Toutes les directives et législations locales, nationales et internationales ont été respectées concernant l’utilisation des plantes dans cette étude. Les réactifs et l’équipement utilisés sont listés dans le tableau des matériaux.
Disposition expérimentale et matériaux
Une expérience sur le pot a été organisée sur le toit du bâtiment du département de génie agricole de l’Université Khwaja Fareed d’ingénierie et de technologie de l’information, Pakistan (28,42° N, 70,30° E) afin d’étudier le rôle de la vermiculite et de l’Azospirillum brasilense pour atténuer la toxicité du cadmium (Cd) dans la culture de blé durant la saison hivernale 2023–2024. Un design entièrement randomisé (CRD) a été utilisé pour cette expérience, avec trois réplications. Une variété de blé approuvée de « Dilkash-20 » a été obtenue auprès de la ferme de recherche adoptive Rahim Yar Khan, adaptée à la région locale. Un pot de taille 1 x 1 x 1 pied (30,48 cm × 30,48 cm × 30,48 cm) était utilisé, contenant 12 kg de terre. La stérilisation des graines a été réalisée avant l’expérience au laboratoire d’agronomie avec 70 % d’éthanol. Les graines ont été plantées le 10novembre 2023. 8 graines de blé ont été placées dans chaque pot, et 4 plants ont été entretenus au stade de la tournure. La vermiculite était obtenue sur le marché local et appliquée lors de l’ajout de sol à un taux de 150 g/kg de sol. Azospirillum brasilense a été obtenu auprès du Government College University Lahore (GCUL), Lahore, Pakistan. Azospirillum brasilense a été appliqué avec l’inoculation par graine dans la culture de blé selon la procédure standard rapportée par Zaheer et al.17. L’expérience comprenait 9 traitements (T0 = Contrôle (Pas d’amendement du sol, pas de toxicité au CD), T1 = Toxicité au CD 100 mg/kg de sol, T2 = Cd 100 mg/kg de sol + Vermiculite, T3 = Cd 100 mg/kg de sol + A. brasilense,T 4 = Cd 100 mg/kg de sol + Vermiculite + A. brasilense, T5 = Toxicité CD 200 mg/kg de sol, T6 = Cd 200 mg/kg de sol + Vermiculite, T7 = Cd 200 mg/kg de sol + A. brasilense, T8 = Cd 200 mg/kg de sol + Vermiculite + A. brasilense). La température mensuelle moyenne en °C et l’humidité en % sur le site expérimental sont indiquées dans le Tableau 1. Avant le début de l’expérience, une analyse du sol a été réalisée, et les propriétés du sol sont indiquées dans le tableau 2. L’irrigation a été appliquée selon les besoins lors des étapes de serage, de botage, d’anthèse et de remplissage des grains, et les engrais ont également été appliqués uniformément selon les recommandations. L’irrigation était appliquée manuellement à l’aide d’un bocal d’eau et maintenait 70 % d’humidité du sol dans chaque pot, sans stress dû à la sécheresse. Les engrais ont été appliqués conformément aux recommandations du département de l’agriculture (120-80-60 kg NPK ha-1). Les engrais étaient calculés en fonction de la taille de chaque pot. Des doses complètes de P et K et une demi-dose d’N ont été appliquées au moment du semis, et la demi-dose restante de N a été appliquée au stade de tillering. Un échantillonnage destructif pour mesurer la longueur des racines et des pousses (30 jours après le semis) a été réalisé sur des pots séparés destinés à la récolte en début de phase ; Ces pots n’ont pas été utilisés pour les mesures finales du rendement, donc un échantillonnage destructif précoce n’a pas affecté les données de rendement ultérieures. Un calendrier schématique de l’expérience est le suivant : jour 0 (préparation du sol, épis de Cd, mélange de vermiculite, inoculation des graines, semis), jour 10 à 30 (prélèvement racinaire pour qPCR), jour 30 (longueur des racines et des pousses), jour 85 (anthèse : mesures physiologiques) et jour 120 (récolte : paramètres de rendement). Des échantillons de plantes ont été prélevés à trois moments précis. À 10, 20 et 30 jours après le semis (DAS), les racines ont été prélevées dans des pots séparés. À 30 DAS, des pots séparés ont été récoltés de manière destructive pour la longueur des racines et des pousses. À 85 DAS (anthèse), les paramètres physiologiques ont été mesurés de manière non destructive. À 120 DAS, les paramètres finaux de limite d’élasticité ont été enregistrés. Les pots utilisés pour l’échantillonnage destructif précoce (10–30 DAS) n’ont pas été utilisés pour les mesures de rendement.
