Memoire Online - Effet de la pollution atmosphérique sur la composition biochimique de ricinus communis: cas des particules de ciment de la cimenterie de Bir Mechergua

En Biologie Physiologie Végétales Parcours: Productivité Végétale Intitulé :

Ce travail a été réalisé à la Faculté des Sciences de Tunis dans le Laboratoire de Productivité Végétale et Contraintes Environnementales, au sein de l'équipe de Madame le Professeur Zeineb OUERGHI ABIDI. Ses qualités humaines et sa disponibilité sont remarquables. Je tiens à lui exprimer ma gratitude et ma reconnaissance de m'accepter dans son laboratoire.

Je tiens à remercier tout particulièrement madame Chiraz CHAFEI, Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis, pour avoir accepté de présider mon jury de mastère. Je tiens à lui exprimer ma gratitude et ma reconnaissance.

Une grande part de ma reconnaissance s'adresse à mon encadreur, Dr. Hela MAHMOUDI, Maître Assistante à l'Institut Supérieur de Biotechnologie de Béja. Elle a consacré énormément de son temps pour l'analyse et l'interprétation des résultats, la présentation et la correction du mémoire. Qu'elle trouve ici un témoignage de ma sincère reconnaissance, de mon plus profond respect et de ma plus haute considération.

Mes remerciements s'adressent également à Dr. Karim Hosni, Maître de Conférence à l'Institut National de Recherche et d'Analyse Physico-Chimique pour avoir accepté d'évaluer ce travail en tant que membre de jury. Qu'il trouve ici l'expression de ma profonde reconnaissance pour l'intérêt constant qu'il n'a cessé d'accorder à mon travail et pour ses efforts considérables dans l'analyse et l'interprétation de la partie biochimique et pour ses qualités humaines.

Je tiens à remercier Mes dames Najoua BOURAOUI, Imen BEN SALAH Héla BEN AHMED, Sabah M'RAH, Mouhiba BEN NASRI AYACHI, pour leur soutien et leur gentillesse durant toutes ces années d'étude.

Je tiens à exprimer mes sincères remerciements à mes amis: Soumaya, Houssem, Mohamed, Wafa, Ameni, Monia qui m'ont aidé d'une manière ou d'une autre à la réalisation de ce travail.

Un merci collectif à tous les membres de Laboratoire de Productivité Végétale et Contraintes Environnementales à la faculté des sciences de tunis.

Que tous ceux qui m'a aidé d'une manière ou d'une autre et qui n'ont pas été cités, qu'ils trouvent ici l'expression de mes meilleurs sentiments.

Mes parents, pour leurs encouragements, leurs soutiens tout au long de mon cursus, les
sacrifices qu'ils ont consentis pour mon éducation et ma formation. L'amour et l'affection
qu'ils ont su m'apporter afin de mener à bien ce travail. Qu'ils trouvent ici le témoignage de
ma reconnaissance.

Mes frères, pour tous les moments de bonheur qu'on s'est partagés et pour toutes leurs aides. Mes meilleures amies, pour leur soutien moral.

Figure 1. Teneurs en MDA dans les feuilles des plantes du ricin récoltées au niveau des trois sites (Contrôle, S1 et S2). Moyennes de 3 répétitions et intervalles de sécurité au seuil de 5%-

Figure 2. Effet de pollution atmosphérique sur les teneurs en mélano dines dans les feuilles des plantes du ricin récoltées au niveau des trois sites (Contrôle, S1 et S2). Moyennes de 3

Figure 3. Effet de la pollution atmosphérique sur le contenu en sucres solubles totaux (SST) dans les feuilles des plantes du ricin récoltées dans les trois sites. Moyennes de 3 répétitions

Figure 4. Effet de la pollution atmosphérique sur le contenu en proline dans les feuilles des plantes du ricin récoltées dans les trois sites. Moyennes de 3 répétitions et intervalles de

Figure 5. Effet de la pollution atmosphérique sur la teneur en protéines, les activités de la GPX, CAT et APX dans les feuilles des plantes du ricin récoltées dans les trois sites.

Figure 6. Effet de la pollution atmosphérique sur la teneur en polyphénols totaux et en flavonoïdes des extraits méthanoliques des feuilles des plantes du ricin récoltées dans les

trois sites. Moyennes de 4 répétitions et intervalles de sécurité au seuil de 5% 31

Figure 7. Effet de la pollution atmosphérique sur l'activité antioxydante totale et l'activité antiradicalaire des extraits méthanoliques des feuilles des plantes du ricin récoltées dans les

trois sites. Moyennes de 4 répétitions et intervalles de sécurité au seuil de 5% 32

Figure 8. Effet de la pollution atmosphérique sur les rendements en lipides totaux des feuilles des plantes du ricin récoltées dans les trois sites. Moyennes de 3 répétitions et intervalles de

sécurité au seuil de 5 % 33
Figure 9. Effet de la pollution atmosphérique sur l'indice de double liaison (DBI) des feuilles des plantes du ricin récoltées dans les trois sites. Moyennes de 3 répétitions et intervalles de

Tableau 1. Effet de la pollution atmosphérique sur les teneurs en Chl a, Chl b, Chl totale, en caroténoïdes totaux et en lycopène dans les feuilles des plantes du ricin récoltées au niveau des 3 sites: Contrôle, site 1 (S1) et site 2 (S2). Moyennes de 5 répétitions et intervalles de

sécurité au seuil de 5% 25
Tableau 2. Teneurs en chlorophylle (mg.kg^-1huile) et en beta-carotène (mg.kg^-1huile) des huiles fixes extraites des feuilles du ricin récoltées au niveau d'un site non pollué (Contrôle),

site 1 et site 2 34
Tableau 3. Composition en acides gras des feuilles du ricin récoltées au niveau d'un site non

3. Effet de la pollution atmosphérique sur l'accumulation en mélanoúdines 26

7.1. Effet de la pollution atmosphérique sur le rendement en lipides totaux 33

7.3. Effet de la pollution atmosphérique sur la composition en acides gras 34

Introduction générale

Un des problèmes actuels qui occupe l'intérêt de l'homme est la pollution. Suite à la révolution industrielle dans la deuxième moitié de XVIII siècle, connue par l'utilisation de charbon comme source d'énergie, on a noté un début de pollution, puis ça était aggravé en découvrant le pétrole, utilisé jusqu'à nos jours comme source majeure d'énergie.

Ces révolutions industrielles sont accompagnées par la production énorme de polluants induisant ainsi une accumulation de produit chimiques toxiques dans l'environnement et même dans l'air. L'émission des gaz par les industries tels que le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4), le protoxyde d'azote (N2O), contribuent directement à l'effet de serre.

La concentration des gaz à effet de serre s'est considérablement accrue depuis l'ère industrielle. En effet, la concentration de CO2 atmosphérique a augmenté de 30% partant de 280 parties par million de volume (ppm) en 1750 allant à environ 370 ppm aujourd'hui.

La Tunisie comme tout pays connait une pollution atmosphérique importante qui se concentre généralement dans les villes ayant des zones industrielles à activité notable, telles que Sfax et Gabes. Les sources de la pollution sont principalement le trafic routier, les cimenteries et la décharge municipale (Dahech et al., 2006). Les cimenteries, bien qu'elles soient installées généralement loin des centres urbains, contribuent massivement à la pollution atmosphérique particulaire. En effet, ces unités industrielles émettent de grandes quantités de poussières. Ces dernières sont véhiculées et dispersées par le vent sur de grandes étendues pouvant ainsi affecter les différentes composantes de l'environnement (air, eau, sol et végétation) sur lesquelles elles se déposent.

Les stress environnementaux, tels que la pollution atmosphérique, est l'un des facteurs qui limitent la productivité végétale et la survie des plantes (Woo et al., 2007). Par ailleurs, ce type du stress peut affecter directement les plantes via les feuilles ou indirectement via l'alcalinisation du sol.

Lorsqu'elles sont exposées à des polluants atmosphériques, la plupart des plantes subissent des changements physiologiques avant de présenter des dommages visibles au niveau des feuilles (Liu et Ding, 2008). Ces plantes fournissent une énorme surface foliaire permettant la pénétration, l'absorption et l'accumulation des polluants, afin de réduire leurs niveaux dans l'environnement atmosphérique (Liu et Ding, 2008).

Le ricin se présente sous la forme d'une plante herbacée ou arborescente, annuelle ou vivace suivant les conditions climatiques de la région où elle pousse. Dans ce projet, on s'est

Introduction Générale

intéressé à l'étude les effets individuels et conjugués de plusieurs contraintes (CO2, gaz, COO3...) sur la composition biochimique de cette plante au niveau de trois sites : Un site Contrôle non pollué, un site (S1) loin de la source de la pollution à peu près de 100 m et un troisième site S2 (le plus pollué).

