drsquoune concentration de fluoxeacutetine nrsquoa aucune influence sur le nombre de
gousses (Figure 7A) Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute avant la germination a provoqueacute une
augmentation du nombre de gousses en S8 (p=00451) et S9 (p=00391) puis lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute avant la croissance veacutegeacutetative a deacuteclencheacute une augmentation du nombre de
gousses depuis S8 (p=00263)
Figure 7 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de gousses par
individu chez Phaseolus vulgaris
Les tecirctes de flegraveche (darr) indiquent les moments drsquoapplication de marc de cafeacute au substrat
0
1
2
3
4
5
6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Nom
bre
de
gouss
es
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
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A
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1
2
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4
5
6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Nom
bre
de
gouss
es
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
G VF
B
Reacutesultats
15 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Aucun effet significatif de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute nrsquoa eacuteteacute trouveacute sur le poids des
gousses le poids des graines ou le nombre de graines de Phaseolus vulgaris (Annexe 3)
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la microfaune du sol
Dans un premier temps lrsquoanalyse au preacutealable de la microfaune du sol au niveau du sol situeacute
sous le laquo mulch raquo nrsquoa pas permis de deacutetecter une diffeacuterence significative avec les cultures
teacutemoins Crsquoest la raison pour laquelle les comparaisons ont eacuteteacute focaliseacutees sur le laquo mulch raquo
couvrant le substrat initial
La fluoxeacutetine nrsquoa pas drsquoinfluence sur lrsquoabondance drsquoacariens (p=08734) et de collemboles
(p=1) dans le sol
Par contre lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la
plante permet de favoriser le deacuteveloppement drsquoune acarofaune (p=0022) surtout lors drsquoune
addition au cours du stade veacutegeacutetatif De mecircme le laquomulchingraquo favorise la prolifeacuteration de
collemboles (p=00130) dans le substrat mais leur nombre est nettement infeacuterieur compareacute aux
acariens (Figure 8)
Reacutesultats
16 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le
nombre de microfaunes acariens et collemboles dans le substrat
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
a
a
a
0
1
2
3
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Acariens Collemboles
Nom
bre
de
mic
rofa
unes
par
100g d
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bst
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Acariens Collemboles
Nom
bre
de
Mic
rofa
unes
par
100g d
e su
bst
rat
mulch germination
mulch veacutegeacutetative
mulch floraison
teacutemoin
B
Discussions
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
IV DISCUSSIONS
La croissance et le deacuteveloppement des plants de haricot sont inhibeacutes par la preacutesence de
laquo mulch raquo de cafeacute Les reacutesultats ont montreacute que lrsquoeacutelongation de la tige est inhibeacutee par lrsquoaddition
de laquo mulch raquo de cafeacute et que lrsquoapplication de ce dernier agrave des peacuteriodes coiumlncidant avec le deacutebut
des stades veacutegeacutetatif et de floraison induit une reacuteduction de la biomasse racinaire et une
inhibition de lrsquoeacutelongation racinaire au stade de germination
Ces effets inhibiteurs pourraient ecirctre causeacutes par la teneur en cafeacuteine qui persiste dans les reacutesidus
de cafeacute utiliseacutes En effet il a eacuteteacute rapporteacute que lajout de cafeacuteine dans le substrat agrave certaines doses
conduirait agrave des symptocircmes semblables agrave une carence en calcium y compris un retard de
croissance chez les plantes (http 4) Il a eacuteteacute aussi mentionneacute que la cafeacuteine agrave une concentration
de 60ppm induisait une inhibition de la croissance des tiges et des racines chez
Phaseolus vulgaris (Lahouti et al 2007) En effet la cafeacuteine est connue pour son action
inhibitrice de la prolifeacuteration cellulaire (Levi-Schaffer et al 1991) Elle eacutetait rapporteacutee comme
favorisant le deacuteclenchement de la mort cellulaire programmeacutee et perturbe les proteacuteines
reacutegulatrices du cycle cellulaire (Bode et Dong 2007) La cafeacuteine ou lrsquoacide cafeacuteique a eacuteteacute deacutecrit
comme inhibiteur de la prolifeacuteration des cellules du cancer du sein (Rosendahl 2015) Plus
particuliegraverement la cafeacuteine est connue comme eacutetant un inhibiteur de la formation du
phragmoplaste lors la division cellulaire chez les veacutegeacutetaux empecircchant la cytodieacuteregravese (Hepler et
Bonsignore 1990) Cet effet reacutesulterait en la reacuteduction de la division cellulaire et du nombre de
cellules dans le meacuteristegraveme apical de la tige (Helper et Bosignore 1990 Galatis et Apostolakos
1991) Chez la laitue lrsquoaddition de marc de cafeacute agrave une concentration entre 25 et 5 (vv) nrsquoa
pas drsquoeffets significatifs sur la croissance et le deacuteveloppement de la plante Par contre une
induction du stress est observeacutee agrave des concentrations supeacuterieures agrave 10 probablement due agrave
lrsquoaugmentation de composeacutes phytotoxiques comme la cafeacuteine ou bien agrave la reacuteduction des
macronutriments absorbeacutes par la plante pour sa croissance (Gomes et al 2013) Drsquoautres
composeacutes potentiellement toxiques comme les tanins et lrsquoacide chlorogeacutenique persistent dans
le marc de cafeacute (Batish et al 2008) et sont susceptibles drsquoentraicircner une inhibition de la
croissance de la plante (Gomes et al 2013) Pandey et al (2007) suggeacuteraient que crsquoest la
preacutesence de lrsquoacide chlorogeacutenique dans le cafeacute qui provoque lrsquoinhibition de la croissance de la
plante Ce composeacute est rapporteacute comme inhibiteur de la croissance du coleacuteoptile chez le bleacute
(Kefeli et al 1978) Mais drsquoautres auteurs stipulent que les polypheacutenols abondants dans le
marc de cafeacute pourraient agir aussi comme inhibiteurs ou comme stimulateurs de la croissance
en fonction de leur concentration (Ignat et al 2009)
Discussions
18
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
La preacutesence de champignons et bacteacuteries qui prolifegraverent abondamment dans le marc de cafeacute
favoriserait lrsquoapparition de maladies au niveau des racines et par conseacutequent un retard de
croissance (http 5)
Lrsquoinitiation et la croissance des nodules sont inhibeacutees chez les plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo
de cafeacute En effet les plants de haricot traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut de floraison
ont deacuteveloppeacute peu de nodules racinaires par rapport aux plants teacutemoins et la taille des nodules
est reacuteduite chez les plants traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute au cours des stades de germination
et de croissance veacutegeacutetative
A part lrsquoeffet inhibiteur de la cafeacuteine preacutesente dans les reacutesidus de cafeacute lrsquoinhibition de lrsquoinitiation
nodulaire et la reacuteduction de la taille des nodules sont causeacutees par plusieurs des facteurs
hormonaux et drsquoautres lieacutes au niveau de nitrate ou drsquoammonium Linitiation de nodules est
controcircleacutee par plusieurs facteurs hormonaux (Schultze et Kondorosi 1998) mais la formation
des nodules deacutepend de la communication entre la tige et la racine (Complainville 2003
Okamoto et Kawaguchi2015) En particulier le nitrate est connu pour reacuteguler neacutegativement le
transport basipeacutetal de lrsquoauxine entre la racine et la tige dougrave lrsquoinhibition de la nodulation par
de fortes concentrations en nitrate (Mortier 2012 Saito 2014) Les conditions de
lenvironnement telles que la disponibiliteacute en nitrate ou ammonium affectent les processus de
nodulation et les signaux endogegravenes tels que la provision de carbone lefficaciteacute de nodulation
et le processus de fixation dazote (Mortier 2012) Chez Lotus japonicus lrsquoapplication de
concentrations de nitrate entre 3 et 10 mM entraicircne une inhibition de lrsquoinitiation de nodules
(Okamoto et Kawaguchi 2015) via lrsquoinhibition de la nitrogeacutenase (Carroll et Gresshoff
1983)Chez les plantes de soja les diamegravetres des nodules ont augmenteacute de 1 agrave 6 mm pour 14
jours en absence de nitrate En revanche laugmentation de la taille des nodules a eacuteteacute reacuteduite
par laddition de 5mM de nitrate (Saito et al 2014) Une forte consommation de
photosyntheacutetats au niveau des racines peut aussi limiter leur allocation aux nodules qui peut
entraicircner une inhibition de la croissance et lrsquoarrecirct de la fixation de lazote atmospheacuterique
(Yashima 2005) Chez le pois une faible concentration en NH4+ favorise une augmentation de
la taille des nodules Il semble qursquoune meilleure fixation de N2 est obtenue lorsque du NH4+ est
disponible (Vassey et Waterer 1992)Or le nitrate est la forme principale drsquoazote dans le
vermicompost de cafeacute (Chaoui et al 2003 Micelli et al 2007 Tognetti 2010) Il est alors
possible que le faible nombre de nodules et la reacuteduction de la taille des nodules chez les
plantules traiteacutees aient eacuteteacute provoqueacutes par une concentration eacuteleveacutee de nitrate dans le marc de
cafeacute
Discussions
19
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les flavonoiumldes affectent la formation des nodules gracircce agrave leur proprieacuteteacute reacuteductrice du transport
et de lrsquoaccumulation drsquoauxine Un signal de cytokinine est deacuteterminant pour lrsquoinitiation des
nodules agrave travers lrsquoinhibition du transport polaire et de lrsquoaccumulation drsquoauxine dans les cellules
corticales par les flavonoiumldes (Ng et al 2015) Le rocircle de lauxine dans la nodulation est lieacute
eacutetroitement au deacuteveloppement dautres structures racinaires comme la racine lateacuterale Le
deacuteveloppement des racines et des nodules est reacuteguleacute par le ratio auxine-cytokinine
Lrsquoaccumulation drsquoauxine stimule la formation de racines lateacuterales alors que lrsquoaugmentation de
cytokinine ou lrsquoinhibition du transport dauxine induit le deacuteveloppement de pseudo-
nodules (http 6) Il est inteacuteressant de souligner que lrsquoapplication de marc de cafeacute avait stimuleacute
la formation de nodules racinaires chez les plants de soja (Lee et Hirsch 2006)
Lrsquoutilisation de laquo mulch raquo pour ameacuteliorer les cultures peut entraicircner des effets sur la diversiteacute
et lrsquoabondance microbiennes (Tiquia et al 2002) En effet laddition de vermicompost de cafeacute
dans le sol a favoriseacute lactiviteacute microbienne (Atiyeh et al 2002 Theunissen 2010) Par contre
peu drsquoeacutetudes srsquoest inteacuteresseacutee agrave lrsquoeffet du laquo mulching raquo sur la microfaune du sol Nos reacutesultats
indiquent que le sol couvert de marc de cafeacute contient un nombre plus important de microfaunes
La deacutecomposition des reacutesidus de cafeacute est lente due agrave la preacutesence drsquoazote proteacuteique structural et
de fortes concentrations de lipides (Kitou et Okuno 1999) Ce qui pourrait neacutecessiter
lrsquointervention drsquoinsectes phytophages qui ne sont pas repousseacutes par le cafeacute En effet lrsquoaddition
de reacutesidus de cafeacute atteacutenue les ravages sur les plants de soja occasionneacutes par Megacopta
cribraria en renforccedilant le systegraveme de deacutefense de la plante (http 7)
Drsquoautres eacutetudes indiquent par contre une absence drsquoeffet protecteur des reacutesidus de cafeacute agrave
lrsquoexemple de lrsquoinsecte ravageur Aulacaspis yasumatsui sur les cycas (Magellan et al 2013)
la cafeacuteine eacutetant consideacutereacutee comme un composeacute de deacutefense de la plante contre les herbivores et
les microorganismes (Brownlee et al 1990 Cruz et al 2012) Dans le cadre de notre eacutetude
la teneur en cafeacuteine dans les reacutesidus est consideacutereacutee comme faible agrave la suite drsquoune premiegravere
extraction aqueuse agrave chaud Ce qui aurait favoriseacute la prolifeacuteration de la microfaune du sol
essentiellement dans la partie correspondante au laquo mulch raquo
La floraison est retardeacutee en cas drsquoapplication preacutecoce de reacutesidus de cafeacute sur des individus en
germination La floraison est stimuleacutee par lrsquoapport drsquoengrais organiques chez plusieurs espegraveces
(Umesha et al 2011) Chez Solanum nigrum des doses insuffisantes drsquoengrais organiques
