Utiliser des biostimulants bactériens

Fiches techniques - Sol et fertilisation

Autonomie en matière organique en maraîchage Biodiversité Régénération des sols

Microbiote bénéfique pour les plantes cultivées

Certains biostimulants sont élaborés à partir de micro-organismes bactériens dits d’intérêt agricole. Ces bactéries vivent au niveau de la rhizosphère et impactent directement le sol et les plantes. Elles ont été qualifiées par la communauté scientifique de PGPR, pour Plant Growth-Promoting Rhizobacteria.

Description

La rhizosphère constitue une zone dense et riche en vie biologique dans le sol. Les plantes y libèrent via des exsudations racinaires des ions et des composés qui perturbent localement l’équilibre du sol. Ces composés sont principalement des molécules carbonées, dont des sucres, acides organiques, acides aminés et acides phénoliques. Ils attirent alors des organismes pouvant être bénéfiques, pathogènes ou sans impact pour la plante. C’est dans cet environnement que s’installent des micro-organismes dont les stratégies de développement sont étroitement liées aux végétaux avec lesquels ils évoluent : parmi eux nous pouvons citer les PGPR (Plant Growth-Promoting Rhizobacteria). Ces bactéries présentes dans la rhizosphère, ont un effet positif reconnu sur la plante. Les PGPR sont capables de coloniser la surface racinaire, y survivre et se multiplier tout en étant compétitif vis-à-vis d'autres micro-organismes. Ces bactéries font parties de la famille des Rhizobiums. Généralement symbiotiques, ce sont par exemple les PGPR spécialisées dans les structures nodales des Fabaceae.

Modes d'action et bénéfices

Modes d'action des PGPR

Quatre effets principaux ont été identifiés chez les PGPR. Elles peuvent :

• Augmenter la disponibilité des éléments nutritifs,
• Réguler la production de phytohormones,
• Augmenter la tolérance aux stress abiotiques
• Inhiber les bio agresseurs par compétition.

Les micro-organismes utilisés en tant que biostimulants sont appliqués sur les semences, les feuilles ou le sol. Ces microorganismes sont souvent utilisés en complément de la fertilisation « classique », le plus souvent pour en réduire l’utilisation par amélioration de l’efficience.

Leurs modes d’action varient en fonction de l’espèce inoculée et l'effet pris en compte.

Augmentation de la disponibilité des éléments nutritifs

La croissance végétale peut être favorisée indirectement par une meilleure fertilité du sol en éléments nutritifs de base (N, P, K) et en oligoéléments.

Cas du phosphore

Le phosphore est l'un des principaux facteurs limitants de la croissance végétale. Bien qu'il soit présent en quantité suffisante dans les sols, on le trouve majoritairement sous des formes insolubles non disponibles pour les plantes. La solubilisation du phosphore représente une solution pour augmenter la concentration de P sous des formes biodisponibles (H2PO4-, HPO42-) sans apport exogène d’engrais minéral. Il existe des bactéries capables de solubiliser le phosphore inorganique, dites Phosphate-Solubilizing Bacteria (PSB). Un deuxième mécanisme de mise à disposition du phosphore organique est réalisé via des phytases, telles que Bacillus Pseudomonas. Leur hydrolyse permet la libération de phosphore inorganique sous forme de groupement phosphate.

Cas du fer

Le fer fait partie des oligoéléments essentiels des végétaux. Il est présent de manière abondante dans les sols sous sa forme ferrique (Fe3+). Cette forme est peu soluble et difficile à acquérir par les plantes. Son absorption nécessite donc un transporteur. Certaines bactéries sont capables de libérer des sidérophores, des molécules de faible poids moléculaire ayant une forte affinité pour le fer et capable de former des complexes avec Fe3+ pour extraire, chélater et transporter le fer à proximité des racines. Ce complexe est reconnu au niveau racinaire par des récepteurs protéiques spécifiques, où il peut alors être absorbé par les plantes. Les plantes produisent elles-mêmes des phytosidérophores, les PGPR permettent donc de renforcer ce mécanisme.

Cas de l'azote

Les bactéries dites diazotrophes sont capables de convertir le diazote atmosphérique (N2) en ammoniac (NH3). Bien que les plus courantes soient les bactéries en symbiose avec les légumineuses, les rhizobiums, il existe également des bactéries diazotrophiques non symbiotiques du genre Azospirillum, Azotobacter, Pseudomonas ou Klebsiella.