Chapitre I

I. Le ricin: Ricinus communis

Le ricin est une plante spontanée du Nord-Afrique et de Moyen-Orient. On le rencontre généralement en Tunisie sur les terrains dégradés, les terres incultes et friches urbaines (Neff, 2008).

Le ricin est un arbuste vivace robuste de 3 à 12 m de haut (Wan, 2006). Les feuilles (Photo 1A) sont longuement pétiolées, palmées, lobées (5 à 9 lobes), caduques et de couleur vert foncé parfois tracées de rouge pourpré (Wan, 2006).

Les fleurs (Photo1 B) sont regroupées en cyathes, les fleurs femelles en haut, les fleurs mâles en bas. C'est donc une espèce monoïque. La floraison a lieu en été.

Les fruits sont des capsules tricoques hérissées de pointes (parfois absentes).

La graine (Photo 1C) est luisante, marbrée de rouge ou de brun, elle présente une ligne saillante sur la face ventrale et est surmontée par un élaiosome. Elle contient entre 40 et 60 % d'huile riche en triglycérides, principalement la ricinoléine.

Photo 1: Feuilles (A), Fleurs (B) et graines (C) du ricin 1.3. Exigences climatiques et édaphiques

Le ricin a pu s'acclimater spontanément dans les régions tropicales et subtropicales mais il préfère des pluviométries assez élevées (450 - 1000 mm) pour compléter son cycle du développement (Déthiollaz, 2003). La répartition géographique du ricin dans le monde indique qu'il tolère une grande variabilité des conditions climatiques sauf pour les très basses températures. En effet, 24 heures à 2°C suffisent pour inhiber la germination. Cependant, un bon démarrage de la germination à des températures supérieures à 15°C est observé (Polvèche, 1996). Concernant les conditions édaphiques du sol (liées aux caractéristiques physico-chimiques et biologiques), en général, la plante est exigeante, elle préfère des pentes qui ne dépassent pas 12%, des sols argileux-siliceux profonds dont le pH ne dépasse pas 7 (Rousset et al., 2008).

1.4. Utilisation du ricin a. Utilisation industrielle

Le ricin et plus particulièrement son huile présente un grand intérêt économique. L'huile du ricin est largement utilisée comme lubrifiant pour ces caractéristiques exceptionnelles: sa souplesse, sa bonne résistance, sa bonne tenue dans une gamme étendue de température (de -40 °C à +130°C) et sa grande affinité pour les surfaces métalliques (qualités de mouillage). En outre, on est arrivé à fabriquer une fibre nylon qui s'avère un produit incontournable dans le monde entier, caractérisé par sa forte résistance mécanique et sa grande souplesse (Polvèche, 1996). Polvèche (1996) puis Perret (2007) rapportent l'utilisation de certaines composantes de l'huile du ricin pour la fabrication des vernis, savons et des peintures. Au Brésil, dans le domaine énergétique, l'huile du ricin est

utilisée pour la production de biodiesel. La production du ricin dans ce pays est de 210 000 tonnes entre 2004 et 2005 (Rousset et al., 2008).

Le ricin est une plante médicinale qui a été traditionnellement utilisée dans le traitement de nombreuses maladies. Ainsi, l'huile du ricin entre dans la composition de nombreux traitements purgatifs ou laxatifs. En usage externe, elle est exploitée en cosmétique comme crèmes solaires et crème antirides. En dermatologie, elle est utilisée pour le soin des durillons, des kystes et de certaines plaies ouvertes (Polvèche, 1996). En Inde, les feuilles, les racines et les graines sont utilisées pour la contraception et l'avortement. Kirtikar et Basu (1991) ont aussi utilisé les différentes parties de la plante pour traiter les inflammations et les maladies du foie.

L'extrait des feuilles mélangé avec du lait et du sucre est une préparation connue en Inde pour vider l'estomac.

Kota et Manthri (2011) indiquent que les feuilles du ricin soulagent les maux de tête et le rhumatisme. Le ricin est traditionnellement utilisé pour d'autres activités hépato-protectrices (Visen et al., 1992), diurétique (Nath, 2011) et antibactérienne . Ainsi, il a été démontré que l'extrait éthanolique des racines du ricin possèdent une activité antidiabétique (Poonam et al., 2008). Alors que l'extrait méthanolique montre une activité anti-inflammatoire importante contre des inflammations aigues et chroniques chez les rats, cet extrait a montré également une importante activité antioxydante en tant que piégeurs et inhibiteur de la peroxydation lipidique.

De plus, ces dernières années, la recherche a montré que la ricine, toxine qui caractérise le ricin, s'avère active contre certaines cellules cancéreuses. Cette glycoprotéine, largement étudiée, est formée par deux chaînes polypeptidiques A et B reliées par un pont disulfure. La chaîne A forme la partie toxique quant à la chaîne B, elle permet à la toxine de se fixer à la surface d'une cellule en se liant à une molécule de sucre ou galactose. Ainsi, une fois la chaîne A entre à l'intérieur de la cellule, elle bloque la synthèse des protéines ce qui conduit à la mort cellulaire. Il est à noter que la chaîne A sans la chaîne B ne peut pas pénétrer à l'intérieur d'une cellule et la chaîne B sans la chaîne A n'a aucune action toxique d'où l'importance du pont disulfure (Olsnes et Kozlov, 2001).

Déthiollaz (2003) montre que le ciblage des tumeurs par la ricine permet de détruire les cellules cancéreuses sans endommager les cellules saines du patient. Donc il s'agit d'une véritable " torpille " qui permettrait d'atteindre les cellules cancéreuses métastasées ou de pénétrer à l'intérieur des tumeurs solides inopérables.

Sharma et al., (1990) ont montré que le ricin peut être utilisé comme un insecticide efficace, ainsi l'utilisation du ricin dans la lutte contre les termites (fourmis blanches) qui endommagent le bois de Mangifera indica (le manguier) et Pinus longifolia (pin) a été mise en évidence dans des essais comparatifs

Ainsi les extraits aqueux des feuilles et des graines du ricin (Ricinus communis) provenant de plusieurs provenances Tunisiennes présentent des effets toxiques sur les larves de moustiques Culex pipiens. Les tests de toxicité ont révélé au bout de 24 heures d'exposition, des taux de mortalités de 100% et des concentrations létales CL50 très faibles. Donc dans le cadre de lutte contre les moustiques, ces extraits peuvent être utilisés comme des biocides naturels (Ghnimi et al., 2014).

1.5. Etude phytochimique du ricin

Plusieurs études phytochimiques ont été réalisées pour identifier les différents composés chimiques chez le ricin. Ces analyses ont montré la présence des flavonoïdes qui sont le kaempferol-3-O-3-D-rutinoside et le kaempferol-3-O-3-D-xylopyranoside. Ces flavonoïdes ont été isolés à partir des feuilles par Khafagy et al., (1979) puis Kang et al., (1985).

Plus récemment, les travaux de Ghosh et al., (2013) ont montré que l'extrait méthanolique des feuilles est riche en composés phénoliques (l'acide gallique, l'acide gentisique, l'acide ellagique, la quercetine, la rutine et l'epicatéchine) et qu'il possède un pouvoir antioxydant. Khogali et al., (1992) ont montré la présence de tanins au niveau des feuilles. En ce qui concerne les graines, qui contiennent 45% d'huile fixe, elles sont riches en glycosides d'acides ricinoléique, isoricinoléique, stéarique et dihydroxystéarique. Ces graines contiennent également de la lipase et un alcaloïde qui est la ricinine (Khogali et al., 1992).

II. La pollution

A l'échelle mondiale, on a connu les dernières décennies une dégradation importante de la qualité de l'air. Ce phénomène est lié au développement des activités industrielles et au trafic routier qui sont les principales sources de la pollution atmosphérique. Parmi ces activités industrielles, on note les cimenteries ; elles sont installées généralement loin des centres urbains mais contribuent massivement à la pollution atmosphérique. En effet, ces unités industrielles émettent de grandes quantités de poussières. Ces dernières sont véhiculées et dispersées par le vent sur des grandes étendues, ce qui affecte les différentes composantes de l'environnement (air, eau, sol, la végétation) sur lesquelles elles se déposent. En effet, des quantités importantes de poussières sont émises dans l'atmosphère (170 tonnes en moyenne par mois durant l'année 2001, par exemple). Pour les cimenteries, les particules sont générées à chaque procédé de fabrication de ciment (Bengamra et al., 2006).

II.4. les émissions de cimenteries

D'après Parekh (1989), les cimenteries émettent dans l'air du ciment et de calcaire qui sont les deux sources les plus communs de calcium (Ca), tandis que les argiles, les schistes et les cendres sont les sources d aluminium (Al), silicium (Si) et fer (Fe).

