Enjeux écosystémiques
L’écosystème agricole est un habitat aménagé par l’Homme. Par conséquent, il n’est pas le fruit d’une succession écologique naturelle et est régulièrement perturbé par des interventions (via des pratiques agriculturales comme le labour, la rotation des cultures ou bien l’utilisation de produits chimiques). Les agroécosystèmes, en fonction du mode de management appliqué, ont été reconnus capables d’effectuer ces services écosystémiques. Les services écosystémiques rendus incluent, bien sûr la production de ressources, mais également la diversité génétique utilisée dans les cultures et l’élevage, la formation, la structuration et la fertilité des sols, ou le cycle des nutriments. Le microbiote est donc au premier plan !
Parmi les différents services des écosystèmes agricoles, le microbiote joue un rôle dans le contrôle des nuisibles et des pathogènes qui affectent la productivité agricole. En plus de réduire cette dernière, les maladies ont des effets sur la formation des sols, le cycle des nutriments ou bien la productivité primaire. L’une des principales raisons reste le non-remplacement des fonctions effectuées par les plantes, bouleversant ainsi le fonctionnement de l’écosystème.
Concernant les microorganismes, si une espèce clé de voute – une espèce jouant un rôle primordial dans l’écosystème en dépit parfois de sa faible abondance – vient à disparaitre d’un écosystème, celui-ci sera très fortement impacté. A l’inverse, si une espèce ayant une redondance fonctionnelle, c’est-à-dire que d’autres espèces accomplissent la même fonction au sein de l’écosystème, disparait, l’impact peut être minime pour l’écosystème. Ce qui signifie donc que les services écosystémiques seront impactés de façons différentes en dépit d’un nombre d’espèces présentes identiques.
Il est donc important de connaitre les rôles des microorganismes si l’on souhaite apporter les mesures nécessaires pour rééquilibrer le microbiote et son fonctionnement.
AdjiePratama, JurreTerpstra, Andre Luiz Martinez de Oliveria, Joana FalcãoSalles
Les communautés bactériennes et virales associées au microbiome intestinal des individus en bonne santé sont diverses (1), mais elles réagissent différemment aux perturbations (p. ex., traitement antibiotique). Alors que les communautés bactériennes sont fortement affectées (2), le micorbiote semble être résistant ou moins impacté par le traitement (3), en raison de la persistance des phages, de l’activation des prophages ou du transfert horizontal de gènes (HGT). Bien que les deux communautés puissent changer de nouveau une fois le traitement terminé, il n’est pas clair si les communautés bactériennes retournent à leur composition originale ou atteignent un état stable alternatif qui peut influencer la santé de l’hôte (4). Bien que ces tendances aient été observées pour le microbiome de l’intestin, des similitudes dans les facteurs écologiques et évolutifs du microbiome de l’intestin et de la rhizosphère.
Cartographie nationale de la biomasse moléculaire microbienne
La biomasse microbienne des sols en France est directement dépendante des conditions pédoclimatiques mais aussi des systèmes agronomiques
Impact du mode d’usage sur la qualité microbiologique des sols
Bien que la vie microbienne d’un sol soit dépendante du type de sol , celle-ci évolue en fonction des cultures pratiquées. Ceux sont les indicateurs de Biomasse moléculaire microbienne et la diversité bactérienne qui ont été étudiées.
Un socle pour l’agriculture
Le microbiote du sol est un facteur clé pour assurer des cultures vivaces et en bonne santé. Cependant, d’autres pratiques ont été favorisées durant ces dernières décennies, mettant la gestion du capital microbien du sol de côté.
Dans le cadre de l’agriculture intensive, la régulation des nuisibles et pathogènes a été peu à peu remplacée par l’Homme par l’utilisation des pesticides. L’essor de l’utilisation des pesticides a connu un boom après la 2ème guerre Mondiale, avec le développement d’une industrie chimique spécialisée dans la création de pesticides, où les molécules naturelles ont laissé la place à des molécules de synthèse. Mais l’utilisation de ces pesticides n’est pas sans conséquence sur la biodiversité et la santé humaine tout comme sur l’évolution des populations de nuisibles :
- Premièrement, l’utilisation répétée de produits chimiques peut conduire à une résistance des nuisibles à ces produits et, à terme, à une sélection de ces populations dans la nature et dans les agroécosystèmes. Ces populations résistantes vont être capables de se multiplier et de ravager les cultures. Alors que pour les insectes, on estime un temps d’adaptation d’une dizaine d’années, pour les micro-organismes (bactéries et champignons) ce temps serait réduit de 1 à 3 ans. Pour contrer les réponses adaptatives des nuisibles, l’industrie chimique met continuellement sur le marché de nouvelles molécules, mais des résistances multiples apparaissent, à l’instar de ce que l’on retrouve en santé humaine avec l’émergence de pathogènes humains multi-résistants aux antibiotiques.
