REPUBLIQUE TUNISIENNE MINISTERE DE L’AGRICULTURE, MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT DES RESSOURCES HYDRAULIQUES ET SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE DE LA PECHE SCIENTIFIQUE INSTITUT NATIONAL AGRONOMIQUE DE TUNISIE Ecole Doctorale Sciences et Techniques de L’Agronomie et de l’Environnement THESE DE DOCTORAT EN SCIENCES AGRONOMIQUES Spécialité Sciences de la Production Végétale Identification d’une association Lathyrus sativus-bactéries pour la dépollution biologique des sols contaminés par le plomb Soutenue publiquement par Souhir ABDELKRIM 27 décembre 2018 à INAT Devant le jury composé de M. Fayçal BEN JEDDI, Professeur, INAT Président M. Moez JEBARA, Professeur, CBBC Directeur de thèse M. Mustapha SANAA, Professeur, INAT Rapporteur M. Bouaziz SIFI, Professeur, INRAT Rapporteur M. Gouider TIBAOUI, Professeur, ESA Mateur Examinateur Mme. Salwa HARZALLI JEBARA, M. Conférences, CBBC Membre invité REPUBLIQUE TUNISIENNE MINISTERE DE L’AGRICULTURE, MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT DES RESSOURCES HYDRAULIQUES ET SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE DE LA PECHE SCIENTIFIQUE INSTITUT NATIONAL AGRONOMIQUE DE TUNISIE Ecole Doctorale Sciences et Techniques de L’Agronomie et de l’Environnement THESE DE DOCTORAT EN SCIENCES AGRONOMIQUES Spécialité Sciences de la Production Végétale Identification d’une association Lathyrus sativus-bactéries pour la dépollution biologique des sols contaminés par le plomb Soutenue publiquement par Souhir ABDELKRIM 27 décembre 2018 à INAT Devant le jury composé de M. Fayçal BEN JEDDI, Professeur, INAT Président M. Moez JEBARA, Professeur, CBBC Directeur de thèse M. Mustapha SANAA, Professeur, INAT Rapporteur M. Bouaziz SIFI, Professeur, INRAT Rapporteur M. Gouider TIBAOUI, Professeur, ESA Mateur Examinateur Mme. Salwa HARZALLI JEBARA, M. Conférences, CBBC Membre invité DEDICACES Je dédie cette thèse avec grand amour & fierté : À mes chers parents MOHAMED et AWATEF ABDELKRIM À mon cher époux EMIR AYED À mon frère & ma sœur SAMI et YOSR ABDELKRIM Sources de tendresse, de noblesse et d’affection À tous les membres de ma famille À tous mes amis Et à tous ceux qui ont aidé à l’élaboration de ce travail SOUHIR REMERCIEMENTS Mes chaleureux remerciements s’adressent à mon directeur de thèse, Prof. Moez Jebara, Professeur au laboratoire des légumineuses au centre de biotechnologie de Borj Cedria (C.B.B.C), pour l’honneur qu’il m’a fait en me permettant d’intégrer l’unité de recherche du laboratoire des légumineuses au C.B.B.C et d’avoir accepté la direction de cette thèse. Ses encouragements continus, son encadrement rigoureux tout au long de ces années, sa grande expérience qu’il m’a fait largement profiter, sa confiance, ses précieuses connaissances, ses conseils judicieux et ses commentaires rigoureux m’ont aidé considérablement dans ce travail. Qu’il trouve ici, l’expression des mes sincères gratitudes et mes profonds respects. Mes vifs remerciements s’adressent à mon co-directeur de thèse Dr. Salwa Harzalli Jebara, Maitre de Conférences au laboratoire des légumineuses au C.B.B.C, qui a suivi de près la progression de ce travail et m’a fait bénéficier de ses conseils, sa grande expérience, ses précieuses connaissances, et de son encadrement durant toutes ces années. Qu’elle trouve ici, l’expression des mes sincères gratitudes et mes profonds respects. Mes profonds remerciements s’adressent au Prof. Mustapha Sanaa, Professeur de l’Enseignement Supérieur Agricole à l’I.N.A.T, pour l’honneur qu’il me fait en acceptant de faire partie du comité d'évaluation de ce travail de thèse. Qu’il trouve ici l’expression de mes gratitudes et mes profonds respects. Mes profonds remerciements s’adressent au Prof. Bouaziz Sifi, Professeur de l’Enseignement Supérieur Agricole à l’I.N.R.A.T d’avoir accepté d'évaluer ce travail. Qu’il trouve ici l’expression de mes sincères estimes et mes profonds respects. Mes vifs remerciements s’adressent au Prof. Fayçal Ben Jeddi, Professeur de l’Enseignement Supérieur Agricole à l’I.N.A.T, pour l’honneur qu’il me fait d’avoir accepté de présider le jury de soutenance. Qu’il trouve ici l’expression de mes gratitudes et mes profonds respects. Mes profonds remerciements s’adressent au Prof. Gouider Tibaoui, Professeur de l’Enseignement Supérieur Agricole à E.S.A Mateur, pour l’honneur qu’il me fait en acceptant d'examiner ce travail. Qu’il trouve ici l’expression de mes sincères estimes et mes profonds respects. Mes sincères reconnaissances s’adressent à Dr. Ghassen Abid, Maitre de Conférences au laboratoire des légumineuses au C.B.B.C pour sa disponibilité et sa collaboration dans la réalisation de la partie moléculaire. Je remercie également les ingénieurs du laboratoire des légumineuses Mme Fatma Souissi et Mr Manai Khedhiri pour leurs aides et leurs conseils. Mes sincères reconnaissances s’adressent aussi à ma très chère amie Faten Louati, pour son aide précieuse et son assistance technique. Qu’ils trouvent ici l’expression de ma profonde