entrainaient un retard de floraison Cela serait ducirc agrave un deacuteficit drsquoeacuteleacutements nutritifs reacuteduisant la
croissance et causant un retard de la floraison (Umesha et al 2011) Nos reacutesultats semblent en
Discussions
20
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
Reacutefeacuterences bibliographiques
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
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-http7 wwwcoplacorgpublicationsmetamorphosis
-http8 wwwpuyallupwsueduwp-contentuploadssites403201503coffee-groundspdf
Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cole
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5N
om
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
fluoxeacutetine
teacutemoin
Aa
0
1
2
3
4
5
Nom
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
aa a
0
05
1
15
2
25
Poid
s des
gra
ines
(g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
0
05
1
15
2
25
Poid
s des
gra
ines
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
a aa
a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
0
05
1
15
2
25
3
35
Poid
s des
gouss
es (
g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
0
05
1
15
2
25
3
35
Poid
s des
gouss
es (
g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 24
Reacutesultats
15 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Aucun effet significatif de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute nrsquoa eacuteteacute trouveacute sur le poids des
gousses le poids des graines ou le nombre de graines de Phaseolus vulgaris (Annexe 3)
III4 Effets de la fluoxeacutetine ou du laquo mulch raquo de cafeacute appliqueacutes agrave diffeacuterents stades de
deacuteveloppement sur la microfaune du sol
Dans un premier temps lrsquoanalyse au preacutealable de la microfaune du sol au niveau du sol situeacute
sous le laquo mulch raquo nrsquoa pas permis de deacutetecter une diffeacuterence significative avec les cultures
teacutemoins Crsquoest la raison pour laquelle les comparaisons ont eacuteteacute focaliseacutees sur le laquo mulch raquo
couvrant le substrat initial
La fluoxeacutetine nrsquoa pas drsquoinfluence sur lrsquoabondance drsquoacariens (p=08734) et de collemboles
(p=1) dans le sol
Par contre lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute aux diffeacuterents stades de deacuteveloppement de la
plante permet de favoriser le deacuteveloppement drsquoune acarofaune (p=0022) surtout lors drsquoune
addition au cours du stade veacutegeacutetatif De mecircme le laquomulchingraquo favorise la prolifeacuteration de
collemboles (p=00130) dans le substrat mais leur nombre est nettement infeacuterieur compareacute aux
acariens (Figure 8)
Reacutesultats
16 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le
nombre de microfaunes acariens et collemboles dans le substrat
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
a
a
a
0
1
2
3
4
Acariens Collemboles
Nom
bre
de
mic
rofa
unes
par
100g d
e su
bst
rat
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
ab
a
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ab
aa a0
20
40
60
80
100
Acariens Collemboles
Nom
bre
de
Mic
rofa
unes
par
100g d
e su
bst
rat
mulch germination
mulch veacutegeacutetative
mulch floraison
teacutemoin
B
Discussions
17
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
IV DISCUSSIONS
La croissance et le deacuteveloppement des plants de haricot sont inhibeacutes par la preacutesence de
laquo mulch raquo de cafeacute Les reacutesultats ont montreacute que lrsquoeacutelongation de la tige est inhibeacutee par lrsquoaddition
de laquo mulch raquo de cafeacute et que lrsquoapplication de ce dernier agrave des peacuteriodes coiumlncidant avec le deacutebut
des stades veacutegeacutetatif et de floraison induit une reacuteduction de la biomasse racinaire et une
inhibition de lrsquoeacutelongation racinaire au stade de germination
Ces effets inhibiteurs pourraient ecirctre causeacutes par la teneur en cafeacuteine qui persiste dans les reacutesidus
de cafeacute utiliseacutes En effet il a eacuteteacute rapporteacute que lajout de cafeacuteine dans le substrat agrave certaines doses
conduirait agrave des symptocircmes semblables agrave une carence en calcium y compris un retard de
croissance chez les plantes (http 4) Il a eacuteteacute aussi mentionneacute que la cafeacuteine agrave une concentration
de 60ppm induisait une inhibition de la croissance des tiges et des racines chez
Phaseolus vulgaris (Lahouti et al 2007) En effet la cafeacuteine est connue pour son action
inhibitrice de la prolifeacuteration cellulaire (Levi-Schaffer et al 1991) Elle eacutetait rapporteacutee comme
favorisant le deacuteclenchement de la mort cellulaire programmeacutee et perturbe les proteacuteines
reacutegulatrices du cycle cellulaire (Bode et Dong 2007) La cafeacuteine ou lrsquoacide cafeacuteique a eacuteteacute deacutecrit
comme inhibiteur de la prolifeacuteration des cellules du cancer du sein (Rosendahl 2015) Plus
particuliegraverement la cafeacuteine est connue comme eacutetant un inhibiteur de la formation du
phragmoplaste lors la division cellulaire chez les veacutegeacutetaux empecircchant la cytodieacuteregravese (Hepler et
Bonsignore 1990) Cet effet reacutesulterait en la reacuteduction de la division cellulaire et du nombre de
cellules dans le meacuteristegraveme apical de la tige (Helper et Bosignore 1990 Galatis et Apostolakos
1991) Chez la laitue lrsquoaddition de marc de cafeacute agrave une concentration entre 25 et 5 (vv) nrsquoa
pas drsquoeffets significatifs sur la croissance et le deacuteveloppement de la plante Par contre une
induction du stress est observeacutee agrave des concentrations supeacuterieures agrave 10 probablement due agrave
lrsquoaugmentation de composeacutes phytotoxiques comme la cafeacuteine ou bien agrave la reacuteduction des
macronutriments absorbeacutes par la plante pour sa croissance (Gomes et al 2013) Drsquoautres
composeacutes potentiellement toxiques comme les tanins et lrsquoacide chlorogeacutenique persistent dans
le marc de cafeacute (Batish et al 2008) et sont susceptibles drsquoentraicircner une inhibition de la
croissance de la plante (Gomes et al 2013) Pandey et al (2007) suggeacuteraient que crsquoest la
preacutesence de lrsquoacide chlorogeacutenique dans le cafeacute qui provoque lrsquoinhibition de la croissance de la
plante Ce composeacute est rapporteacute comme inhibiteur de la croissance du coleacuteoptile chez le bleacute
(Kefeli et al 1978) Mais drsquoautres auteurs stipulent que les polypheacutenols abondants dans le
marc de cafeacute pourraient agir aussi comme inhibiteurs ou comme stimulateurs de la croissance
en fonction de leur concentration (Ignat et al 2009)
Discussions
18
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
La preacutesence de champignons et bacteacuteries qui prolifegraverent abondamment dans le marc de cafeacute
favoriserait lrsquoapparition de maladies au niveau des racines et par conseacutequent un retard de
croissance (http 5)
Lrsquoinitiation et la croissance des nodules sont inhibeacutees chez les plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo
de cafeacute En effet les plants de haricot traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut de floraison
ont deacuteveloppeacute peu de nodules racinaires par rapport aux plants teacutemoins et la taille des nodules
est reacuteduite chez les plants traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute au cours des stades de germination
et de croissance veacutegeacutetative
A part lrsquoeffet inhibiteur de la cafeacuteine preacutesente dans les reacutesidus de cafeacute lrsquoinhibition de lrsquoinitiation
nodulaire et la reacuteduction de la taille des nodules sont causeacutees par plusieurs des facteurs
hormonaux et drsquoautres lieacutes au niveau de nitrate ou drsquoammonium Linitiation de nodules est
controcircleacutee par plusieurs facteurs hormonaux (Schultze et Kondorosi 1998) mais la formation
des nodules deacutepend de la communication entre la tige et la racine (Complainville 2003
Okamoto et Kawaguchi2015) En particulier le nitrate est connu pour reacuteguler neacutegativement le
transport basipeacutetal de lrsquoauxine entre la racine et la tige dougrave lrsquoinhibition de la nodulation par
de fortes concentrations en nitrate (Mortier 2012 Saito 2014) Les conditions de
lenvironnement telles que la disponibiliteacute en nitrate ou ammonium affectent les processus de
nodulation et les signaux endogegravenes tels que la provision de carbone lefficaciteacute de nodulation
et le processus de fixation dazote (Mortier 2012) Chez Lotus japonicus lrsquoapplication de
concentrations de nitrate entre 3 et 10 mM entraicircne une inhibition de lrsquoinitiation de nodules
(Okamoto et Kawaguchi 2015) via lrsquoinhibition de la nitrogeacutenase (Carroll et Gresshoff
1983)Chez les plantes de soja les diamegravetres des nodules ont augmenteacute de 1 agrave 6 mm pour 14
jours en absence de nitrate En revanche laugmentation de la taille des nodules a eacuteteacute reacuteduite
par laddition de 5mM de nitrate (Saito et al 2014) Une forte consommation de
photosyntheacutetats au niveau des racines peut aussi limiter leur allocation aux nodules qui peut
entraicircner une inhibition de la croissance et lrsquoarrecirct de la fixation de lazote atmospheacuterique
(Yashima 2005) Chez le pois une faible concentration en NH4+ favorise une augmentation de
la taille des nodules Il semble qursquoune meilleure fixation de N2 est obtenue lorsque du NH4+ est
disponible (Vassey et Waterer 1992)Or le nitrate est la forme principale drsquoazote dans le
vermicompost de cafeacute (Chaoui et al 2003 Micelli et al 2007 Tognetti 2010) Il est alors
possible que le faible nombre de nodules et la reacuteduction de la taille des nodules chez les
plantules traiteacutees aient eacuteteacute provoqueacutes par une concentration eacuteleveacutee de nitrate dans le marc de
cafeacute
Discussions
19
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les flavonoiumldes affectent la formation des nodules gracircce agrave leur proprieacuteteacute reacuteductrice du transport
et de lrsquoaccumulation drsquoauxine Un signal de cytokinine est deacuteterminant pour lrsquoinitiation des
nodules agrave travers lrsquoinhibition du transport polaire et de lrsquoaccumulation drsquoauxine dans les cellules
corticales par les flavonoiumldes (Ng et al 2015) Le rocircle de lauxine dans la nodulation est lieacute
eacutetroitement au deacuteveloppement dautres structures racinaires comme la racine lateacuterale Le
deacuteveloppement des racines et des nodules est reacuteguleacute par le ratio auxine-cytokinine
Lrsquoaccumulation drsquoauxine stimule la formation de racines lateacuterales alors que lrsquoaugmentation de
cytokinine ou lrsquoinhibition du transport dauxine induit le deacuteveloppement de pseudo-
nodules (http 6) Il est inteacuteressant de souligner que lrsquoapplication de marc de cafeacute avait stimuleacute
la formation de nodules racinaires chez les plants de soja (Lee et Hirsch 2006)
Lrsquoutilisation de laquo mulch raquo pour ameacuteliorer les cultures peut entraicircner des effets sur la diversiteacute
et lrsquoabondance microbiennes (Tiquia et al 2002) En effet laddition de vermicompost de cafeacute
dans le sol a favoriseacute lactiviteacute microbienne (Atiyeh et al 2002 Theunissen 2010) Par contre
peu drsquoeacutetudes srsquoest inteacuteresseacutee agrave lrsquoeffet du laquo mulching raquo sur la microfaune du sol Nos reacutesultats
indiquent que le sol couvert de marc de cafeacute contient un nombre plus important de microfaunes
La deacutecomposition des reacutesidus de cafeacute est lente due agrave la preacutesence drsquoazote proteacuteique structural et
de fortes concentrations de lipides (Kitou et Okuno 1999) Ce qui pourrait neacutecessiter
lrsquointervention drsquoinsectes phytophages qui ne sont pas repousseacutes par le cafeacute En effet lrsquoaddition
de reacutesidus de cafeacute atteacutenue les ravages sur les plants de soja occasionneacutes par Megacopta
cribraria en renforccedilant le systegraveme de deacutefense de la plante (http 7)
Drsquoautres eacutetudes indiquent par contre une absence drsquoeffet protecteur des reacutesidus de cafeacute agrave
lrsquoexemple de lrsquoinsecte ravageur Aulacaspis yasumatsui sur les cycas (Magellan et al 2013)
la cafeacuteine eacutetant consideacutereacutee comme un composeacute de deacutefense de la plante contre les herbivores et
les microorganismes (Brownlee et al 1990 Cruz et al 2012) Dans le cadre de notre eacutetude
la teneur en cafeacuteine dans les reacutesidus est consideacutereacutee comme faible agrave la suite drsquoune premiegravere
extraction aqueuse agrave chaud Ce qui aurait favoriseacute la prolifeacuteration de la microfaune du sol