En Suisse, la présence de fluorure atmosphérique s'explique principalement par les activités humaines. Ainsi, la majeure partie des composés fluorés que l'on trouve dans certaines régions du pays proviennent notamment de la préparation électrolytique de l'aluminium et dans une moindre mesure des usines d'incinération d'ordures ménagères (UIOM), des fabriques d'engrais phosphatés, des cimenteries et de l'industrie du verre.

III. Impact de la pollution

On parle de polluant majeur de l'air surtout chez les pays industrialisés: c'est l'ozone. L'émission des fortes concentrations d'ozone constitue un facteur de modification non négligeable de la biologie des plantes qui peuvent dépérir et subir plus facilement d'autres stress. Il existe des plantes plus sensibles à l'ozone, on cite les graminées (blé et riz) ayant un rôle important dans l'alimentation de l'Homme, ainsi certains cultivars de tabac et des arbres très vulnérables tels que des pins, du hêtre (Fagus sylvatica), de l'érable (Acer pseudoplatanus), du frêne (Fraxinus sp) ou du merisier (Prunus avium) (Dalstein et al., 2005).

Sur le plan macroscopique, les dégâts sont visualisés par l'oeil nu. Les premiers dommages apparaissent sur la face supérieure des feuilles exposées à la lumière. Les symptômes se manifestent, pour certaines espèces par des chloroses diffuses sur la partie supérieure du feuillage. Ainsi, des altérations dégénératives, souvent plus développées sur les contours des feuilles, se manifestaient par de petites taches blanc-jaune avec des contours mal définis ou une coloration brun-rouge sur des échantillons de pins, frênes, robiniers, sureaux, cytises, symphorines. La phase finale se caractérise par des ponctuations qui s'étalent formant des nécroses pour toucher l'ensemble de la surface foliaire.

Pour d'autres espèces telles que les viornes, ronces, spirées, épilobes et mahonias, les dégâts d'ozone se manifestent par des rougissements le long des nervures sur les parties du feuillage exposé à la lumière. Cette coloration est due à une accumulation, au niveau des vacuoles des cellules du mésophylle palissadique, d'anthocyanes. Ces pigments apparaissant souvent lors de phénomènes de dégénérescence de la chlorophylle et/ou lors du processus de vieillissement du feuillage (Dalstein et al., 2005).

Yunus et al., (1979) ont étudié l'impact de la pollution atmosphérique sur le ricin. Les études ont l'aspect microscopique et cellulaire, elles montrent qu'il n y a pas des différences dans les caractéristiques épidermiques des populations saines et polluées du ricin. Cependant, les polluants environnementaux ont légèrement affecté la forme et la sinuosité des cellules épidermiques et des stries cuticulaires.

Chez les populations polluées, les cellules épidermiques sont beaucoup plus petites que celles de la population saines, les stomates sont devenues grandes et ouvertes et les stries cuticulaires sont plus remarquables, alors que chez la population saine, l'ouverture stomatique est étroite et les stries cuticulaires sont discrètes.

En comparant le pourcentage des stomates anormaux sur l'épiderme inférieur et supérieur, on remarque qu'il ne dépasse pas 1% chez la population saine , alors que chez les populations polluées, ils sont plus 8 fois et 3 fois plus importantes respectivement sur l'épiderme inférieur et l'épiderme supérieur.

La densité stomatique semble avoir une relation avec la pollution de l'air, les populations des zones polluées ont plus de stomates sur la surface foliaire que les populations de la zone saine. C'est probablement une réponse des plantes à la perte des stomates les plus anciens et sains à travers la dégénérescence causée par la pollution de l'air.

Selon Dalstein (2005), les analyses faites sur les feuilles des pins cembro de Mercantour, qui sont touchées par des chloroses, phénomène constituant le premier symptôme causé par l'ozone pour certaines espèces, ont montré des altérations des cellules du mésophylle palissadique, avec une lyse de la chlorophylle qui progressait vers le collapse des chloroplastes, en l'absence d'altérations sur l'épiderme supérieur ou dans le parenchyme lacuneux.

Chez les espèces rougissantes, telles que les viornes et les mahonias, l'accumulation des anthocyanes était nette dans les chloroplastes et précédait le collapse des parois cellulaires. Ils ont constaté que les modifications cellulaires ont touché l'épiderme supérieur proche de la zone en contact étroit avec le mésophylle palissadique atteint ou le parenchyme dans les cas de nécroses (Dalstein et al., 2005).

La pollution atmosphérique affecte le métabolisme cellulaire des végétaux, donnant plusieurs aspects tels que chlorose, accumulation d'anthocyanes et elle peut affecter la photosynthèse (Auclair, 1997). L'étude consiste à effectuer des empoussièrements artificiels semblables aux empoussièrements naturels que l'on rencontre autour de certaines usines. Ils ont constaté que la photosynthèse nette est significativement inhibée par les poussières aux éclairements faibles, mais non aux éclairements plus élevé. Alors, les poussières semblent avoir un rôle de capteur de lumière, ce qui induit la diminution de l'énergie lumineuse utilisable par la photosynthèse.

Donc, les résultats montrent que, s'ajoutant à un effet chimique possible à long terme, les poussières ont un effet notable sur la photosynthèse en diminuant l'énergie lumineuse utilisable par la plante. Dans la majorité des cas, les poussières affectent les plantes par leur composition chimique, pouvant ainsi entraîner des nécroses, dessèchements et même parfois la mort.

Les cimenteries comme toute industrie chimique, produisent des polluants spécifiquement atmosphériques tels que le calcaire et le fluor. La sensibilité des plantes au fluor dépend de plusieurs facteurs, dont les principaux sont la teneur de polluant dans l'air, l'espèce, la variété, la morphologie de la plante (stomates, pilosité, âge etc.), les facteurs climatiques et la présence ou non d'autres polluants (SO2, NOx, O3). Il existe une classification des plantes selon leurs sensibilités, les plantes dites sensibles montrent une chlorose à partir de 0.15~g/m³ de polluant dans l'air.

Dans les environnements industriels, les concentrations moyennes des polluants est dans l'ordre de 0.5 à 20~g/m³ (selon l'activité industrielle) et atteignent parfois 100~g/m³ au voisinage de la source polluante. Cela peut induire des conséquences plus graves que la chlorose, on parle des effets cytogénétiques (mutation, aberration chromosomique). Dans

certaines espèces végétales, le développement végétatif a augmenté au détriment de la reproduction générative. Les plantes sensibles et fortement chlorosées disparaissent, modifiant ainsi la composition botanique du couvert végétal (Grub et al., 1997).

Le fluor est un polluant, il n'intervient pas dans le métabolisme des végétaux, cet élément pénètre dans la cellule du parenchyme foliaire, et il est alors transféré et stocké aux extrémités ou sur les bords du limbe.

L'effet de pollution se manifeste différemment chez les différentes espèces ; des nécroses apparaissent :

? À la pointe des feuilles longues et étroites (sapin, pin, glaïeul, iris ....)

? À l'extrémité des lobes pour les feuilles découpées (aubépine, érable à f. d'obier..).

Ces brûlures présentent des teintes variées, allant du brun clair (sapin) au noir (noyer). On parle donc d'une accumulation du fluor, qui va être éliminé pendant la chute annuelle des feuilles caduques (Bossavy, 1970).

Les plantes utilisent l'oxygène de l'air O2, via le métabolisme aérobie pour fournir de l'énergie nécessaire à leur croissance et à leur développement. Or la réduction de l'oxygène est accompagnée d'une production des radicaux oxygénés qui sont soit :

? Des radicaux libres: tels que l'anion superoxyde (O2 .-) et le radical hydroxyle (OH^.) ? Des molécules : telles que le peroxyde d'hydrogène (H2O2) et l'oxygène singulet

Ces formes réactives de l'oxygène (ROS) ont un effet toxique direct ou indirect envers les substances bioorganiques (Parent et al., 2008).

Donc le stress oxydatif correspond à un déséquilibre entre la génération des formes réactives de l'oxygène et les défenses antioxydantes de l'organisme en faveur des premiers.

La majeure partie de l'oxygène cellulaire subit une réduction tétravalente qui conduit à la production de l'eau, une partie des électrons peut s'échapper et réduire l'oxygène d'une manière monovalente donnant l'anion superoxyde (Parent et al., 2008).

Les autres formes se forment dans: le chloroplaste, mitochondrie, peroxysome, membrane cellulaire et l'apoplaste, ayant des origines diverses : la photosynthèse, la respiration, ect...Dans les conditions du stress, les ROS peuvent engendrer des dommages importants dans la structure et le métabolisme cellulaire en dégradant les protéines, les lipides et les acides nucléiques. Ainsi, les radicaux libres OH^. sont des oxydants capables d'arracher des électrons et/ou de s'additionner aux macromolécules organiques cellulaires, provoquant ainsi la peroxydation des lipides membranaires.

