Jean-Marc Sanchez

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3
février
2017

Légumineuse / Bactérie Rhizobium = Symbiose

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L’air de l’atmosphère comprend 78% d’azote, azote gazeux (N2) très stable que les plantes sont incapables d’assimiler directement. Au début du XXème siècle, le procédé Haber-Bosch a permis de fixer l’azote de l’air en quantités industrielles pour fabriquer des engrais azotés. Malheureusement il a un bilan énergétique et d’émissions peu favorable.

Depuis des millions d’années, des bactéries sont capables de fixer l’azote atmosphérique pour le rendre disponible aux plantes

Les plantes de la famille des légumineuses ont un avantage majeur ; elles ont la capacité d’établir une symbiose avec ces bactéries du sol du genre Rhizobium. Au contact des rhizobia, la plante va former de petits organes racinaires, appelés nodules, au sein desquels les bactéries, différenciées en bactéroïdes, vont pouvoir se loger. Les plantes fournissent aux bactéries une niche écologique et des sources de carbone nécessaires à leur développement. En retour les bactéries fixent l’azote atmosphérique et le transfèrent à la plante sous une forme assimilable, l’ammoniac.
Au sein du nodule, les rhizobia se différencient en bactéroides capable de fixer l’azote. Cette réaction est possible grâce à une enzyme bactérienne : la nitrogénase, qui catalyse la réaction suivante :
N2 + 8H+ + 8e- + 16 ATP => 2 NH3 + H2 + 16 ADP

Cette enzyme est très sensible vis-à-vis de l’oxygène, son fonctionnement est rendu possible grâce à l’environnement pauvre en oxygène situé au cœur du nodule.
La nitrogénase bactérienne possède également la capacité à catalyser la réduction d’autres substrats, tel que l’acétylène qui va être transformé en éthylène. Cette caractéristique est mise à profit pour mesurer l’activité enzymatique de la nitrogénase par chromatographie en phase gazeuse.

La capacité des bactéries du genre Rhizobium à fixer l’azote au cours de cette symbiose présente un réel intérêt économique et écologique, une solution alternative et/ou complémentaire à l’utilisation d’engrais azotés classiques. Cette réaction consomme beaucoup d’énergie, énergie provenant de la photosynthèse donnée aux bactéries par la plante ! Elle fonctionne avec un bon rendement pour les légumineuses avec les bactéries du genre Rhizobium mais, attention aux vendeurs de rêve pour les autres plantes cultivées.

La famille des légumineuses ou fabacées, comprend plus de 18 000 espèces différentes. Il s’agit de plantes dicotylédones, très riches en protéines, qui sont largement utilisées pour l’alimentation animale et humaine. Dans le domaine agricole, on distingue 2 types de légumineuses : les légumineuses fourragères (luzerne, trèfles) et les légumineuses à grains (haricot, pois, soja, fève).
Il y a 5 genres de Rhizobium, chaque genre est spécifique à la plante hôte :
• Rhizobium (avec Trèfle, Pois, féverole, haricot)
• Mesorhizobium (avec Lotus, acacia)
• Sinorhizobium (avec Medicago, trigonella, meliloti)
• Azorhizobium (avec sesbania rostrata)
• Bradyrhizobium (avec soja, mimosa)

L’efficacité des bactéries du genre RHIZOBIUM dépendent de la souche sélectionnée et du process de fabrication. De nouvelles souches sont en cours d’AMM en France pour proposer aux agriculteurs des souches plus efficaces.

Ce sont des bactéries gram- assez fragiles. Elles doivent être inoculées sur les semences au derniers moment pour viser une bonne efficacité car leur stabilité sur semence n’est pas assurée ou très faible.

En Amérique du nord ou du sud, les agriculteurs inoculent les semences grâce à des équipements spécifiques :
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Les semences pré-inoculées ne garantissent pas une bonne survie et numération de Rhizobium sur la semence.

La France et L’Europe tentent de relancer la culture de ces légumineuses notamment pour s’affranchir de leur dépendance pour l’alimentation animale. La production de légumineuses en France a fortement chuté passant de 3500 hectares en 1960 à environ 1000 hectares en 2007. En 2010 les cultures de légumineuses couvraient :
-  3% des terres agricoles cultivées en France
-  13% au Canada
-  32% aux Etats Unis
-  44% au Brésil.