essentiellement dans la partie correspondante au laquo mulch raquo
La floraison est retardeacutee en cas drsquoapplication preacutecoce de reacutesidus de cafeacute sur des individus en
germination La floraison est stimuleacutee par lrsquoapport drsquoengrais organiques chez plusieurs espegraveces
(Umesha et al 2011) Chez Solanum nigrum des doses insuffisantes drsquoengrais organiques
entrainaient un retard de floraison Cela serait ducirc agrave un deacuteficit drsquoeacuteleacutements nutritifs reacuteduisant la
croissance et causant un retard de la floraison (Umesha et al 2011) Nos reacutesultats semblent en
Discussions
20
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
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Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cole
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5N
om
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
fluoxeacutetine
teacutemoin
Aa
0
1
2
3
4
5
Nom
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
aa a
0
05
1
15
2
25
Poid
s des
gra
ines
(g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
0
05
1
15
2
25
Poid
s des
gra
ines
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
a aa
a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
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1
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Poid
s des
gouss
es (
g)
fluoxeacutetine
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25
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Poid
s des
gouss
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 25
Reacutesultats
16 Meacutemoire de MASTER JRakotonirina
Figure 8 Effets drsquoune exposition chronique au fluoxeacutetine (A) ou drsquoune application de laquo mulch raquo
de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) de Phaseolus vulgaris sur le
nombre de microfaunes acariens et collemboles dans le substrat
(Les histogrammes surmonteacutes de la mecircme lettre ne sont pas significativement diffeacuterents au risque
α=005 Les barres repreacutesentent les eacutecart-types)
a
a
a
a
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1
2
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4
Acariens Collemboles
Nom
bre
de
mic
rofa
unes
par
100g d
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bst
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fluoxeacutetine
teacutemoin
A
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Acariens Collemboles
Nom
bre
de
Mic
rofa
unes
par
100g d
e su
bst
rat
mulch germination
mulch veacutegeacutetative
mulch floraison
teacutemoin
B
Discussions
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
IV DISCUSSIONS
La croissance et le deacuteveloppement des plants de haricot sont inhibeacutes par la preacutesence de
laquo mulch raquo de cafeacute Les reacutesultats ont montreacute que lrsquoeacutelongation de la tige est inhibeacutee par lrsquoaddition
de laquo mulch raquo de cafeacute et que lrsquoapplication de ce dernier agrave des peacuteriodes coiumlncidant avec le deacutebut
des stades veacutegeacutetatif et de floraison induit une reacuteduction de la biomasse racinaire et une
inhibition de lrsquoeacutelongation racinaire au stade de germination
Ces effets inhibiteurs pourraient ecirctre causeacutes par la teneur en cafeacuteine qui persiste dans les reacutesidus
de cafeacute utiliseacutes En effet il a eacuteteacute rapporteacute que lajout de cafeacuteine dans le substrat agrave certaines doses
conduirait agrave des symptocircmes semblables agrave une carence en calcium y compris un retard de
croissance chez les plantes (http 4) Il a eacuteteacute aussi mentionneacute que la cafeacuteine agrave une concentration
de 60ppm induisait une inhibition de la croissance des tiges et des racines chez
Phaseolus vulgaris (Lahouti et al 2007) En effet la cafeacuteine est connue pour son action
inhibitrice de la prolifeacuteration cellulaire (Levi-Schaffer et al 1991) Elle eacutetait rapporteacutee comme
favorisant le deacuteclenchement de la mort cellulaire programmeacutee et perturbe les proteacuteines
reacutegulatrices du cycle cellulaire (Bode et Dong 2007) La cafeacuteine ou lrsquoacide cafeacuteique a eacuteteacute deacutecrit
comme inhibiteur de la prolifeacuteration des cellules du cancer du sein (Rosendahl 2015) Plus
particuliegraverement la cafeacuteine est connue comme eacutetant un inhibiteur de la formation du
phragmoplaste lors la division cellulaire chez les veacutegeacutetaux empecircchant la cytodieacuteregravese (Hepler et
Bonsignore 1990) Cet effet reacutesulterait en la reacuteduction de la division cellulaire et du nombre de
cellules dans le meacuteristegraveme apical de la tige (Helper et Bosignore 1990 Galatis et Apostolakos
1991) Chez la laitue lrsquoaddition de marc de cafeacute agrave une concentration entre 25 et 5 (vv) nrsquoa
pas drsquoeffets significatifs sur la croissance et le deacuteveloppement de la plante Par contre une
induction du stress est observeacutee agrave des concentrations supeacuterieures agrave 10 probablement due agrave
lrsquoaugmentation de composeacutes phytotoxiques comme la cafeacuteine ou bien agrave la reacuteduction des
macronutriments absorbeacutes par la plante pour sa croissance (Gomes et al 2013) Drsquoautres
composeacutes potentiellement toxiques comme les tanins et lrsquoacide chlorogeacutenique persistent dans
le marc de cafeacute (Batish et al 2008) et sont susceptibles drsquoentraicircner une inhibition de la
croissance de la plante (Gomes et al 2013) Pandey et al (2007) suggeacuteraient que crsquoest la
preacutesence de lrsquoacide chlorogeacutenique dans le cafeacute qui provoque lrsquoinhibition de la croissance de la
plante Ce composeacute est rapporteacute comme inhibiteur de la croissance du coleacuteoptile chez le bleacute
(Kefeli et al 1978) Mais drsquoautres auteurs stipulent que les polypheacutenols abondants dans le
marc de cafeacute pourraient agir aussi comme inhibiteurs ou comme stimulateurs de la croissance
en fonction de leur concentration (Ignat et al 2009)
Discussions
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
La preacutesence de champignons et bacteacuteries qui prolifegraverent abondamment dans le marc de cafeacute
favoriserait lrsquoapparition de maladies au niveau des racines et par conseacutequent un retard de
croissance (http 5)
Lrsquoinitiation et la croissance des nodules sont inhibeacutees chez les plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo
de cafeacute En effet les plants de haricot traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut de floraison
ont deacuteveloppeacute peu de nodules racinaires par rapport aux plants teacutemoins et la taille des nodules
est reacuteduite chez les plants traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute au cours des stades de germination
et de croissance veacutegeacutetative
A part lrsquoeffet inhibiteur de la cafeacuteine preacutesente dans les reacutesidus de cafeacute lrsquoinhibition de lrsquoinitiation
nodulaire et la reacuteduction de la taille des nodules sont causeacutees par plusieurs des facteurs
hormonaux et drsquoautres lieacutes au niveau de nitrate ou drsquoammonium Linitiation de nodules est
controcircleacutee par plusieurs facteurs hormonaux (Schultze et Kondorosi 1998) mais la formation
des nodules deacutepend de la communication entre la tige et la racine (Complainville 2003
Okamoto et Kawaguchi2015) En particulier le nitrate est connu pour reacuteguler neacutegativement le
transport basipeacutetal de lrsquoauxine entre la racine et la tige dougrave lrsquoinhibition de la nodulation par
de fortes concentrations en nitrate (Mortier 2012 Saito 2014) Les conditions de
lenvironnement telles que la disponibiliteacute en nitrate ou ammonium affectent les processus de
nodulation et les signaux endogegravenes tels que la provision de carbone lefficaciteacute de nodulation
et le processus de fixation dazote (Mortier 2012) Chez Lotus japonicus lrsquoapplication de
concentrations de nitrate entre 3 et 10 mM entraicircne une inhibition de lrsquoinitiation de nodules
(Okamoto et Kawaguchi 2015) via lrsquoinhibition de la nitrogeacutenase (Carroll et Gresshoff
1983)Chez les plantes de soja les diamegravetres des nodules ont augmenteacute de 1 agrave 6 mm pour 14
jours en absence de nitrate En revanche laugmentation de la taille des nodules a eacuteteacute reacuteduite
par laddition de 5mM de nitrate (Saito et al 2014) Une forte consommation de
photosyntheacutetats au niveau des racines peut aussi limiter leur allocation aux nodules qui peut
entraicircner une inhibition de la croissance et lrsquoarrecirct de la fixation de lazote atmospheacuterique
(Yashima 2005) Chez le pois une faible concentration en NH4+ favorise une augmentation de
la taille des nodules Il semble qursquoune meilleure fixation de N2 est obtenue lorsque du NH4+ est
disponible (Vassey et Waterer 1992)Or le nitrate est la forme principale drsquoazote dans le
vermicompost de cafeacute (Chaoui et al 2003 Micelli et al 2007 Tognetti 2010) Il est alors
possible que le faible nombre de nodules et la reacuteduction de la taille des nodules chez les
plantules traiteacutees aient eacuteteacute provoqueacutes par une concentration eacuteleveacutee de nitrate dans le marc de
cafeacute
Discussions
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les flavonoiumldes affectent la formation des nodules gracircce agrave leur proprieacuteteacute reacuteductrice du transport
et de lrsquoaccumulation drsquoauxine Un signal de cytokinine est deacuteterminant pour lrsquoinitiation des
nodules agrave travers lrsquoinhibition du transport polaire et de lrsquoaccumulation drsquoauxine dans les cellules
corticales par les flavonoiumldes (Ng et al 2015) Le rocircle de lauxine dans la nodulation est lieacute
eacutetroitement au deacuteveloppement dautres structures racinaires comme la racine lateacuterale Le
deacuteveloppement des racines et des nodules est reacuteguleacute par le ratio auxine-cytokinine
Lrsquoaccumulation drsquoauxine stimule la formation de racines lateacuterales alors que lrsquoaugmentation de
cytokinine ou lrsquoinhibition du transport dauxine induit le deacuteveloppement de pseudo-
nodules (http 6) Il est inteacuteressant de souligner que lrsquoapplication de marc de cafeacute avait stimuleacute
la formation de nodules racinaires chez les plants de soja (Lee et Hirsch 2006)
Lrsquoutilisation de laquo mulch raquo pour ameacuteliorer les cultures peut entraicircner des effets sur la diversiteacute
et lrsquoabondance microbiennes (Tiquia et al 2002) En effet laddition de vermicompost de cafeacute
dans le sol a favoriseacute lactiviteacute microbienne (Atiyeh et al 2002 Theunissen 2010) Par contre
peu drsquoeacutetudes srsquoest inteacuteresseacutee agrave lrsquoeffet du laquo mulching raquo sur la microfaune du sol Nos reacutesultats
indiquent que le sol couvert de marc de cafeacute contient un nombre plus important de microfaunes
La deacutecomposition des reacutesidus de cafeacute est lente due agrave la preacutesence drsquoazote proteacuteique structural et
de fortes concentrations de lipides (Kitou et Okuno 1999) Ce qui pourrait neacutecessiter
lrsquointervention drsquoinsectes phytophages qui ne sont pas repousseacutes par le cafeacute En effet lrsquoaddition
de reacutesidus de cafeacute atteacutenue les ravages sur les plants de soja occasionneacutes par Megacopta
cribraria en renforccedilant le systegraveme de deacutefense de la plante (http 7)
Drsquoautres eacutetudes indiquent par contre une absence drsquoeffet protecteur des reacutesidus de cafeacute agrave
lrsquoexemple de lrsquoinsecte ravageur Aulacaspis yasumatsui sur les cycas (Magellan et al 2013)
la cafeacuteine eacutetant consideacutereacutee comme un composeacute de deacutefense de la plante contre les herbivores et
les microorganismes (Brownlee et al 1990 Cruz et al 2012) Dans le cadre de notre eacutetude
la teneur en cafeacuteine dans les reacutesidus est consideacutereacutee comme faible agrave la suite drsquoune premiegravere
extraction aqueuse agrave chaud Ce qui aurait favoriseacute la prolifeacuteration de la microfaune du sol
essentiellement dans la partie correspondante au laquo mulch raquo
La floraison est retardeacutee en cas drsquoapplication preacutecoce de reacutesidus de cafeacute sur des individus en
germination La floraison est stimuleacutee par lrsquoapport drsquoengrais organiques chez plusieurs espegraveces
(Umesha et al 2011) Chez Solanum nigrum des doses insuffisantes drsquoengrais organiques
entrainaient un retard de floraison Cela serait ducirc agrave un deacuteficit drsquoeacuteleacutements nutritifs reacuteduisant la
croissance et causant un retard de la floraison (Umesha et al 2011) Nos reacutesultats semblent en
Discussions
20
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
Reacutefeacuterences bibliographiques
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
