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L'absorption et la distribution du linuron dans le haricot et son action sur la photosynthese et la respiration.

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Academic year: 2021

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(1)

ABSTRACT

GILLES EMOND

ABSORPTION AND DISTRIBUTION OF LlNURON IN BEAN PLANT,

AND ITS EFFECT ON PHOTOSYNTHESIS AND RESPIRATION.

The amount of linuron accumulating in leaves was 180 times less than and proportional te the amount applied on the soil. The amount accumulating in detached leaves was directly proportional to the transpiration rate. Removal of cotyledons hastened the appearance of toxicity symptoms. Photosynthesis was more inhibited than respiration in detached leaves. Higher internaI concentrations of linuron were needed in detached than in attached leaves for comparable degrees of inhibition. In attached leaves and in isolated chloroplasts, a cer-tain level of linuron had to be reached before inhibi-tion occurred. The inhibitory acinhibi-tion of linuron on the Hill reaction was similar to that of other substituted urea herbicides. This action appeared to be on a mono-linear chain on the basis of results obtained from mixture of substituted ureas in the reaction medium. A new gas chromatographic technique was developed for

the quantitative determination of these herbicides in plant tissues.

(2)

L'ACTION PHYSIOLOGIQUE DU LINURON DANS

LE HARICOT

:par

(3)

par

Gilles Emond

Th~se soumise ~ la Faculté des Etudes et des Recherches des Gradués, en accomplissement partiel

des exigences requises pour l' ohtention du Grade de Docteur en Philosophieo

Département de Phytopathologie, Université McGill,

Montré ,al, Canada.

~

Gilles Emond 1968

1

(4)

Je désire exprimer ma sincêre gratitude au professeur

R.-L.

Pelletier qui a su prodiguer tous les

conseils nécessaires tant ~ la réalisation des essais qu'~ la rédaction de ce travail.

A tous les professeurs et étudiants du Département de Phytopathologie qui ~ un moment ou un autre m'ont aidé de leurs conseils et de leur encoura-gement, ainsi qu'~ la compagnie E.I. DuPont de Nemours qui a gracieusement fourni les échantil~ons purifiés de linuron, de monuron et de monolinuron, je réitêre mes remerciements.

Enfin, je remercie les autorités du Mi-nistêre de l'Agriculture et de la Colonisation pour m'avoir accordé un congé pour la période de mes études ainsi que le Conseil des Recherches Agricoles du Québec qui a généreusement fourni son support financier pour la réalisation de ce projet.

(5)

".:.

, . " '.-;·f.···'.:.·:, ',':'" ' , ': .. .'.:'>:~' .. "': : .'" Pag~. :.:'

I.·INT:Il0DUCTION~ •••••.••.•••••• : •••••• ~.~ ... ~.. ····1.·

:'II. RliVUE ·BIBLIOGRAPHIQUE ••••••••••••••••••. ' ·A.: :rNr~()~~qr~ON ~ •. ' ••• ' •••.•••.. ~.~<. G' •.• ~~ ••..• ~ •. '. '. • B •. ABSORPT10N Ei:DISTRIBUTION.'DES· DEIÜ~ . ·3 3 . ;.,.; . VÉS

/DE

L' œEE: ·DANS·· .LA

PLÀNTE·~. ~ '~'

•••• 5' C.

PHOTOSYNTHESE.<~

•••••.••••••••.

~

.••••••.. ' . 7

1. . STRUCTURE

MOLECuLAIREETÂ.CTIVIT~·

'. ' .. ' ' . ' . HERBICIDE ••• ~ ••• ~.~ ... • • • •• • • • • • •• '7

2. SITÉ

IlE

L'ACTION... •.••••••• 10

• , • . 1 . 3. MODE D'ACTION ••••••••••••• ~ • • • • • • 17 D. RESPIRATION . . . ~. ~ ~ ••••• ~ .21

E. AUTRES PROCESSUS AFFECTES •• ~.. • • ••.• • • 22

1. TRANSPIRATION ••• · •••••• ~· '. ' .• ".' • • •.• • 22 20 DEVELOPPEMENT RADICuLAIRE •••••••• ·23 3. . DIVERS .•••••••• _, ••••.•• ~ •••••••••• ~ 25 F. CONCLUSION •••••••••• ~ ... ~ • 27

III • TRAVAIL EXPERIMENTAL •••••• ~ • • • •• •• • • • • • 29 A.' ABSORPTION DU LINURON PARLE HARICOT 29 , . 1. INTRODUCTION... 29 .

2. DETERMINATION QUANTITATIVE DU LI-NURON PAR CHROMATOGRAPHIE EN PHA-" . ' . '. : . SE . GAZEUSE ... ;. ••• ~. CI • • • • • • • 30. a. Introduction... 30 b.Revue Bibliographique... 31 c. Matériel et Techniques... 40 d. Résultats et Discussion... 45 e. Conclusion... 53

(6)

Page a.ABSORPTION DU LINURON PAR LE

PETIOLE . . . .; •••• , •••••••••. , 54 a.,Matériel 'et Techniques... 54 h.R€lsultats'et Discussfon. 0 • • • ' 57

4. ABSORPTIoN Dû· LI NuRON PAR 'LE'

SYSTEME RADICULAIRE. 0, • • ~ ~ • • • • , . • 59 a.Matérielet Technîques •• 0 • .. • '59 'h.'Résultatset"Disctl.ssiOn.~ ••• , 59

. . ' . ' . ' .

5~CONCLUSION •• o ~.o o • • • -'- ~ • • • ~.... 64

B. INFLUENCE DE L'ABLATION DES "COTY-"LEDONS.SURLESREACTIONS DE' LA'"

,PLANTE, TRAITEE AU LINURONETSUR

LA. DISTliÏBUTION ])E L'HERBICIDE.... , 65

. ' . . '. . .

10 INTRODUCTION ... ' . . . 65

2. RAPIDITE D'APPARITION DES SYMP-'

TOMES:ÊTMODIFiGATIOr~S ,DE LA

CROISSANCE... 66

, ,a. Matériel 'et Techniques... 66

: ~ . . '

h' Résultats et Discussion... 67

3. APPORT ,EXOGENE DE 'GLUCOSE... 74 a. Matériel et Techniques. ••••• 74 h. Résultats et.Discussio~ ••••• ' 75 4. DISTRIBUTION DU ,LINURON. • • •• • • • 79

a.

Maté~iel'

et Techniques... 79

h.Résul tats et Discussion... 80 5. CONCLUSION ••••• ~... 85

(7)

. C. ACTION DU LINURON SUR· LA PHOTO-SYNTHE SE , LA RESPIRATION ET LA ,

"" .. " , ' ". . . '. . .. , '

,SENESCENCE DES FEUILLES DE HARICOT. : " .. ' ; .... . . . ' . . 1. INTRO])UCTI ON •• ~ •••••• : ••••• ~ •••••

. . . . " .. - . .... " . " .

2. INFLUENCE' DE:LA TENEUR EN CHLO- ,.

. . , . Page .87 87 ROPHYLLE •••••• ' ... 8 88 a. Matériel et Tèchniques ••••••• , 88 b. . Rés~l . tatset ' . riiscussion.~.... . . ' . " . ' . ' 89 3. EFFET DE L1\ CONCENTRATION DU L1-NURON DANS DES FEUILLES

DETA-CHEES GARDEES EN SURVIE~... 100

: a. Matériel et Techniques... 100

b.Résultats et Discussion... 101

4. EFFET DU LINURON SUR LA SENES-CENCE DES FEUILLES DETACHEES.... III a. Matériel et.Teehniques... III b.Résultats et Discussion... III 5. CONCLUSION •••••••••••••••••••••• ' 118 D. ACTION DU LINURON ET AUTRES DERIVES DE L'UREE SUR LA REACTION DE HILL. DANS DES CHLOROPLASTES ISOLES DU lIARICOT •••••• • ' ••••• ••••••• ' . . . 119

1. INTRODUCTION... 119

2. ESSAIS PRELIMINAIRES •• ~... 120

a. Introduction... 120

b. Matériel et Techniques... 120

c.Choix de la Solution Tampon.. 127

d. Effet de l'Agitation de la Suspension de Chloroplastes.. 128 e. Effet du pH de la Solution de Réaction... 129 f. Durée de l'Illumination... 132 g. Conclusion... 135

(8)

3. DETERMINATION DE LA CONCENTRA-TION DE L'HERBICIDE CAUSANT 50% D'INHIBITION DE LA REACTION DE

Page

RILL •••••••••• o • • • • • • • • • • • • . • • • • • 135

a. Introduction... 135 :h. Matéi~iel

et

Techniques... LB~'i'

c. Résultats et Discussion... 138 4. ETUDE ~Wl'L' ACTIONDlJ LINURON,

DU MONURON ET DU MONOLINURONEN

MELANGE SUR LA REACTION DE HILL. 146 a. Introduction •••••••••

<...

