Fractionnement des substances humiques du léonardite

Les substances humiques ne sont pas des composés chimiquement individuels, mais représentent un mélange de substances d'origines diverses, différant par leur poids moléculaire et leur structure chimique, tout en étant plus ou moins proches par leurs propriétés. Par conséquent, en appliquant diverses techniques, elles peuvent être divisées en une série de fractions différant par leurs propriétés physico-chimiques et biologiques.

Le fractionnement des substances humiques est effectué : à l'aide de divers solvants, par précipitation fractionnée à partir de solutions avec des cations polyvalents à différentes valeurs de pH, par extraction à partir de la matière première avec des solutions alcalines de concentration croissante, par application d'électrophorèse et de chromatographie, par séparation sur Sephadex, etc. La plupart des chercheurs effectuent la séparation des substances humiques dans le but d'étudier leur structure, leur origine et leurs propriétés physico-chimiques. Notre tâche consiste à étudier l'activité physiologique.

Étant donné que dans la plupart des cas, la première étape de la séparation des substances humiques est leur extraction de la matière première (tourbe, charbon, léonardite, etc.) à l'aide d'un solvant quelconque, nous avons décidé d'étudier d'abord l'activité physiologique des fractions de léonardite du gisement de Zamglay dans la région de Tchernihiv, obtenues en utilisant différents solvants.

Nous avons obtenu les fractions benzénique, alcoolique, aqueuse et alcaline. Cette dernière a été séparée en acides fulviques, acides hymatomélaniques et acides humiques. Leurs caractéristiques sont présentées dans le tableau 1.

L'activité physiologique des fractions à une concentration de 0,005 % a été vérifiée par trois tests : on a étudié leur influence sur la croissance des plantules d'orge, sur l'accroissement de l'orge et sur la multiplication des cellules de levure. Les résultats des expériences sont présentés dans les tableaux 2, 3 et 4.

En analysant les résultats des expériences, on peut noter ce qui suit :

• Toutes les fractions de la matière organique de la léonardite ont eu un effet notable sur la croissance des racines de l'orge. Il était légèrement plus fort pour la fraction des acides humiques et plus faible pour les acides hymatomélaniques.
• La manifestation de l'effet stimulant des fractions sur la croissance de la masse aérienne était approximativement égale et plus faible, ce qui peut s'expliquer par la courte durée des expériences, qui ont duré 10 à 12 jours, à compter du moment de la plantation des graines germées sur les solutions.
• L'activité auxinique des fractions, par rapport à l'hétéroauxine, est comparativement faible : elle est légèrement plus élevée pour les acides hymatomélaniques et plus faible pour les fractions benzénique et alcoolique.
• Toutes les fractions ont eu un effet assez important sur la multiplication des cellules de levure, mais il est particulièrement important pour la fraction aqueuse et les acides fulviques.

La fraction la plus importante, par sa teneur dans la léonardite et par sa quantité lors de l'extraction, est la fraction des acides humiques et fulviques. Et comme celles-ci, selon des données préliminaires, exercent l'action régulatrice la plus forte sur la croissance et le développement des plantes supérieures, il a été décidé de commencer une étude plus complète des substances humiques de la léonardite précisément avec cette fraction.

Pour le fractionnement des acides humiques, nous avons utilisé deux méthodes. Selon la première méthode, un échantillon de léonardite a été versé dans un volume cinq fois supérieur de solution 0,1 N de KOH et a infusé pendant une journée sous agitation constante. Après décantation, la solution a été versée dans une bouteille et le sédiment a été de nouveau versé avec la même solution alcaline et l'opération d'extraction a été répétée. Après 4 à 5 extractions, toute la solution a été combinée et, en modifiant la valeur du pH et par centrifugation, a été séparée en huit fractions plus étroites. Les conditions de leur isolement et leurs caractéristiques sont données dans le tableau 5. Il convient de noter que lors de la dissolution des deux premières fractions, la solution devient légèrement trouble.