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-http8 wwwpuyallupwsueduwp-contentuploadssites403201503coffee-groundspdf
Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cole
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5N
om
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
fluoxeacutetine
teacutemoin
Aa
0
1
2
3
4
5
Nom
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
aa a
0
05
1
15
2
25
Poid
s des
gra
ines
(g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
0
05
1
15
2
25
Poid
s des
gra
ines
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
a aa
a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
0
05
1
15
2
25
3
35
Poid
s des
gouss
es (
g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
0
05
1
15
2
25
3
35
Poid
s des
gouss
es (
g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 26
Discussions
17
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
IV DISCUSSIONS
La croissance et le deacuteveloppement des plants de haricot sont inhibeacutes par la preacutesence de
laquo mulch raquo de cafeacute Les reacutesultats ont montreacute que lrsquoeacutelongation de la tige est inhibeacutee par lrsquoaddition
de laquo mulch raquo de cafeacute et que lrsquoapplication de ce dernier agrave des peacuteriodes coiumlncidant avec le deacutebut
des stades veacutegeacutetatif et de floraison induit une reacuteduction de la biomasse racinaire et une
inhibition de lrsquoeacutelongation racinaire au stade de germination
Ces effets inhibiteurs pourraient ecirctre causeacutes par la teneur en cafeacuteine qui persiste dans les reacutesidus
de cafeacute utiliseacutes En effet il a eacuteteacute rapporteacute que lajout de cafeacuteine dans le substrat agrave certaines doses
conduirait agrave des symptocircmes semblables agrave une carence en calcium y compris un retard de
croissance chez les plantes (http 4) Il a eacuteteacute aussi mentionneacute que la cafeacuteine agrave une concentration
de 60ppm induisait une inhibition de la croissance des tiges et des racines chez
Phaseolus vulgaris (Lahouti et al 2007) En effet la cafeacuteine est connue pour son action
inhibitrice de la prolifeacuteration cellulaire (Levi-Schaffer et al 1991) Elle eacutetait rapporteacutee comme
favorisant le deacuteclenchement de la mort cellulaire programmeacutee et perturbe les proteacuteines
reacutegulatrices du cycle cellulaire (Bode et Dong 2007) La cafeacuteine ou lrsquoacide cafeacuteique a eacuteteacute deacutecrit
comme inhibiteur de la prolifeacuteration des cellules du cancer du sein (Rosendahl 2015) Plus
particuliegraverement la cafeacuteine est connue comme eacutetant un inhibiteur de la formation du
phragmoplaste lors la division cellulaire chez les veacutegeacutetaux empecircchant la cytodieacuteregravese (Hepler et
Bonsignore 1990) Cet effet reacutesulterait en la reacuteduction de la division cellulaire et du nombre de
cellules dans le meacuteristegraveme apical de la tige (Helper et Bosignore 1990 Galatis et Apostolakos
1991) Chez la laitue lrsquoaddition de marc de cafeacute agrave une concentration entre 25 et 5 (vv) nrsquoa
pas drsquoeffets significatifs sur la croissance et le deacuteveloppement de la plante Par contre une
induction du stress est observeacutee agrave des concentrations supeacuterieures agrave 10 probablement due agrave
lrsquoaugmentation de composeacutes phytotoxiques comme la cafeacuteine ou bien agrave la reacuteduction des
macronutriments absorbeacutes par la plante pour sa croissance (Gomes et al 2013) Drsquoautres
composeacutes potentiellement toxiques comme les tanins et lrsquoacide chlorogeacutenique persistent dans
le marc de cafeacute (Batish et al 2008) et sont susceptibles drsquoentraicircner une inhibition de la
croissance de la plante (Gomes et al 2013) Pandey et al (2007) suggeacuteraient que crsquoest la
preacutesence de lrsquoacide chlorogeacutenique dans le cafeacute qui provoque lrsquoinhibition de la croissance de la
plante Ce composeacute est rapporteacute comme inhibiteur de la croissance du coleacuteoptile chez le bleacute
(Kefeli et al 1978) Mais drsquoautres auteurs stipulent que les polypheacutenols abondants dans le
marc de cafeacute pourraient agir aussi comme inhibiteurs ou comme stimulateurs de la croissance
en fonction de leur concentration (Ignat et al 2009)
Discussions
18
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
La preacutesence de champignons et bacteacuteries qui prolifegraverent abondamment dans le marc de cafeacute
favoriserait lrsquoapparition de maladies au niveau des racines et par conseacutequent un retard de
croissance (http 5)
Lrsquoinitiation et la croissance des nodules sont inhibeacutees chez les plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo
de cafeacute En effet les plants de haricot traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut de floraison
ont deacuteveloppeacute peu de nodules racinaires par rapport aux plants teacutemoins et la taille des nodules
est reacuteduite chez les plants traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute au cours des stades de germination
et de croissance veacutegeacutetative
A part lrsquoeffet inhibiteur de la cafeacuteine preacutesente dans les reacutesidus de cafeacute lrsquoinhibition de lrsquoinitiation
nodulaire et la reacuteduction de la taille des nodules sont causeacutees par plusieurs des facteurs
hormonaux et drsquoautres lieacutes au niveau de nitrate ou drsquoammonium Linitiation de nodules est
controcircleacutee par plusieurs facteurs hormonaux (Schultze et Kondorosi 1998) mais la formation
des nodules deacutepend de la communication entre la tige et la racine (Complainville 2003
Okamoto et Kawaguchi2015) En particulier le nitrate est connu pour reacuteguler neacutegativement le
transport basipeacutetal de lrsquoauxine entre la racine et la tige dougrave lrsquoinhibition de la nodulation par
de fortes concentrations en nitrate (Mortier 2012 Saito 2014) Les conditions de
lenvironnement telles que la disponibiliteacute en nitrate ou ammonium affectent les processus de
nodulation et les signaux endogegravenes tels que la provision de carbone lefficaciteacute de nodulation
et le processus de fixation dazote (Mortier 2012) Chez Lotus japonicus lrsquoapplication de
concentrations de nitrate entre 3 et 10 mM entraicircne une inhibition de lrsquoinitiation de nodules
(Okamoto et Kawaguchi 2015) via lrsquoinhibition de la nitrogeacutenase (Carroll et Gresshoff
1983)Chez les plantes de soja les diamegravetres des nodules ont augmenteacute de 1 agrave 6 mm pour 14
jours en absence de nitrate En revanche laugmentation de la taille des nodules a eacuteteacute reacuteduite
par laddition de 5mM de nitrate (Saito et al 2014) Une forte consommation de
photosyntheacutetats au niveau des racines peut aussi limiter leur allocation aux nodules qui peut
entraicircner une inhibition de la croissance et lrsquoarrecirct de la fixation de lazote atmospheacuterique
(Yashima 2005) Chez le pois une faible concentration en NH4+ favorise une augmentation de
la taille des nodules Il semble qursquoune meilleure fixation de N2 est obtenue lorsque du NH4+ est
disponible (Vassey et Waterer 1992)Or le nitrate est la forme principale drsquoazote dans le
vermicompost de cafeacute (Chaoui et al 2003 Micelli et al 2007 Tognetti 2010) Il est alors
possible que le faible nombre de nodules et la reacuteduction de la taille des nodules chez les
plantules traiteacutees aient eacuteteacute provoqueacutes par une concentration eacuteleveacutee de nitrate dans le marc de
cafeacute
Discussions
19
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les flavonoiumldes affectent la formation des nodules gracircce agrave leur proprieacuteteacute reacuteductrice du transport
et de lrsquoaccumulation drsquoauxine Un signal de cytokinine est deacuteterminant pour lrsquoinitiation des
nodules agrave travers lrsquoinhibition du transport polaire et de lrsquoaccumulation drsquoauxine dans les cellules
corticales par les flavonoiumldes (Ng et al 2015) Le rocircle de lauxine dans la nodulation est lieacute
eacutetroitement au deacuteveloppement dautres structures racinaires comme la racine lateacuterale Le
deacuteveloppement des racines et des nodules est reacuteguleacute par le ratio auxine-cytokinine
Lrsquoaccumulation drsquoauxine stimule la formation de racines lateacuterales alors que lrsquoaugmentation de
cytokinine ou lrsquoinhibition du transport dauxine induit le deacuteveloppement de pseudo-
nodules (http 6) Il est inteacuteressant de souligner que lrsquoapplication de marc de cafeacute avait stimuleacute
la formation de nodules racinaires chez les plants de soja (Lee et Hirsch 2006)
Lrsquoutilisation de laquo mulch raquo pour ameacuteliorer les cultures peut entraicircner des effets sur la diversiteacute
et lrsquoabondance microbiennes (Tiquia et al 2002) En effet laddition de vermicompost de cafeacute
dans le sol a favoriseacute lactiviteacute microbienne (Atiyeh et al 2002 Theunissen 2010) Par contre
peu drsquoeacutetudes srsquoest inteacuteresseacutee agrave lrsquoeffet du laquo mulching raquo sur la microfaune du sol Nos reacutesultats
indiquent que le sol couvert de marc de cafeacute contient un nombre plus important de microfaunes
La deacutecomposition des reacutesidus de cafeacute est lente due agrave la preacutesence drsquoazote proteacuteique structural et
de fortes concentrations de lipides (Kitou et Okuno 1999) Ce qui pourrait neacutecessiter
lrsquointervention drsquoinsectes phytophages qui ne sont pas repousseacutes par le cafeacute En effet lrsquoaddition
de reacutesidus de cafeacute atteacutenue les ravages sur les plants de soja occasionneacutes par Megacopta
cribraria en renforccedilant le systegraveme de deacutefense de la plante (http 7)
Drsquoautres eacutetudes indiquent par contre une absence drsquoeffet protecteur des reacutesidus de cafeacute agrave
lrsquoexemple de lrsquoinsecte ravageur Aulacaspis yasumatsui sur les cycas (Magellan et al 2013)
la cafeacuteine eacutetant consideacutereacutee comme un composeacute de deacutefense de la plante contre les herbivores et
les microorganismes (Brownlee et al 1990 Cruz et al 2012) Dans le cadre de notre eacutetude
la teneur en cafeacuteine dans les reacutesidus est consideacutereacutee comme faible agrave la suite drsquoune premiegravere
extraction aqueuse agrave chaud Ce qui aurait favoriseacute la prolifeacuteration de la microfaune du sol
essentiellement dans la partie correspondante au laquo mulch raquo
La floraison est retardeacutee en cas drsquoapplication preacutecoce de reacutesidus de cafeacute sur des individus en
germination La floraison est stimuleacutee par lrsquoapport drsquoengrais organiques chez plusieurs espegraveces
(Umesha et al 2011) Chez Solanum nigrum des doses insuffisantes drsquoengrais organiques
entrainaient un retard de floraison Cela serait ducirc agrave un deacuteficit drsquoeacuteleacutements nutritifs reacuteduisant la
croissance et causant un retard de la floraison (Umesha et al 2011) Nos reacutesultats semblent en
Discussions
20
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
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Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cole
ur
des
feu
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s
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
0
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3
4
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Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
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indiv
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fluoxeacutetine
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gra
ines
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
a aa
a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
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La preacutesence de champignons et bacteacuteries qui prolifegraverent abondamment dans le marc de cafeacute
favoriserait lrsquoapparition de maladies au niveau des racines et par conseacutequent un retard de
croissance (http 5)
Lrsquoinitiation et la croissance des nodules sont inhibeacutees chez les plantes traiteacutees avec du laquo mulch raquo
de cafeacute En effet les plants de haricot traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut de floraison
ont deacuteveloppeacute peu de nodules racinaires par rapport aux plants teacutemoins et la taille des nodules
est reacuteduite chez les plants traiteacutes avec du laquo mulch raquo de cafeacute au cours des stades de germination
et de croissance veacutegeacutetative
A part lrsquoeffet inhibiteur de la cafeacuteine preacutesente dans les reacutesidus de cafeacute lrsquoinhibition de lrsquoinitiation
nodulaire et la reacuteduction de la taille des nodules sont causeacutees par plusieurs des facteurs
