Etude de la lutte biologique contre les toxines du phytoplancton

Abstract

Résumé Les cyanobactéries, notamment Microcystis, produisent des microcystines responsables de graves effets sur les écosystèmes aquatiques et la santé humaine. Parmi les solutions écologiques envisagées, la bioremédiation à l’aide de macrophytes aquatiques. Cette étude explore la dynamique de bioaccumulation et les réponses biochimiques de deux macrophytes, Pistia stratiotes et Ceratophyllum demersum, dans la dépollution d’eaux contaminées par les microcystines. Durant 15 jours, les paramètres physico-chimiques de l’eau ont été suivis pour évaluer l’efficacité des plantes et la qualité de l’eau. Pistia stratiotes a montré une bioaccumulation rapide au début de l’expérimentation, démontrant une forte capacité d’absorption des microcystines, idéale pour une bioremédiation à court terme mais nécessitant une récolte périodique. À l’inverse, Ceratophyllum demersum a présenté une accumulation stable et durable, adaptée à une remédiation prolongée. Les analyses biochimiques ont révélé une activation des défenses antioxydantes, avec une augmentation notable des caroténoïdes, du glutathion (GSH) et des enzymes antioxydantes telles que le superoxyde dismutase (SOD) et la glutathion-S-transférase (GST). Ceratophyllum demersum, a maintenu des niveaux antioxydants plus élevés, traduisant une meilleure résilience physiologique. Les variations de malondialdéhyde (MDA) ont mis en évidence un stress oxydatif, particulièrement maîtrisé par Pistia stratiotes grâce à ses mécanismes de défense. L’analyse en composantes principales (ACP) a confirmé ces tendances : chez Pistia stratiotes, les deux premiers axes expliquaient respectivement 25,09 % et 20,71 % de la variance, dominés par les caroténoïdes et la chlorophylle a (Chl a) pour le premier axe, et le MDA et la GST pour les deux axes. Chez Ceratophyllum demersum, les deux premiers axes représentaient 21,79 % et 19,78 % de la variance, avec les caroténoïdes et la Chl a comme principaux contributeurs, tandis que la SOD et le GSH influençaient la différenciation des échantillons. L’association complémentaire des deux espèces pourrait optimiser l’élimination des microcystines : Pistia stratiotes pour une détoxification rapide initiale et Ceratophyllum demersum, pour une action continue à long terme. Cette approche intégrée renforce l’efficacité et la durabilité des stratégies de phytoremédiation.Des recherches futures devraient viser l’optimisation des conditions environnementales et l’étude des effets synergiques entre espèces végétales afin d’améliorer davantage les performances de bioremédiation. Mots-clés : Phytoremediation - cyanobactéries – microcystines – bioaccumulation – Pistia stratiotes – Ceratophyllum demersum. Abstract Toxic cyanobacteria, particularly Microcystis, produce microcystins that severely affect aquatic ecosystems and pose risks to human health. Among eco-friendly mitigation strategies, phytoremediation using aquatic macrophytes has emerged as a sustainable solution to control these harmful blooms. This study examines the bioaccumulation behavior and biochemical responses of two macrophyte species, Pistia stratiotes and Ceratophyllum demersum, for the removal of microcystins from contaminated water. Over a 15-day experimental period, physicochemical parameters were monitored to assess both plant performance and water quality improvement. Pistia stratiotes demonstrated a rapid initial uptake of microcystins, indicating high short-term detoxification potential, though it requires periodic harvesting to maintain efficiency. Conversely, Ceratophyllum demersum exhibited steady and prolonged accumulation, suitable for long-term remediation. Biochemical