La détermination de l'activité physiologique des solutions des fractions à une concentration de 0,005 %, tout comme dans les cas précédents, a été effectuée à l'aide de trois tests (tableaux 6, 7 et 8).

En comparant l'action physiologique des fractions d'acides humiques (tabl. 6) avec l'action des fractions de matière organique de la léonardite, présentée dans le tabl. 2, sur la croissance des plantules d'orge, on peut noter que toutes les fractions influencent la croissance de la masse aérienne à peu près de la même manière. En ce qui concerne le système racinaire, deux fractions d'acides humiques (3 et 4), dans deux expériences sur trois, ont eu une influence plus forte sur sa croissance que toutes les autres, dont l'action était à peu près égale, mais légèrement inférieure à l'action de l'humate de potassium non fractionné (standard). L'activité auxinique des fractions d'acides humiques, par rapport à l'hétéroauxine, est insignifiante et égale aux fractions examinées ci-dessus.

L'ajout de solutions de fractions d'acides humiques au milieu de Rieder a fortement intensifié la reproduction des levures. Cela est particulièrement notable pour la fraction n° 8, qui par ses propriétés se rapproche des acides fulviques. Cependant, la plus grande activité a été manifestée par l'humate de potassium non fractionné (standard). Cela s'explique évidemment par le fait que sa composition comprend à la fois des substances hydrosolubles et des acides fulviques, qui ont montré les meilleurs résultats dans l'expérience précédente (tableau 4).

Cependant, il n'est pas possible d'établir une dépendance de la valeur de l'activité physiologique des fractions par rapport à la teneur ou à la quantité de certains groupes fonctionnels. Cela est compliqué non seulement par le fait que l'activité des fractions change par rapport aux différents tests, mais aussi par le fait qu'elle ne reste pas stable lors de la répétition des expériences avec les mêmes tests : dans certaines expériences, l'activité d'une fraction peut être supérieure à celle des autres, tandis que dans d'autres expériences, elle peut être légèrement inférieure. Selon toute probabilité, l'activité physiologique des fractions de la matière organique de la léonardite dépend non pas tant de la présence et de la quantité de groupes fonctionnels, que de la structure moléculaire des composés chimiques entrant dans leur composition.

Comme deuxième méthode d'isolement des acides humiques, nous avons utilisé la méthode d'extraction séquentielle à partir de la léonardite avec une solution de KOH 0,02 N. La léonardite a été versée dans une quantité de solution alcaline cinq fois supérieure en volume et a infusé pendant une journée sous agitation constante. Après décantation, la solution a été centrifugée pendant une demi-heure à 3000 tours par minute et versée dans une bouteille en verre, dans laquelle la fraction extraite d'acides humiques a été précipitée avec de l'acide chlorhydrique. Le précipité obtenu a été séparé par centrifugation et lavé à l'eau distillée jusqu'à réaction neutre des eaux de lavage, puis séché à une température de 40°C.

La léonardite restante a été de nouveau versée avec une quantité de solution alcaline cinq fois supérieure en volume, de la concentration indiquée ci-dessus, et toute l'opération d'extraction a été répétée. Ainsi, nous avons isolé 31 fractions d'acides humiques. Leurs caractéristiques sont données dans le tableau 9.

Le tableau montre que les propriétés physico-chimiques des fractions ne sont pas identiques. Les premières fractions ont beaucoup plus de groupes acides actifs et une densité optique légèrement supérieure aux dernières.

L'activité physiologique des fractions a été vérifiée dans une expérience avec du blé d'hiver. Les graines de blé ont été germées pendant une journée, puis transplantées sur de l'eau distillée (témoin) et des solutions de fractions d'acides humiques à une concentration de 0,003 %. Pour obtenir des solutions de fractions d'acides humiques à une concentration de 0,003 %, un échantillon de matière sèche de la fraction en quantité de 30 mg (calculé sur la matière absolument sèche et sans cendres) a été broyé dans un mortier avec deux millilitres de 0,1 N KOH, puis complété avec de l'eau distillée jusqu'à un litre.