hormonaux et drsquoautres lieacutes au niveau de nitrate ou drsquoammonium Linitiation de nodules est
controcircleacutee par plusieurs facteurs hormonaux (Schultze et Kondorosi 1998) mais la formation
des nodules deacutepend de la communication entre la tige et la racine (Complainville 2003
Okamoto et Kawaguchi2015) En particulier le nitrate est connu pour reacuteguler neacutegativement le
transport basipeacutetal de lrsquoauxine entre la racine et la tige dougrave lrsquoinhibition de la nodulation par
de fortes concentrations en nitrate (Mortier 2012 Saito 2014) Les conditions de
lenvironnement telles que la disponibiliteacute en nitrate ou ammonium affectent les processus de
nodulation et les signaux endogegravenes tels que la provision de carbone lefficaciteacute de nodulation
et le processus de fixation dazote (Mortier 2012) Chez Lotus japonicus lrsquoapplication de
concentrations de nitrate entre 3 et 10 mM entraicircne une inhibition de lrsquoinitiation de nodules
(Okamoto et Kawaguchi 2015) via lrsquoinhibition de la nitrogeacutenase (Carroll et Gresshoff
1983)Chez les plantes de soja les diamegravetres des nodules ont augmenteacute de 1 agrave 6 mm pour 14
jours en absence de nitrate En revanche laugmentation de la taille des nodules a eacuteteacute reacuteduite
par laddition de 5mM de nitrate (Saito et al 2014) Une forte consommation de
photosyntheacutetats au niveau des racines peut aussi limiter leur allocation aux nodules qui peut
entraicircner une inhibition de la croissance et lrsquoarrecirct de la fixation de lazote atmospheacuterique
(Yashima 2005) Chez le pois une faible concentration en NH4+ favorise une augmentation de
la taille des nodules Il semble qursquoune meilleure fixation de N2 est obtenue lorsque du NH4+ est
disponible (Vassey et Waterer 1992)Or le nitrate est la forme principale drsquoazote dans le
vermicompost de cafeacute (Chaoui et al 2003 Micelli et al 2007 Tognetti 2010) Il est alors
possible que le faible nombre de nodules et la reacuteduction de la taille des nodules chez les
plantules traiteacutees aient eacuteteacute provoqueacutes par une concentration eacuteleveacutee de nitrate dans le marc de
cafeacute
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Les flavonoiumldes affectent la formation des nodules gracircce agrave leur proprieacuteteacute reacuteductrice du transport
et de lrsquoaccumulation drsquoauxine Un signal de cytokinine est deacuteterminant pour lrsquoinitiation des
nodules agrave travers lrsquoinhibition du transport polaire et de lrsquoaccumulation drsquoauxine dans les cellules
corticales par les flavonoiumldes (Ng et al 2015) Le rocircle de lauxine dans la nodulation est lieacute
eacutetroitement au deacuteveloppement dautres structures racinaires comme la racine lateacuterale Le
deacuteveloppement des racines et des nodules est reacuteguleacute par le ratio auxine-cytokinine
Lrsquoaccumulation drsquoauxine stimule la formation de racines lateacuterales alors que lrsquoaugmentation de
cytokinine ou lrsquoinhibition du transport dauxine induit le deacuteveloppement de pseudo-
nodules (http 6) Il est inteacuteressant de souligner que lrsquoapplication de marc de cafeacute avait stimuleacute
la formation de nodules racinaires chez les plants de soja (Lee et Hirsch 2006)
Lrsquoutilisation de laquo mulch raquo pour ameacuteliorer les cultures peut entraicircner des effets sur la diversiteacute
et lrsquoabondance microbiennes (Tiquia et al 2002) En effet laddition de vermicompost de cafeacute
dans le sol a favoriseacute lactiviteacute microbienne (Atiyeh et al 2002 Theunissen 2010) Par contre
peu drsquoeacutetudes srsquoest inteacuteresseacutee agrave lrsquoeffet du laquo mulching raquo sur la microfaune du sol Nos reacutesultats
indiquent que le sol couvert de marc de cafeacute contient un nombre plus important de microfaunes
La deacutecomposition des reacutesidus de cafeacute est lente due agrave la preacutesence drsquoazote proteacuteique structural et
de fortes concentrations de lipides (Kitou et Okuno 1999) Ce qui pourrait neacutecessiter
lrsquointervention drsquoinsectes phytophages qui ne sont pas repousseacutes par le cafeacute En effet lrsquoaddition
de reacutesidus de cafeacute atteacutenue les ravages sur les plants de soja occasionneacutes par Megacopta
cribraria en renforccedilant le systegraveme de deacutefense de la plante (http 7)
Drsquoautres eacutetudes indiquent par contre une absence drsquoeffet protecteur des reacutesidus de cafeacute agrave
lrsquoexemple de lrsquoinsecte ravageur Aulacaspis yasumatsui sur les cycas (Magellan et al 2013)
la cafeacuteine eacutetant consideacutereacutee comme un composeacute de deacutefense de la plante contre les herbivores et
les microorganismes (Brownlee et al 1990 Cruz et al 2012) Dans le cadre de notre eacutetude
la teneur en cafeacuteine dans les reacutesidus est consideacutereacutee comme faible agrave la suite drsquoune premiegravere
extraction aqueuse agrave chaud Ce qui aurait favoriseacute la prolifeacuteration de la microfaune du sol
essentiellement dans la partie correspondante au laquo mulch raquo
La floraison est retardeacutee en cas drsquoapplication preacutecoce de reacutesidus de cafeacute sur des individus en
germination La floraison est stimuleacutee par lrsquoapport drsquoengrais organiques chez plusieurs espegraveces
(Umesha et al 2011) Chez Solanum nigrum des doses insuffisantes drsquoengrais organiques
entrainaient un retard de floraison Cela serait ducirc agrave un deacuteficit drsquoeacuteleacutements nutritifs reacuteduisant la
croissance et causant un retard de la floraison (Umesha et al 2011) Nos reacutesultats semblent en
Discussions
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contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
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V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
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Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
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Cole
ur
des
feu
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s
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
0
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4
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4 5 6 7 8 9 10 11 12
Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
0
1
2
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5N
om
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de
gra
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fluoxeacutetine
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gra
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
a aa
a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
0
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1
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g)
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Poid
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g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 28
Discussions
19
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Les flavonoiumldes affectent la formation des nodules gracircce agrave leur proprieacuteteacute reacuteductrice du transport
et de lrsquoaccumulation drsquoauxine Un signal de cytokinine est deacuteterminant pour lrsquoinitiation des
nodules agrave travers lrsquoinhibition du transport polaire et de lrsquoaccumulation drsquoauxine dans les cellules
corticales par les flavonoiumldes (Ng et al 2015) Le rocircle de lauxine dans la nodulation est lieacute
eacutetroitement au deacuteveloppement dautres structures racinaires comme la racine lateacuterale Le
deacuteveloppement des racines et des nodules est reacuteguleacute par le ratio auxine-cytokinine
Lrsquoaccumulation drsquoauxine stimule la formation de racines lateacuterales alors que lrsquoaugmentation de
cytokinine ou lrsquoinhibition du transport dauxine induit le deacuteveloppement de pseudo-
nodules (http 6) Il est inteacuteressant de souligner que lrsquoapplication de marc de cafeacute avait stimuleacute
la formation de nodules racinaires chez les plants de soja (Lee et Hirsch 2006)
Lrsquoutilisation de laquo mulch raquo pour ameacuteliorer les cultures peut entraicircner des effets sur la diversiteacute
et lrsquoabondance microbiennes (Tiquia et al 2002) En effet laddition de vermicompost de cafeacute
dans le sol a favoriseacute lactiviteacute microbienne (Atiyeh et al 2002 Theunissen 2010) Par contre
peu drsquoeacutetudes srsquoest inteacuteresseacutee agrave lrsquoeffet du laquo mulching raquo sur la microfaune du sol Nos reacutesultats
indiquent que le sol couvert de marc de cafeacute contient un nombre plus important de microfaunes
La deacutecomposition des reacutesidus de cafeacute est lente due agrave la preacutesence drsquoazote proteacuteique structural et
de fortes concentrations de lipides (Kitou et Okuno 1999) Ce qui pourrait neacutecessiter
lrsquointervention drsquoinsectes phytophages qui ne sont pas repousseacutes par le cafeacute En effet lrsquoaddition
de reacutesidus de cafeacute atteacutenue les ravages sur les plants de soja occasionneacutes par Megacopta
cribraria en renforccedilant le systegraveme de deacutefense de la plante (http 7)
Drsquoautres eacutetudes indiquent par contre une absence drsquoeffet protecteur des reacutesidus de cafeacute agrave
lrsquoexemple de lrsquoinsecte ravageur Aulacaspis yasumatsui sur les cycas (Magellan et al 2013)
la cafeacuteine eacutetant consideacutereacutee comme un composeacute de deacutefense de la plante contre les herbivores et
les microorganismes (Brownlee et al 1990 Cruz et al 2012) Dans le cadre de notre eacutetude
la teneur en cafeacuteine dans les reacutesidus est consideacutereacutee comme faible agrave la suite drsquoune premiegravere
extraction aqueuse agrave chaud Ce qui aurait favoriseacute la prolifeacuteration de la microfaune du sol
essentiellement dans la partie correspondante au laquo mulch raquo
La floraison est retardeacutee en cas drsquoapplication preacutecoce de reacutesidus de cafeacute sur des individus en
germination La floraison est stimuleacutee par lrsquoapport drsquoengrais organiques chez plusieurs espegraveces
(Umesha et al 2011) Chez Solanum nigrum des doses insuffisantes drsquoengrais organiques
entrainaient un retard de floraison Cela serait ducirc agrave un deacuteficit drsquoeacuteleacutements nutritifs reacuteduisant la
croissance et causant un retard de la floraison (Umesha et al 2011) Nos reacutesultats semblent en
Discussions
20
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
Reacutefeacuterences bibliographiques
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
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Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cole
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5N
om
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
fluoxeacutetine
teacutemoin
Aa
0
1
2
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gra
ines
par
indiv
idu
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
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0
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1
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2
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gra
ines
(g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
0
05
1
15
2
25
Poid
s des
gra
ines
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
a aa
a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
0
05
1
15
2
25
3
35
Poid
s des
gouss
es (
g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
0
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1
15
2
25
3
35
Poid
s des
gouss
es (
g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 29
Discussions
20
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
contradiction avec ceux rapporteacutes par Kessler (1956) chez le raisin qui signalait un effet
promoteur de la cafeacuteine sur la floraison (Kessler et al 1959)
Les reacutesidus de cafeacute lorsque appliqueacutes suffisamment tocirct crsquoest-agrave-dire au cours de la germination
des graines de haricot entraicircnent un retard drsquoune semaine sur le pic de floraison Ce pheacutenomegravene
nrsquoa pas eacuteteacute observeacute sur les cultures dont lrsquoaddition de marc de cafeacute a eacuteteacute opeacutereacutee plus tardivement
au cours du deacuteveloppement En accord avec les observations sur la floraison le nombre de
gousses obtenues est significativement plus eacuteleveacute chez les individus traiteacutes aux stades de
germination et de croissance veacutegeacutetative Ces informations suggegraverent plusieurs hypothegraveses mais
nous proposons deux explications qui nous semblent les plus favorables (i) la date de floraison
est deacutetermineacutee degraves la phase germinative chez le haricot ou (ii) la libeacuteration des substances
