Bactéries, champignons… Comment les habitants du sol peuvent bénéficier aux cultures

Adrien Gauthier, Enseignant-chercheur en Phytopathologie - Responsable de la formation i-SAFE, UniLaSalle and Mélanie Bressan, Chargée de Recherche en écologie microbienne, microbiologie environnementale et phytopathologie, UniLaSalle
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  <span class="attribution"><a class="link rapid-noclick-resp" href="https://unsplash.com/photos/fjj7lVpCxRE" rel="nofollow noopener" target="_blank" data-ylk="slk:Roman Synkevych / Unsplash">Roman Synkevych / Unsplash</a>, <a class="link rapid-noclick-resp" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/" rel="nofollow noopener" target="_blank" data-ylk="slk:CC BY-SA">CC BY-SA</a></span>
Roman Synkevych / Unsplash, CC BY-SA

Cet article est publié dans le cadre de la Fête de la science 2020 (du 2 au 12 octobre 2020 en métropole et du 6 au 16 novembre en Corse, en outre-mer et à l’international) dont The Conversation France est partenaire. Cette nouvelle édition a pour thème : « Planète Nature ». Retrouvez tous les événements de votre région sur le site Fetedelascience.fr.

Tous les jours, dans leur environnement, les plantes font face à de nombreuses agressions.

On distingue habituellement deux grandes catégories de stress. S'il est le fait d’organismes vivants tels qu’insectes, bactéries, champignons, virus, etc.  on parle de stress « biotique ». Si le stress est lié à des paramètres du milieu environnant, comme la température, le vent, ou l’humidité par exemple, on parle de stress abiotique.

Ces stress sont potentiellement à l’origine de pertes de rendement, lesquelles peuvent être lourdes d’impacts lorsqu’il s’agit de cultures destinées à l’alimentation des hommes ou du bétail. Heureusement, les plantes ont la possibilité d’y résister, et en règle générale, elles parviennent à rester en bonne santé.

<span class="caption">Les plantes subissent deux types de stress, abiotiques et biotiques.</span> <span class="attribution"><span class="source">A. Gauthier</span>, <span class="license">Author provided</span></span>
Les plantes subissent deux types de stress, abiotiques et biotiques. A. Gauthier, Author provided

Comment se défendent les plantes ?

Comme tous les êtres vivants, les plantes ont en effet développé un système de défense sophistiqué pour lutter contre les agents pathogènes et résister aux maladies. Un véritable système immunitaire capable de détecter la présence de ces ennemis, puis de les combattre avec une armada de composés chimiques. La résistance se décline selon trois axes.

Au niveau local, les cellules infectées par un agent pathogène optent pour un suicide collectif, tout comme leurs voisines, ce qui débarrasse la plante de son agresseur et limite sa propagation au site d’infection. De plus, cette première attaque va permettre à la plante de résister de manière globale, si d’aventure le même agent pathogène attaque une seconde fois.

Grâce à un ensemble de capteurs, notamment situés au niveau de la paroi végétale qui entoure les cellules, la plante dispose en effet d’un vaste système de surveillance grâce auquel elle détecte d’éventuels envahisseurs et peut y faire face à l’aide d’une panoplie de composés. Et des microorganismes bénéfiques colonisent par ailleurs les racines de la plante et contribuent à la protéger, en facilitant sa nutrition et en stimulant son système immunitaire.

<span class="caption">La résistance se décline en trois axes : locale, globale et induite (microorganismes non pathogènes colonisant les racines).</span> <span class="attribution"><span class="source">A. Gauthier</span>, <span class="license">Author provided</span></span>
La résistance se décline en trois axes : locale, globale et induite (microorganismes non pathogènes colonisant les racines). A. Gauthier, Author provided

On a coutume de dire qu’il y a en moyenne davantage de microorganismes dans une cuillère à café de terre qu’il n’y a d’êtres humains sur la planète. C’est que le sol héberge quantité de microbes : si l’abondance et la diversité des microorganismes auquel il fournit le gîte est éminemment variable, on peut trouver jusqu’à 1,5 tonnes de bactéries dans un hectare de sol cultivé, et entre 100 000 et un million d’espèces différentes dans un gramme.

Dans le sol, les éléments minéraux nécessaires à la croissance des plantes se présentent souvent sous une forme qui leur est difficile, voire impossible à utiliser. C’est par exemple le cas pour le phosphore, qui très rapidement adsorbé sur les complexes argilo-humiques des sols, ou lié à différents éléments (calcium, fer, ammonium), se présente rarement sous la forme assimilable par la plante. Or certaines bactéries et champignons vont contribuer à faciliter l’accès à ces minéraux en les rendant plus disponibles.