Les plantules de blé ont été cultivées sur les solutions pendant 10 jours. Ensuite, l'expérience a été arrêtée et la longueur des racines et des feuilles des plantes, ainsi que leur poids frais et sec, ont été déterminés.

D'après les résultats de l'expérience (tabl. 10), on peut voir que sous l'influence des solutions de fractions d'acides humiques, la longueur des racines et des feuilles a augmenté par rapport au témoin, ainsi que le poids frais et sec des plantules de blé. Cela témoigne non seulement du renforcement de la division et de la croissance des cellules végétales, mais aussi des processus de synthèse en elles. L'influence des fractions individuelles d'acides humiques sur la croissance des racines, des feuilles et l'accumulation de matière sèche par les plantules de blé n'est pas identique. L'augmentation de la longueur des racines varie de 20 à 70 %, des feuilles — de 16 à 32 %, l'accumulation de matière sèche — de 7 à 32 %. Mais les différences de force d'action entre les fractions, contrairement aux fractions isolées en modifiant la valeur du pH et par centrifugation (tabl. 6), sont faibles et lors de la répétition des expériences, tout comme dans les cas décrits ci-dessus, elles ne restent pas stables tant en valeur absolue que les unes par rapport aux autres, bien que la propriété stimulante des fractions soit conservée dans tous les cas.

Il est connu que les solutions faibles d'acides humiques, quelles que soient les conditions, influencent le cours des processus biochimiques dans les plantes et sont des régulateurs particuliers de leur croissance et de leur développement. Cela se manifeste de manière particulièrement nette en présence de nutriments, mais dans des conditions défavorables à leur assimilation.

Un exemple en est l'expérience que nous avons menée avec des tomates de la variété « Kievskie ». Le facteur défavorable dans cette expérience était l'eau distillée avec un pH égal à 5,8. Le mélange nutritif de Kossovich a été préparé avec cette même eau et avait la même valeur de pH. Les graines de tomates ont été germées sur de l'eau. Quatre jours plus tard, les graines germées ont été plantées sur de l'eau distillée, le mélange de Kossovich et des solutions de fractions d'acides humiques, et 10 jours plus tard, des mesures de la longueur des racines et des tiges ont été effectuées et le poids frais et sec des plantules a été déterminé. Les résultats des expériences sont présentés dans le tableau 11.

Lors de la culture de plantules de tomates sur de l'eau distillée avec un pH de 5,8, leur système racinaire et leur partie aérienne étaient fortement inhibés. L'ajout de diverses fractions d'acides humiques a légèrement augmenté la croissance des racines et des tiges, mais le poids sec des plantules a très peu changé en raison de l'absence dans les solutions des éléments nutritifs nécessaires à la synthèse des substances protéiques des cellules.

Nous observons une image complètement différente lors de la culture de plantules de tomates sur le mélange nutritif de Kossovich avec l'ajout de solutions de fractions d'acides humiques, malgré le fait que la valeur du pH dans les solutions n'ait pas changé et soit restée égale au pH de l'eau distillée. Si sur le mélange de Kossovich, la croissance des racines, des tiges et de la matière sèche a augmenté de manière insignifiante par rapport à l'eau distillée, alors avec l'ajout d'acides humiques au mélange, non seulement la croissance des racines et des tiges s'est fortement intensifiée, mais l'accumulation de matière sèche par les plantules a également considérablement augmenté.

Ainsi, on peut conclure que les fractions de la matière organique de la léonardite possèdent des propriétés stimulantes. Le caractère et la force de l'action des fractions dépendent tant de la structure moléculaire des substances entrant dans leur composition, et des caractéristiques de l'organisme sur lequel elles agissent, que des conditions de l'environnement. La force de leur action augmente dans des conditions défavorables et diminue dans des conditions favorables. En appliquant les méthodes de séparation appropriées, il apparaît possible d'obtenir des fractions plus étroites ou même des composés individuels possédant une activité physiologique spécifique.