Le soja est la légumineuse la plus produite à travers le monde, elle est notamment utilisée pour la production d’huile et de protéines végétales.
Généralement, les champs inoculés avec des rhizobia vont avoir un meilleur rendement que ceux ne contenant pas de rhizobia. Enfin, à l’issue de la culture, la décomposition des plantes va enrichir les sols en azote permettant de fertiliser naturellement les champs.

Les grandes étapes de la symbiose
L’interaction débute par un échange de signaux moléculaires spécifiques entre la plante et la bactérie. La plante produit des flavonoïdes qui vont déclencher la production de molécules bactériennes appelées facteurs Nod (figure 2.a). Les facteurs Nod vont déclencher deux processus parallèles : l’infection de la plante par la bactérie et l’organogénèse du nodule par la plante (Vasse et al., 1990). La nature chimique des facteurs Nod est dépendante de l’espèce de Rhizobium et participe à la spécificité de l’hôte (Hirsch et al., 2001). Ainsi les bactéries symbiotiques peuvent généralement infecter un nombre restreint d’hôtes et les plantes ne peuvent entrer en symbiose qu’avec un nombre restreint d’espèces.

Les facteurs Nod produits par les rhizobia stimulent la croissance des poils absorbants, qui en réponse vont se courber pour former une structure appelée crosse de berger (figure 2.b). A l’intérieur de cette structure les bactéries vont se multiplier formant une « microcolonie ». Par la suite, la paroi végétale va se lyser et il y aura formation d’une structure tubulaire appelée cordon d’infection (figure 2.c) grâce auquel les bactéries vont pouvoir pénétrer dans les cellules végétales (figure2.d) (Perret et al., 2000). Les bactéries, une fois libérées dans le cytoplasme des cellules végétales, vont se différencier en bactéroides qui vont être capables de fixer l’azote atmosphérique.
Figure 2 : Infection de légumineuses par les rhizobia (Oldroyd, 2013).
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Maturité et sénescence du Nodule
Suivant le type de légumineuse considéré, deux types de nodules peuvent être produits : les nodules de type indéterminé sont formés par les légumineuses issues de milieux tempérés comme la luzerne, le pois ou le trèfle. Tandis que les nodules de type déterminé sont formés par des légumineuses d’origine tropicale comme le soja ou le haricot. Ces deux types de nodules ont un processus de développement différent et ont par conséquent des caractéristiques différentes.

Chez le nodule de type indéterminé, le méristème apical est persistant. Cette configuration entraine la multiplication continue des cellules végétales à l’extrémité distale du nodule, lui donnant une forme allongée. Ainsi les cellules végétales ne vont pas être au même stade de développement au même instant, on dit que les cellules ne seront pas synchronisées. Différentes zones du nodule peuvent donc être distinguées correspondant chacune à un stade de développement différent (Jones et al., 2007). Le méristème apical constitue la zone I, la zone II est la zone d’infection, la zone III est la zone de fixation d’azote et la zone IV est la zone de sénescence (figure 3) (Vasse et al., 1990).

Figure 3 : Développement de nodule indéterminé passant par l’infection par les bactéries du sol et formation de la crosse de berger (a), développement des cordons d’infections (b), formation du nodule (c), nodule mature (d), sénescence des cellules végétales (e) (Saeki, 2011).
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Quelques semaines après l’infection par les bactéries, le nodule va entrer en sénescence. Cette étape est caractérisée par la mort des bactéroides et des cellules végétales. D’un point de vue macroscopique, cette sénescence est visualisée par un changement de couleur du nodule. En effet, une hémoglobine végétale, la leghémoglobine, responsable du transport de l’oxygène nécessaire à la respiration des bactéroides, donne une couleur rose au nodule durant la phase de fixation d’azote. Lorsque les nodules entrent en sénescence, la dégradation de la leghémoglobine, par la nitration de l’hème, conduit à la formation de la biliverdine donnant une couleur verte au nodule (figure 4). La sénescence intervient de la base du nodule, où se trouvent les cellules les plus anciennes, vers la partie distale. Elle s’accompagne d’une baisse de la fixation d’azote.