Parfois, l’association avec un micro-organisme va même se révéler obligatoire. C’est notamment le cas pour des légumineuses comme le pois, le haricot vert ou la lentille, qui vivent en symbiose avec des bactéries qui leur sont spécifiques. Hébergées au niveau des racines dans des nodules visibles à l’œil nu, ces bactéries fournissent à la plante l’azote qu’elles ont capté dans l’air circulant dans le sol. Et en échange, elles peuvent profiter des sucres que la plante produit lors de la photosynthèse.

<span class="caption">A gauche, nodules des racines du pois. À droite, vésicules (lieu de stockage, flèche du haut) et le réseau mycélien au niveau des racines de la féverole (flèche du bas).</span> <span class="attribution"><span class="source">A. Gauthier (à gauche), et B. Thioye (à droite)</span>, <span class="license">Author provided</span></span>
A gauche, nodules des racines du pois. À droite, vésicules (lieu de stockage, flèche du haut) et le réseau mycélien au niveau des racines de la féverole (flèche du bas). A. Gauthier (à gauche), et B. Thioye (à droite), Author provided

De fait, la plupart des plantes vivent aussi en étroite association avec des mycorhizes, c’est-à-dire des champignons microscopiques installés dans leurs racines. Formant sous terre de vastes réseaux de filaments, ces champignons aident la plante à capter de l’eau et des éléments minéraux comme le phosphore ou l’azote, indispensables à sa croissance, et obtiennent en retour des sucres issus de la photosynthèse. Et certains micro-organismes présents dans le sol ont aussi la capacité de conférer à la plante une certaine résistance contre les maladies…

À lire aussi : Ces microorganismes qui nourrissent et protègent les plantes

Des bactéries et champignons microscopiques sont en effet capables d’agir directement ou indirectement sur des agents pathogènes. Parmi les 607 produits autorisés en France et reconnus comme agents de biocontrôle, on compte ainsi divers composés chimiques d’origine végétale, mais aussi 101 micro-organismes, dont notamment des Aureobasidium, Bacillus et Trichoderma.

Ces agents microbiens ont différents moyens d’action. Ils vont notamment rentrer en compétition spatiale avec les pathogènes au niveau de la rhizosphère, réalisant ainsi une sorte de bouclier. Mais ils vont aussi les priver des nutriments nécessaires à leur développement. Ou bien, agir à leurs dépens en les parasitant. Ou encore, les attaquer avec des composés antimicrobiens. Enfin, ils améliorent l’absorption des nutriments et donc l’état de santé général des plantes, tout en activant de l’expression de gènes clés des réactions de défense.

Toutes ces caractéristiques font aujourd’hui l’objet de recherches très intenses dans le but de valoriser l’énorme potentiel des micro-organismes, en alternative ou en complément à l’utilisation des pesticides. Reste toutefois à évaluer au mieux leur efficacité sur le terrain pour optimiser leur utilisation, ce à quoi travaille l’unité de recherche AGHYLE (UniLaSalle).

L’un de ses projets de recherche (BCA-Protect), développé en partenariat avec l’ASTREDHOR, vise ainsi à mieux comprendre l’influence des pratiques culturales (mode d’arrosage, substrat utilisé, dose) sur le maintien des micro-organismes de biocontrôle au niveau de la rhizosphère des plantes.

<span class="caption">Pour protéger l’oranger du Mexique contre <em>Phytophthora parasitica</em> (attaque visible à droite sur un plant non traité), en partenariat avec ASTREDHOR, l’équipe AGHYLE de Rouen a appliqué soit un produit phytosanitaire classique (à gauche), soit des microorganismes de biocontrôle (milieu).</span> <span class="attribution"><span class="license">Author provided</span></span>
Pour protéger l’oranger du Mexique contre Phytophthora parasitica (attaque visible à droite sur un plant non traité), en partenariat avec ASTREDHOR, l’équipe AGHYLE de Rouen a appliqué soit un produit phytosanitaire classique (à gauche), soit des microorganismes de biocontrôle (milieu). Author provided

Outre un traitement basé sur l’apport de bactéries ou de champignons, on peut aussi envisager de modifier les pratiques culturales pour modeler les communautés microbiennes et favoriser l’abondance des micro-organismes bénéfiques dans les sols. Les modifications induites pourraient permettre de protéger la culture suivante notamment au sein de la rotation.

In fine, toutes ces recherches le confirment : loin d’être un substrat inerte, les sols hébergent quantité d’habitants dont il faut se préoccuper pour maintenir les plantes que l’on y cultive en bonne santé…

La version originale de cet article a été publiée sur La Conversation, un site d'actualités à but non lucratif dédié au partage d'idées entre experts universitaires et grand public.

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Mélanie Bressan participe à des projets de recherche ayant reçu des financements de la région Normandie ou encore issus de fonds nationaux (France Agrimer).