146 :h.Matériel et Techniques... 147 c.Résultats et Discussion ... ~... 147 - Mélange de deux her:hicides.147

. . , ' , .

- Mélange de trois her:hicides 151 5. CONCLUSION ••••••• o • • • • • • • • • • • ~ • • . i 154

. . . , . . : . ' . ' .

IV. CONCLUSION GENERALE. ' ••••••••••••••• ~. • • 156

v.

SOrvtI\1AlRE ... ~· _ •• t • • • ' • • • • • • • ' . ' • • • • ' . • • • • • • 158 VI. DECLARATION SUR L'ORIGINALITE DU

TRA.VAIL.; •••••••••••• _.: ••• _. ~ ••••••••••• ' •• ' 162 . VII. ·BIBLIOGRA.PHIE... 163

(9)

Le l inuron ( 3- (3 ,4-dichl orophényl) -1-méthoxy-l ... méthylurée) .estune suhstance herhicide qui est employée en traitements de préémergence et .

. ;

depostémergencepourle'désherhage des cultures. , . , " . ' " - ' ;. ,.... . . : . '

Les dérivés' de l'Urée sont l'ohjet d'un grand nom-hre d'éttides, ayant trait : . " . , • " ' 1 " .~,pl~sieursprocessus ..., phy-.

, siologiques, et plus" spécialement~la photosynthê- '

, " - . .

se. Ces suhstances ne sont pas seulement utiles com-me désherhants chimiques, mais aussi pour a:pprofon~ dirnotre compréhension ~e la physiologie de la plante. Cependant, le,linuron, peut-être ~ cause de son, introduction relativement récente, a été l'oh-jet de peu!: d' études ~ ce point de vue. Du fait, de son efficacité en traitement de préémergence, le linuron doit nécessairoonent être ahsorhé par les

ra-cines de la plantule et se distrihuer dans la plan-, ,

te puisque les symptômes de phytotoxicité apparais-sent sur le feuillage. Cependant, les quantités de linuron responsahles de ces symptômes ainsi que certains facteurs nutritifs qui peuvent influencer ces symptômes sont três peu connus. Lorsque les dérivés de l'urée sont appliqués sur le sol, nous ne connaissons pas la quantité d'herhicide qui s'ac-cumule dans la plante et dans les feuilles.

Comme l'action phytotoxique du linuron s'est montrée différente et même quelquefois supé-rieure ~ certains dérivés de l'urée, il nous a pa-ru intéressant de poursuivre des études dans le hut

(10)

de comparer l'action du linuron h celle des autres dérivés de l'urée." Dans ce sens, nous avons étudié

t

',absorption et la distribution de ce composé dans le ,ha:ricot '(Phaseolusvulgaris L.), et nous avons déterminé la qù~ntfté d'herbicide pouvant

s'accu-, s'accu-, ' ., " • - , - . ' < ' ' • • " " ' , " . . • "

muler dans' les feuilles. De plu.s, cônnaissant les . . ' ,~ " . '. '. . . : . , . .' . - . '" .. " . . ; . ' liens métaboliques étroits entre la photosynth~se

et la respiration, il nous a semblé important de ,.connaître l'i action de" con'ce:rit~ations internes de linuron sur ces deux processus. 'Enfin, l~étude de l'action inhibitrice du linuronetautres dérivés, employés seuis et den mélange, sur la réaction de Hill, ,devrait permettre de préciser davantage lie site d'action des dérivés de l'urée.

Cepr~sent travail rapporte les

ré-sultats d'essais poursuivis au Département de Phy-topathologie du'Coll~ge Macdonald,' Université

", McGill, Montréal,; P.Q., durant la période allant de septembre 1964 h septembre 1967.

(11)

II. REVUE BIBLIOGRAPHIQUE

A. INTRODUCTION

Depuis les travaux de Bucha et Todd (1951) sur les propriétés herhicides du 3-(p-chlorophényl)-1,1-diméthylurée (monuron) et ceux de Sharp et al.(1953), sur l'efficacité du3-phényl-l,.1-diméthylurée (fénuron)

h détruire les plantes vivaces, beaucoup de travaux ont été publiés sur les dérivés de l'urée. Toutefois, comme le linuron (3-(3,4-dichlorophényl)-1-méthoxy-l-méthylu-rée) est d'introduction relativement récente, cette revue traitera principalement des ouvrages engageant les au-tres dérivés de l'urée. Il a été démontré que ces compo-sés sont absorhés par les racines, les feuilles et même les tiges. Lorsqu'aDsorhés par les racines, ces dérivés sont transportés ~ travers les éléments du xyl~me jusque dans les feuilles, par le courant transpiratoire. L~, ils s'accumulent car, semble-t-il, peu ou pas de trans-port hasip~te n'a été décelé. Les conditions favorisant le ralentissement du processus de la transpiration ont pour effet de diminuer l'action phytotoxique de ces her-hicides (Bucha et Todd 1951, Christoph et Fisk 1954, Haun et Peterson 1954, Minshall 1954, Muzik et al. 1954, Fang ~ al. 1955,Levi 1955, Crafts 1961, Bayer et Yama-guchi 1965. ).

(12)

On a t6t fait d'étudier l'action de ce grou-pe d'herhicides sur la photosynthêse, ~ cause de leur ac-cumulation dans les feuilles. Cooke (1955) a constaté que le monuron diminuait le contenu en hydrates de carhone des plantes traitées et que la photosynth~se était prohahlement le processus le plus affecté. De plus, il fut le premier ~ démontrer, par ses travaux sur les chloroplastes isolés, que de tr~s faihles concentrations de monuron suffisaient

~ inhiher la réaction de Hill (Cooke!956). Cette décou-verte fut confirmée par la suite, par Spikes (1956) et Wessels et van der Veen (1956), qui étahlirent que le monuron inhihait également la fixation photosynthétique

du carhone. Jagendorf et Avron (1959) ont trouvé que l'inhihition s'étendait même au transport des électrons et ~ la photophosphorylation. Comme la réaction de Hill semble le premier processus affecté et ceci, par des con-centrations relativement faihles de l'herhicide, on a adopté l'inhihition de cette réaction pour comparer l'ac-tivité des herhicides agissant comme inhihiteurs de la

photosynth~se. Ce groupe comprend les acylanilides (Good

1961, Moreland et Hill 1963), les triazines (Bishop 1962, Moreland et Hill 1963), les urées (Bishop 1962), les phé-nylcarhamates (Moreland et Hill 1959) et les uraciles (Hil-ton et al. 1964).

Il serait toutefois peu recommandahle de gé-néraliser l'emploi de ce test pour déterminer la phyto-toxicité des herhicides. On sait que certains composés, ne manifestant aucune propriété herhicide, inhihent cette réaction ~ faihles concentrations, alors que d'autres

composés, tout en étant des herhicides efficaces, n'ont aucun effet sur la réaction de Hill (Gysin et Knüsli 1960).

(13)

De tous les herhicides capahles d'inhiher la photosynth~se, les dérivés de l'urée, en particulier le.monuron et le diuron (3-(3,4-dichlorophényl)-1,1-diméthylurée), sont ceux qui ont été les plus étudiés. Ces deux composés sont utilisés fréquemment comme inhi-hiteurs dans l'étude de la hiochimie de la photosynthê-se.

Les dérivés de l'urée n'affectent pas seu-lement la photosynth~se. A des concentrations plus é-levées, ils altêrent également la respiration, la trans-piration, le développe~ent radiculaire et d'autres pro-cessus qui feront l'ohjet de cette revue hihliographi-que.

B. ABSORPTION ET. DISTRIBUTION DES DERIVES DE

L'UREE DANS LA PLANTE

Nous avons mentionné précédemment que les dérivés de l'urée"sont ahsorhés par les racines, les feuilles et même les tiges. Lorsqu'ahsorhés par les ra-cines, il semblerait que l'ahsorption et la distribu-tion se dérouleraient de la façon suivante: ahsorpdistribu-tion par les radicelles et les cellules corticales de la

ré-gion primaire qui suit la pointe de la racine, migra-tion vers le xylême, transport hasifuge par le courant transpiratoire, et enfin distrihution et accumulation dans les feuilles (Crafts 1961). Lorsqu'appliqués sur les feuilles, prês du pétiole, ces composés traverse-raient la cuticule pour atteindre les éléments du xy-lême. Comme dans le cas précédent, la distrihution

(14)

dans la feuille se ferait par le courant transpiratoire. Haun et Peterson (1954) ont rapporté que l'absorption du monuron par les racines de la tomate est tr~s rapide 0 Aprês deux heures, on détecte une quan-tité appréciahle de·ce composé dans lès racines, alors qu'aprês 48 heures, on observe une accumulation dans les feuilles. Cependant, aucun transport basipête n'est décelé. Apparemment, les dérivés de l'urée ne peuvent entrer et circuler dans le phloême.

