Herbicides Herbicides: phytoxicité Mode d

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BIO 4101: Pesticides and the Environment
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Herbicides
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Herbicides: phytoxicité
! Phytotoxique: doit
être capable de
perturber un
processus clé qui
empêche les plantes
à croître et survivre
! Puisque les MH
poussent parmi les
récoltes, la sélectivité
est importante
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Mode d’entrée
! 1) Pénétration foliaire
– Protection principale de la
feuille est la cuticle
(lipophile)
– Deuxième barrière est la
paroi cellulaire fait de la
cellulose (hydrophile)
– Alors, les herbicides
foliaires doivent être à la
fois aqueuses et
liposoluble
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Mode d’entrée
! 2) Absorption
racinaire
– Doit être capable de
passer l’endoderme
(barrière de cellules
entourés de lignine
ou subérine)
– N.B. herbicides
racinaires appliqués
au sol peuvent
également affecter
des graines
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Mode d’entrée
! 3) Pénétration d’écorce
– Peu d’application chez des
plantes herbacées, utilisées pour
des plantes pérennes
– Des solutions hydrosolubles
doivent être injectées dans
l’écorce
– Des solutions liposolubles
peuvent pénétrer l’écorce, mais
doivent être appliquées en forte
concentrations
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Translocation à l’intérieur de la plante
! Symplaste: masse totale des cellules vivantes
dans la plante
! Apoplaste: le continuum non-vivant de la
paroi cellulaire qui entoure la symplaste

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! 1) Mouvement symplaste:
– Protoplasme des plantes est plus ou
moins continue à cause des liens
cellulaires (ex. plasmodesmata) et entre
les cellules criblées du phloème
Translocation à l’intérieur de la plante
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! 2) Mouvement apoplaste:
– Peut inclure les parois
cellulaires, les espaces inter-cellulaires et les
cellules du xylem
– Perméable à l’eau et des solutés dissouts
– Taux de transport d’eau est élévé (>1 gallon/jour
pour un tournesol)
! Contrainte: xylem envoi les substances vers
le haut, alors pas approprié pour des
pesticides foliaires
Translocation à
l’intérieur de la plante
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Effets toxiques sur les plantes
! Un sujet compliqué, car la même chimique peut
avoir de différents effets à des doses différentes
et/ou sites d’action différentes
! E.g. certain herbicides causent la croissance
d’une région et inhibe dans une autre
– Appelé des Effets Épinastiques
– Cause le gauchissement des tige et
des feuilles en vrillons
– Plante meurt habituellement par
asphyxiation car les faisceaux
vasculaires deviennent écrasés
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Effets toxiques sur les plantes
! 1) Toxicité sur contact
– Tue rapidement
– Translocation souvent pas possible à
temps
– Agi typiquement par la destruction des
membranes cellulaires en brisant les liens
moléculaires entres membranes
plasmiques et les protéines membranaires
– Cause la nécrose chez les tissues
exposées dans qques jours
– Contrainte: car la translocation est limitée,
la plante peut possiblement repousser des
méristèmes racinaires et des bourgeons
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! 2) Inhibition mitotique
– Empêche la croissance par
une perturbation d’une
étape de la mitose
– La croissance se passe
principalement dans les
régions méristématiques
(bouts des racines/turions
[shoots], jeunes feuilles,
bourgeons, cambium
vasculaire)
– Souvent appliqués au sol
pour empêcher la
germinaison de graines ou
la croissance de plantules
Effets toxiques sur les plantes
N.B. peu sélectifs!
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Effets toxiques sur les plantes
! 3) Inhibition
photosynthétique
– Majorité des
herbicides
– Puisqu’ils affectent la
photosythèse, ont
souvent peu de
toxicité chez les
animaux

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Effets toxiques sur les plantes
! 4) Perturbation de la respiration cellulaire
– Peut être considéré comme une inhibition de
la production d’énergie
– Le fonctionnement de la respiration cellulaire
est essentiellement pareil pour toutes
organismes
• Alors, peuvent être toxique aux organismes
non-ciblés
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Effets toxiques sur les plantes
! 3 processus dans la respiration
– Glycolyse, Cycle de Krebs, Chaîne de transport des électrons
! Inhibiteurs: réduit affinité pour 02 et diminue la production
d’ATP
! Découpleurs: tous les processus se passent mais
absorption d’02 la phosphorylation sont séparées, causant
un effondrement
Kreb’s
Cycle
NADH
NAD+ FAD+
FADH2
H+ H+ H+
H+
ADP
ATP
e-
ADP
ATP O2
CO2
H2O
Pyruvic acid
Acetyl CoA
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! 5) Perturbation du
métabolisme d’acides
nucléiques et la
synthèse de protéines
– Plusieurs moyens de
provoquer ces effets
– e.g. entre noyau et
enlève les histones
– e.g. peut stimuler la
polymérase ARN dans
la cytoplasme
Effets toxiques sur les plantes
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Autres effets sur les plantes
! 6) Autres
– Inhibition dans:
• Synthèse de pigments
• Synthèse de lipides
– Perturbation des hormones de
croissance (auxines, acide
gibbérellique, cytokinines!)
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! Phenols
– Plusieurs genres d’effets sur des plantes mais
surtout agissent comme découpleurs de la
phosphorylation oxidative (respiration)
– DL50 hautement toxique aux animaux (50-100mg/
kg)
– Utilisés par les nazis pour des injections léthales
Herbicides Pré-WWII
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Herbicides Post-WWII
! A) Phytohormones (Phenoxy Alkanoic Acids)
– Sels d’esters ou d’amines
– Plus importante découverte en temps de guerre: 2,4-D
– Très efficaces à faible dosage (0.5-1 lb/acre)
– Contrôle sélectivement des MH à feuilles larges
(broadleaves) dans des champs de céréales
– Grandement utilisés de nos jours