actives pour retarder la floraison neacutecessite un temps assez long agrave partir des reacutesidus de cafeacute
Sur le plan horticultural lrsquointeacuterecirct du marc de cafeacute reacuteside drsquoabord dans sa teneur importante en
potassium et magneacutesium immeacutediatement assimilables puis dans celle eacutegalement importante de
phosphore et de cuivre qui sont pour moitieacute immeacutediatement assimilables Lrsquoaugmentation de
lazote dans le sol est en geacuteneacuteral les beacuteneacutefices du processus de laquo mulching raquo sans oublier la
modeacuteration de la tempeacuterature et de lrsquohumiditeacute du sol (http 8)
De nouveaux reacutesultats sont preacutesenteacutes dans le cadre de notre eacutetude sur les reacuteactions de Phaseolus
vulgaris conseacutecutives agrave une exposition chronique agrave 31mgl-1 de fluoxeacutetine
La fluoxeacutetine est le composeacute neurotrope rapporteacute le plus toxique avec une EC50 de
0024mgl-1 et une LD50 2 mgl-1 chez les algues (Kummerer 2004) Chez les phytoplanctons
0001mgl-1 de fluoxeacutetine suffit pour entraicircner des effets toxiques (Fent et al 2006)
Les plants de haricot arroseacutes avec une solution de fluoxeacutetine 01microM montrent une inhibition de
la biomasse racinaire et de la formation de nodules Ce qui corrobore les observations sur
certaines cellules animales car la fluoxeacutetine peut inhiber la multiplication des cellules
canceacuterigegravenes (Krishnan et al 2008 Stepulak et al 2008) et induire lrsquoapoptose des carcinomes
heacutepatiques (Mun et al2013) Neacuteanmoins la prolifeacuteration des cellules hypothalamiques a eacuteteacute
stimuleacutee par la fluoxeacutetine (Liacutegia et al 2014)
Lrsquoeacutetude meneacutee par Xiaoqin et al (2013) sur la capture des PPCPs produits pharmaceutiques et
soins personnels par les plantes montre que la fluoxeacutetine est preacutefeacuterentiellement absorbeacutee au
niveau des racines chez la laitue lrsquoeacutepinard le concombre et le poivre Par contre chez le colza
elle a eacuteteacute retrouveacutee dans la tige et les feuilles mais absente au niveau de la racine et de
lrsquoinflorescence (Redwash et al 2008) Son site drsquoaccumulation dans la plante varie alors en
fonction de lrsquoespegravece
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
Reacutefeacuterences bibliographiques
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
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Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cole
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5N
om
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
fluoxeacutetine
teacutemoin
Aa
0
1
2
3
4
5
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de
gra
ines
par
indiv
idu
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
aa a
0
05
1
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2
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Poid
s des
gra
ines
(g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
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1
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2
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Poid
s des
gra
ines
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
a aa
a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
0
05
1
15
2
25
3
35
Poid
s des
gouss
es (
g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
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1
15
2
25
3
35
Poid
s des
gouss
es (
g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 30
Discussions
21
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Plus reacutecemment les effets du carbamazepine (utiliseacute pour preacutevenir les crises drsquoeacutepilepsie) et du
verapamilreg (controcircle de lrsquohypertension) deux meacutedicaments largement commercialiseacutes sur les
plants de courgette ont retenu lrsquoattention des scientifiques (Carter et al 2015) Ces moleacutecules
chimiques conccedilues pour lrsquoorganisme humain altegraverent le fonctionnement hormonal chez la
courgette et provoquent agrave concentrations eacuteleveacutees un rabougrissement des racines des signes de
brucirclures au niveau des feuilles et une reacuteduction de la quantiteacute en chlorophylles Ces
meacutedicaments ont la capaciteacute drsquoaffecter les fonctions vitales de la plante comme la
photosynthegravese (Carter et al 2015)
Les larges capaciteacutes drsquoabsorption et drsquoaccumulation de produits pharmaceutiques par la plante
remettent en question lrsquoutilisation des biosolides (boues des stations drsquoeacutepuration) dans
lrsquohorticulture (Chenxi 2010) En effet hormis les effets inattendus sur les plantes ces produits
pourront se retrouver dans les produits veacutegeacutetaux destineacutes agrave la consommation
Conclusion et perspectives
22
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
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-http5 wwwacesnmsueducesyard2000111800html2
-http6 wwweolssnetsample-chaptersc17E6-58-07-16pdf
-http7 wwwcoplacorgpublicationsmetamorphosis
-http8 wwwpuyallupwsueduwp-contentuploadssites403201503coffee-groundspdf
Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cole
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5N
om
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
fluoxeacutetine
teacutemoin
Aa
0
1
2
3
4
5
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de
gra
ines
par
indiv
idu
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
aa a
0
05
1
15
2
25
Poid
s des
gra
ines
(g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
0
05
1
15
2
25
Poid
s des
gra
ines
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
a aa
a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
0
05
1
15
2
25
3
35
Poid
s des
gouss
es (
g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
0
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1
15
2
25
3
35
Poid
s des
gouss
es (
g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 31
Conclusion et perspectives
22
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
V CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Les effets de la fluoxeacutetine et des reacutesidus de marc de cafeacute sur le deacuteveloppement et la croissance
des plants de Phaseolus vulgaris ont eacuteteacute observeacutes Les plants exposeacutes de maniegravere chronique agrave
la fluoxeacutetine depuis leur germination ont preacutesenteacute un profil de deacuteveloppement normal Par
contre une reacuteduction du nombre de nodules racinaires efficients (77) et de la biomasse
racinaire (45) a eacuteteacute constateacutee La racine le premier organe exposeacute de faccedilon reacuteguliegravere agrave la
fluoxeacutetine a montreacute des signes drsquointoxication vis-agrave-vis du composeacute
Nos reacutesultats montrent aussi lrsquoimportance du stade de deacuteveloppement au moment de
lrsquoexposition aux reacutesidus de cafeacute sur les reacuteponses exprimeacutees par la plante Lrsquoexposition aux
deacutechets des industries agro-alimentaires est un pheacutenomegravene pas toujours preacutevisible et peut
survenir agrave tout moment de la vie de la plante Lrsquoapplication de laquo mulch raquo de cafeacute en deacutebut des
phases veacutegeacutetative et de floraison a reacuteduit la croissance racinaire (26) Le marc de cafeacute a
stimuleacute lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees
avec du marc de cafeacute sont plus courtes drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce
qui concerne le nombre de nodules racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la
floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin
lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic
de floraison par rapport aux autres traitements Lrsquoamendement de laquo mulch raquo de cafeacute a montreacute
une augmentation du nombre de microfaune surtout appliqueacute au deacutebut de la phase veacutegeacutetative
Cette eacutetude nous a permis de veacuterifier notre hypothegravese
Nos reacutesultats rappellent que la plante est continuellement sensible agrave son environnement et
srsquoadapte aux conditions qui lrsquoentourent par exemple en prolongeant ou en raccourcissant son
cycle de vie
Nous suggeacuterons de continuer cette eacutetude sur le dosage des quantiteacutes de fluoxeacutetine reacuteellement
stockeacutees au niveau des diffeacuterentes parties de la plante afin de preacutevenir tous risques sanitaires
lieacutes agrave leur consommation
Il serait inteacuteressant de faire une courbe effet dose de fluoxeacutetine pour montrer sa toxiciteacute
Il serait aussi inteacuteressant drsquoidentifier et de doser les composeacutes preacutesents dans le cafeacute qui
provoquent ces pheacutenomegravenes
Nous proposons aussi de tester ces deux produits sur drsquoautres plantes de familles diffeacuterentes
Reacutefeacuterences bibliographiques
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
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Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cole
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5N
om
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
fluoxeacutetine
teacutemoin
Aa
0
1
2
3
4
5
Nom
bre
de
gra
ines
par
indiv
idu
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
aa a
0
05
1
15
2
25
Poid
s des
gra
ines
(g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
0
05
1
15
2
25
Poid
s des
gra
ines
(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
a aa
a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
0
05
1
15
2
25
3
35
Poid
s des
gouss
es (
g)
fluoxeacutetine
teacutemoin
A
a
a
0
05
1
15
2
25
3
35
Poid
s des
gouss
es (
g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 32
Reacutefeacuterences bibliographiques
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in the Brazilian soluble coffee industry Biomass Bioenergy 14 457-467
_Stepulak A Rzeski W Sifringer M Brocke K Gratopp A Kupisz K
Turski L et Ikonomidou C 2008 Fluoxetine inhibits the extracellular signal regulated
Cancer Biology Therapy 7(10) 1685-1693
-Streeter JG 1988 Inhibition of legume nodule formation and N2 fixation by nitrate CRC
Crit Rev Plant Sci 7 1ndash23
-Stumpf M Ternes TA Wilken RD Rodrigues SV et Baumann W 1999 Polar drug
residues in sewage and natural waters in the state of Rio de Janeiro Brazil Science of the Total
Environment 225(1-2) 135-141
-Theunissen J Ndakidemi PA et Laubscher CP 2010 Potential of vermicompost produced
from plant waste International Journal of the Physical Sciences 5(13) 1964-1973
-Tiquia S M Lloyd J Herms DA Harry AJ Hoitink Frederick C et Michel J 2002
Effects of mulching and fertilization on soil nutrients microbial activity and rhizosphere
bacterial community structure determined by analysis of TRFLPs of PCR-amplified 16S rRNA
genes Applied Soil Ecology 21 31ndash48
-Tognetti C Mazzarino M J et Laos F 2007 Improving the quality of municipal organic
waste compost Bioresource Technology 9 1067ndash1076
-Umesha K Soumya SP Smitha GR et Sreeramu BS 2011 Influence of organic manures
on growth yield and quality of makoi (Solanum nigrum L) Indian J Hort 68(2) 235-239
-Utomo HD et Hunter KA 2006 Adsorption of divalent copper zinc cadmium and lead ions
from aqueous solution by waste tea and coffee adsorbents Env Tech 27 25-32
-Vessey JK et Waterer J 1992 In search of the mechanism of nitrate inhibition of nitrogenase
activity in legume nodules Recently developments Physiologia Plantarum 84 171-176
Reacutefeacuterences bibliographiques
28
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
-Webb SF 2001 A data based perspective on the environmental risk assessment of human
pharmaceuticals II aquatic risk characterisation In Pharmaceuticals in the Environment
Kuumlmmerer K (Editor) Sources Fate Effects and Risks Springer-Verlag Berlin pp 319-343
-Witt C Pasuquin J M C A Mutters R et Buresh RJ 2005 New leaf color chart for
effective nitrogen management in rice Better Crops 89 (1) 36ndash39
-Xiaoqin W Ernst F Conkle J L et Gan J 2013 Comparative uptake and translocation of
pharmaceutical and personal care products (PPCPs) by common vegetables Environ Int 60
15ndash22
-Yashima H Fujikake H Yamazaki A Ito S Sato T Tewari K Ohtake N Sueyoshi K
Takahashi Y et Ohyama T 2005 Long-term effect of nitrate application from lower part of
roots on nodulation and N2 fixation in upper part of roots of soybean (Glycine max [L] Merr)
in two-layered pot experiment Soil Sci Plant Nutr 51 981ndash990
-Yen W Wang B Chang L et Duh P 2005 Antioxidant properties of roasted coffee residues
J Agric Food Chem 53 2658-2663
WEBOGRAPHIES
-http 1 wwwdoctissimofrmedicament-PROZAChtm
-http 2 wwwedblogscolumbiaeduscppx3335-001-2014-120140402are-fish-and-plants-
on-antidepressants
-http 3 wwwsordalabcomdocumentsappareil_de_berlesepdf
-http4wwwcondexatedenbaycomles-effets-de-la-cafeine-sur-la-croissance-des-plants-de
pois
-http5 wwwacesnmsueducesyard2000111800html2