Crafts et Yamaguchi (1960) ont démontré également que le monuron peut pénétrer dans les raci-nes de plants d'orge en moins de 30 minutes et attein-dre l'extrémité des feuilles en 2 heures. Ce produit continue A s'accumuler dans les feuilles!jpendant une période de 8 jours. Soulignons que les dérivés de l'urée peuvent circuler facilement dans les ·cellules vivantes de l'endoderme des racines, mais par contre, ne peuvent s'introduire dans les cellules vivantes du phloême, A

l'intérieur des feuilles.

Selon Bayer et Yamaguchi (1965), l'absorp-tion, la distribution et l'accumulation du diuron dans le haricot, la fêve soya et l'orge, sont similaires. La quantité absorbée augmenterait et la distribution se généraliserait progressivement avec le temps. Par leurs études autoradiographiques, ils n'ont décelé aucun mou-vement du diuron dans le phloême. Toutefois, selon ces

auteurs, il ne faudrait pas exclure la possibilité que le diuron puisse atteindre les cellules vivantes du phI oême. Il semble que ce mouvement soit três ... lent et n'implique que des quantités minimes.

(15)

En ce qui a trait h l'absorption des dérivés de l'urée par les racines, on ignore quelle relation ex-iste entre le volume de la solution herbicide absorbé et la quantité de l'herbicide absorbée. Il faudrait connai-tre cette relation pour pouvoir calculer la concentra-tion de l'herbicide dans la plante aprês une période d'ab-sorption donnée.

C. PHOTOSYNTHESE

1. STRUCTURE MOLECULAIRE ET ACTIVITE HERBICIDE

Comment expliquer que les herbicides poss~­ dent· différentes capacités d'inhibition de la réaction de Hill? Pour inhiber cette réaction, il semble que la molécule herbicide doive posséder certaines particulari-tés structurales. Ainsi, les dérivés de l'urée ont ten-dance ~ former des associations intermoléculaires ré-sultant des liaisons hydrogêne du type O ••• N-H. Le rÔle possible de ces liaisons dans l'inhibition de la réaction

de Hill a été démontré par Moreland (1963) et Overbeek (1962).

Ils ont trouvé que l'inhibition maximale est obtenue quand, dans la formule générale suivante des dérivés de l'urée,

R

11 3 C

RI est un radical phénylique. La substitution du noyau par des halogênes déterminera grandement de l'activité

(16)

des composés. La su~stitution doit se faire en position méta ou para. Par exemple, les dérivés contenant deux

atomes de chlore, comme le diuron et le linuron sont três actifs, d'ailleurs plus actifs que leur homologue monochloréle monuron, substitué en position para. Toute substitution en position ortho rend la molécule inacti-ve. De plus, seuls les composés, dont R2 est occupé par un hydrogêne, formant ainsi un groupe imino, pourront inhiber efficacement la réaction de Hill. Good(1961) a souligné l'importance de la présence de cet atome hydro-gêne, comme condition essentielle de l'activité inhibi-trice. La position R3 devra recevoir un atome oxygêne et enfin, la position R4' un groupe méthylamine comme pour le DMU (3-(3,4-dichlorophényl)-1-méthylurée), un groupe diméthylamine comme pour le monuron et le diuron, ou un groupe méthyl et but yI comme pour le néburon (1-butyl-3-(3,4-dichlorophényl)-1-méthylurée). Le linuron diffêre toutefois de ces derniers du fait qu'il contient un groupe méthoxy, le rendant capable d'être absorbé par la feuille (Holly 1964). Cependant, la présence de ses

2 atomes de chlore sur le noyau benzénique pourrait peut-être le comparer au diuron.

Camper et Moreland (1965) ont, par titration potentiométrique, déterminé l'acidité relative des phényla~ mides substitués. Ils ont observé une relation directe

entre l'activité inhibitrice sur la réaction de Hill et l'acidité relative de ces composés, les isomêres dichlo-rés étant plus acidiques et plus actifs que les isomê-res monochlorés.

(17)

Il semble que l'association intermolécu-laire soit une condition essentielle régissant l'action inhibitrice des dérivés de l'urée. Lorsque l'atome hy-drogêne du groupe imino est remplacé par un groupe mé-thyl, on obtient 300 fois moins d'inhibition. La substi-tution en position ortho favoriserait d'autre part, une association intramoléculaire. L'atome de chlore peut alors attirer l'atome hydrogêne du groupe imino ou for-mer une liaison hydrogêne avec ce dernier. Considérant les particularités structurales requises de la molécu-le, pour qu'il y ait inhibition de la réaction de Hill, il semble que l'hypothêse originale de Wessels et van der Veen (1956) concernant la formation de liaison hy-drogêne entre le composé et le site d'action ait son mérite. Cependant, certaines données expérimentales

vont ~ l'encontre de cette théorie. D'une part, la chlo-razine, un des représentants du groupe des triazines, ne contient pas de groupe imino libre. D'autre part, le monuron et le diuron, quoique démontrant une forte

ac-tivité inhibitrice, ne forment pas de liaison hydrogê-ne de façon aussi marquée que les _acétylanilides, com-posés moins actifs que ces dérivés de l'urée (Good 1961). Ce qui voudrait dire que l'activité herbicide n'a pas été entiêrement expliquée par les particularités struc-turales qui ont été considérées jusqu'~ ce point.

La molécule inhibitrice doit atteindre un site réactif dans les chloroplastes et de l~, doit pos-séder une configuration capable de rencontrer les exi- . gences de l'architecture moléculaire du centre réactif ou des centres réactifs (Moreland 1967). Ceci illustre bien la complexité du problême. Selon Camper et More-land (1965), certaines propriétés de la molécule de

(18)

l'inhibiteur, autres que celles déj~ mentionnées, doi-vent être considérées. Les plus importantes seraient: les caractéristiques du phénomêne de la répartition de l'inhibiteur entre deux milieux (balance des groupes hydrophiliques et lipophiliques), la résonance, la tau-tomérie kéto-énol, la relation cis ou trans entre l'hy-drogêne du groupe imino et l'oxyg~ne du groupe

car-boxyl, et enfin la possession d'une charge critique, par

certains groupes dans la molécule, laquelle est indispensable lors des interactions intermoléculaires.

2. SITE DE L'ACTION

En 1962, Good avança ce qui suit: "Il me semble de toute évidence que les anilides (incluant les dérivés de l'urée), les alkylamides et les triazi-nes ont un mode d'action similaire et tout laisse croi-re, d'apr~s les données expérimentales actuelles, que le mécanisme de l'oxydation de l'eau en oxyg~ne molécu-laire serait le processus affe cté en premier lieu" ..

Avant de discuter davantage du site de l'action, résumons bri~vement la biochimie de la pho-tosynthêse. La figure 1 représente un schéma général de la photosynth~se selon Davis (1966). Ce schéma

ré-sume les résultats de plusieurs auteurs (Grant et Whatley 1967, Duysens et al. 1961, Losada ~ al.196l, Tagawa

et al. 1963a, et van Niel 1962). On peut considérer la photosynth~se comme un circuit dans lequel circule un

flux électronique. Les électrons libérés par la chlo-rophylle sont restitués par les ions OH- venant de l'eau,

(19)

1

Ferredoxine

1

H+ 1 . . - -_ _ - - ' . ' .

~

r.

e-~

~e-(H)

.~

NADP ATP Chi orophylle a Lumi~re ,r--p-l-as-t-O-qU-in-O-n-e--' Inhibition H+ des phénylurées

.'+

r ... . -1 . . 1 . 1

1 Chlorophylle +-f!"~ OH-~ HOH 1

: b · · .