V. Réponses des plantes au stress oxydatif V. 1. Systèmes de défense enzymatiques a. Les Superoxydes dismutases (SOD)

Ce sont des métalloenzymes qui présentent les premières lignes de défense contre le stress oxydant, elles assurent l'élimination de l'anion superoxyde dismutase par une réaction de dismutation en transformant le peroxyde d'hydrogène en oxygène (Haleng et al., 2007).

Il existe trois isoformes de SOD qui diffèrent par leurs cofacteurs :Cu/Zn-SOD , Mn-SOD et Fe-SOD.

C'est une enzyme qui a une très forte spécificité en tant que donneur d'électrons vis à vis de l'ascorbate qu'elle transforme en déhydroascorbate. L'ascorbate agit en convertissant l'eau oxygénée en eau (Haleng et al., 2007).

Les plantes présentent un autre système de défense, intégrant des différentes molécules de métabolites primaires ainsi que les métabolites secondaires.

Elle a un caractère hydrophobe qui lui permet de s'insérer au sein des membranes riches en acides gras polyinsaturés, ou elle joue un rôle protecteur en réagissant avec les radicaux peroxyles (ROO.), formant ainsi un radical tocophéryle, ce qui empêche la propagation de la peroxydation lipidique (Haleng et al., 2007).

Ce sont des métabolites secondaires qui constituent une famille importante d'antioxydants. Ils sont présents sous différentes formes :

? Sous forme de flavonoïdes dans les agrumes. Sous forme de flavon-3-ols dans le thé, pomme et oignon.

Ce sont des excellents piégeurs de ROS et de bons chélateurs de métaux de transition tels que le fer et le cuivre (Haleng et al., 2007).

L'objectif de ce travail est d'étudier la réponse biochimique de l'espèce Ricinus communis à l'exposition aux particules de ciment auprès de la cimenterie de Bir Mecherga.

Chapitre II

Les teneurs en chlorophylles a, b et totales et en caroténoïdes (mg.g^-1 MF) ont été déterminées selon la méthode de Lichtenthaler (1988). Deux feuilles d'environ 100 mg de masse fraîche sont pesées et mises dans 5 ml d'acétone (80 %). Après un séjour de 72 heures à l'obscurité et à une température de 4°C, la densité optique de l'extrait est mesurée á 470 nm, 646 nm et 663 nm. Les teneurs en chlorophylles a, b et totale et en caroténoïdes sont ensuite calculées selon les équations suivantes:

Après broyage des échantillons (1g) dans l'azote liquide, la poudre est reprise dans un tampon d'extraction (1,5 ml) dont son volume est proportionnel à la masse de matière fraîche et dont la composition est la suivante:

Une centrifugation est effectuée à 13000 g à 4°C, pendant 20 min. Le surnageant obtenu contient les protéines solubles. Il servira pour le dosage des protéines et pour les tests des activités enzymatiques.

Le dosage des protéines est réalisé selon la méthode de Bradford, (1976), utilisant le principe de la liaison du bleu de Coomassie G250 avec les protéines. Ce réactif coloré passe du violet au bleu lorsqu'il se lie à la protéine et ainsi l'absorbance du complexe est lue. Ce complexe colorant-protéine permet de déterminer la quantité en protéines.

A un volume d'extrait protéique connu, 2 ml de bleu de Coomassie sont ajoutés. Après 15 min, l'absorbance du mélange est lue par spectrophotométrie à 595 nm. La concentration protéique des échantillons est déterminée à partir d'une gamme étalon de BSA (Sigma) comprise entre 0 et 10ug.ml^-1.

L'activité de la Catalase (CAT, EC 1.11.1.6) est mesurée selon la méthode de Cakmak et Marschner, (1992). Elle est testée par la mesure de la vitesse initiale de disparition du peroxyde d'hydrogène, pendant 1 min à 240 nm, et est calculée en utilisant le coefficient d'extinction de 39,4 mM^-1 cm^-1 pour le peroxyde d'hydrogène. Le tampon réactionnel est composé de 50 mM de tampon phosphate (pH 7.0), 30 mM _H2O2 et de l'extrait enzymatique.

La Gaïacol péroxydase (POD, GPX, EC 1.11.1.7) est déterminée selon la méthode de Srinivas et al., (1999), par suite de la formation de tétra-gaïacol par la mesure de l'absorbance à 470 nm et en utilisant le coefficient d'extinction de 26.6 mM^-1 cm^-1. Le tampon réactionnel

(1 ml) contient 50 mM de tampon phosphate-gaïacol (pH 5,6), 30 mM _H2O2 avec une aliquote de l'extrait de l'enzyme. La réaction est effectuée pendant 2 min. Une unité de péroxydase représente la quantité d'enzyme catalysant l'oxydation de 1 ìmol de gaïacol.

L'activité de l'APX a été déterminée selon la méthode de Cakmak et Marschner, 1992, en mesurant la diminution de la densité de l'ascorbate oxydé à 290 nm. Une unité de APX a été définie comme la quantité d'enzyme nécessaire pour consommer 1 ìmol ascorbate / min.

L'extraction des composés phénoliques est réalisée selon la méthode de Mau et al., (2001). Un gramme de matière sèche est mélangé avec 10 mL méthanol. Le mélange est mis en agitation pendant 60 min puis gardé au repos, pendant 24h à 4°C et à l'obscurité. Les extraits obtenus sont filtrés avec des papiers filtres sans cendre puis conservés a 4°C pour servir par la suite aux dosages des polyphénols totaux, des flavonoïdes et des activités antioxydante totale et antiradicalaire.

Le dosage des polyphénols totaux est effectué par un dosage colorimétrique selon la méthode de Folin Cicalteu qui est un acide de couleur jaune constitué d'un mélange d'acide phosphotungstique et d'acide phosphomolybdique (H3PMo12 O40). Ce mélange se réduit lors de l'oxydation des polyphénols en un mélange d'oxydes bleu de tungstène et de molybdène (Ribereau-Gayon, 1968). L'intensité de cette coloration bleue dont l'absorption maximale à 760nm renseigne sur la richesse de l'extrait en polyphénols. Un volume de 125uL de l'extrait méthanolique est mélangé avec 500 uL d'eau distillée et 125 uL réactif de Folin Cicalteu. Après une agitation vigoureuse du mélange suivie d'un repos de 3 min, on ajoute 1250uL d'une solution (Na)2CO3 à 7% et une prise de 1000uL d'eau distillée est additionnée. Après un repos de 90 min à l'obscurité et à la température ambiante; on effectue une lecture de l'absorbance à 760 nm. Les teneurs des polyphénols totaux sont déterminés à partir de la courbe d'étalonnage linéaire réalisée par l'acide gallique (0-200ug/mL), exprimées en milligrammes équivalents d'acide gallique par gramme de matière sèche (mg EAG, g^-1MS) (Dewanto et al., 2002).

Un volume de 250 ul de l'extrait méthanolique est mélangé avec 75 uL d'une solution de NaNO2 (5%). Après une incubation à la température ambiante, on ajoute 150 uL d'une solution de trichlorure d'aluminium à 10% (AlCl3,6H2O) fraîchement préparé. Après cinq minutes de repos on ajoute 500 uL de soude (NaOH, 1M) et on ajuste avec l'eau distillée jusqu'à 2.5 ml (Dewanto et al., 2002). L'absorbance est mesurée à 510 nm en se référant à un témoin dépourvu de l'extrait. Les teneurs en flavonoïdes sont calculées en utilisant une gamme étalon de catéchine à des concentrations allant de 50 à 500 mg.l^-1. Ces teneurs en flavonoïdes sont exprimées en mg d'équivalent catéchine par gramme de matière sèche (mg EC. g^-1MS).

Cette méthode consiste à ajouter 0.2 ml d'une solution contenant de l'acide sulfurique (H2SO4; 0.6M), du phosphate de sodium (NaH2PO4,H2O; 28mM) et de l'heptamolybdate d'ammonium ((NH4)6 MO7 _O24, 4H2O; 4mM) à pH acide. Le mélange est ensuite placé dans un bain - marie à 95°C, pendant 90 min. Après refroidissement à la température ambiante, l'absorbance est par la suite mesurée à 695 nm. L'activité antioxydante totale est exprimée en mg d'équivalent acide gallique par gramme de matière sèche (mg EAG.g^-1MS).