analyses revealed the activation of antioxidant defense mechanisms, including increases in carotenoids, glutathione (GSH), and antioxidant enzymes such as superoxide dismutase (SOD) and glutathione-S-transferase (GST). Ceratophyllum demersum, maintained higher antioxidant levels, reflecting greater physiological stability and resilience. Fluctuations in malondialdehyde (MDA) indicated oxidative stress, effectively managed by Pistia stratiotes through its defense systems. Principal Component Analysis (PCA) confirmed these patterns: for Pistia stratiotes, PC1 and PC2 accounted for 25.09% and 20.71% of the variance, with carotenoids and Chl a contributing strongly to PC1, while MDA and GST influenced both components. For Ceratophyllum demersum, PC1 and PC2 explained 21.79% and 19.78% of the variance, with carotenoids and Chl a again being major contributors, and SOD and GSH distinguishing sample groups. Temporal clustering of samples highlighted time-dependent biochemical variations. The integration of both macrophytes could enhance microcystin removal efficiency: Pistia stratiotes ensures rapid initial detoxification, while Ceratophyllum demersum, supports sustained, long-term remediation. This combined phytoremediation approach enhances both efficiency and sustainability, contributing to improved water quality management and public health protection. Future research should focus on optimizing environmental conditions and exploring synergistic interactions among multiple plant species for more robust bioremediation outcomes. Key words : phytoremediation- cyanobacteria – microcystins – bioaccumulation – Pistia stratiotes – Ceratophyllum demersum. الملخص الميكروسستينات تسُبب أضرارًا جسيمة للنظم البيئية المائية وتشكل خطرًا على صحة الإنسان. وتعُد المعالجة الحيوية باستخدام النباتات المائية الكبيرة )الماكروفايت( من الحلول البيئية الواعدة والمستدامة للحد من هذه الظواهر الضارة .تتناول هذه الدراسة ديناميكية التراكم الحيوي والاستجابات البيوكيميائية لنوعين من النباتات المائية، هما Pistia stratiotes و Ceratophyllum demersum ، في إزالة الميكروسستينات من المياه الملوثة .تمت مراقبة الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمياه على مدى خمسة عشر يومً ا لتقييم كفاءة النباتات وجودة المياه. أظهرت Pistia stratiotes قدرة عالية على الامتصاص السريع للميكروسستينات، مما يجعلها مناسبة للمعالجة الحيوية قصيرة المدى، لكنها تتطلب إزالة دورية للحفاظ على فعاليتها. في المقابل، أظهرت Ceratophyllum demersum ثباتًا واستدامة في عملية التراكم الحيوي، مما يجعلها أكثر ملاءمة للمعالجة طويلة الأمد .أوضحت التحاليل البيوكيميائية تنشيط آليات الدفاع المضادة للأكسدة، حيث ارتفعت مستويات الكاروتينويدات، والجلوتاثيون (GSH) ، والإنزيمات المضادة للأكسدة مثل سوبر أوكسيد ديسميوتاز (SOD) وجلوتاثيون إس ترانسفيراز - (GST). وقد حافظت Ceratophyllum demersum على مستويات أعلى من مضادات الأكسدة، مما يدل على قدرتها العالية على التكيف والمقاومة . أظهرت التغيرات في المالوندايالديهيد (MDA) علامات على الإجهاد التأكسدي، الذي تمكنت Pistia Stratiotes من السيطرة عليه من خلال أنظمتها الدفاعية. أكدت تحليلات المكونات الرئيسية (PCA) هذه النتائج، حيث بيّنت أن المتغيرات الأساسية في Pistia stratiotes و Ceratophyllum demersum مرتبطة بالعوامل البيوكيميائية المذكورة، وأن الزمن كان له تأثير واضح على تباين العينات . إن الدمج بين النباتين يعزز كفاءة إزالة الميكروسستينات؛ إذ توفر Pistia Stratiotes إزالة سريعة أولية، بينما تضمن Ceratophyllum demersum استمرارية المعالجة على المدى الطويل. هذه الاستراتيجية المتكاملة تزيد من فعالية واستدامة المعالجة بالنباتات، وتسهم في تحسين جودة المياه وحماية الصحة العامة .توصي الدراسة المستقبلية ب تحسين الظروف البيئية ودراسة التأثيرات التعاونية بين الأنواع النباتية المختلفة لتحقيق نتائج أفضل في المعالجة الحيوية . الكلمات المفتاحية: المعالجة النباتية -الطحالب الزرقاء الميكروسستينات التراكم الحيوي