1

1 L_ - - - . . . , . (OH)

r---'

1 1 . ( } L._ ~_..J

U

02 Lumière

Figure 1. Schéma général de laphotosynth~se, d'apr~s

(20)

lesquels donnent leurs électrons aux pigments photosyn-thétiques. Suivant ce mécanisme, les électrons lihérés sont transférés par l'entremise d'intermédiaires le long d'une chaine de transport d'électrons, jllSqU'~ ce

f,fu'ils se combinent avec les ions H+ venant de l'eau, pour produire des atomes d'hydrogêne capahles de réduire le NADP (nicotiamide adénine dinucléotide phosphate). Sous l'action de la lumiêre, deux photoréactions prin-cipales permettent la conversion de l'énergie de la lu-miêre en énergie chimique. Une de ces photoréactions est dépendante de la lumiêre ahsorhée par un systême de pigments dans lequel la chlorophylle h prédomine

(photoréactionB) et est responsahle de la photoproduction d'oxygêne. L'autre photoréaction est dépendante de la lumiêre ahsorhée par un systême de pigments dans lequel la chlorophylle a prédomine (photoréactionA) et favori-se la photoréduction de la ferredoxine. Aprês réduction, ce composé peut donner ses électrons ~ d'autres accep-teurs lors des réactions sombres, par exemple au NADP et finalement' au C02. Les photoréactions' A et B sont reliées entre elles par un lien thermochimique, le passage des électrons s'effectuant par l'intermédiaire de la chaine du cytochrome. La production de ATP (adé-nosine triphosphate) est c?uplée ~ cet échange élec-tronique.

Aprês cet exposé sommaire de la photo-synthêse, nous discuterons maintenant du site de l'ac-tion des dérivés de l'urée. Pour le hénéfice de cette discussion, certains faits doivent être mentionnés. Beaucoup de travaux puhliés sur deux groupes impor-tants d'herhicides, les dérivés de l'urée et les tria-zines, situent l'activité hiologique de ces composés

(21)

au niveau de la réaction B. Malheureusement, la hiochi-mie de cette réaction est pratiquement inconnue. Tant que cette hïochimie ne sera pas mieux comprise, l'em-placement exact du site de l'action de ces composés ne pourra pas être localisé avec précision (Black et Myers 1966, Moreland 1967). Cependant, plusieurs tra-vaux peuvent corrohorer la déclaration de Good (1961).

D~s les premiers travaux de Wessels et van der Veen (1956) sur les uréés et ceux de Moreland et al. (1959) sur les triazines, il était évident que

ces herhicides inhihaient, de façon efficace et ~ tr~s faihles concentrations, la réaction de Hill. A partir de la relation qu'il a trouvé,entre les lon-gueurs d'ondes de la lumi~re et la phytotoxicité de l'atrazine et du monuron, Ashton (1965) est arrivé ~ la conclusion que la chlorophylle était le prin-cipal pigment impliqué.

Poursuivant des travaux avec la hactérie photosynthétique Rhodospirillum ruhrum, laquelle ne

lih~re pas d'oxyg~ne, Hoffman et al. (1960) ont cons-taté que cette hactérie était 200 fois plus résis-tante h l'action du monuron qu'Euglena. Antérieure-ment, Bishop (1958) avait démontré que les dérivés

de l'urée et les triazines n'affectaient nullement les réactions photoréductrices des algues Scenedesmus. Celles-ci étaient capahles de photoréduction sous

une atmosph~re d'hydrogêne. Tout comme pour les hac-téries précédentes, ces algues ne lih~rent pas d'oxy-g~ne. Aprês un traitement des algues Chlorella au

diuron, Treharne ~ al. (1963) ont ohservé une diminu-tion du signal II de la résonance du spin de

(22)

l'élec-tron. Comme ce signal semble être associé avec le méca-nisme responsahle de la lihération de l'oxygêne, ceci confirme encore une fois le site de l'action des urées dans la réaction B.

Des interactions entre les phénylurées et les flavines ont été étudiées par Gentner et Hilton

(1960) '. Sweetser (1963) 9 et Homann et Gaffron (1963).

Gentner et Hilton, de même que Sweetser, ont rapporté que le FMN était responsahle de l'inactivation photo-chimique du monuron et des autres dérivés de l'urée. De plus, Sweetser a ohservé que l'activité inhihitri-ce de inhihitri-ces composés sùr la photosynthêse semblait être associée ~ leur réactivité envers le FMN. Des feuilles de haricot furent traitées avec une solution de FMN, aprês l'ahsorption du monuron par le systême radiculai-re. Ce traitement empêcha l'action herhicide du monuron. Sweetser avança la théorie que le FMN et le monuron

forment, en présence de la lumiêre, un complexe non-phytotoxique. Cependant,Homann et Gaffron n'ont pu déceler la formation de ce complexe flavine-monuron.

Selon Overheek (1962), les ·dérivés de l'urée interféreraient avec le flux d'électrons durant le processus de la photosynthêse. De toute évidence, ces herhicides interfêrent avec l'oxydation de l'eau durant la phase non-cyclique, et également avec la partie du systême qui supplée les électrons ~ hasse énergie ~ la molécule de chlorophylle qui a été oxydée aprês illuminationo Selon le même auteur, tous les

organismes capahles de photosynthêse émettent une lu-miêre de faihle intensité aprês illumination. Cette réémission de la lumiêre est prohahlement due aux

(23)

élec-trons· retournant ~ la molécule de chlorophylle pour la réduire 0 Sweetser et al. (1961) ont démontré qu'une telle

-réémission de la lumi~re est fortement inhihée par le monuron. Ge point est également supporté par les travaux de Duysens et al. (1961). Ces derniers ont de plus oh-servé le comportement du cytochrome, lequel agit comme intermédiaire entre l'eau et la chlorophylle dans le . . ' . , transport des électrons. Ils ont trouvé que si norma-lement le cytochrome était réduit sous certaines con-ditions d'illumination, il ne recevait plus cependant d' éle ctrons en p.résence de 1.lxlO:-6M de diuron.

Il a· été démontré que le monuron et le

diuron inhihaient plus efficacement la phase non-cyclique de la phosphorylation que la phase cyclique (Jagendorf et Avron 1959). De plus, l.a production de ATPdurant la phase cyclique peut même &tre stimulée en présence de fortes concentrations de diuron (Tagawa et al. 1963h). Du fait que l'inhihition de la réduction du NADP par

les dérivés de l'urée peut être diminuée par l'addition d'ascorhate et de 2,6-dichlorophénolindophénol (Vernon et Zaugg 1960) oud'ascorhate et de méthosulfate de

phénazine (Jagendorf et Margulies 1960), le site de l'ac-tion de ces herhicides devrait être placé dans le syst~me B, avant le quinone. Jagendorf et Margulies sont

d'a-vis que l'ascorhate et le méthosulnate de phénazine forment un complexe capahle de maintenir, en présence de monuron, la photoréduction du NADP. Le systême pro-posé par Vernon et Zaugg agirait de la même façon en présence de diuron.

Rogue (1967) mentionne dans sa revue hihli-ographique que la localisation précise du site de

(24)

l'ac-tion des inhibiteurs photosynthétiques est loin d'étre résolue. Cet auteur y discute les différentes théorie~, et démontre qu'il est difficile d'adopter une théorie en particulier.

Le probl~me peut être résolu, en partie, ensuppos'ant qu'il existe plus d'un site d'action. 'Selon Moreland (1967), il est :peu probable que tous ·les herbicides qui inhihent la réaction de Hill

agis-sent au même site par un mécanisme commun. Dans la plupart des cas, toutefois, un site au niveau de la réaction responsahle de la lihération de l'oxyg~ne

sem-hIe

le plus sensihle. Cependant, en présence de fortes concentrations de monuron et de diuron, certains sites associés avec la réaction A seraient également sensihles. Cette nouvelle conception a été suggérée par les tra-vaux de Asahi et Jagendorf (1963) sur des chloroplas-tes d'épinard et ceux de Tanner ei al. (1965) sur Chlorella.Gingras

II

alo (1963) ont également propo-sé deux sites d'action pour le monuron.A faihles con-centrations, la réaction photochimique serait affectée, alors qu' h fortes concentrations, . au dessus de lO-6M, la réaction sombre ,serait inhihée en plus.

(25)

3. MODE D'ACTION

Du

fait que les dérivés de l'urée sont des inhihi teurs efficace~' de laphotosynth~se~' l'

hy-poth~se selon laquelle les syniptômes'prodrtitspar

. . . .

cesherhicides seraient dus 'principalement h l' ina-e~ ni tion,. semhlait d.es.plus plausihles. Ala.,suite d'un trai tem~nt au monuron, le co~tenu e~ hydrates de ~ar­ hone de diverses plantes diminua considérahlement

(Cooke 1955). Deux heures apr~sun traitement avec ce même herhicide, la fixation photosynthétique du CO2 dans le haricot fut réduite de 94% et apr~s 72 heu-res, la synth~se du sucrose était pratiquement nulle

(Ashton et al. 1961).

On a cherché un métaholite capahlede renverser cette inhihi tion. Gentner et Hilton (1960)

ont trouvé qu'une application de sucrose

A

l'extré~ mité terminale des feuilles d'orge préalahlement tDai-tées, protégeait partiellement la plante des dommages causés par les dérivés de l'urée.