gratitude. Mes plus vifs remerciements s’adressent au Prof. Ridha Mhamdi et au Prof. Haythem Mhadhbi Professeurs au laboratoire des légumineuses au C.B.B.C pour leurs conseils judicieux qui m’ont aidé considérablement dans ce travail. Je tiens aussi à exprimer ma gratitude aux chercheurs du laboratoire des légumineuses Dr. Issam Nouairi, Dr. Samir Ben Romdhane, Dr. Bacem Mnasri, Dr. Moncef Mrabet, Dr. Kais Zribi, Dr. Darine Trabelsi, Dr. Thouraya Ben Hammouda, Dr. Wissal Msehli et Dr. Imen Rajhi pour leurs conseils précieux, leurs encouragement, leurs commentaires judicieux et rigoureux. Qu’ils trouvent dans ce travail mes meilleurs remerciements et l’expression de ma grande reconnaissance. Mes sincères reconnaissances s’adressent à tout le personnel du laboratoire des légumineuses Mr Fathi Barhoumi, Mr Saber Rezgui, Mr Saber Rahmeni, Mr Fathi Dallagi, Mme Jamila Hammemi, Mme Monia Soubgui, Mlle Faten Louati, Mme Sameh Chalbout, Mme Basma Gharsallah pour leur accueil chaleureux et les conditions agréables de travail qu’ils m’ont fournis ainsi que leur assistance technique. Qu’ils trouvent ici l’expression de mes profonds remerciements. Merci également à mes collègues Omar Saadani, Cherni Ala, Saif Chihaoui, Wael Toukabri, Manel Chiboub, Marwa Aouida, Ibtissem Aroua, Imtiez Baccouchi, Oumaima Chaieb, Senda Salem, Rakia Mhamdi, Imen Haddoudi, Ameni Ben Zineb, Nadia Kallala, Yosra Sendi, Sabrine Jeder, Fadwa Melki, Sabrine Ben Moussa, Karima Jalleli, Amal Bouallegue, Takwa Gritli, Marwa Batnini et Nouha Ferchichi pour leurs encouragement, leurs sympathie et leurs précieux conseils je leur souhaite la réussite. Merci également à toute l'équipe de séquençage à la Faculté des Sciences, Campus Manar, Tunis, Tunisie. Abdelkrim Souhir RESUME Le but de ce travail est d’étudier le potentiel de la gesse commune (Lathyrus sativus) à accumuler les métaux lourds, d'identifier et de caractériser les souches isolées des nodules racinaires de cette plante afin de former un inoculum efficace pour augmenter la croissance et l'absorption du plomb (Pb) par la gesse ainsi que l’amélioration de la qualité et la fertilité des sols contaminés. Les plantes de gesse ont été cultivées sur quatre sols provenant de sites contaminés par les métaux lourds. Quarante six bactéries ont été isolées des nodules racinaires des plantes de L. sativus cultivées sur des sols contaminés et ont été identifiées et criblées in vitro pour leur activité PGP, ainsi que leur capacité à tolérer et à accumuler le Pb. L'association L. sativus- PGPR a été étudiée dans des expériences en pot et en plein champ pour confirmer son potentiel de phytoremédiation. La réponse au plomb de l'association L. sativus- PGPR a également été analysée à l’échelle biochimique et moléculaire. Les résultats ont montré que L. sativus est capable d'accumuler des concentrations élevées du Pb et du Cd dans toutes les parties de la plante ce qui fait de cette plante un candidat potentiel pour la phytoremediation. La tolérance aux métaux lourds a démontré que la concentration maximale du Cd et du Pb tolérée par les 46 isolats est de 0,8 et 2,5 mM, respectivement. Le séquençage de l'ADNr 16S a également été obtenu et évalué pour l'identification de chaque isolat. Un test d’efficience a été réalisé en utilisant 22 bactéries et a montré que seule Rhizobium leguminosarum nodule la gesse, alors que certaines bactéries ont amélioré les paramètres de croissance des plantes. Dans le but de rechercher des rhizobactéries promotrices de la croissance des plantes (PGPR) ayant des activités multiples, 12 bactéries appartenant à l’espèce R. leguminosarum, Sinorhizobium meliloti, Pseudomonas sp, P. fluorescens, Luteibacter sp, Variovorax sp, Bacillus simplex et B. megaterium ont été sélectionnées sur la base de leur efficience et leur tolérance au Pb. Lors du criblage, la majorité des souches testées ont été capables de synthétiser l'acide indoleacétique, les sidérophores et le cyanure d’hydrogène avec des capacités variables de solubilisation du phosphate tricalcique. Une culture en pot en présence de 0,5 mM de Pb a été réalisée avec dix consortia formé chacun de quatre PGPR efficients et résistants au Pb. Les résultats ont montré que l'inoculation améliore la croissance des plantes ainsi que l'absorption du Pb surtout chez les plantes inoculées avec I1, I5, I7 et I9. On a également constaté que l'inoculation avec des PGPR aide à minimiser les dommages oxydatifs et à améliorer la réponse antioxydante des plantes, la biosynthèse des composés phénoliques ainsi que leur teneur en caroténoïdes, en proline et en sucres solubles. L'importance de nos résultats est validée par l’expérience réalisée dans un vignoble dans la région de Mornag en utilisant 6 inocula, qui vient de confirmer le rôle positif des PGPR en association avec L. sativus dans la phytoremediation. En effet la co-inoculation avec l’inoculum I5 a contribué dans la réduction des effets nocifs du plomb, signalés par une amélioration des paramètres de croissance et une accumulation élevée de métaux.