-http6 wwweolssnetsample-chaptersc17E6-58-07-16pdf
-http7 wwwcoplacorgpublicationsmetamorphosis
-http8 wwwpuyallupwsueduwp-contentuploadssites403201503coffee-groundspdf
Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
1
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4 5 6 7 8 9 10 11 12
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Temps (semaine)
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4 5 6 7 8 9 10 11 12
Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
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om
bre
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gra
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par
indiv
idu
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par
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(g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
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a
Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
0
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gouss
es (
g)
fluoxeacutetine
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3
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Poid
s des
gouss
es (
g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 33
Reacutefeacuterences bibliographiques
24
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
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on growth yield and quality of makoi (Solanum nigrum L) Indian J Hort 68(2) 235-239
-Utomo HD et Hunter KA 2006 Adsorption of divalent copper zinc cadmium and lead ions
from aqueous solution by waste tea and coffee adsorbents Env Tech 27 25-32
-Vessey JK et Waterer J 1992 In search of the mechanism of nitrate inhibition of nitrogenase
activity in legume nodules Recently developments Physiologia Plantarum 84 171-176
Reacutefeacuterences bibliographiques
28
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
-Webb SF 2001 A data based perspective on the environmental risk assessment of human
pharmaceuticals II aquatic risk characterisation In Pharmaceuticals in the Environment
Kuumlmmerer K (Editor) Sources Fate Effects and Risks Springer-Verlag Berlin pp 319-343
-Witt C Pasuquin J M C A Mutters R et Buresh RJ 2005 New leaf color chart for
effective nitrogen management in rice Better Crops 89 (1) 36ndash39
-Xiaoqin W Ernst F Conkle J L et Gan J 2013 Comparative uptake and translocation of
pharmaceutical and personal care products (PPCPs) by common vegetables Environ Int 60
15ndash22
-Yashima H Fujikake H Yamazaki A Ito S Sato T Tewari K Ohtake N Sueyoshi K
Takahashi Y et Ohyama T 2005 Long-term effect of nitrate application from lower part of
roots on nodulation and N2 fixation in upper part of roots of soybean (Glycine max [L] Merr)
in two-layered pot experiment Soil Sci Plant Nutr 51 981ndash990
-Yen W Wang B Chang L et Duh P 2005 Antioxidant properties of roasted coffee residues
J Agric Food Chem 53 2658-2663
WEBOGRAPHIES
-http 1 wwwdoctissimofrmedicament-PROZAChtm
-http 2 wwwedblogscolumbiaeduscppx3335-001-2014-120140402are-fish-and-plants-
on-antidepressants
-http 3 wwwsordalabcomdocumentsappareil_de_berlesepdf
-http4wwwcondexatedenbaycomles-effets-de-la-cafeine-sur-la-croissance-des-plants-de
pois
-http5 wwwacesnmsueducesyard2000111800html2
-http6 wwweolssnetsample-chaptersc17E6-58-07-16pdf
-http7 wwwcoplacorgpublicationsmetamorphosis
-http8 wwwpuyallupwsueduwp-contentuploadssites403201503coffee-groundspdf
Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cole
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
fluoxeacutetine
teacutemoin
0
1
2
3
4
5
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Coule
ur
des
feu
ille
s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
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germination
veacutegeacutetative
floraison
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Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
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floraison
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Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 34
Reacutefeacuterences bibliographiques
25
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
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-http 2 wwwedblogscolumbiaeduscppx3335-001-2014-120140402are-fish-and-plants-
on-antidepressants
-http 3 wwwsordalabcomdocumentsappareil_de_berlesepdf
-http4wwwcondexatedenbaycomles-effets-de-la-cafeine-sur-la-croissance-des-plants-de
pois
-http5 wwwacesnmsueducesyard2000111800html2
-http6 wwweolssnetsample-chaptersc17E6-58-07-16pdf
-http7 wwwcoplacorgpublicationsmetamorphosis
-http8 wwwpuyallupwsueduwp-contentuploadssites403201503coffee-groundspdf
Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
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4 5 6 7 8 9 10 11 12
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feu
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s
Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
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germination
veacutegeacutetative
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Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
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veacutegeacutetative
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Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
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Reacutefeacuterences bibliographiques
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Holdcraft R 2008 Developing an organic production system for highbush blueberry
HortScience 43 51-57
-Silva MA Nebra SA Machado MJ et Sanchez CG 1998 The use of biomass residues
in the Brazilian soluble coffee industry Biomass Bioenergy 14 457-467
_Stepulak A Rzeski W Sifringer M Brocke K Gratopp A Kupisz K
Turski L et Ikonomidou C 2008 Fluoxetine inhibits the extracellular signal regulated
Cancer Biology Therapy 7(10) 1685-1693
-Streeter JG 1988 Inhibition of legume nodule formation and N2 fixation by nitrate CRC
Crit Rev Plant Sci 7 1ndash23
-Stumpf M Ternes TA Wilken RD Rodrigues SV et Baumann W 1999 Polar drug
residues in sewage and natural waters in the state of Rio de Janeiro Brazil Science of the Total
Environment 225(1-2) 135-141
-Theunissen J Ndakidemi PA et Laubscher CP 2010 Potential of vermicompost produced
from plant waste International Journal of the Physical Sciences 5(13) 1964-1973
-Tiquia S M Lloyd J Herms DA Harry AJ Hoitink Frederick C et Michel J 2002
Effects of mulching and fertilization on soil nutrients microbial activity and rhizosphere
bacterial community structure determined by analysis of TRFLPs of PCR-amplified 16S rRNA
genes Applied Soil Ecology 21 31ndash48
-Tognetti C Mazzarino M J et Laos F 2007 Improving the quality of municipal organic
waste compost Bioresource Technology 9 1067ndash1076
-Umesha K Soumya SP Smitha GR et Sreeramu BS 2011 Influence of organic manures
on growth yield and quality of makoi (Solanum nigrum L) Indian J Hort 68(2) 235-239
-Utomo HD et Hunter KA 2006 Adsorption of divalent copper zinc cadmium and lead ions
from aqueous solution by waste tea and coffee adsorbents Env Tech 27 25-32
-Vessey JK et Waterer J 1992 In search of the mechanism of nitrate inhibition of nitrogenase
activity in legume nodules Recently developments Physiologia Plantarum 84 171-176
Reacutefeacuterences bibliographiques
28
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
-Webb SF 2001 A data based perspective on the environmental risk assessment of human
pharmaceuticals II aquatic risk characterisation In Pharmaceuticals in the Environment
Kuumlmmerer K (Editor) Sources Fate Effects and Risks Springer-Verlag Berlin pp 319-343
-Witt C Pasuquin J M C A Mutters R et Buresh RJ 2005 New leaf color chart for
effective nitrogen management in rice Better Crops 89 (1) 36ndash39
-Xiaoqin W Ernst F Conkle J L et Gan J 2013 Comparative uptake and translocation of
pharmaceutical and personal care products (PPCPs) by common vegetables Environ Int 60
15ndash22
-Yashima H Fujikake H Yamazaki A Ito S Sato T Tewari K Ohtake N Sueyoshi K
Takahashi Y et Ohyama T 2005 Long-term effect of nitrate application from lower part of
roots on nodulation and N2 fixation in upper part of roots of soybean (Glycine max [L] Merr)
in two-layered pot experiment Soil Sci Plant Nutr 51 981ndash990
-Yen W Wang B Chang L et Duh P 2005 Antioxidant properties of roasted coffee residues
J Agric Food Chem 53 2658-2663
WEBOGRAPHIES
-http 1 wwwdoctissimofrmedicament-PROZAChtm
-http 2 wwwedblogscolumbiaeduscppx3335-001-2014-120140402are-fish-and-plants-
on-antidepressants
-http 3 wwwsordalabcomdocumentsappareil_de_berlesepdf
-http4wwwcondexatedenbaycomles-effets-de-la-cafeine-sur-la-croissance-des-plants-de
pois
-http5 wwwacesnmsueducesyard2000111800html2
-http6 wwweolssnetsample-chaptersc17E6-58-07-16pdf
-http7 wwwcoplacorgpublicationsmetamorphosis
-http8 wwwpuyallupwsueduwp-contentuploadssites403201503coffee-groundspdf
Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
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4 5 6 7 8 9 10 11 12
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Temps (semaine)
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feu
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Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
0
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germination
veacutegeacutetative
floraison
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Ba
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Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
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g)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
aa a a
Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 36
Reacutefeacuterences bibliographiques
27
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
estrogen receptor and insulin-like growth factorI receptor levels in human breast cancer Clin
Cancer Res 21(8) 1877-1887
-Saito A Tanabata S Tanabata T Tajima S Ueno MIshikawa S Ohtake N Sueyoshi K
et Ohyama T 2014 Effect of nitrate on nodule and root growth of soybean (Glycine max (L)
Merr) Int J Mol Sci 15(3) 4464ndash4480
-Schultze M et Kondorosi A 1998 Regulation of symbiotic root nodule development Ann
Rev Genet 32 33-57
-Sciarappa W Polavarapu S Barry J Oudemans P Ehlenfeldt M Pavlis G Polk D et
Holdcraft R 2008 Developing an organic production system for highbush blueberry
HortScience 43 51-57
-Silva MA Nebra SA Machado MJ et Sanchez CG 1998 The use of biomass residues
in the Brazilian soluble coffee industry Biomass Bioenergy 14 457-467
_Stepulak A Rzeski W Sifringer M Brocke K Gratopp A Kupisz K
Turski L et Ikonomidou C 2008 Fluoxetine inhibits the extracellular signal regulated
Cancer Biology Therapy 7(10) 1685-1693
-Streeter JG 1988 Inhibition of legume nodule formation and N2 fixation by nitrate CRC
Crit Rev Plant Sci 7 1ndash23
-Stumpf M Ternes TA Wilken RD Rodrigues SV et Baumann W 1999 Polar drug
residues in sewage and natural waters in the state of Rio de Janeiro Brazil Science of the Total
Environment 225(1-2) 135-141
-Theunissen J Ndakidemi PA et Laubscher CP 2010 Potential of vermicompost produced
from plant waste International Journal of the Physical Sciences 5(13) 1964-1973
-Tiquia S M Lloyd J Herms DA Harry AJ Hoitink Frederick C et Michel J 2002
Effects of mulching and fertilization on soil nutrients microbial activity and rhizosphere
bacterial community structure determined by analysis of TRFLPs of PCR-amplified 16S rRNA
genes Applied Soil Ecology 21 31ndash48
-Tognetti C Mazzarino M J et Laos F 2007 Improving the quality of municipal organic
waste compost Bioresource Technology 9 1067ndash1076
-Umesha K Soumya SP Smitha GR et Sreeramu BS 2011 Influence of organic manures
on growth yield and quality of makoi (Solanum nigrum L) Indian J Hort 68(2) 235-239
-Utomo HD et Hunter KA 2006 Adsorption of divalent copper zinc cadmium and lead ions
from aqueous solution by waste tea and coffee adsorbents Env Tech 27 25-32
-Vessey JK et Waterer J 1992 In search of the mechanism of nitrate inhibition of nitrogenase
activity in legume nodules Recently developments Physiologia Plantarum 84 171-176
Reacutefeacuterences bibliographiques
28
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
-Webb SF 2001 A data based perspective on the environmental risk assessment of human
pharmaceuticals II aquatic risk characterisation In Pharmaceuticals in the Environment
Kuumlmmerer K (Editor) Sources Fate Effects and Risks Springer-Verlag Berlin pp 319-343
-Witt C Pasuquin J M C A Mutters R et Buresh RJ 2005 New leaf color chart for
effective nitrogen management in rice Better Crops 89 (1) 36ndash39
-Xiaoqin W Ernst F Conkle J L et Gan J 2013 Comparative uptake and translocation of
pharmaceutical and personal care products (PPCPs) by common vegetables Environ Int 60
15ndash22