Stimulation de la croissance par production de phytohormones

Les phytohormones sont des molécules naturellement produites par les plantes, qui peuvent avoir pour effet de stimuler ou d’inhiber la croissance végétale. Les phytohormones qui interviennent dans la stimulation de la croissance regroupent les molécules de trois familles principales :

• Les auxines,
• Les cytokinines,
• Les gibbérellines.

Certaines PGPR sont capables de produire ces hormones.

Les auxines

Les auxines d’origine végétale sont connues pour inhiber la croissance du bourgeon terminal, mais sont également impliquées dans la croissance et la différenciation cellulaire. Elles participent à l’élongation et à la prolifération cellulaire, à la rhizogenèse et autres organogenèses, ainsi qu’à la transcription. Lorsqu’elle est synthétisée par les bactéries, l'auxine a trois fonctions principales :

• La stimulation de l'augmentation de la surface et de la longueur racinaire, donnant accès à la plante à un volume d’exploration du sol important pour une meilleure acquisition des éléments nutritifs.
• Le relâchement des parois cellulaires au niveau des radicelles afin de faciliter les exsudations, source d'énergie pour le développement des bactéries.
• Augmentation de la vitesse de germination.

Les gibbérellines

Les gibbérellines interviennent dans plusieurs processus de croissance des plantes notamment dans l'élongation cellulaire au niveau des méristèmes, induisant l’élongation des tiges et la croissance racinaire et la levée de la dormance et l'induction florale.

Des bactéries peuvent produire des gibbérellines en tant que métabolites secondaires, intervenant dans les voies de signalisation des interactions plante-bactérie. Dans ce cas, la gibbérelline permet de stimuler la croissance aérienne et racinaire et de maintenir la structure de la plante.

Les cytokinines

Les cytokinines, en combinaison avec l’auxine, servent à la prolifération des tissus via la stimulation de la division cellulaire, de l’organogenèse et de la différenciation de certains organes. Enfin, ces molécules interviennent dans le ralentissement du vieillissement des feuilles.

Les phytohormones ont ainsi un rôle direct sur la croissance végétale, mais peuvent aussi intervenir dans d’autres voies métaboliques et de signalisation.

Augmentation de la tolérance aux stress abiotiques

Les conditions de stress déclenchent chez les plantes des voies de signalisation et des réponses physiologiques. Elles sont modulées par des molécules spécifiques.

L’éthylène est une phytohormone qui joue un rôle de signalisation pour de nombreux processus physiologiques. Elle intervient notamment en réponse aux stress d’origine abiotique. Lorsque l’éthylène est produit de manière importante, elle va inhiber la croissance végétale et induire des phénomènes de sénescence, de chlorose, la chute des feuilles voire la mort de la plante. L’ACC – pour acide 1-aminocyclopropane carboxylique – est le précurseur direct de l’éthylène. Il peut être clivé par l’ACC déaminase, une enzyme secrétée par des bactéries telles que Pseudomonas putida ou Azospirillum brasilense. Ces PGPR utilisent les produits de dégradation de l’ACC – ammoniaque et ketobutyrate – comme source d’énergie, et sont ainsi capables de moduler la production d’éthylène. En conséquence, la croissance de la plante est maintenue en conditions de stress.

Inhiber les bioagresseurs par compétition

Le but premier des PGPR utilisées comme biostimulants n’est pas la compétition contre les bioagresseurs. Néanmoins cela peut avoir un effet indirect sur la protection et la croissance de la plante.

Aux alentours des racines, les micro-organismes sont en concurrence pour l’accès aux éléments nutritifs. Les sidérophores libérés par les PGPR permettent de piéger le fer dans des complexes que les agents pathogènes du sol ne sont pas capables d’utiliser. Il semble également que les sidérophores produits par les PGPR ont une affinité pour le fer plus élevée que les chélateurs libérés par les autres organismes, ce qui leur confère un avantage compétitif. Le rôle des sidérophores est ainsi double : d’une part ils servent à la nutrition des bactéries PGPR et de la plante, d’autre part ils amenuisent les réserves pour les microorganismes pathogènes.

Annexes

La technique est complémentaire des techniques suivantes

• Utiliser des biostimulants