Une solution mère de DPPH a été préparée en mélangeant 15 mg DPPH dans 200 mL méthanol pendant 2h a l'obscurité. Une prise d'essai de 0,75 mL d'extrait dilué, du standard (0-0,1 mM ascorbate), ou blanc (méthanol) est mise en présence de 1,5 mL de la solution de DPPH à l'obscurité et pendant 30 min d'incubation. L'absorbance est mesurée à 517 nm à l'aide d'un spectrophotomètre UV-visible. Pour chaque échantillon, un blanc (méthanol) est inclus a la place de DPPH.

La proline est dosée selon la méthode de Bates et al., (1973), mais dans la matière végétale préalablement desséchée à 60°C. Elle est extraite par l'acide sulfosalicylique aqueux à 3%. Le surnageant est récupéré après une centrifugation effectuée à 14000 g, pendant 20 minutes à 4°C. La proline est ensuite dosée dans le surnageant par une méthode colorimétrique, qui est basée sur le complexe proline-ninhydrine, obtenu après une heure à

100°C. Ce complexe coloré est ensuite extrait avec du toluène et dosé à 520 nm par rapport à une gamme étalon préalablement établie.

La détermination des matières grasses est faite selon la méthode d'extraction par le SOXHLET, en utilisant l'hexane comme solvant. On pèse 5g de feuilles du ricin bien broyées dans une cartouche, on le recouvre avec coton et on la place dans le Soxhlet. Peser le ballon qui servira à recouvrir le solvant et y introduire 50 ml hexane.

Ensuite on va chasser par distillation la majeure partie du solvant à l'aide de l'évaporateur rotatif (ROTAVAPOR) pour éviter l'ébullition de l'huile qui à la longue pourrait modifier les indices d'acidité.

La teneur en huile ou teneur en matière grasse totale, exprimée en pourcentage de la matière sèche, est calculée selon la formule suivante :

On pèse 0,6g de l'échantillon dans une fiole de 25 ml et on complète avec le cyclohexane jusqu'à le trait de jauge, puis on fait une agitation jusqu'à l'obtention d'une solution limpide. Ensuite une lecture de DO à 670 nm pour la chlorophylle et l'autre 470 pour le /3-carotène.

Les acides gras (AG) pour être analysés par chromatographie en phase gazeuse doivent être transformés chimiquement en des composés volatils, les esters méthyliques d'acides gras (EMAGs). Cette réaction chimique s'appelle la méthylation. La méthode utilisée est une trans-méthylation alcaline directe (ISO 12966-2 : 2012), illustrée par l'équation suivante :

La séparation des différents esters méthyliques d'acides gras (EMAG) est effectuée par chromatographie en phase gazeuse en utilisant un appareil de marque HP-6980 (Agilent Technologies, Palo Alto, CA, USA) série II muni d'un détecteur à ionisation de flamme (FID), d'un auto-injecteur et d'un échantillonneur automatique.

La séparation des différents EMAG a été réalisée sur une colonne capillaire polaire TR-FAME (60 m de longueur, 0,32 mm de diamètre, 0,25 um d'épaisseur du film). La température du four a été programmée de la manière suivante: isotherme à 170°C (2 min), augmentation de 3°C/min jusqu' à 240°C, de 170°C à 240°C à raison de 3°C/mn pendant 15 mn, isotherme à 240°C pendant 10mn. La température de l'injecteur et du détecteur est maintenue à 225°C.

Les analyses ont été menées en mode split (Rapport de split : 60/l, gaz vecteur: hélium, Débit total: 1.6 ml/min). Le système est piloté par un logiciel type Chemstation qui assure l'intégration électronique des différents pics.

L'identification des EMAG a été effectuée en comparant leurs temps de rétention avec ceux des étalons de référence acheté chez Fluka. Les compositions des EMAG (%) se réfèrent au rapport de pourcentage de chaque composant au total des acides gras. Le "double bond index" (DBI) a été calculé comme suit (Gignon et al, 2004):

Avec, AM : acides monoénoïques ; AD : acides diénoïques et AT : acides triénoïques

ODR: Oleic desaturase ratio ([(C18:2+C18:3) / (C18:1+C18:2+C18:3)]X100);
LDR: Linoleic desaturase ratio ([C18:3 / (C18:2+C18:3)] X100)

Toutes les expériences ont été réalisées trois fois au cours de trois expériences successives. Les résultats ont été exprimés par une moyenne plus ou moins l'écart type.

Chapitre III

Le tableau 1 présente les teneurs en pigments dans les feuilles des plantes du ricin récoltées au niveau des trois sites (contrôle, S1 et S2). L'analyse de ce tableau montre une réduction de la teneur en Chl a, accompagnée d'une augmentation de la teneur en Chl b, ce qui induit une réduction du rapport Chl a / b, dans les feuilles des plantes récoltées au niveau du site 2. De même, les teneurs en caroténoïdes totaux sont réduites. Ceci suggère une sensibilité de la Chl a et du métabolisme des caroténoïdes à la pollution atmosphérique. Au niveau du site 1, les teneurs en Chl a, en Chl b et en caroténoïdes semblent être insensibles à cette pollution.

Pour le lycopène, les teneurs en ce pigment augmentent dans les feuilles des plantes récoltées au niveau des deux sites 1 et 2. Cette augmentation est de l'ordre de 286 et 302% respectivement, pour S1 et S2.

La sensibilité de la chlorophylle dépend de la distance à la source de pollution.

Paramètres	Contrôle	Site 1	Site 2
Chl a	1,48#177;0,05a	1,61#177;0,09a	0,61#177;0,10b
Chl b	0,80#177;0,10b	1,12#177;0,24b	1,68#177;0,17a
Chl totale	2,29#177;0,12ab	2,73#177;0,26a	2,29#177;0,27a
Caroténoïdes	2,58#177;0,20a	2,47#177;0,24a	1,55#177;0,08b
Chl a/b	1,87#177;0,23a	1,48#177;0,34a	0,36#177;0,03b
Chl/car	0,89#177;0,07b	1,11#177;0,18b	1,47#177;0,12a
lycopène	0,19#177;0,03b	0,54#177;0,09a	0,53#177;0,09a

Il s'agit d'un pigment brun à haut poids moléculaire résultant de la polycondensation des sucres aldéhydiques et d'acides aminés qui se produit lorsque des protéines et des sucres réducteurs sont mis en contact. Ils sont accumulés dans les graines de mutants de riz

déficients en aldéhyde déhydrogénase 7 (Shin et al., 2009). Cette enzyme est impliquée dans l'élimination des aldéhydes, tels que le MDA.

Les résultats de la figure 2 montrent que l'accumulation des mélanoidines est similaire dans les feuilles des plantes du ricin pour les trois sites étudiés. Cela suggère que les mélanoidines ne sont pas impliquées dans le processus de tolérance ou résistance au stress.

Figure 2. Effet de la pollution atmosphérique sur les teneurs en mélanoïdines dans les feuilles des plantes du ricin récoltées au niveau des trois sites (Contrôle, S1 et S2). Moyennes de 3 répétitions et intervalles de sécurité au seuil de 5%.

4. Effet de la pollution atmosphérique sur l'accumulation des sucres solubles totaux

La figure 3 représente la variation des teneurs en sucres solubles totaux dans les feuilles des plantes du ricin récoltées au niveau de 3 sites.

Les résultats montrent qu'en réponse à l'accumulation de MDA, les teneurs en SST augmentent, notamment dans les feuilles des plantes du site 2. Cette augmentation est de l'ordre de 137% et 172%, respectivement pour S1 et S2.

Figure 3. Effet de la pollution atmosphérique sur le contenu en sucres solubles totaux (SST) dans les feuilles des plantes du ricin récoltées dans les trois sites (Contrôle, S1 et S2). Moyennes de 3 répétitions et intervalles de sécurité au seuil de 5%.

Outre son rôle dans l'ajustement osmotique, cet aminoacide contribue aussi dans la protection des enzymes et dans l'intégrité membranaire, chez les plantes soumises à des conditions contraignantes.

La figure 4 représente la variation des teneurs en proline dans les feuilles des plantes du ricin récoltées au niveau de 3 sites: Contrôle, site 1 et site 2.

Les résultats de cette figure montrent que comme pour les teneurs en sucres solubles, les teneurs en proline augmentent, notamment dans les feuilles des plantes du site 2. Cette augmentation est de l'ordre de 220%.

Cette accumulation peut expliquer les rôles protectifs des sucres solubles et de la proline contre les dommages induisent par le stress oxydatif.

Figure 4. Effet de la pollution atmosphérique sur le contenu en proline dans les feuilles des plantes du ricin récoltées dans les trois sites. Moyennes de 3 répétitions et intervalles de sécurité au seuil de 5%.

5. Effet de la pollution atmosphérique sur la teneur en protéines et les activités antioxydantes

Une analyse quantitative est effectuée sur cinq systèmes antioxydants, tels que, la catalase, la gaïacol peroxydase et l'ascorbate peroxydase (antioxydant enzymatique), les polyphénols totaux et les flavonoïdes (antioxydant non enzymatique).