Toutefois, Sweetser et Todd (1961) rap-portent que des études de croissance conduites avec Chlorella et Euglena ont démontré que le monuron est toxique h ces organismes en présence de lumi~re, mais non A la noirceur, même si le milieu contenait une source d'énergie comme le glucose dans le cas de Chlo-relIa ou de succinate pour Euglena. A la suite de

leurs travaux sur Chlorella, ces auteurs conclurent que l'action phytotoxique du monuron serait due h l'ac-cumulation d'une suhstance toxique dans le syst~me

(26)

aon-cerné avec la libération de l'oxygêne. De plus, le t~ux de production de cette substance peut varier suivant la concentration de CO2 dans le milieu de culture. L'hypo-thêse

a

été avancée selon laquelle, une diminution de la concentrati,on duG02;po~rrait causer ulle accumulation de NADPH ou d'âlltres'substancesréductrices. Gelles..;.,ci, par action de

'mass~s," r~dJiraient

la concentration de "( OH)" (cf. Fig.l ).Ceciaurait·pour 'effet

d~'diminuer

, l ' a'~'tion . phytotoxiquedumon~'ron.Par"coli1~~e ,d~'s'essais '

poursuivis avec des plantules de moutarde des champs (Brassica Kaber (DC.) L. C. Wheeler) ont démontré que

l'apport exogênede,glucose'pouvait réduire la phytotoxi-cité d~ linuron. Cependant, cette réduction n'a été

que temporaire,pllisque le glucose n'a pu empêcher les plantules traitées de se dessécher. De plus, il

semble-. . . ' .

rait que les plantules gardées ,~ la noirceur profite~ raient plus de cet apport de' glucose (Emond 1964).'

Jagendorf et Avron (1959) furemt les pre-miers ~ suggérer la pos~ibilité que le monuronpuisse causer une accumulation, dans le systême B, d'un com-posé oxydé, (Y. OH) hypothétique, lequel contribuerait

~ empêcher la photolyse de l'eau. Ce qui signmfierait que l'action toxique observée aprês un traitement her-bicide n'est pas causée directement par le produit

lui-même, mais par' une substance provenant de l'interac-tion de l'herbicide et de la lumiêre. Cette substance n'a pas encore été œsolée (Ashton 1965). Les travaux de Minshall (1954,1957a) avaient démontré l'interdépen-dance qui existait entre la sévérité des symptômes ob-servés et l ' intensité lumine,use ~ laquelle les plants traités au monuron avaient été soumis. Des

(27)

le cas de la tache aréolée de l'avoine. Durhin et Sin-den (1967) ont ohservé, " . . . . apr~savoir .. in:troduit du

fil-, ... " , . . . ' , trat d' une culture (le Pseudomollas ", c()ronafaclensdans les 'feuIlles deplusieurs'pl'antes, "que'lëétaclles ' chlorotiques: nese.'dêyelo'ppaJentqu, 'e'n, pré sencé de'

lutni~~~.,T6~t~ofum~' iiou~'l~"I!l()nuro:n,<la'§é~éri

té' des symptomes augmentait avec l '

intensitél~mineuse.

'

'S~lOl1.·'DaVfS(1966).~'l'hYPo1ïh~s~: :précédem~"

. , . . . . . '. .' . , . ~ . ~ .' '. " ' . . . . ~ . . ' .

ment énoncée, relative à l'accumulation d'un produit oxydé toxique dans le syst~me B, explique,de façon

sa-. ' .

-tisfaisante les effets phytotoxiques des dérivés de l'urée sur des plantes enti~res. Mais, iliui semhle que cette hypoth~se ne soit pas supportée par les ré-sultats ohtenus par d'autres auteurs sur des chloro-:-plastes isolés. A cause du hlocage du mécanisme res-ponsahle de la lihérationdel'oxyg~ne, Davis soutient que l'effet toxique desphénylurées serait causé par l'accumulation, à l'état oxydé~ d'une ou plusieurs

suhstances, intermédiaires le long de la chaine du trans-port des électrons. Cette accumulation se produirait entre le systême B et la réduction du NADP.

Les concentrations d'herhicides nécessai-res pour il1.hiher de 50% la réaction de Hill, telles que rapportées par différents auteurs, indiquent seu-lement les concentrations dans le milieu de réaction. Cependant; elles n'indiquent pas 'nécessairement la concentration de ces mêmes herhicides ~ l'intérieur des chloroplastes et capahle d'il1.hihition (Moreland 1967) •

(28)

Selon Izawaet> Good (19~5J , l ' a]Js'orption du odiuron,' dumonuron'e:t.de:·l·v·~1i:razine·pardes.chloro~··

...

~!~.:::e:i!:~~::~!)é!~~i!{~!!~~4i~~~;=t~t~i:X~: ~~:-

. '.

.

destruction'de'1 'ordre.d'.un.ê:.molécule:"d!inliihi·téur .. ;.... .. ; ~.,

de la . concent;ati~~del'inhih:i.teur.· cl' enfin une , •• ~ ,; ••• ; \ : . , •• " j>J, • :! ,.-.' . '

ahsorption quicorrespolld'sensihlementaudegféd'inhi-hi tion. Ce' pro ce

~sus>représenieprohalüement"

la for-mation du complexe enzyme-Lnhihi teur •..

Que la détermination du nornhre de sites sensihles h l'inhihiteur soit hasée sur l'analyse du

phénoin~ne de la répartition ou sur l'analyse de la

cinétique de l'inhihition de Straus-Goldstein, ce nornhre demeure sensihlement le même. Izawa et Good

vinrent ~. la conclusion que les phényluréeset les tri-azines agissent au même site ou du moins sur la même unité·photosynthétique fonctionnelle, et que le nom-hrede sites sensihles h l'inhihiteur était le même pour ces deux groupes d'herhicides, soit un site pour environ 2500 molécules de chlorophylle. De plus, ils étahlirent h 2500, le nomhre de molécules de chloro-phylle constituant l'unité responsahle de la produc-tion de l'oxyg~ne.

Dans un ouvrage antérieur, Good (1961) avait évalué qu'une molécule de diuron inhihait com-plêtement l'activité de 100 molécules de chlorophyl-le. Toutefois, ce nomhre comparativementhas reposait

,

(29)

sur la supposi tionquelaeon~entration~otaie de l.'i:rlhihitel{r était .aux si té sd'inhihi tion dans lés Ëhlo:r-oplastes., .en. d 'alltrestetmes,l.',i:llhildteur,ri i

é .. ,' .

tait pas lié

<~'d'autres

si teset ,que.

iaq~anti

té '. d' inhihi teuT ··lihredans . les'chlÔr6J?:Laste sétai tIlé ....

gligeahie. Moreland

-"-".'

etai.(1958loIlt·égalementc~l:~

' . ' . .

culé qu'une molécule de m~nuronpoùvai t:i.nhihœ-r l'ac-tivité photosynthétiquede 125 molécules. ou plus de chlorophylle. Il faut .' su.pposer qu'eux non :pl~s' n'a- ' vaient pas tenu compte de la quantité d'inhihiteur nécessaire pour saturer les différents sites qui ne participent pas ~ l'inhihition.

La photosynth~se n'est pas le seul pro-cessus physiologique affecté par les dérivés de l'u-rée. D'autres processus sont également affectés plus ou moins directement et feront l'ohjet des prochaines discussions.

D. RESPrnATION

Tr~s peu d'ouvrages ont traité de l'effet des dérivés de l'urée Sur la respiration. Goeghegan

(1957) a ohservé que le taux de respiration endog~ne

de Chlorella fut augmenté quand l'algue !Ir.ut mise en suspension dans une solution de 5 ppm de monuron. En présence d'hydrates de carhone, cette augmentation a été plus marquée. Par contre, une augmentation moindre

(30)

' . . ,'

". fut. ohtenuepar 1.' emploi de concentrations plus élevées •. . Cetaut.eur a suggéré,' pour' expliquer c.e .p:hériom~:rie, qu'en

'. ' .•

~l' ahse~c~>,d.e:ilucos~,_le 'mon~ro~,forêe:r:.~it

'les cellules , .

.

ca:t"'~oli~é~:"

... '. ... . ... ceUu.lai:';"s

:n~

.. so:nt·

pas

Emond (1964) étudiant l'effet du linuron sur la respiration des racines de haricot et de mals, provenant de pl antu{e

s'

gardê~s ~'lâ-noirceur,

'aohservé 'également

un~

augmentation

d~taux re~pi;atoire.

Cette

augmentation plus-marquée pour le mals,'était d'environ 20%. Toutefois, la respiration des feuilles gardées 1\

la lumiêre, fut réduite d'environ 60% pour le haricot et de 20% pour le mals.