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! A) Phytohormones
! Mode d’action
– À faible dosage, agit comme
mimique d’acide indol acétique
(AIA: auxine)
– Plantes ne peuvent pas dégrader
l’AIA synthétique, alors toxique à
des fortes dosages
– Translocation symplaste
– Stimule la croissance dans les
tiges: effet épinastique
Herbicides Post-WWII
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! A) Phytohormones (2,4-D)
! Peu persistent dans le sol
– Dégradé rapidement par des microbes l’utilisant comme source de
carbone
! Effets non-ciblés incluent des plantes désirables (peu sélectif)
! DL50 faible aux animaux (300-1000 mg/kg dosage orale)
! Potentiel pour la bioaccumulation est faible
– Pluspart des études démontrent une élimination complète dans
l’urine après 24hres
! Études épidémiologiques démontrent un rôle possible dans la
perturbation endocrinienne
Herbicides Post-WWII
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! A) Phytohormones (2,4,5-T)
! Plus persistent dans le sol
– Dégradation peut prendre des mois à des années
! Élimination progressive (phase out) depuis les années 1970s
! DL50 est modérée aux animaux (400-500mg/kg dosage orale)
! Processus de fabrication ammène souvent à la contamination
avec
! Ex: Agent Orange au Vietnam (1965-1970) a laissé des
contaminations par TCDD après 40 ans
– www.hatfieldgroup.com
Herbicides Post-WWII
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! B) Triazines
! Composés azotés hétérocycliques avec
azote
! Groupes-R diffèrent mais incluent
souvent la chlore
! 2e herbicide en importance
! Relativement persistants / résistent la
dégradation
Herbicides Post-WWII
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! B) Triazines
! Plus important: Atrazine
– D’autres incluent simazine, propazine, cynazine
etc!
– Atrazine très utile avec le maïs
! 3 applications:
– Avant de planter: enlève plantes au sol
– Après émergence: enlève plantules à feuilles larges
– Après émergence: éclaircissage des MH
Herbicides Post-WWII
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! B) Triazines
! Mode d’action
– Entrée racinaire, translocation par xylem
(apoplaste)
– Site d’action sont les chloroplastes comme
inhibition du photosystème II (séparation de l’eau)
! Plus part des graminés ont une tolérance du au
capacité métabolique à détoxifier
– Potentiel pour la résistance si utilisés
continuellement
– e.g. chénopode (Lamb’s quarter - Chenopodium
album)
! DL50 faible aux animaux (300 [cyanazine] - 5000
[simazine] mg/kg dosage orale)
Herbicides Post-WWII

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! La résistance est commune
– Plus que 200 biotypes sont actuellement rendus résistants à un
herbicide
– Causé par l’utilisation continue de la même herbicide sur
plusieurs générations
– Peut être par mutation au site d’action ou sur le capacité
métabolique de détoxification
Herbicides Post-WWII
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Résistance aux herbicides
! Plus souvent envers des
triazines
– >60 biotypes résistants
– Plantes résistantes ont une
substitution d’une seule
acide aminé dans la protéine
D1, qui empêche l’herbicide
d’attacher à plastoquinone
(accepteur d’électrons du
PSII)
– Causé par un changement
dans une seule base de
nucléotides
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! C) Glyphosate
! N-phosphonomethyl glycine
! Absorbé par feuilles et translocation rapide
! Non-sélectif, haut niveau d’activité
! Peu persistent, dégradé par des microbes dans
qque semaines
! Avantage: réduit érosion du sol, car contrôle les
MH sans besoin de travailler le sol
! Couramment, le plus utilisé
! Roundup de Monsanto
Herbicides Post-WWII
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! C) Glyphosate
! Mode d’action
– Inhibition de synthèse d’acides aminés
– Plantes produisent 9/20 des acides aminés essentiels (leucine,
isoleucine, histidine, valine, lysine, méthionine, théonine,
tryptophan et phenylalanine)
– Chimiques qui empêchent leur production sont souvent peu
nocifs aux animaux
! DL50 faible aux animaux (>4000mg/kg dosage orale)
! Peu de potentiel bioaccumulatif
! Des études épidémiologiques suggèrent que le contact
continu peut provoquer des problèmes endocriniens
Herbicides Post-WWII
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Fongicides
! Comprend des pesticides qui contrôlent toute
sortes de pathogènes
– Bactéries, nématodes, ainsi que les fungi
! La pathogénicité est souvent cryptique, alors plus
difficile à contrôler que chez les MH ou insectes
! Plus souvent utilisés sur des récoltes de fruits,
noix et légumes
! Plus part ont un faible toxicité aux animaux (DL50
>1000 mg/kg), peu persitents, biodégradables, peu
solubles (transport)
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Types de fongicides
! 1) Inorganiques
– Souffre
• Premier pesticide
• Utilisé comme poudre
• Toxicité sur contact (inhibition du
système de transport d’électrons)
– Cuivre
• 1er fongicide (Mélange de
Bordeaux)
• Mélangé avec lime car insoluble
dans l’eau
• Cellules accumulent des ions
toxiques et sont empoisonnées
• Souvent phytotoxique aussi