La figure 5 montre que la teneur en protéines des feuilles des plantes récoltées au niveau des deux sites n'est pas affectée par la pollution par comparaison à celle des feuilles des plantes témoin (contrôle).

Ainsi, l'activité de la GPX augmente significativement dans les feuilles des plantes récoltées au niveau des deux sites S1 et S2. Cette augmentation est de l'ordre de 171 et 190%, respectivement pour S1 et S2.

Contrairement à la GPX, l'activité de la CAT diminue de 59 et de 17%, respectivement pour S1 et S2. Par ailleurs, l'activité de l'APX reste insensible à la pollution au niveau des deux sites S1 et S2.

Figure 5. Effet de la pollution atmosphérique sur la teneur en protéines solubles totaux, les activités de la GPX, CAT et APX dans les feuilles des plantes du ricin récoltées dans les trois sites. Moyennes de 4 répétitions et intervalles de sécurité au seuil de 5%.

La figure 6 présente les teneurs en polyphénols totaux et en flavonoïdes dans les feuilles des plantes du ricin au niveau de trois sites. L'analyse de cette figure montre que les teneurs les plus élevées sont enregistrées au niveau du site le plus pollué S2. Ainsi, ces teneurs augmentent de 188 et 153%, respectivement pour les polyphénols totaux et les flavonoïdes. Par contre, une réduction de 45% est enregistrée dans les feuilles des plantes du site 1, pour les PT.

Figure 6. Effet de la pollution atmosphérique sur la teneur en polyphénols totaux (PT) et en flavonoïdes (Flav) des extraits méthanoliques des feuilles des plantes du ricin récoltées dans les trois sites. Moyennes de 4 répétitions et intervalles de sécurité au seuil de 5%.

6. Effet de la pollution atmosphérique sur l'activité antioxydante totale et l'activité antiradicalaire

L'activité antioxydante des extraits méthanoliques est généralement attribuée à ses composés phénoliques: polyphénols totaux, flavonoïdes et tannins...etc.

La figure 7. présente l'activité antioxydante totale et celle antiradicalaire estimée par le test DPPH des extraits méthanoliques des feuilles des plantes du ricin récoltées au niveau des trois sites (contrôle, S1 et S2). L'analyse de cette figure montre que l'activité antioxydante la plus élevée est enregistrée au niveau des feuilles du site 2.

Cette activité et de l'ordre de 57,54 mgEAG.g^-1MS. Par contre les valeurs les plus faibles sont notées dans les feuilles du site 1 (25,52 mgEAG.g^-1MS). Ces résultats sont fortement corrélés avec la richesse des extraits en composés phénoliques, polyphénols totaux et flavonoïdes.

L'estimation de la capacité inhibitrice du radical DPPH par les extraits des feuilles des plantes du ricin pour les trois sites, a été faite par le suivi de la cinétique de cette activité avec des concentrations variées. La courbe obtenue nous a permis de déterminer la concentration d'inhibition à 50% (CI50).

Les extraits méthanoliques des feuilles des plantes du ricin récoltées à partir du site S1 montrent la valeur IC50 la plus importante et donc possèdent l'activité antioxydante la plus faible (DPPH: 2,75 ìg/ml).

Par contre, ceux des plantes du site S2 montrent la valeur IC50 la plus faible (DPPH: 1,27 ìg/ml) et donc possèdent l'activité antioxydante la plus importante. Ces résultats confirment le dosage de l'activité antioxydante totale et suggèrent l'existence des corrélations significatives entre le pouvoir antiradicalaire et les teneurs en composés phénoliques.

Figure 7. Effet de la pollution atmosphérique sur l'activité antioxydante totale et l'activité antiradicalaire des extraits méthanoliques des feuilles des plantes du ricin récoltées dans les trois sites. Moyennes de 4 répétitions et intervalles de sécurité au seuil de 5%. 7. Effet de la pollution atmosphérique sur le métabolisme lipidique

7.1. Effet de la pollution atmosphérique sur le rendement en lipides totaux

La figure 8 montre que le rendement en lipides totaux diminue significativement avec l'augmentation de l'intensité de la pollution. Cette réduction est de l'ordre de 38 et 60%, respectivement, pour S1 et S2.

Figure 8. Effet de la pollution atmosphérique sur les rendements en lipides totaux (%) des feuilles des plantes du ricin récoltées dans les trois sites. Moyennes de 3 répétitions et intervalles de sécurité au seuil de 5 %.

7.2. Effet de la pollution atmosphérique sur les teneurs en chlorophylle et en beta-carotène

Les teneurs en pigments (chlorophylle et beta-carotène) de l'huile des feuilles du ricin, sont déterminés dans le tableau 2. L'analyse de ce tableau montre que la pollution atmosphérique réduit la teneur en chlorophylle de l'huile fixe des deux sites, S1et S2. Cette diminution est de l'ordre de 13 et 33%, respectivement pour S1 et S2.

Tableau 2. Teneurs en chlorophylle (mg.kg^-1huile) et en beta-carotène (mg.kg^-1huile) des huiles fixes extraites des feuilles du ricin récoltées au niveau d'un site non pollué (Contrôle), site 1 et site 2

7.3. Effet de la pollution atmosphérique sur la composition en acides gras

Le tableau 3 présente la composition en acides gras dans les feuilles du ricin récoltées au niveau des trois sites, Contrôle, S1 et S2.

L'analyse détaillée du profile en acides gras (Tableau 3), a permis l'identification de 21 acides gras dont 11 sont des AGS et 10 sont des AGI. L'huile des feuilles du ricin est plus riche en AGI dont l'acide á- linolénique (C18:3) et linoléique (C18:2) sont les composés prépondérants dans les feuilles du ricin des trois sites analysées.

L'examen du tableau 3 révèle également que la pollution atmosphérique induit une augmentation des pourcentages des acides gras saturés (AGS) et ceux monoinsaturés (AGMI), alors qu'il réduit considérablement les pourcentages des acides gras polyinsaturés (AGPI), dans les feuilles du ricin des deux sites S1 et S2, par comparaison au contrôle. Ce résultat pourrait expliquer la réduction du rapport AGI/AGS.

Cette pollution a engendré une nette augmentation des pourcentages de certains AGS notamment, l'acide myristique, margarique, stéarique, béhénique et linogérique (Tableau 3).

L'indice d'iode (II) reflète le degré d'insaturation d'une l'huile fixe. Les résultats de la valeur d'iode (Tableau 3) montre que la pollution atmosphérique induit une légère diminution de cet indice de l'ordre e 19 et 7%, respectivement pour S1 et S2.

Les valeurs du taux de désaturation oléique (ODR) et du taux de désaturation linoléique (LDR) indiquent, l'efficacité des systèmes de désaturation de 18: 1 à 18: 2 et de 18: 2 à 18: 3, respectivement. Les résultats du tableau 3 révèlent une diminution des valeurs du taux de désaturation oléique (ODR) au niveau des deux sites S1 et S2 par comparaison au contrôle. Ce qui révèle que la pollution a induit une diminution de l'efficacité des systèmes de désaturation de C18:1 à C18:2.

Ces résultats sont en concordance avec les valeurs de DBI (Figure 9), qui montre que la pollution atmosphérique engendre une réduction des niveaux d'insaturation.

Par contre, les résultats (Tableau 3) montrent que le taux de désaturation linoléique (LDR) augmente au niveau des deux sites S1 et S2 par comparaison au contrôle. Ces résultats révèlent une augmentation de l'efficacité des systèmes de désaturation de C18:2 à C18:3. Ceci pourrait s'expliquer par l'activation des désaturasses en condition du stress.