E. AUTRES PROCESSUS AFFECTES

1. TRANSPIRATION

Les travaux de Smith et Buchholtz (1962, 1964) ont démontré que les triazines et les dérivés de l'urée réduisent considérablement la transpiration. Cette

. , . . ,

réduction a pu être décelée, l l\ 3 heures aprês les

traitements, et aprês 6 heures, elle était d'environ 50%. Apparemment, cette réduction de la transpiration résulte

(31)

de la fermeture des stomates. Comme les feuillestraitêes.

ne montr~rentaucune diminution dans leur teneur e:rieau~

cisign:Ï.fierai t . que 1 'a:bso~ptionde :]~ 'e'~u::p~n'les: ... . . racines et son transport vers les' feuilles ·ne·' sont pas.

affectés~

Il a' été établi . qu'une . concentration élevée . . . de C0

2 dans ·les cellules gardiennes ou dans" les chambres .. substomatales favorise la fermeture '. 'desstomates"(Ke~

tellapper 1959). Urie situation similaire serait observée sur des feuilles traitées, alors qu'~ la suitedel'inhi-bition de la photosynth~se par les herbicides, uneaug-mentation de la concentration du CO2 causerait la fer~: meture a.es stomates (Smith et Buchholtz 1962,1964). Il

semble donc, qu'en général, les herbicides qui inhi-bent fortement la transpiration, soient également des inhibiteurs efficaces de la réaction de Hill. Cette possibilité avait déj~ été suggérée par Minshall (1960) qui avait observé une diminution de la transpiration des feuilles détachées du haricot traitées au monuron, . audiuron et au fénuron.

2. DEVELOPPEMENT RADICULAIRE

Christoph et Fisk (1954), poursuivant des-études histologiques et cytologiques sur des pointes de racines d'oignon immergées dans une solution de monuron, observêrent une diminution de la fréquence

des mitoses dans les pointes des racines traitées. Ce":",, pendant, la mitose ne fut pas arrêtée compl~tement,

(32)

même ~ une concentration de 0.5 ppm. Selon Wessels et van der Veen (1956), l'action inhihitrice de ce

com-poséser~it plusprononcée&ansles:hourgeons

termi-nauxque dans les- mérist~nies,radic~l..aires. '

. . .. . " .' . ~. .... ". : ."; . ;.: .

Mirlshall. ,(

i'96Q)-r~~p~;t~' 'quel~i'nhipi

ti()n'_ ' photosynthétique' 'pa~ ,le-'~onû.ron~st, confirmée·

:par-l"~f-.-. . . . . . ' . . . . . .

, .'. fe . .t·.qui a.: c'et. ,'her:bi'cide,--,etitp:L'oY€l'h>O.-5, 'Pprti,::sllT.,l.'a,f';';· "",. ','. longeIIleni

des'

r8.~ine~vërte·s'd~ia:gre·noùiilet'te,':

pl

an-te hydrophyan-te 'flottanan-te.; Dans un papierprécédent,'cet auteur avait démontré que la-photosynthêseétait

né-cessaire au développement radiculaire de cette plante, et qu'une , conceIltrationd(3,IIloÎl~rC)~' allssi faihie, que_ O. (15

ppm suffisaith réduireconsidérahlementce développe-ment (Minshall1959 )~'':Po~r 'ohtenir une suppression équivalente.de ,l' all,ongementdesr,~cin~s' du mais et du

flé~le,:lê's' corice~tràti.ori~\i~-::i"herhici·d~

.devaient s'élever ~environ 230 ppm~ 'Des 'résultats ,'similaires furent ohtenus avec des pointes de racines de pois

cultivées sur gélose ~. la n~irceur, indiquant que l'ac-. tion toxique du monurons' exercerai tdire ctement au

niveau des racines, même en l'ahsence du processus pho-tosynthétique.

Emond (1964) a démontré que le r,lnuron, tout comme les autres dérivés de l'urée, pouvait ex-ercer son action au niveau 'du syst~meradiëulaire. A la suite de l'application sur le sol, de différen-tes concentrations de cet' herhicide, la longueur des racines, la formation des racines secondaires et dans

ceDtains cas, le développement des poils ahsorhants des plantes traitées ont été fortement inhihés. Tou-tefois, dans le cas des plantules gardées ~ la

(33)

noir-ceur, les racines devaient être constamment en contact avec la solution de linuron 'pourquè l'inhibition soit maintenue • Des : effets ,-simiiai.~eso:rit étéo:btenüs:avec, le néburOn( Cràfts i96ilet: le o ' . . . '

fêhûroll

• '(Davis 1966 ~ . : • • • • , • • " . • '

J.

.... . .. ' . . ... '.,'

'. ;"

Certains herbicides peuvent diminuer le taux de germination des ,graines, mais seulement',~ des concentrations ,plus'fo;tes :que' celles habitue1- ,. lement employées pour le 'déSherbage des cul t'Ures

(Mayer et poij akoff-Mayber '1963t.Nakayama(1961), de même que Grafts et Robhins(1962) rapportent que le monuron pouvait inhiber ~'fortes concentrations, la germination des grain.es' dans le 801. ToutefoiS, il ne semble pas que le linuron puisse, même ~" for-tes concentrations,inhiber ce processus (Dubeyet Freeman 1963, Emond 1964). Du fait que certains as-pects du processus de la germination demeurent enco-re inconnus, notenco-re compréhension du mode d'action de certains herbicides sur la ,germination est des plus imparfaite (Kiermayer 1964).

Tomizawa (1956) a trouvé que le mon'!lron augmentait l'absorption du p32 dans la fêve soya. La quantité de phosphore inorganique augmenta dans tou-tes les parties de la plante. Cependant l'incorporation de cet élément dans les intermédiaires du métabolisme, tels que l'acide 3-phosphoglycérique, le glucose-l-phosphate et l'hexose diglucose-l-phosphate, fut réduiû;

(34)

pro-hahlement ~ cause de l'effet toxique de cet herhicide sur la photosynthêse. Hogue (1967) a ohtenu des résul-tats similaires avec le linuron. Alasuited.'line. ap-·plieation foliaire de linuron, ~ desconcelltrat:i.ons·

... .. ... . .. . . . . . . . · · · : . 3 2 ; · · : · · ·

léthales et sous~léthales, l'ahsorption du·P fut· au"gmentée aussi hien dans la tomate (plantesensiJ:ile). que dans le panais (plante résistante). L'augmenta.-.·

tion de l'ahsorption fut confirmée par une accumulation du phosphate inorganique. Par contre, l'ahsorption

du Ca45 fut fortement inhihée, surtout dans le cas du panais.

Il a été démontré qu'il existait une interaction prononcée entre les amendements du sol au phosphore et les trai~ements au diuron. En effet, une légêre addition de phosphore produisit une aug-mentation appréciahle de la croissance des plants de

coton en l'ahsence de l'herhicide, mais ne produisit aucun effet apparent sur des plants traités. Par contre, une plus forte addition de phosphore augmen-ta légêrement la croissance des plants témoins, mais cette augmentation fut cependant considérahle dans le cas des plants traités. En l'ahsence du diuron, le ray-grass italien réagit de la même façon que le

coton. Toutefois, en présence du diuron, toute ad-dition de phosphore se refléta par une réduction de la phytotoxicité de l'herhicide. Il semblerait donc que le diuron et le phosphore s'influenceraient ré-ciproquement, et que l'effet toxique du diuron sur la croissance dépendrait, en partie, de la quantité de phosphore disponihle (Bingham et Upchurch 1959).

(35)

L'emploi de cultures de tissus h la noir-ceur a permis une fois de plus, de préciser que l'ac-tion phytotoxique des dérivés de l'urée peut s'exercer sur des processus autres que laphotosynthêse. Jordan

t l

al. (1966), utilisant des cellul·es prélevées dans la moelle de la tige du tabac, obtinrent en présence d' u-ne concentration demonuron h 10-:-\i, une réduction de 60% de la croissance de ces· cellules.

Enfin, Wuu.etGrant (1966) poursuivant des études cytologiques sur des cellules-mêres de pollen proven~nt de plants d'orge,· dont la graine

avait été préalablement traitée au linuron, ont obser-vé que le comportement de ces cellules au moment de la méiose était anormal. Le mode d'action du linuron serait, selon eux, celui d'un composé radiomimétique, reprodui-sant le dérangement provoqué par irradiation.