Figure 4 : Schéma (à gauche) et photo (à droite) d’un nodule indéterminé. La partie verte à la base correspond à la zone sénescente.
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Les nodules déterminés dont le développement a été moins étudié, se développent à partir d’un méristème central et ont donc une forme sphérique (figure 5). La croissance du nodule est due à une augmentation de la taille des cellules végétales et non aux divisions cellulaires. Par conséquent, les cellules du nodule sont synchronisées (Brewin, 1991), c’est-à-dire que toutes les cellules du nodule sont au même stade de développement, et entrent toutes en sénescence de façon quasi-synchrone. 10

Figure 5 : Développement de nodule déterminé passant par l’infection par les bactéries du sol et formation de la crosse de berger (a), développement des cordons d’infections (b), formation du nodule (c), nodule mature (d), sénescence des cellules végétales (e) (Saeki, 2011).

On peut évaluer l’activité et la sénescence des nodosités à leur couleur.
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JMS


4
décembre
2016

Agro-Ecosystème plus résistant

Pour rendre plus résistant l’agro-écosystème aux diverses attaques et aléas climatiques et sécuriser son rendement : il faut le diversifier !

La vie a commencé sur terre avec un seul progénote(1), une cellule primitive ancêtre de tous les êtres vivants. D’où vient-elle ? Comment est-elle apparue ?
Plusieurs hypothèses, mais au tout début notre ancêtre commun était bien seul.
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3,5 milliards d’années plus tard, la vie a résisté à tous les cataclysmes et elle s’est même propagée dans les moindres interstices de la planète. Y compris sur les nuages ou dans les réacteurs de centrales nucléaires ! Un véritable succès.

Quel est son secret ? La diversité apporte la résilience(2) :

Plus on le simplifie, plus l’écosystème est instable. Il évolue autour d’un centre de gravité. S’il est trop simple, le moindre stress, ou changement brusque et imprévisible peut déplacer son point d’équilibre. La vie sur terre a résisté aux cataclysmes et ce, malgré quelques à-coups de simplification, elle a toujours pu survivre grâce à sa diversité.

Certes la vie a évolué, certaines espèces ont disparu mais elle s’est diversifiée et complexifiée(3).

En 2011, des chercheurs ont évalué la biodiversité sur terre à plus de 8,7 millions d’espèces. La grande majorité n’a pas été décrite ni même découverte. Même si le travail de l’équipe de chercheurs de Camilo MORA (université d’Hawaï) est sérieux, ce n’est qu’une estimation extrapolée des espèces les plus connues et de la fréquence de découverte de nouvelles espèces ces dernières années. D’un seul progénote dans la soupe primitive, nous sommes passés à des millions d’espèces.

La simplification d’un écosystème peut être très rapide mais le retour à l’origine est très très long.
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Sur ce graphique, nous pouvons voir la concentration moyenne en CO2 de l’atmosphère (en ordonnée) depuis 600 millions d’années (en abscisse). La période entre les deux lignes définit l’époque du carbonifère. Les plantes se développent et consomment du CO2 expliquant sa diminution de concentration dans l’atmosphère.

Entre 245 et 252 millions d’années avant notre ère, un cataclysme entraîne la disparition de 70% des espèces terrestres et 95% des espèces marines. Une simplification de la vie qui dure à peine quelques millions d’années ! Il faudra plus de 200 millions d’années pour récupérer l’atmosphère initiale.

Pour un écosystème agricole, le principe est le même. Retrouver un écosystème complexe peut prendre de nombreuses années. Demandez à des agriculteurs pratiquant le semis direct ou les TCS, combien de temps faut-il pour passer du labour au non labour, et en tirer les bénéfices !

Le Programme BIODEPTH - La preuve en agriculture !

En 1999, un programme européen a été lancé par 34 scientifiques et 12 équipes différentes pour mesurer l’importance de la biodiversité sur la productivité des prairies.
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Les résultats publiés démontrent d’une part que, lorsque le nombre d’espèces végétales d’une prairie augmente (espèces avec une diversité fonctionnelle), la production de biomasse augmente par ha dans 8 sites différents d’Europe et donc dans des contextes pédo-climatiques différents.