- Deuxièmement, l’action combinée de la perte/fragmentation des habitats et de l’utilisation de produits chimiques peut conduire à l’émergence ou la réémergence de nuisibles autrefois contrôlés naturellement par des populations naturelles qui, touchées par la baisse de biodiversité, ne peuvent plus accomplir ce rôle. L’introduction d’espèces cultivées dans de nouveaux écosystèmes, accompagnées de leurs populations endogènes peut aussi favoriser l’émergence de nouveaux nuisibles (Jones 2009).
Mais l’utilisation des pesticides n’est pas la seule responsable de l’émergence/la réémergence des nuisibles. La baisse de biodiversité s’applique aussi aux espèces qui sont cultivées. Avec l’avènement de l’agriculture intensive et de la sélection variétale, la diversité génétique des espèces utilisées par les agriculteurs a considérablement diminué. Cette baisse de diversité génétique peut influencer la résistance aux nuisibles, en particulier dans le cas de monoculture.
Les services écosystémiques, en lien avec le microbiote, sont donc d’une très grande importance pour l’Homme et son agriculture.
Équilibre sol-plantes-Micro-organismes
Traduction :
Stress Environnementaux
B1 : Salinité, sécheresse, stress hydriques, inondations, gel, contaminations métaux lourds, carences nutriments, présence métaux lourds, haute température
B2 : Flétrissement , Abscission , phytotoxicité, Dessiccation , Défoliation , Sénescence, Equilibre Minéral, Balance Hormonale, déstabilisation membrane
B3 : PGPR
Production enzyme, production phyto- hormone, ACC production , Sidérophores, Antibiotiques, Acide organique
B4 : Mycorrhize
Solubilisation phosphore, Production Glomaline, Améliore le pouvoir anti oxydant, Meilleur résistance stress, Meilleur statut hydrique, Croissance plante et biocontrôle
B5 : Organic Manure
Commentaires : Actions attendues des microorganismes bénéfiques pour la santé des plantes contre les facteurs de stress couramment identifiés.
Des indicateurs pour des fonctions d’intérêts agricoles
Les Micro-organismes agissent sur l’ensembles des fonctions biologiques pour assurer des Fonctions Agronomiques indispensables aux questionnements agricoles d’aujourd’hui et de demain.
Application selon la plante
Qu’est ce qu’un biostimulant ?
Les biostimulants sont « des fertilisants qui stimulent le processus de nutrition des végétaux indépendamment des éléments nutritifs qu’ils contiennent, dans le seul but d’améliorer une ou plusieurs caractéristiques suivantes des végétaux ou de leur rhizosphère :
- l’efficacité de l’utilisation des éléments nutritifs,
- la tolérance au stress abiotique,
- les caractéristiques qualitatives,
- et la disponibilité des éléments nutritifs confinés dans le sol ou la rhizosphère »
Définition de la commission européenne (issue du Règlement Européen 2019/1009 paru au JO en juin 2019 et qui sera d’application en juillet 2022).
Mode d’action des micro-organismes Biostimulation
Les solutions de biocontrôle protègent les plantes au regard des stress biotiques (les maladies, les insectes et autres organismes nuisibles, les adventices). Ils utilisent les mécanismes et interactions naturels. Le principe du biocontrôle est fondé sur la gestion des stress et des équilibres naturels des populations d’agresseurs plutôt que sur leur suppression.
Biocontrôle & Protection des plantes
Le biocontrôle trouve toute son expression dans le cadre de la protection intégrée des cultures (IPM). Il est associé et complémentaire à d’autres techniques telles que :
- la génétique (sélection variétale…),
- l’agronomie (greffage, assolement, dates de semis, couverts…),
- les solutions mécaniques et la robotique,
- le numérique et le big data (avec les outils d’aide à la décision…),
- les produits phytosanitaires conventionnels, le cas échéant.
Le biocontrôle s’adresse à tous les types d’agriculture (agriculture raisonnée, agriculture conventionnelle, agriculture biologique, agriculture durable, agriculture écologiquement intensive, agroécologie, agriculture urbaine,…). Il concerne également les JEVI (Jardins espaces végétalisés et infrastructures).
