Physiological tolerance mechanisms of serpentine tolerant plants from Serbia

Résumé En Fr

Serpentine (ultramafic) soils are extremely stressful environments for plant growth due to macronutrient deficiency (N, P, K, Ca), macronutrient toxicity (Mg ; extremely high Mg : Ca ratio), and micronutrient toxicity (Mn, Fe, Ni, Cu, Zn), as well as toxicity of other heavy metals (Al, Cr, Co). Serpentine soils are also often shallow, rocky, and susceptible to drought. As a result of extreme adverse physical and chemical conditions, serpentine soils support a high proportion of endemic plant species that are adapted to their harsh environment. We analysed root, stem, and leaf tissue element concentrations (Ca, Mg, Al, Mn, Fe, Ni, Cu, and Zn) of Halacsya sendtneri (Boraginaceae ; strict serpentine endemic), Cheilanthes marantae (Pteridaceae ; broad serpentine endemic/strong indicator), and Seseli rigidum (Apiaceae ; weak serpentine indicator/indifferent) growing on serpentine and limestone in Serbia. Element bioaccumulation factor was calculated as the ratio of plant tissue element concentration to soil plant-available element concentration. Tissue concentrations of Ca and Mg for H. sendtneri and S. rigidum indicate that the species selectively uptake and translocate Ca to leaves, relative to Mg, to maintain adequate tissue Mg : Ca ratio. C. marantae did not exhibit selective Ca uptake or translocation, but did exhibit Mg sequestration in roots. Heavy metal exclusion and sequestration were the primary physiological tolerance mechanisms conveying serpentine tolerance in the three species. S. rigidum exhibited divergence into serpentine tolerant and limestone tolerant ecotypes, presenting a useful model species for further studies of physiological adaptation to chemically extreme soils.

Mécanismes de tolérance physiologique des plantes tolérantes à la serpentine en Serbie. Les sols de serpentine (sols ultramafiques) constituent des environnements de croissance particulièrement stressants pour les plantes en raison du déficit en macronutriments (N, P, K, Ca), de la toxicité des macronutriments (Mg ; rapport Mg/Ca extrêmement élevé), de la toxicité des micronutriments (Mn, Fe, Ni, Cu, Zn) et de la toxicité d’autres métaux lourds (Al, Cr, Co). En outre, les sols de serpentine sont souvent superficiels, rocheux et sujets à la sécheresse. En raison des conditions chimiques et physiques particulièrement défavorables, les sols de serpentine abritent une grande proportion d’espèces végétales endémiques adaptées à leur environnement austère. Nous avons analysé les concentrations d’éléments (Ca, Mg, Al, Mn, Fe, Ni, Cu et Zn) contenus dans les racines, les tiges et les tissus foliaires des taxons Halacsya sendtneri (Boraginaceae ; strictement endémique aux sols de serpentine), Cheilanthes marantae (Pteridaceae ; fortement endémique aux sols de serpentine/ bon indicateur de serpentine) et Seseli rigidum (Apiaceae ; faible indicateur de serpentine/indifférent au sol), poussant sur les sols serpentiniques et calcaires de Serbie. Le facteur de bioaccumulation d’éléments a été calculé en établissant le rapport entre la concentration d’éléments présents dans les tissus foliaires et la concentration d’éléments présents dans les sols et assimilables par les végétaux. Les concentrations tissulaires en Ca et Mg des taxons H. sendtneri et S. rigidum indiquent que ces espèces absorbent du Ca et le transfèrent dans les feuilles, en fonction du taux de Mg, dans le but de maintenir un rapport Mg/Ca adéquat dans les tissus. L’espèce C. marantae n’a présenté aucune absorption et translocation de Ca, mais a démontré une séquestration de Mg dans les racines. L’exclusion et la séquestration des métaux lourds étaient les principaux mécanismes de tolérance physiologique démontrant une tolérance à la serpentine chez les trois espèces. Le taxon S. rigidum a montré des divergences entre les écotypes tolérants à la serpentine et les écotypes tolérants au calcaire. Ces derniers pourront servir d’espèces modèles pour des études complémentaires sur l’adaptation physiologique des taxons aux sols présentant une composition chimique extrême.