L'effet des métaux lourds (cadmium) sur la plante de maïs

Dr. Rabeh Salem Sharif 

 Le blé et le maïs sont parmi les principales cultures cultivées dans le monde, et ils constituent une nourriture de base dans différentes parties du monde. Parmi les plantes sensibles au cadmium, le maïs a une grande capacité à tolérer le cadmium.

L'absorption du cadmium dépend de la capacité des plantes à résister à ses effets toxiques, un chercheur a indiqué que le cadmium est une substance toxique pour la plupart des organismes vivants et est cancérigène pour l'homme, contrairement à des métaux comme le fer (Fe+ 2) et le cuivre (Cu+ 2). De plus, l'accumulation de cadmium dans les plantes peut entraîner de nombreux changements physiologiques, biochimiques et structurels. L'accumulation de cadmium modifie l'absorption des nutriments minéraux en interagissant avec l'équilibre hydrique de la plante, empêchant ainsi l'ouverture des stomates dans les feuilles de la plante.

L'exposition de la plante au cadmium a causé des dommages majeurs au niveau cellulaire et physiologique des plantes, la contamination du sol par des métaux lourds étant un problème important qui entrave la croissance des plantes. L'ajout de cadmium dans le milieu nutritif de la plante de blé a entravé la croissance de la tige et des racines, où les échanges gazeux (taux de photosynthèse et de transpiration) diminuent lors de l'exposition au cadmium, ce qui entraîne une réduction de la croissance de la plante.  

Il a été confirmé que la présence de concentrations élevées de métaux lourds dans le sol de surface entraîne une inhibition de l'absorption des nutriments, des processus physiologiques et du métabolisme, réduisant ainsi la croissance des plantes et provoquant également le jaunissement des feuilles en raison de l'interférence entre la photosynthèse et la respiration, des dommages à la membrane cellulaire et à l'apex racinaire, et réduisant également l'absorption d'eau et de nutriments ainsi que des dommages aux enzymes. Les métaux lourds entraînent également une augmentation des activités des enzymes antioxydantes dans les plantes.  

Les données ont montré que la concentration de cadmium dans les racines et les tiges des plantes augmente avec l'augmentation du cadmium externe jusqu'à 50 millimoles de nitrate de cadmium. L'accumulation de cadmium dans les racines est plus importante que dans les autres parties de la plante, mais son accumulation varie entre les variétés de maïs. En raison de l'augmentation de l'activité de la peroxydase (un large groupe de enzymes impliquées dans un grand nombre de processus biologiques qui impliquent des réactions d'oxydation-réduction. Ces enzymes ont été nommées ainsi en raison des composés peroxyde qui se décomposent dans ce processus). Et la faible transmission du cadmium vers les tiges, certaines sources indiquent également qu'une augmentation de la concentration de cadmium dans le sol a entraîné une augmentation de son accumulation dans les grains de maïs en particulier.

Dans une étude menée par un chercheur intéressé par l'effet des métaux lourds et leur impact sur la croissance des plantes, il a cultivé quatre cultures (blé, maïs, maïs blanc et concombre) pour évaluer la toxicité environnementale dans le sol modifié avec du cadmium. Le chercheur a indiqué que la présence de cadmium a entraîné une réduction de la croissance des semis pour toutes les cultures étudiées. De plus, il a été constaté que la croissance des racines était plus sensible au point terminal (apex racinaire) que la croissance de la tige en raison de l'augmentation de l'accumulation de cadmium dans les racines. Dans une autre étude, il a été mentionné que la distribution du cadmium et du plomb dans le maïs cultivé dans des champs proches des usines de fusion de fer a montré que la quantité importante de cadmium accumulée dans les tiges provenait de l'absorption des racines du sol et a montré une diminution du rendement de la biomasse et de la longueur de la tige à la concentration la plus élevée de cadmium, tandis que les pigments de chlorophylle ont diminué au niveau le plus bas d'application de cadmium. Une diminution de la biomasse dans la plante de maïs a également été observée en fonction de son exposition au cadmium. La présence de cadmium dans la plante affecte l'efficacité chimique de la photosynthèse, induit un stress oxydatif et endommage les membranes. Cela entraîne une diminution des caractéristiques de croissance telles que la longueur des racines, la hauteur de la plante, et les poids frais et secs des pousses et des racines avec une augmentation de son ajout au sol, ainsi que des pigments de la plante tels que la chlorophylle A, la chlorophylle B, et le total des caroténoïdes. Ces résultats sont corroborés par de nombreux chercheurs spécialisés dans l'étude de l'effet du métal cadmium sur les plantes, qui ont constaté que les pigments de photosynthèse ont montré une forte diminution (50 %, 28 % et 45 % de chlorophylle A, chlorophylle B et caroténoïdes, respectivement) à 10 micromoles/litre des plantes traitées au cadmium par rapport au contrôle. De plus, l'utilisation du cadmium inhibe fortement la formation des grains, car à des niveaux élevés de cadmium dans les plantes, aucun grain n'est produit dans l'épi de maïs, car son absorption augmente par les plantes cultivées dans le sol.