Contributions of spectroscopic techniques in plant biology
Apports des techniques spectroscopiques en biologie végétale
Résumé
Although spectroscopic techniques based on very large research infrastructures are commonly used in disciplines such as physics or material sciences, they are less common among plant biologists. However, they give access to information that can greatly advance our understanding of biological mechanisms. Micro X-ray fluorescence micro-spectroscopy (μXRF) based on synchrotron radiation makes it possible to obtain elemental distribution maps with a lateral resolution down to submicrometer scale and high sensitivity. In compliment to μXRF, some synchrotron beamlines have the capability to perform micro-X-ray absorption spectroscopy (µXAS) analysis. This technique allows to probe the local structure of the element of interest and to determine its oxidation state and its ligands. This is for example very useful in ecotoxicology to understand the behavior and fate of a contaminant to better evaluate its bioavailability and possible impacts on the environment. Alternatively, in agronomy this information can be used to improve plant nutrition. These techniques are, however, extremely dependent on a proper sample preparation. For about ten years, much progress has been made both on the equipment of synchrotron beamlines and on the sample preparation techniques to take into account the particular nature of biological samples (highly hydrated, fragile and sensitive to radiation). These different points will be developed through the example of plants (Lactuca sativa, lettuce) exposed to a foliar iron salt supply and addition of silver nanoparticles.
Si les techniques spectroscopiques basées sur les très grandes infrastructures de recherche (TGIR) sont couramment utilisées dans des disciplines telles que la physique ou encore les sciences des matériaux, elles sont moins répandues chez les biologistes. Elles permettent pourtant d’accéder à des informations qui peuvent faire grandement avancer notre compréhension des mécanismes biologiques. La micro-spectroscopie par fluorescence X (µXRF) basée sur le rayonnement synchrotron permet de réaliser des cartographies élémentaires avec une résolution latérale pouvant descendre à quelques centaines de nanomètres et une grande sensibilité. En parallèle à la µXRF, certaines lignes de lumière au synchrotron permettent de coupler la micro-spectroscopie d’absorption des rayons X (µXAS). Grâce à cette technique, on peut sonder la structure de l’élément d’intérêt et déterminer en particulier son état d’oxydation et ses ligands. C’est par exemple très utile en écotoxicologie pour comprendre le comportement et le devenir d’un contaminant pour mieux évaluer son impact sur l’environnement ou en agronomie pour enrichir des cultures en éléments minéraux. Ces techniques sont cependant extrêmement tributaires d’une bonne préparation d’échantillons. Depuis une dizaine d’années environ, de nombreux progrès ont été fait tant sur l’équipement des lignes de lumière que sur les techniques de préparation d’échantillons pour prendre en compte la nature particulière des échantillons biologiques (hautement hydratés, fragiles et sensibles aux rayonnements). Ces différents points seront développés au travers de l’exemple de plantes (Lactuca sativa, salade) exposées à un apport foliaire en fer avec ajout de nanoparticules d’argent.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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