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Atelier 4 - Performance du système racinaire et inoculants microbiens : nutrition minérale et hydrique : Etat de l'art
1. Yvan Moënne-Loccoz
UMR CNRS Ecologie Microbienne, Université Lyon 1
<yvan.moenne-loccoz@univ-lyon1.fr>
Performance du système racinaire et inoculants microbiens:
nutrition minérale et hydrique
1. Inoculation de microorganismes bénéfiques
2. Effets directs sur la nutrition minérale et hydrique de la plante
3. Effets indirects sur la nutrition minérale et hydrique de la plante
4. Vue d’ensemble
5. Verrous en amont
6. Verrous stratégie d’inoculation Présentation modifiée pour permettre
7. Verrous en aval sa diffusion au sein de Qualiméditerranée
2. 1. Inoculation de microorganismes bénéfiques
Qui ?
• Bactéries et champignons.
• Absents ou pas dans le sol.
• Si déjà présents, problème d’effectif ou d’efficacité (diversité microbienne).
Bactéries inoculées (vert) sur racine
Bactéries inoculées (vert) sur racine
(Prigent-Combaret, Univ Lyon 1)
Champignons mycorhiziens
(Raven et al. 1999)
3. 1. Inoculation de microorganismes bénéfiques
Qui ?
• Bactéries et champignons.
• Absents ou pas dans le sol.
• Si déjà présents, problème d’effectif ou d’efficacité (diversité microbienne).
Quelle association avec la plante ?
• Microbes: à l’extérieur (rhizosphère) et/ou dans la racine (endophytes).
• Coopérations/symbioses, à spectres étroits ou larges.
Conditions de fonctionnement
• Stratégie écologique, co-évolution et sélection des adaptations.
• Donc, vraisemblablement:
ancien (avant la domestication),
complexe (plusieurs mécanismes),
et régulé (environnement, niveau d’intrant).
4. 2. Effets directs sur la nutrition minérale et
hydrique de la plante
Nutrition minérale :
• Fixation biologique de l’azote
• Solubilisation des phosphates
• Minéralisation de nutriments organiques
• Stimulation absorption racinaire
Nutrition hydrique :
• Aquaporines racinaires (expression gènes ZmPIP)
• Microstructuration de la rhizosphère par les EPS microbiens
5. 2. Effets directs sur la nutrition minérale et
hydrique de la plante
Nutrition hydro-minérale : développement du système racinaire
• Synthèse microbienne de phytohormones (auxines etc.) et autres signaux
• Interférence avec le métabolisme végétal de l’éthylène (activité ACC
désaminase) ; également protection contre le stress … dont stress hydrique
Inoculation bactérie
Maïs non inoculé
Azospirillum
6. 3. Effets indirects sur la nutrition minérale et
hydrique de la plante
Autres types d’effets sur la plante :
• Protection vis-à-vis des pathogènes (antagonisme, ISR, etc.)
• Effets multiples sur le métabolisme
DIMBOA-Glc HDMBOA-Glc MBOA
MeO
MeO O O MeO O O O
Glc Glc
O
N
N O H
N O
OH OMe
CRT1 ↗ ↗ ↘
CFN535 ↗ ↗ ↘
UAP154 ↘ = =
Quelle conséquence pour la nutrition hydro-minérale ?
(+ le DIMBOA est un attractant pour d’autres bactéries bénéfiques; Neal et al. 2012)
7. 3. Effets indirects sur la nutrition minérale et
hydrique de la plante
Effets sur le reste de la communauté microbienne :
• Stimulation bactérienne de la mycorhization
• Effets sur d’autres microorganismes?
Via modification de l’exsudation racinaire
Via effet sur les protozoaires (prédateurs)
Via effet sur les microorganismes phytobénéfiques indigènes (signaux)
Etc.
… impact écologique
8. 4. Vue d’ensemble
Modes d’action :
• Sans doute pas tous connus. Cf. nouveaux signaux
• Souvent plusieurs types d’effets, voire plusieurs modes d’action
microbiens pour un même effet (pour l’ISR, ou pour la rhizogénèse)
Mise en place des effets phytobénéfiques :
• Différentes dynamiques de colonisation microbienne de la plante
• Différentes dynamiques d’expression (lié exsudation, etc.)
0 10 20 30
jours
Effets hormonaux
Fixation libre N
Mycorhizes
9. 5. Verrous en amont
Manque de connaissances scientifiques :
• Quels modes d’action ?
• Comment ces modes d’action sont-ils régulés ?
• Quelle est l’écologie des microorganismes ?
Manque d’approches intégrées :
• Prise en compte du sol et du climat
• Prise en compte des populations microbiennes bénéfiques indigènes
• Prise en compte de la plante : génétique, développement, physiologie
10. Importance de la génétique de la plante
0,025
PCA 2 : 17%
a
0,02
ab
0,015
Northern Flint
b
0,01
b
0,005
European Flint
b
PCA 1 : 20%
0
-0,02 -0,015 -0,01 -0,005
b 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03
b
b
-0,005 Stiff Stalk
b a
Tropical Corn Belt Dent
-0,01
-0,015
-0,02
La composition de la communauté bactérienne de la rhizosphère du
maïs dépend en partie du groupe génétique de maïs (Bouffaud et al. 2012)
11. 6. Verrous stratégie d’inoculation
Sélection des souches :
• Souvent empirique
Type d’inoculants :
• Utilisation de souches individuelles ou de mélanges/consortia
• Utilisation conjointe de souches et d’effecteurs
• Compatibilité, effets additifs … ou pas
12. Interactions entre différents inoculants
au champ
Développement racinaire maïs
Témoin
Walker et al. 2012
… c’est vite complexe
13. 6. Verrous stratégie d’inoculation
Conditions d’utilisation :
• Mode de préparation de la biomasse microbienne + formulation
• Mode d’apport, techno-semence
• Mesures d’accompagnement (pratiques culturales) : réaliste ?
• Fertilité du sol et niveau des intrants (matières fertilisantes, eau)
14. 7. Verrous en aval
Outils de suivi de l’inoculant :
• Survie au champ
• Physiologie et expression génique
Outils de suivi des effets de l’inoculation :
• Interactions avec les populations indigènes
• Réactions physiologiques de la plante