Par ailleurs, plus on augmente le nombre d’espèces différentes, plus le rendement (g/m²) converge autour d’un point et se stabilise. En se complexifiant, l’écosystème résiste mieux aux aléas et perturbations !
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Complexifier l’agro-écosystème, c’est sécuriser son rendement face aux aléas, stress biotiques et abiotiques.

L’agriculteur lutte constamment pour orienter ses champs vers la production de nourriture et c’est normal !!

L’agriculture simplifie l’écosystème mais si on laisse faire la nature, elle tente de revenir à son point d’équilibre : la forêt.

Lexique :

(1) Progénote : Le dernier ancêtre commun universel ou DACU1 est le plus ancien organisme (datant d’environ 3,5 à 3,8 milliards d’années)2,3 dont sont issues l’ensemble des espèces vivant actuellement sur Terre. (Wikipédia)
(2) Résilience : la capacité d’un système à absorber une perturbation, à se réorganiser, et à continuer de fonctionner malgré les aléas.
(3) Complexifier : Tendance de la vie à construire des édifices de plus en plus riches avec des organismes vivants de plus en plus complexes et diverses. À sa façon la matière obéit, dès l’origine, à la grande loi biologique (sur laquelle nous aurons sans cesse à revenir) de « complexification » (Teilhard de Chardin, Le Phénomène humain,1955, p. 43)
Epoque du carbonifère : Elle s’étend de -359 millions d’années à -299 millions d’années


23
septembre
2016

Micro-organismes : la bonne concentration dans les engrais agricoles

Vidéo -
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Un seul micro-organisme est à l’origine d’une colonie.
C’est ce nombre de microorganisme qui pourront se multiplier que l’on dénombre pour déterminer l’unité de mesure UFC.

Dans les engrais utilisés en agriculture on parle d’UFC/ kilogramme d’engrais.
Lallemand explique que 10 puissance 3 de UFC /g ou 10 puissance 8 de UFC/g c’est rajouter quelques individus et c’est très peu.

On peut estimer d’un engrais agricole commence à être efficace à partir d’une concentration de 10 puissance 12 CFU/ha.
Cette données est importante comme celle du fabricant du micro-organisme qui garantie un process de fabrication et une stabilité du produit jusqu’à l’utilisation par l’agriculteur.

http://www.lallemandplantcare.com/micro-organismes-en-agriculture/
https://www.facebook.com/AgricultureNeo/


20
novembre
2015

L’auto défense des plantes

JPEG - 25.2 koChristophe Bouchet, dans un article de son blog CulturAgriCulturE, fait référence à deux publications intéressantes de l’Université du MISSOURI. Elles illustrent toutes les deux des exemples concrets de moyens de défense que possèdent les plantes.

Jack SHULTZ et Heide APPEL ont étudié pendant des années comment les plantes réagissent au stress.
« L’odeur de l’herbe fraichement coupée, c’est l’herbe qui crie à l’aide ». En effet, certaines plantes quand elles sont coupées dégagent des composés volatils qui attirent des oiseaux ou insectes prédateurs naturels des ravageurs. C’est un moyen de limiter la prolifération des chenilles.

Pour se défendre, les plantes peuvent produire des substances rendant le végétal moins appétant pour le ravageur. Chris PIRES explique que des « glucosinolates » présents notamment en quantités dans certaines Brassicacées (choux, radis, raifort, moutarde…) sont originellement des moyens de lutte de la plante contre des chenilles tentant de la dévorer.

Cette course pour la survie entre les plantes et les chenilles a débuté il y a plus de 90 millions d’années : quand la plante produisait des substances amères ou au gout de brûlé pour détourner certains insectes, ces même insectes, avec le temps, trouvaient un moyen de digérer et s’habituer aux substances. Puis le plante a concentré ces glucosinolates, a modifié leur « goût »….

Ce que nous trouvons parfois délicieux dans ces plantes provient d’une longue lutte intestine entre une plante et une chenille !!

Jack SCHULTZ souligne que les plantes peuvent produire des substances toxiques pour se défendre contre des ravageurs (caféines, nicotines,…) ou pour les détourner comme la moutarde. Ce qui est plus étonnant, c’est qu’après avoir soumis des plantes aux vibrations de chenilles qui se nourrissent, elles produisent 33 à 35 fois plus de molécules de défense lors d’une vraie attaque de chenilles ; peut-être compliqué à mettre en œuvre mais pourquoi pas un nouveau moyen de lutte contre des ravageurs !?