F. CONCLUSION

A la suite de cette revue bibliographique, on peut supposer que l'absorption et la distribution du linuron dans la plante sont similaires h celles des autres dérivés de l'urée. Cependant, aucune étude précise ne mentionne ce point. Les dérivés de l'urée agissent principalement sur la photosynthêse, et tout laisse

croire qu'ils exercent leur action ~ l'intérieur des chloroplastes, en inhibant la réaction de Hill. Tou-tefois, comme la biochimie de cette réaction est três peu connue, il est actuellement diffiuile de situer avec précision le site de l'action, et d'expliquer

(36)

pourquoi, des molécules possédant des particularités structurales différentes, peuvent toutes inhiher la même réaction. Pour étudier l'inhihition de la réac-tion de Hill, on illumine des chloroplastes isolés en présence de concentrations connues d'herhicides • . 11 est. étrange cependant, qu'on ne se soucie pas de connaitre .. dans la .plante ou dans lf's feuilles, les

c(ùïcentrati~nsinte~nes

d'

;herhicides~

responsahles de·:l

~inhihitio:h;

de

la>

photos-p1thêse. A cause du peu de travalix:rapp()rtéssur le linuron, on ne peut que

. ' . : " . " . .

... " supposer pour ;.le ïnome:nt,· que" son site et son mode. "d' actionsoientsimil~ires' hc'eux des autres dêri~

vés deI' urée •... '

" ,

' . . .

(37)

III. TRAVAIL EXPERIMENTAL

A. ABSORPTION DU LINURON PAR LE HARICOT

. ·1. IN'rRODUCTION

.. ~ .' . ' . ' : .

Il est adniis que ies ·dérivés·de l'urée sont ahsorhéstrês rapidement·· pa~· lesrac~~es des.··

pl·antes .etsont transportés par le· courant transpi-ratoire dans les feuilles oft. ils s'accumulent.

A

notre connaissance, on n'a pas étahli de relation entre . la quantité de l' herhicide accumulée dans la plante .

et le volume. de la solution herhicide ahsorhé par le systême radiculaire ou par le pétiole.·

Colhy et ses collah~tateurs (1964) rap-portent que des plants de tomate ontahsorhé une plus grande quantité d'amihen (dérivé de l'acide henzofque) quand celui-ci était présent dans le sol, en concen-trations plus élevées.Le Dut de nos essais était donc de démontrer si le haricot ahsorhait par ses racines une quantité de linuron proportionnelle h la quantité appliquée sur le sol. Pour fins de comparaison, l'ah-sorption par le pétiole de feuilles détachées, fut déterminée. Ceci permettrait d'étahlir si nous pou-vions accepter pour le linuron, la supposition de Minshall (1960) selon laquelle la quantité de

(38)

monu-ron ahsorhée par le pétiole correspond au volume de la solution herhicide ahsorhé, lequeili est en proportion de la vitesse de transpiration.

La détermination quantitative du linu-ron dans les feuilles du haricot fut réalisée par chromatographie en phase gazeuse. Une description dé-taillée de cette méthode sera donnée· au tout déhut •

. 2. DETERMINATION QUANTITATIVE DU LINURON PAR CHROMATOGRAPHIE EN PHASE GAZEUSE.

a. } llitroduction.

L'utilisation de la chromatographie en phase gazeuse pour la détermination quantitative des résidus des dérivés de l'urée dans la plante, le sol, et les eaux d'irrigation et de consommation, devient

: '

-deplus·en plus répandue. En effet, quelques méthodes utilisant cette technique chromatographique ont déjlt é:té décrites par plusieurs auteurs (Kirkland 1962, Gutenmann et Lisk 1964, Henkel 1966). Les appareils. mis h notre disposition nous ohligêrent toutefois, ~

choisir au départ la méthode de Kirkland. Celle-ci s'est avérée insatisfaisante pour la détermination quantitative du linuron dans les tissus du haricot.

(39)

Il fallut alors procéder ~ une revue hi-hliographique détaillée afin d'élahorer une nouvelle méthode d'analyse. Cette revue qui suit, mettra en

évidence l'évolution qui s'est faite dans ce domaine depuis-quelque I5atis, et: i>è-rinettra une-évaluation des différentes méthodes a.'ana.Iyse ••

-. : ; .

h. Revue Bihliographique.

L'introduction du premier herhicide déri-vé de l'urée par Bucha et Todd en 1951, a nécessité le développement de méthodes d'analyse pour la détermina-tion des résidus du monuron dans le sol et les_plantes. Les travaux de Lowen et Baker (1952) démontrent que le monuron peut être hydrolysé en milieu acide ou en mi-lieu alcalin.

J.

La détermination du p-chleroaniline ou du diméthylamine peut alors servir de hase pour une évaluation indirecte du monuron. Ces auteurs démon-trent également qu'une extraction préalahle du monu-ron dans les sols ~ l'acétonitrile, suivie d'une hy-drolyse en milieu acide sont préférahles ~ une

(40)

hydro-: . ~.

lyse en milieu alcalin, suivie d'une extraction ~ l'hexa-ne, du fait que la correction pour le témoin est moins élevée. Dans les deux cas, l'évaluation colorimétrique est rendue possihle grâce ~ la formation d'une matiêre

a-zo!que pourpre ohtenue aprês diazotisation en présence de nitrite de sodium et copulation avec une solution de N-(l-naphthyl)-éthylêne-diamine. Toutefois, c~tte . méthode n'était pas adaptée ~ tous les types de sols

et ne s'appliquait pas aux analyses des tissus végétaux. Young et Gortner (1953) apportêrent les ·modifications nécessaires et utilisêrent cette méthode

pour l a . détermination de résidus de monuron dans des échantillons d'ananas. Dans le hut d'éviter l'extraction ·de .. l'hérhicide ~ l'aide de solvants organiques et l'é-.. vaporationde ces derniers, on a préféré hydrolyser

quantitativement le monuron en milieu fortement alca-lin par distillation

n.

reflux et récupérer directement du milieu alcalin l'amine aromatique par distillation ~ la vapeur ou par distillation directe. Aussi peu que O.Olppm de monuron put être alors décelé.

En 1954, cette méthode fut modifiée et appliquée avec succês h différents types de sols et ~ plusieurs tissus végétaux (Bleidner ~ al. 1954). Dans ce cas-ci, le p-chloroaniline est récupéré h l'aide d'extractéurs spécialement conçus ~ cette fin dans un faihle volume de solvant organique. L'amine est réextraite de nouveau en milieu faihlement alca-·· lin. Cette opération est alors suivie de la

déter-mination colorimétrique telle que décrite précédem-ment.

(41)

Cependant, on s'est aperçu que dans la plupart des échantillons de tissus végétaux analysés, une substance interférait et produi,sai tune c0ll:1eur pourpre semblable h celle obtenue par le p-chloroani-1ine. Les travaux dé Bleidner (1954) ont démontré que

cette substance était l'o-aminoacétophérione, produit d'hydrolyse du tryptophane, et qu'elle était obténue toutes les fois que des tissus végétaux étaient sou-mis ~ l'hydrolyse en milieu alcalin. Ala suite de

cette découverte, celui-ci a développé une méthode re.lativement simple pour séparer la matiêre colorante azoique provenant du p-chloroaniline de celle obte-nue de l' o·-aminoacétophénone. En effet, les azolques sont séparés par chromatographie sur colonne de ce1-lulose.··Cette derni~re modification a permis d'aug-menter de façon appréciable la sensibilité de la mé-thode d'analyse.

Du fait que plusieurs dérivés de l'urée peuvent être appliqués simultanément, la compagnie Du Pont a développé des techniques permettant la dé-termination calorimétrique du monuron, du diuron, du fénuron, et du néburon (Pease 1962, Dalton et Pease 1962). Les différents azoiques provenant de l'anili-ne (fénuron), du p-chloroanilil'anili-ne (monuron) et du 3, 4-dichloraniline (diuron et néburon) sont alors sé-parés par chromatographie sur colonne de cellulose. Cette méthode ne peut toutefois pas distinguer le diuron du néburon, puisque ces deux herbicides pro-duisent du 3,4-dichl oroaniline ~ l'hydrolyse. Ces méthodes cQlorimétriques, quoiqu'exigeant beaucoup de manipulation, sont précises et tr~s sensibles, pouvant détecter aussi peu que 0.04 ppm (Dalton et

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Pe ase 1962).

Pour certaines analyses de résidus, il n'est pas nécessaire d'ohtenir des valeurs quantita-tives ahso~ues. Major (1962) a mis au point une mé-thode de screening pour les dérivés de l'urée, ha-sée sur la chromatographie Sur papier. Cette techni-que permet d'évaluer qualitativement et semi-quanti-tativement 0.5 ppm ou plus de monuron, de diuron et de néhuron dans les fruits et les légumes. Les her-hicides sont extraits en solution ammoniacale ~ l'ai-de l'ai-de chloroforme, séparés l'ai-de l'éther l'ai-de pétrole a-vec de l'eau ( monuron et diuron) ou aa-vec de l'acéto-nitrile (néhuron), élués sur colonne de Florisil avec de l'acétone mélangée ~ de l'éther de pétrole, et finalement chromatographiés sur papier. Adoptant une méthode similaire Mitchell (1966) a séparé et iden-tifié neuf dérivés de l'urée.

