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Transpiration flow controls Zn transport in Brassica napus and Lolium multiflorum under toxic levels as evidenced from isotopic fractionation - 24/11/15

Doi : 10.1016/j.crte.2015.05.004 
Eléonore Couder a, b, 1, Nadine Mattielli a, , 1 , Thomas Drouet c, Erik Smolders d, Bruno Delvaux b, Anne Iserentant b, Coralie Meeus a, Claude Maerschalk a, Sophie Opfergelt b, David Houben e
a Laboratoire G-TIME, Université libre de Bruxelles, CP 160/02, 50, avenue Franklin Roosevelt, 1050 Brussels, Belgium 
b Earth and Life Institute, Université catholique de Louvain, 2/L7.05.10 Croix-du-Sud, 1348 Louvain-la-Neuve, Belgium 
c Laboratoire d’écologie végétale et de biogéochimie, Université libre de Bruxelles, CP 244, boulevard du Triomphe, 1050 Brussels, Belgium 
d Division of Soil and Water Management, Katholieke Universiteit Leuven, 20, Kasteelpark Arenberg, 3001 Heverlee, Belgium 
e HydrISE, Institut polytechnique LaSalle Beauvais, 19, rue Pierre-Waguet, 60026 Beauvais cedex, France 

Corresponding author. Laboratoire G-TIME, Université libre de Bruxelles, CP 160/02, 50, avenue Franklin Roosevelt, 1050 Brussels, Belgium.

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Abstract

Stable zinc (Zn) isotope fractionation between soil and plant has been used to suggest the mechanisms affecting Zn uptake under toxic conditions. Here, changes in Zn isotope composition in soil, soil solution, root and shoot were studied for ryegrass (Lolium multiflorum L.) and rape (Brassica napus L.) grown on three distinct metal-contaminated soils collected near Zn smelters (total Zn 0.7–7.5%, pH 4.8–7.3). The Zn concentrations in plants reflected a toxic Zn supply. The Zn isotopic fingerprint of total soil Zn varied from −0.05‰ to +0.26±0.02‰ (δ66Zn values relative to the JMC 3-0749L standard) among soils, but the soil solution Zn was depleted in 66Zn, with a constant Zn isotope fractionation of about −0.1‰ δ66Zn unit compared to the bulk soil. Roots were enriched with 66Zn relative to soil solution (δ66Znrootδ66Znsoil solution=Δ66Znroot–soil solution=+0.05 to +0.2 ‰) and shoots were strongly depleted in 66Zn relative to roots (Δ66Znshoot–root=−0.40 to −0.04 ‰). The overall δ66Zn values in shoots reflected that of the bulk soil, but were lowered by 0.1–0.3 ‰ units as compared to the latter. The isotope fractionation between root and shoot exhibited a markedly strong negative correlation (R2=0.83) with transpiration per unit of plant weight. Thus, the enrichment with light Zn isotopes in shoot progressed with increasing water flux per unit plant biomass dry weight, showing a passive mode of Zn transport by transpiration. Besides, the light isotope enrichment in shoots compared to roots was larger for rape than for rye grass, which may be related to the higher Zn retention in rape roots. This in turn may be related to the higher cation exchange capacity of rape roots. Our finding can be of use to trace the biogeochemical cycles of Zn and evidence the tolerance strategies developed by plants in Zn-excess conditions.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Zinc isotope, Soil–plant system, Zn contamination, Rape, Ryegrass, Root cation exchange capacity, Transpiration


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Vol 347 - N° 7-8

P. 386-396 - novembre 2015 Retour au numéro
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  • Iron isotope systematics in Arctic rivers
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