Une chose est sûre aussi, les plantes communiquent entre elles.

On connaissait la stratégie de défense de certains acacias en Afrique. Lorsqu’un troupeau d’herbivores commence à dévorer un bosquet d’acacias, les arbres voisins se mettent à concentrer des tanins dans leurs feuilles, ce qui les rend impropres à la consommation. On peut aussi parler d’une forme de communication entre les arbres, fondée là aussi sur des émanations de composés volatils. Les arbres attaqués se mettent aussi à « prévenir » des arbres voisins, en émettant un signal sous forme d’éthylène. Ce signal volatile entraîne chez les arbres voisins l’accumulation de tanins particulièrement astringents, qui éloignent les antilopes.

Jack SHULTZ a démontré que des plantes voisines de celles traitées par ses vibrations produisaient aussi des composés de défense.

Christophe Bouchet apporte ce commentaire : « L’agriculture biologique, sous toutes ses variantes, refuse l’utilisation des pesticides de synthèse. Mais elle utilise, à part la biodynamie, une importante batterie de pesticides biologiques, qui sont des toxines naturelles dangereuses pour la santé. Elle utilise aussi plusieurs stimulateurs d’autodéfense, qui sont précisément ce dont je vous parle aujourd’hui… »

La nature n’est pas angélique, les plantes produisent des toxines pour se défendre. On parle beaucoup des résidus de produits phytopharmaceutiques et de leur dangerosité dans les aliments, quid des toxines naturellement produites et notamment après l’apport de stimulateurs de défenses de plantes (SDP) ?

JMS


28
mai
2015

Vers de terre aux Terrenales

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C’est avec beaucoup de plaisir j’ai été choisi avec Bertrand Delaunois (ingénieur de recherche de Lallemand Plant Care) comme expert pour animer le stand vie du sol sur Les Terrenales 2015.

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Il est vrai que c’est notre spécialité : le fonctionnement du sols, micro-organismes, macro-organismes ; sans parler des symbioses etc…

Des propagateurs de micro-organismes : les vers de terre.

Nos plus sûrs alliés
Nos plus sûrs alliés
C’est devenu une évidence inconstestée : les vers de terre sont les plus sûrs amis de l’agriculteur

Les Terrenales nous ont également permis de voir des vers de terre : si essentiels à la vie du sol.

  • Ils transportent et déposent les micro-organismes.
  • Ils permettent aux micro-organismes de recoloniser des parties de sol désertées.

Les 4 types principaux vers de terre vus aux Terrenales sur le stand de l’ OPVT. :

  • Les épigés ne font pas de galerie et restent en surface. On les trouve dans les compost
  • Les aneciques (Tête Noire) ont un rayon d’action jusqu’à 2 m
  • Epi-anéciques (Tête Rouge)
  • Les endogés ont un rayon d’action jusqu’à 30 cm.

d’après le travaux de Marcel Bouché.

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Cet énorme ver de terre (présent uniquement dans le sud).


13
janvier
2015

Pratiques culturales / Agronomie

JPEG - 211 ko Le nouveau site de Lallemand Plant Care donne la priorité à l’agronomie.

Tout particulièrement aux pratiques culturales avec le strip till bien sûr !

Une nouveauté : le Club des Agriculteurs. Il donne un accès privilégié à de la documentation : fiches produits, programmes cultures et documentation technique. Documents qui ne sont pas visibles des non-inscrits.

Une partie privée est réservée aux utilisateurs des produits Lallemand Plant Care. Les membres du Club peuvent échanger avec d’autres agriculteurs utilisateurs des mêmes produits qu’eux et partager leurs expériences et donner leur avis.

ÉCHANGEZ, CONSULTEZ DES INFORMATIONS TECHNIQUES ET PLUS ENCORE, AFIN DE RELEVER LES DÉFIS DE L’AGRICULTURE : Produire de la nourriture et des agrocarburants, face à une démographie galopante et une surface agricole limitée… Tout en restant rentable au niveau de l’exploitation.

Préserver l’écologie des systèmes naturels : limiter les résidus de pesticides, préserver la qualité de l’eau, augmenter la biodiversité et les paysages…

Utiliser l’agronomie pour relever ce défi.



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