Les méthodes d'analyse utilisant la chro-matographie sur papier ou sur couche mince comme nous le verrons sous peu, sont plus rapides que les métho-des colorimétriques. Katz (1966) tout comme Mitchell, s'est inspiré de la méthode de Major pour identifier les dérivés de l'urée présents dans les eaux de sur-face et par le fait même évaluer le degré de contami-nation de celles-ci. Katz a cependant préféré utili-ser la chromatographie sur couche mince. Il appert que la séparation du linuron, du monuron, du diuron, du néhuron et du fénuron est honne et qu'aussi peu que 0.2 microgramme de chaque herhicide peut être dé-tecté. La méthode est fort simple. Les résidus conte-nus dans l'eau sont extraits au chloroforme et aprês

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évaporation complête du solvant, les résidus sont alors repris dans un três faihle volume d'acétone. Des por-tions de l'extrait acétonique sont déposées sur le gel de' silice et la position des taches correspondant i.! . ' . . "

chacun des herhicides, est révélée' !l' aide d'un

ré-actifchimique~ .En' cOInparant ,1 i intensi~é 'des taches!

,celles ohtenll.es des solutions

'témoi:ris~ile'st

possi-·h1ed'

êV:âiùer'S~mi_quan~itativenient

le degré de conta-'minati6ndeseaux,de'surface.

'; ... .

,', Qllelqties, ~éthodes de dosage ~hiologique

ont été mises,~:T'essa.i~, Le'urva1eur:e.st discutahle

h cause de la'diffi~ülté!>·r'e:p:rodù:l.:r."eles'résul tats.

Toutefois mentionnons quecesIlléthodes'ont dêjhété

employées dans le cas du

l'inur~n

(Du:beyt3t:'Freeman 1963) et du diuron (Dalton et' al.'1966).,

. . , . .

, D'introduction relativement récente, une

nouvelle méthode,d'analyse offrant 'certains avantages intéressants,' semble s 'imp1aIlter.'IFs i agi tde l'uti ....

lisation de la~ 6hromatographieenpha~egazeuse pour ia détermination des résidus de' pesticides. Selon

Kirkland(1962),

Tatrêsgra~desélectivité

de la mé-thodepermet dans hien des cas, des déterminations .

",-quantitativesrapide's'et précises. La préparation des échantillons est moins lahorieuse que pour certaines mé-thodes dont nous avons dé j ~ fait mention. Par l'

em-ploi de détecteurs non-sélectifs, la méthode,peut s'ap-pliquer ~ un nombre considérahle de composés,

élimi-nant par le fait même, la nécessité de développer des méthodes spécifiques pour chacun des composés. De plus, elle rend possihle la détermination simultanée

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seu-le opération. Comparativement ~ la chromatographie en phase gazeuse ~ température constante, l'emploi d'une température programmée offre des possibilités immen-ses~ Cette derniêre technique est plus sensible et plus rapide et favorise tr~s souvent une meilleure élution et une séparation plus efficace des différents composés.

Par. contre, le désavantage le plus mar-qué de 1a chromatographie en phase gazeuse réside dans le fait que certains composés contenus dans les ex-traits de tissus.végétaux peuvent rendre difficile et même impossible la lecture du chromatogramme. Quoique

cette interférence puisse également se rencontrer dans les autres techniques chromatographiques, il est ce-pendant facile d'y remédier par l'emploi de la chroma-tographie bidimensionnelle sur papier ou en couche mince. Ce qui veut dire que dans certains cas, il sera peut-être nécessaired'ut~liser parall~lement deux mé-thodes chromatographiques, dans le but précis de purifier les extraits ~ analyser.

Présentement, plusieurs variantes de la chromatographie en phase gazeuse ont été utilisées: détecteur ~ capture d'électrons (Gutenmann et Lisk

1964), détecteur ~. ionisation de flamme avec pyroly-sateur (Henkel 1966) ou sans pyrolysateur (Kirkland<

1962) •

Il semble que l'emploi de détecteur ~ cap-ture d'électrons soit plus adapté h l'analyse des in-secticides chlorés qu'h celle des herbicides chlorés, tels les dérivés de l'urée. En effet, Saha (1966) a détecté dans des échantillons de blé aussi peu que

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0.005 ppm d'aldrine et d'heptachlore. Malgré que les dérivés de l'urée contiennent pour la plupart des ato-mes de chlore, ces derniers sont moins nombreux que dans les insecticides chlorés, et de ce fait, la sen-sibilité de la méthode d'analyse est amoindrie. Dans le but de remédier ~ cet inconvénient, Gutenmann et Lisk (1964) ont dft, aprês hydrolyse du monuron, du diuronet du linuron en milieu acide, bromurer ces composés afin,d' obtenir les anilines bromurées cor-respondantes, ces derni~res ayant plus d'affinité pour les électrons que les anilines chlorées. La sensibi-lité est d'environ 0.02 ppm et la technique peut être appliquée 1\ différents fruits et légumes. Toutefois; il demeure que le pourcentage.de recouvrement varie de 77 ~116%. Cë'tte variation est relativement éle-vée si on la compare 1\ celle obtenue· avec les insec-ticides chlorés qui est de 98 1\ 104%.

Présentement, deux méthodes d'analyse utilisant un détecteur ~ ionisation de flamme ont été élaborées. Dans la premiêre méthode, les anilines sont obtenues par décomposition thermique 1\ l'aide d'un py-:bolysateur (Henkel 1966). Les dérivés 'de l'urée sont extraits des échantillons 1\ l'aide d'un solvant orga-nique qui est ensuite évaporé complêtement sous vide dans une atmosphêre d'azote. Les résidus sont repris dans une. solution alcoolique contenant une base. forte volatile, telle une base d'ammonium quaternaireo Quel-ques microlitres de la préparation sont alors , déposés sur le fil de platine du pyrolysateur, et aprês époration de la solution alcoolique, le résidu est va-porisé en chauffant ce fil 1\ environ 1000C. Cette mé-thode peut s'appliquer au fénuron, au monuron, au

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li-nuron, au monolili-nuron, au néhuron et au diuron. Le pour-centage de recouvrement est d'environ 90% lorsque les échantillons contiennent de l ~ 5 ppm de l'herhicide. Elle s'est avérée satisfaisante et três rapide pour l'analyse des résidus dans le sol et il n'est pas né-cessaire de purifier les extraits avant l'analyse.

Dans la seconde méthode, les dérivés de l'urée sont préalahlement hydrolysés en milieu al-calin par distillation ~ reflux et les amines aroma-tiques récupérées ~ l'aide d'un solvant organique. Cet-te méthode décriCet-te par Kirkland (1962) est relative-ment simple et permet de détecter 0.02 ppm de monuron et de diuron si les extraits ne contiennent pas trop d'interférences. Cet auteur a utilisé deux types de détecteurs, l'un ~ conductihilité thermique, l'autre ~ ionisation de flamme. A cause de lasensihilité moindre du premier détecteur, le volume des extraits

injectés fut três considérahle, soit de 0.5 ml. L'in-jection fut réalisée en introduisant lentement l'ex-trait dans l'injecteur tout en maintenant la tempé-rature initiale de la colonne lég~rement supérieure ~ la température d'éhullition du solvant. Sous ces

conditions, l'élution du solvant est três rapide et les résidus sont retenus ~ l'entrée de la colonne. La

température programmée permet alors d'ohtenir l'élu-tion des anilines. Pour des condil'élu-tions opératoires de colonne et de programmation de températures identiques, Kirkland a réduit, par l'emploi d'un détecteur ~ ioni-sation de flamme, le volume d'injection ~ 0.05 ml. Ce-pendant, il demeure que ce volume est encore três con-sidérahle. L'extrait doit être injecté lentement et réguliêrement, et il y a risque d'éteindre les flammes.

Figure

Figure  1.  Schéma  général  de  laphotosynth~se,  d'apr~s
Figure  2.  Chromatpgratmne  du  DCA  obtenu  ~vec  les  co- co-lonnes  préparées  par  la  compagnie  Perkin-Elmer
Figure  3.  Spectr~  chromatographique  du  PCA  et  du  DCA  obtenu  avec  les  colonnes  préparées  dans  nos   labora-toires,  selon  la  méthode  de  Kirkland  (1962)
Figure  4.  Spectre  chromatographique  du  PCA  et  du  DCA  ohtenu  selon  la.  méthode  de  Link  et  al
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