-Yashima H Fujikake H Yamazaki A Ito S Sato T Tewari K Ohtake N Sueyoshi K
Takahashi Y et Ohyama T 2005 Long-term effect of nitrate application from lower part of
roots on nodulation and N2 fixation in upper part of roots of soybean (Glycine max [L] Merr)
in two-layered pot experiment Soil Sci Plant Nutr 51 981ndash990
-Yen W Wang B Chang L et Duh P 2005 Antioxidant properties of roasted coffee residues
J Agric Food Chem 53 2658-2663
WEBOGRAPHIES
-http 1 wwwdoctissimofrmedicament-PROZAChtm
-http 2 wwwedblogscolumbiaeduscppx3335-001-2014-120140402are-fish-and-plants-
on-antidepressants
-http 3 wwwsordalabcomdocumentsappareil_de_berlesepdf
-http4wwwcondexatedenbaycomles-effets-de-la-cafeine-sur-la-croissance-des-plants-de
pois
-http5 wwwacesnmsueducesyard2000111800html2
-http6 wwweolssnetsample-chaptersc17E6-58-07-16pdf
-http7 wwwcoplacorgpublicationsmetamorphosis
-http8 wwwpuyallupwsueduwp-contentuploadssites403201503coffee-groundspdf
Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
0
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4 5 6 7 8 9 10 11 12
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Temps (semaine)
fluoxeacutetine
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4 5 6 7 8 9 10 11 12
Coule
ur
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feu
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Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
Ba
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Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
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germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
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Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
Page 37
Reacutefeacuterences bibliographiques
28
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
-Webb SF 2001 A data based perspective on the environmental risk assessment of human
pharmaceuticals II aquatic risk characterisation In Pharmaceuticals in the Environment
Kuumlmmerer K (Editor) Sources Fate Effects and Risks Springer-Verlag Berlin pp 319-343
-Witt C Pasuquin J M C A Mutters R et Buresh RJ 2005 New leaf color chart for
effective nitrogen management in rice Better Crops 89 (1) 36ndash39
-Xiaoqin W Ernst F Conkle J L et Gan J 2013 Comparative uptake and translocation of
pharmaceutical and personal care products (PPCPs) by common vegetables Environ Int 60
15ndash22
-Yashima H Fujikake H Yamazaki A Ito S Sato T Tewari K Ohtake N Sueyoshi K
Takahashi Y et Ohyama T 2005 Long-term effect of nitrate application from lower part of
roots on nodulation and N2 fixation in upper part of roots of soybean (Glycine max [L] Merr)
in two-layered pot experiment Soil Sci Plant Nutr 51 981ndash990
-Yen W Wang B Chang L et Duh P 2005 Antioxidant properties of roasted coffee residues
J Agric Food Chem 53 2658-2663
WEBOGRAPHIES
-http 1 wwwdoctissimofrmedicament-PROZAChtm
-http 2 wwwedblogscolumbiaeduscppx3335-001-2014-120140402are-fish-and-plants-
on-antidepressants
-http 3 wwwsordalabcomdocumentsappareil_de_berlesepdf
-http4wwwcondexatedenbaycomles-effets-de-la-cafeine-sur-la-croissance-des-plants-de
pois
-http5 wwwacesnmsueducesyard2000111800html2
-http6 wwweolssnetsample-chaptersc17E6-58-07-16pdf
-http7 wwwcoplacorgpublicationsmetamorphosis
-http8 wwwpuyallupwsueduwp-contentuploadssites403201503coffee-groundspdf
Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
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Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
teacutemoin
B
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Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
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V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
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Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
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Annexes
I
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
ANNEXES
Annexe 1
Formules
Structure de leacutenantiomegravere R de la fluoxeacutetine (en haut) et de la S-fluoxeacutetine (en bas)
(httpsfrwikipediaorgwikiFluoxC3A9tine)
Cafeacuteine (httpeffetscafeinee-monsitecompagespresenhtml)
Acide chlorogeacutenique (httpsfrwikipediaorgwikiAcide_chlorogC3A9nique)
Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
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Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
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Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
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V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
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Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
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Annexes
II
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 2
Fiche technique
VANGAMENA FOFIFA
(CAL 98)
Obtention FOFIFA DRA Programme Leacutegumineuses
Origine Tanzanie
Classe Red mottled
Type de croissance deacutetermineacutee
Cycle veacutegeacutetatif 90 jours
Description - gousses de couleur jaune rosacirctre agrave maturiteacute
- grosses graines couleur rouge marbreacute et aspect luisant forme allongeacutee
Poids de 100 graines 47 g
Rendement au deacutecorticage 74
Productiviteacute Moyennement productive Rendement observeacute le 1500 kgha Signaleacutee par les
producteurs comme la plus saine en culture avec peu de perte (rendement
pouvant deacutepasser les 1 500 kgha)
Toleacuterance ou sensibiliteacute agrave la maladie Rien agrave signaler
Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
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Temps (semaine)
germination
veacutegeacutetative
floraison
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B
A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
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Annexes
V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
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Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
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Annexes
III
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Annexe 3
Effets de la fluoxeacutetine et du mulch de cafeacute appliqueacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement sur la
Couleur des feuilles le nombre de graines le poids des graines et le poids des gousses
Figure 9 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur la couleur des feuilles des plants
de Phaseolus vulgaris
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Temps (semaine)
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A
Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
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Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
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Annexes
IV
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 10 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le nombre de graines chez
Phaseolus vulgaris
Figure 11 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des graines chez
Phaseolus vulgaris
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Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
de Phaseolus vulgaris
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Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
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V
Meacutemoire de MASTER J Rakotonirina
Figure 12 Effets drsquoune exposition chronique agrave la fluoxeacutetine (A) ou drsquoune lrsquoapplication de
laquo mulch raquo de cafeacute agrave diffeacuterents stades de deacuteveloppement (B) sur le poids des gousses des plants
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Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
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Domain Sciences and Technologies ndash Mention Plant Biology and Ecology
Master Thesis in Plant Physiology and Biotechnology
Title Responses of Phaseolus vulgaris plants to fluoxetine or a mulching with coffee grounds
Author Jenny Tahinarizaka RAKOTONIRINA
Advisor Aro Vonjy RAMAROSANDRATANA
ABSTRACT
Pharmaceutical and industrial residues can trigger behavioral changes within organisms when
released into the environment The exposure of plants to these compounds occurs at random
along its life cycle This study aims at assessing disruptions caused by permanent exposure to
fluoxetine or coffee grounds on growth and development of Phaseolus vulgaris plants Two
independent experiments were carried out with two psychotropic products The first one
consists in exposing bean plantlets to a chronic dose of 31mgl-1 fluoxetine from seed
germination In the second experiment soil was covered with coffee grounds as mulch at
germination vegetative and flowering stages Reduction of root biomass (42) and nodule
initiation (77) were observed with fluoxetine treated plants Coffee grounds supplementation
also reduced root growth by 26 when applied at the beginning of vegetative and flowering
phases By contrast coffee grounds stimulated root elongation (2cm) when added before
germination Plants exposed to coffee grounds at different developmental stages were 1cm
shorter than controls Furthermore root nodules initiation were drastically decreased (52) as
well as their size (03mm) following coffee grounds application before the flowering phase
Otherwise when applied before germination one week delay was registered with the flowering
peak of coffee grounds-treated plants Plant responses to the tested psychotropic products
depend on the duration of exposure and time of application This suggested that plants are
continuously sensing the surrounding environment and are showing rapid adaptation to ambient
conditions
Keywords Angiosperms coffee grounds fluoxetine mulching toxicity
Domaine Sciences et Technologies
Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
vulgaris) Deux expeacuterimentations indeacutependantes ont eacuteteacute conduites avec deux produits
psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
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Mention Biologie et Ecologie Veacutegeacutetales
Meacutemoire de Master en Physiologie et Biotechnologies Veacutegeacutetales (PHYTECH)
Titre Reacuteponses des plants de Phaseolus vulgaris agrave une exposition agrave la fluoxeacutetine ou aux
reacutesidus de cafeacute
Auteur RAKOTONIRINA Tahinarizaka Jenny
Encadreur RAMAROSANDRATANA Aro Vonjy
RESUME
Les produits pharmaceutiques et les deacutechets drsquoindustries relargueacutes dans la nature peuvent causer
des changements dans la vie drsquoautres organismes Lrsquoexposition des plantes agrave ces composeacutes peut
ecirctre chronique mais peut aussi survenir agrave un moment preacutecis de leur deacuteveloppement Cette eacutetude
a pour objectif drsquoeacutevaluer les perturbations occasionneacutees par des expositions permanentes agrave la
fluoxeacutetine ou aux reacutesidus de cafeacute sur le deacuteveloppement des plants de haricot (Phaseolus
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psychotropes La premiegravere consiste agrave exposer les plantules de haricot agrave une dose chronique de
31mgl-1 de fluoxeacutetine depuis leur germination Dans la seconde expeacuterimentation le substrat
est amendeacute de marc de cafeacute sous forme de laquo mulch raquo agrave un stade preacutecis du deacuteveloppement de la
plante La dose chronique de fluoxeacutetine a inhibeacute la croissance racinaire avec une reacuteduction de
la biomasse (45) et de la formation de nodules efficientes (77) Le marc de cafeacute a reacuteduit
eacutegalement la croissance racinaire de 26 lorsque appliqueacute en deacutebut des phases veacutegeacutetative et de
floraison Par contre il a stimuleacute significativement lrsquoeacutelongation racinaire (2cm) lorsque
appliqueacute avant la germination Les plantes traiteacutees avec du marc de cafeacute sont plus courtes
drsquoenviron 1cm compareacutees aux plantes teacutemoins En ce qui concerne le nombre de nodules
racinaires lrsquoapplication de marc de cafeacute juste avant la floraison a entraicircneacute une reacuteduction de leur
nombre (52) et de leur taille (03mm) Enfin lrsquoexposition au marc de cafeacute avant la
germination a provoqueacute un retard drsquoune semaine du pic de floraison par rapport aux autres
traitements Les reacuteponses exprimeacutees par la plante vis-agrave-vis des produits psychotropes testeacutes
deacutependent de la dureacutee drsquoexposition et du moment drsquoapplication Ceci peut ecirctre interpreacuteteacute comme
une sensibiliteacute continue de la plante vis-agrave-vis de son environnement mais aussi une adaptation
rapide en fonction des conditions qui lrsquoentourent
Mots cleacutes Angiospermes fluoxeacutetine reacutesidus de cafeacute laquo mulching raquo toxiciteacute