Tableau 3. Composition en acides gras des feuilles des plantes du ricin récoltées au niveau de trois sites (Contrôle, Site 1 et Site 2).

	acide gras	Contrôle	Site 1	Site 2
acide caprylique	C8:0	5,83	5,39	2,07
acide décanoique	C10:0	4,33	4,13	2,93
acide laurique	C12:0	0,70	0,37	0,77
acide myristique	C14:0	0,62	0,09	2,20
acide myristoléique	C14:1	0,40	0,07	0,45
Acide penta-décanoïque	C15:0	0,35	0,06	0,26
Acide palmitique	C16:0	11,57	17,79	12,37
Acide palmitoléique	C16:1	0,89	0,09	0,70
Acide margarique	C17:0	0,31	2,04	1,02
Acide hepta-décenoïque	C17:1	0,58	0,10	0,13
Acide stéarique	C18:0	1,75	0,16	3,58
Acide élaïdique	C18:1 trans 9	0,99	0,14	0,55
Acide oléique	C18:1 Cis 9	0,45	6,14	1,63
Acide linoleaidique	C18:2 trans 9,12	0,21	0,13	0,30
Acide linoléique	C18:2 Cis 9, 12	21,89	16,29	18,20
Acide á- linolénique	C18:3	47,02	37,64	45,12
Acide arachidique	0:0	0,11	3,05	1,36
Acide gadoléique	0:1	0,07	0,01	0,11
Acide béhénique	2:0	1,17	4,03	4,81
Acide érucique	2:1	0,17	0,11	0,42
Acide lignocérique	4:0	0,60	2,18	1,00
AGS		28,528	39,546	33,241
AGMI		2,56	6,52	3,44
AGPI		68,91	53,93	62,56
AGI/AGS		2,505	1,528	2,008
Valeur d'iode		169,69	138,18	158,67
ODR		99,35	89,78	97,49
LDR		68,23	69,80	71,25

^*AGS : Acides gras saturés ; AGMI : Acides gras monoinsaturés ; AGPI : Acides gras polyinsaturés. ODR: Oleic desaturase ratio ([(C18:2+C18:3)/(C18:1+C18:2+C18:3)]×100); LDR: Linoleic desaturase ratio ([C18:3/(C18:2+C18:3)] ×100)

Figure 9. Effet de la pollution atmosphérique sur l'indice de double liaison (DBI) des feuilles des plantes du ricin récoltées dans les trois sites. Moyennes de 3 répétitions et intervalles de sécurité au seuil de 5 %.

La pollution atmosphérique est un facteur du stress qui peut exercer une pression sélective sur les populations végétales. Les cimenteries émettent dans l'air des particules de ciment, du calcaire, du gypse, de l'argile et du schiste, qui sont riches en Fe, Al, Si et Ca. Ces éléments s'accumulent au niveau du sol ainsi que sur la surface des feuilles des plantes exposées à la pollution.

Dans cette étude, nous avons examiné l'effet de la pollution par une cimenterie sur le métabolisme primaire (composition en acides gras, rendement en huile fixe) et le métabolisme secondaire (polyphénol, flavonoïdes, ...etc.), des feuilles des plantes du ricin.

Le stress dû à la pollution atmosphérique entraîne le colmatage des stomates, ce qui réduit la disponibilité de CO2 dans les feuilles et inhibe la fixation du carbone.

L'assimilation photosynthétique nette est un indicateur couramment utilisé pour étudier l'impact des polluants atmosphériques sur la croissance des plantes (Woo et al., 2007). Ces dernières constamment exposées aux polluants environnementaux absorbent, accumulent et intègrent ces polluants dans leurs systèmes. Il est a signalé que, selon leur degré de sensibilité, les plantes présentent des modifications visibles, notamment une

modification des processus biochimiques ou une accumulation de certains métabolites (Agbaire et Esiefarienrhe, 2009). Ces polluants, lorsqu'ils sont absorbés par les feuilles, ils peuvent entraîner une réduction de la concentration des pigments photosynthétiques, à savoir la chlorophylle et les caroténoïdes, qui affectent directement la productivité de la plante (Joshi et Swami, 2009). Par ailleurs, une exposition élevée aux polluants atmosphériques force les chloroplastes à un niveau d'énergie d'excitation excessif, ce qui augmente la génération de ROS et induit un stress oxydatif (Woo et al., 2007).

Les résultats du tableau 1 ont montré que la pollution atmosphérique a induit une modification de la teneur en pigments photosynthétiques des feuilles des plantes du ricin, par une diminution de la teneur en chlorophylle a et en caroténoïdes, et une augmentation de celle en chlorophylle b. Ces résultats sont en accord avec ceux de Joshi et Swami (2009), qui ont également montré une diminution de la teneur en caroténoïdes dans les feuilles de six espèces exposées à une émission véhiculaire. De même, plusieurs chercheurs ont signalé une réduction de la teneur en caroténoïdes en condition de la pollution atmosphérique (Joshi et al., 2009; Tripathi et Gautam, 2007).

Il semble que l'effet principal des poussières est la diminution du rendement de captage et d'utilisation de la lumière incidente (Auclair, 1976), suite à une accumulation du ciment sur les surfaces foliaires. Selon Auclair, les poussières ont pu avoir un effet chimique, du aux éléments toxiques qu'elles peuvent contenir (ciment). Ces éléments toxiques ont pu pénétrer dans la feuille et détériorer les éléments qui transforment l'énergie lumineuse en pouvoir réducteur et en énergie utilisable par la plante. Donc l'augmentation significative de la teneur en chlorophylle b chez les plantes du ricin exposées aux émissions de cimenterie (Tableau 1), n'est qu'une manière pour compenser le problème de la machinerie photosynthétique: autrement dit, les poussières émises par la cimenterie, s'accumulent sur les surfaces des feuilles et pénètrent, ce qui entraîne des dégâts par la toxicité de ces éléments chimiques, induisant ensuite une diminution de la photosynthèse.

Cet abaissement de la photosynthèse résulte soit d'un effet direct sur le transport des électrons et les enzymes du cycle de Calvin, soit d'un effet indirect, en raison d'une diminution de la teneur en chlorophylle.

En plus d'être accumulé sur les surfaces foliaires, certains composants de ciment s'accumulent dans le sol tels que : le sable (SiO2), le minerai de fer (Fe2O3) et la bauxite (Al2O3). Ces éléments entrent dans la composition du sol et peuvent être absorbés par les plantes. Certains minéraux sont indispensables pour la croissance et le développement des

végétaux, tel que le fer. Ce dernier demeure un élément essentiel participant à de nombreux processus métaboliques indispensables à la vie de la plante. Cette importance se traduit par le fait qu'il peut former jusqu'à six liaisons de coordination en acceptant une paire d'électrons sur chacune de ses six orbitales atomiques. Cette propriété fondamentale permet au fer de s'associer à des protéines. Le chloroplaste est un lieu majeur de l'utilisation du fer chez les végétaux chlorophylliens puisqu'il contient 80% du fer cellulaire, plus particulièrement, l'appareil photosynthétique contient 21- 22 atomes de fer, ce qui représente l'un des processus cellulaires le plus exigeant en fer (Briat et Vert, 2004).

En outre, l'accumulation des particules métalliques de ciment peuvent provoquer suite à la formation de radicaux libres, des dommages des membranes cellulaires, des acides nucléiques et des pigments chloroplastiques... Ces éléments métalliques provoquent une dégradation oxydative des lipides et des acides gras insaturés. Des phases terminales de la dégradation conduiront à des aldéhydes, parmi lesquels on peut citer le dialdéhyde malonique (ou malondialdéhyde ou MDA). Nos résultats (Figure 1), ont montré qu'il y a une forte péroxydation lipidique, estimée par la forte accumulation de MDA, chez les plantes exposées à la cimenterie, notamment celles du site S2.

La gaïacol péroxydase (POD, GPX) est l'enzyme qui élimine le _112O2 dans les chloroplastes. Elle est produite par dismutation d'O2^.- catalysée par la SOD. Dans les feuilles du ricin récoltées au niveau des sites S1 et S2, nous avons noté une augmentation de l'activité de la GPX (Figure 5). Ces résultats montrent que cette enzyme joue un rôle crucial dans les mécanismes de défense contre le stress oxydant chez les plantes stressées du ricin.

La concentration en sucres solubles indique l'activité physiologique d'une plante et détermine sa sensibilité à la pollution atmosphérique. En effet, la réduction de la teneur en sucres solubles dans les stations polluées peut être attribuée à une respiration accrue et à une moindre fixation du CO2 en raison de la détérioration de la chlorophylle. Il a été mentionné que des polluants tels que le SO2, le NO2 et le 112S dans des conditions de durcissement peuvent provoquer un épuisement accru des sucres solubles dans les feuilles des plantes cultivées dans des zones polluées (Tripathi et Gautam, 2007).

La diminution de la teneur en sucres solubles totaux des feuilles endommagées correspond probablement à l'inhibition photosynthétique ou à la stimulation du taux de

respiration (Tzvetkova et Kolarov, 1996). Les résultats de la figure 3 montrent que les teneurs en sucres solubles augmentent notamment chez les plantes du site 2 fortement exposées à la cimenterie. Cette accumulation des sucres solubles semblent jouer le rôle des osmo-protecteurs lors du stress oxydatif et aussi assurent une protection des compartiments cellulaires suite à une pénétration des particules constitutives de ciment. En outre, l'augmentation des sucres solubles a été signalée chez plusieurs espèces résistantes à la pollution atmosphérique industrielle telles que Dodonea viscosa et Prosopis juliflora (Abedi et al., 2009a, b; Koochak et Seyyed Nejad, 2010).