Le cadmium était appliqué sous forme de chlorure de cadmium (CdCl₂•2,5H₂O, qualité analytique, ≥98 % de pureté). Les quantités requises pour les concentrations cibles de 100 mg Cd kg⁻1 de sol et 200 mg Cd kg⁻1 de sol ont été calculées en fonction du poids sec du sol (12 kg par pot). Le CdCl₂ a été dissous dans 500 mL d’eau déionisée par pot et mélangé soigneusement au sol à l’aide d’un mélangeur mécanique pendant 15 minutes pour assurer une distribution homogène. Après le mélange, le sol à pointes était placé dans des pots doublés de plastique et laissé à s’équilibrer pendant 14 jours à température ambiante (25 ± 2 °C), avec un mélange périodique tous les 3 jours pour stabiliser la spéciation Cd et permettre le vieillissement. L’humidité du sol a été maintenue à 70 % de la capacité du champ pendant la période d’équilibre. Après l’équilibre, des échantillons de sol représentatifs (10 g par pot) ont été prélevés, séchés à l’air, digérés avec HNO₃/HClO₄ (4:1, v/v), puis analysés pour la concentration totale de Cd à l’aide d’un spectrophotomètre d’absorption atomique afin de vérifier les niveaux réels de Cd. Les concentrations mesurées de Cd étaient de 98,4 ± 3,2 mg kg⁻1 pour le traitement à 100 mg kg⁻1 et 197,6 ± 5,1 mg kg⁻1 pour le traitement à 200 mg kg⁻1 , confirmant que les niveaux cibles avaient été atteints. Les propriétés physicochimiques et la teneur en métaux lourds de la vermiculite utilisée dans cette étude sont présentées dans le tableau 3.
| Mois | Température (°C) | Humidité ( %) |
| Novembre 2023 | 28 | 56 |
| Décembre 2023 | 18 | 62 |
| Janvier 2024 | 17 | 63 |
| Février 2024 | 18 | 32 |
| Mars 2024 | 21 | 25 |
| Avril 2024 | 24 | 20 |
Tableau 1 : Température moyenne et humidité du site expérimental durant 2023–2024.
| Paramètres | Valeurs (2023-24) |
| Matière organique | 0.56% |
| pH | 7.42 |
| EC | 227 μS/cm |
| T.S.S. | 0.54% |
| Available-P | 5,21 ppm |
| Available-K | 119 ppm |
| Pourcentage de saturation | 34 |
| Séparations du sol : Sable, limon, argile ( %) | 36%, 40 %, 24 % |
Tableau 2 : Propriétés du sol utilisé pour l’expérience avant le semis de la culture.
| Propriété | Valeur | Métal | Concentration (mg kg⁻¹) |
| Grade | Qualité horticole | Cadmium (Cd) | < 0,01 (en dessous de la limite de détection) |
| Taille des particules | 2-4 mm | Lead (PB) | 2.1 |
| pH (1:5 en H₂O) | 7.2 | Cuivre (Cu) | 1.8 |
| Capacité d’échange cationique (CEC) | 85,4 cmolc kg⁻¹ | Zinc (Zn) | 5.3 |
| Capacité de retenue d’eau (WHC) | 450 % (mois/semaine) | - | - |
| Densité en vrac | 0,12 g cm-3 | - | - |
| Taux de candidature | 150 g kg⁻¹ de sol (15 % en p/w) | - | - |
| Quantité par pot (12 kg de terre) | 1,8 kg | - | - |
Tableau 3 : Propriétés physicochimiques et teneur en métaux lourds de la vermiculite utilisée dans cette étude.
Traits étudiés
Tous les paramètres liés à la croissance des plantes, tels que la hauteur de la plante, la longueur de la pointe, le nombre de piquettes par pointe, les grains par pointe, le poids de 1000 grains et le rendement des grains par plante, ont été enregistrés manuellement à l’aide d’une tige de mètre et d’un bilan de poids en utilisant une procédure standard. Des analyses biochimiques (détermination des activités enzymatiques antioxydantes) et des analyses physiologiques (taux photosynthétique, conductance stomatale, teneur en chlorophylle, fuite d’électrolytes (EL), taux de croissance des cultures (CGR) et indice de surface foliaire (LAI)) ont été réalisées au stade anthèse après 85 jours de semis. La longueur des racines et des pousses a été remarquée après 30 jours de croissance des plants de blé, lorsque les plantes ont été retirées pour maintenir 4 plants dans le pot après 20 jours de semis. Un analyseur de gaz infrarouge (Cl-340) et un posemètre de chlorophylle (CL-1) ont été utilisés pour observer respectivement le taux photosynthétique, la conductance stomatique et la teneur en chlorophylle. La fuite d’électrolytes (EL) a été mesurée selon l’équation rapportée par Mussell etStaples 18 selon la procédure standard rapportée par Zaheer et al.14. EL a été calculée comme : EL ( %) = (CE initiale / CE finale) × 100, où EC initiale est la conductivité électrique mesurée après 24 heures d’incubation à 25 °C, et EC finale est la conductivité mesurée après autoclavage des échantillons à 121 °C pendant 20 minutes.
L’azote organique dissous (COD), le carbone organique dissous (COD) et le carbone organique du sol (SOC) ont été mesurés selon la procédurestandard 19. LAI et CGR ont été détectés selon la procédure20. L’absorption de N, P et K par l’usine de blé a été observée, comme indiqué dans la procédure décrite par le rapportprécédent 21.
Analyse statistique
Toutes les données de cette recherche ont été collectées à partir de trois réplications, compilées et moyennées. Les données ont été analysées statistiquement à l’aide de Statistique 8.1 et Microsoft Excel 2010. Les données ont été analysées à l’aide d’ANOVA unidirectionnelle, suivie du test de Fisher de la moindre différence significative (LSD) à p ≤ 0,05 pour la séparation moyenne. Différentes lettres avec les données/résultats montrent la différence statistique entre chaque traitement.