Qualité microbienne des sols et texture du sol illustration
Les caractéristiques du microbiote des sols influencent la texture des sols.
Plus d’information en cliquant sur le lien suivant
Exemple chiffré : Une baisse de 30% de la diversité microbienne d’un sol alors.
Une baisse de la diversité microbienne induit une baisse de la fertilité globale du sol
Impact des Pratiques Agricoles sur le microbiote
Le Microbiote est directement impacté par les techniques culturales, il est primordial d’intégrer cela dans les les systèmes culturaux
Les fonctions du microbiote
Pseudomonas fluorescens
Naturellement présente dans les sols, Pseudomonas fluorescens est une rhizobactérie
Colonistation du sol
En se développant rapidement (2 jours) dès 8°C, Pseudomonas fluorescens bénéficie d’un avantage concurrentiel de taille pour s’implanter fortement dans la rhizosphère.
Mode d’action
- Induction des gênes de résistance aux stress abiotiques
- Stimule la germination des semences et la levée des plantules
- Renforce la vigueur des racines en formant un biofilm protecteur
- Favorise le développement des plantes grâce à la synthèse d’hormones végétales (auxines)
Caractérisation
Trichoderma harzianum
Naturellement présent dans les sols français, Trichoderma harzianum est un champignon filamenteux rhizo-compétent
Colonisation du sol
Sa croissance rapide (germination des spores en 40 h) dès 5°C lui permet de rééquilibrer la flore fongique de la rhizosphère.
Actions bénéfiques
- Induction des gênes de résistance aux stress abiotiques
- Stimule la croissance racinaire
- Renforce la vigueur des racines en formant une gaine protectrice de mucus
- Nourrit la plante en solubilisant le phosphate et les micronutriments
- Dégrade les matières organiques les plus complexes avec son arsenal enzymatique exceptionnel
Trichoderma harzianum - modes d’action
Caractérisation
Phanerochaete chrysosporium
Naturellement présent dans les sols français, Phanerochaete chrysosporium est un champignon filamenteux rhizocompétent lignivore
Colonisation du sol
Le Phanerochaete est le champignon de la pourriture blanche capable de dégrader la lignine. Il est également capable de dégrader une grande variété de polluants organiques.
Actions bénéfiques
Le génome de Phanerochaete chrysoporium a été séquencé et montre le potentiel génétique de produire plus de 100 métabolites ayant des effets de biodestruction . Les champignons de la pourriture blanche sont utilisés dans une démarche de biorestauration pour décomposer les produits chimiques potentiellement nocifs dans le sol et dans l'eau. Par exemple, le phénol-formaldéhyde et le néonicotinoïde chlothianidin
Trichoderma harzianum - modes d’action
Caractérisation
Bacillus methylotrophicus
Naturellement présente dans les sols, Bacillus methylotrophicus est une rhizobactérie promotrice de la croissance des plantes (PGPR).
Colonisation du sol
Elle possède l’avantage de former des endospores résistantes qui leurs confèrent une capacité de colonisation rapide des racines et du sol
Mode d’action
Les souches de Bacillus methylotrophicus produisent de nombreux métabolites bénéfiques pour la croissance des plantes . Elles sont capables de synthétiser des phytohormones agissant directement sur la croissance racinaire aboutissant à l’élongation des racines.
Elles sont capables de solubiliser les phosphates insolubles présents dans le sol sous forme de composés organiques ou inorganiques afin de rendre le phosphore utilisable par les plantes
Trichoderma harzianum - modes d’action
Caractérisation
Azotobacter vinelandii
Azotobacter vinelandii est un microorganisme aérobie et libres du sol. Il jouent un rôle important dans le cycle de l’azote en fixant l’azote atmosphérique inaccessible aux plantes en le libérant sous forme d’ions ammonium
Colonisation du sol
Azotobacter vinelandii colonise rapidement les jeunes racines est capacité de colonisation rapide des racines et du sol
Mode d’action
Azotobacter vinelandii est une bactérie du sol dite diazotrophe. Elle fixe l’azote atmosphérique de manière non symbiotique, en présence d’oxygène puis le restitue aux plantes sous forme d’unité assimilable (jusqu’à 30 unités).
vinelandii participe donc directement à la nutrition azotée des grandes cultures de la germination jusqu’à l’épiaison.
Trichoderma harzianum - modes d’action
Caractérisation
Optimisation du positionnement