Il a été rapporté que la proline agit en tant que piégeur de radicaux libres pour protéger les plantes contre les dommages causés par le stress oxydatif. La proline est classée parmi les osmolytes les plus fréquemment accumulés chez un grand nombre d'espèces. Cependant, son accumulation chez les plantes peut aussi être le résultat d'autres facteurs environnementaux qui ne perturbent pas la balance osmotique tels que les contraintes biotiques. Il est aujourd'hui bien admis que la proline, outre sa contribution dans l'ajustement osmotique, à d'autres rôles. Elle peut stabiliser les membranes et les complexes protéiques. Elle peut agir comme antioxydant, notamment grâce à sa capacité de piégeage des radicaux libres. Elle peut également intervenir dans la régulation du pH cytoplasmique ou servir de réserves carbonées et azotées que la plante utilisera postérieurement à la période du stress. Selon des données récentes, l'effet protecteur de la proline en condition du stress serait la conséquence des changements dans la régulation de son métabolisme et de ses propriétés intrinsèques (Ben Rejeb et al., 2012).

Nos résultats révèlent une augmentation significative des teneurs en proline dans les feuilles du ricin (Figure 4). Ces résultats sont en accord avec ceux de Seyyednejad et al., 2009, qui ont montré une accumulation de la proline dans les feuilles de Callistemon citrinus planté sur un site pétrochimique.

Nos résultats suggèrent également que plusieurs stratégies de défenses pourraient être impliquées dans la réponse antioxydante du ricin. Cependant, outre le rôle joué par ces enzymes antioxydantes, les polyphénols accomplissent un rôle important dans la détoxification des espèces oxygénées réactives chez les plantes soumises à un stress oxydatif. Les résultats de la figure 6 ont montré une accumulation des composés phénoliques (polyphénols totaux et flavonoïdes), dans les feuilles des plantes exposées directement à la cimenterie (S2). Ceci suggère que la pollution exercée par les émissions

de la cimenterie a tendance à synthétiser des métabolites secondaires tels que les polyphénols totaux et les flavonoïdes, qui semblent jouer un rôle dans la tolérance de ces plantes au stress exercé. Par contre la réduction de ces teneurs dans les feuilles des plantes du ricin récoltées au niveau du site S1 suggère que la synthèse de ces composés est inférieure à leur catabolisme.

Les effets des polluants sur les plantes comprennent la destruction des pigments, l'épuisement des lipides cellulaires et la peroxydation des acides gras polyinsaturés (Tiwari et al., 2006). Nos résultats (Figure 8, Figure 9 et Tableau 3), ont montré que le stress réduit considérablement les rendements en lipides totaux au niveau des feuilles des plantes du ricin, induit une modification de la composition des acides gras et ont révélé une tendance vers l'accumulation des AGS et AGMI dans les feuilles du ricin des deux sites S1 et S2 via une réduction des AGPI, notamment l'acide á-linolénique et l'acide linoléique. La réduction des rendements en lipides totaux au niveau des parties aériennes serait la conséquence d'une réduction de l'activité photosynthétique, de la péroxydation lipidique et de l'activation des processus catalytiques via l'activation des enzymes lipolytiques (Zhu et al., 2007).

Conclusions générales

À l'échelle mondiale, les dernières décennies ont connu une dégradation importante de la qualité de l'air. Ce phénomène est lié au développement des activités industrielles et au trafic routier qui sont les principales sources de la pollution atmosphérique.

Dans notre projet, on s'est intéressé à évaluer l'impact de la pollution de l'air provoquée par la cimenterie, sur la réponse biochimique du ricin, et ce à l'aide de l'analyse de quelques paramètres (chlorophylles, caroténoïdes, activité antioxydante, composés phénoliques, composition en acides gras etc...).

Les résultats obtenus ont révélé que la pollution atmosphérique induit une réduction de la teneur en Chl a et des caroténoïdes totaux, accompagnée d'une augmentation de la teneur en Chl b, ce qui induit une réduction du rapport Chla/b dans les feuilles des plantes récoltées au niveau du site 2. Ce qui peut expliquer un abaissement de la photosynthèse qui résulte soit d'un effet direct sur le transport des électrons et les enzymes du cycle de Calvin, soit d'un effet indirect, en raison d'une diminution de la teneur en chlorophylle.

Également, la pollution a induit une peroxydation lipidique des feuilles des plantes du ricin estimée par une augmentation de la teneur en MDA pour les deux sites S1 et S2. Ainsi, cette production de MDA suite à une peroxydation lipidique accrue sera la cause d'une génération excessive des radicaux libres.

Nos résultats montrent qu'en réponse à l'accumulation de MDA, les teneurs en SST et en proline augmentent, notamment dans les feuilles des plantes du site 2. Cette accumulation peut expliquer le rôle protectif des SST et de la proline contre les dommages induits par le stress oxydatif.

Il est bien établi que le stress oxydatif peut induire des dommages des protéines cellulaires et membranaires, une peroxydation des lipides et une dégradation des acides gras polyinsaturés, affectant ainsi la fonction cellulaire et l'intégrité structurelle.

L'analyse détaillée du profile en acides gras a permis l'identification de 21 acides gras dont 11 sont des AGS et 10 sont des AGI. L'huile des feuilles du ricin est plus riche en AGI dont l'acide á- linolénique (C18:3) et linoléique (C18:2) sont les composés prépondérants dans les feuilles du ricin des trois sites analysées.

La pollution atmosphérique a engendré une nette augmentation des pourcentages de certains AGS, notamment l'acide myristique, margarique, stéarique, béhénique et linocérique.

Dans l'ensemble, les résultats obtenus montrent que le stress induit par la pollution a tendance à réduire le degré d'insaturation des acides gras dans les feuilles du ricin via une réduction des AGI, notamment l'acide á-linolénique et l'acide linoléique. Cette réduction des rendements en lipides totaux au niveau des parties aériennes serait la conséquence d'une réduction de l'activité photosynthétique, de la péroxydation lipidique et de l'activation des processus catalytiques via l'activation des enzymes lipolytiques.

? L'étude des mécanismes impliqués dans la réponse des plantes du ricin vis-à-vis la pollution atmosphérique provoquée par la cimenterie

? L'évaluation de l'effet de cette pollution sur la composition en polyphénols

? L'analyse de la nutrition minérale des feuilles du ricin affectée par la pollution atmosphérique

? L'étude de la spécificité de la réponse des plantes issues du site 1 ? La sélection des espèces indicatrices de la pollution.

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-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------Résumé

Dans cette étude on s'est intéressé à évaluer l'impact de la pollution atmosphérique provoquée par les particules émises de la cimenterie, sur la réponse biochimique du ricin, et c'est à l'aide de l'analyse de quelques paramètres (chlorophylles, caroténoïdes, activité antioxydante, composés phénoliques, composition en acides gras etc...).

Il s'est révélé que la pollution atmosphérique a induit une peroxydation lipidique estimée par la production accrue de MDA et qui sera la cause d'une génération excessive des radicaux libres.

Nos résultats montrent qu'en réponse à l'accumulation de MDA, les teneurs en sucres solubles totaux et en proline augmentent notamment, dans les feuilles des plantes du site 2. Cette accumulation peut expliquer le rôle protectif des SST et de la proline contre les dommages induits par le stress oxydatif.

La pollution a augmenté les teneurs en poyphénols totaux et en flavonoïdes au niveau des feuilles des plantes du ricin. Nos résultats suggèrent que les composés phénoliques pourraient jouer un rôle crucial dans les mécanismes de défense contre le stress oxydant chez les plantes du ricin.

Les résultats obtenus montrent que le stress induit par la pollution a tendance à réduire le degré d'insaturation des acides gras dans les feuilles du ricin via une réduction des AGI, notamment l'acide á-linolénique et l'acide linoléique.

Mots clés: Pollution, ricin, chlorophylles, polyphénols totaux, flavonoïdes, acides gras.

Abstract

In this study we were interested in evaluating the impact of air pollution caused by the cement on the biochemical response of castor, using the analysis of some parameters (chlorophylls, carotenoids, antioxidant activity, phenolic compounds, fatty acid composition, etc.).

It is revealed that the pollution induced a lipid peroxidation estimated by the increased production of MDA and which will be the cause of excessive generation of free radicals.

Our results show that in response to the accumulation of MDA, the levels of TSS and proline increase especially in the leaves of plants of site 2. This accumulation can explain the protective role of TSS and proline against the damage induced by oxidative stress.

Pollution has increased the total phenolics and flavonoid levels in the leaves of castor plants. Our results suggest that phenolic compounds may play a crucial role in the defense mechanisms against oxidative stress in castor plants.

The results obtained show that pollution-induced stress tends to reduce the degree of unsaturation of fatty acids in castor leaves by reducing UFA, especially á-linolenic acid and linoleic acid.

Key words: Pollution, castor, chlorophylls, total phenolics, flavonoids, fatty acids.