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

7. Verrous en aval Présentation modifiée pour permettre

sa diffusion au sein de Qualiméditerranée

1. Inoculation de microorganismes bénéfiques

Bactéries inoculées (vert) sur racine

Champignons mycorhiziens (Raven et al. 1999)

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 (Prigent-Combaret, Univ Lyon 1)

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).

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

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

Maïs non inoculé Inoculation bactérie

Azospirillum

Autres types d’effets sur la plante :

• Protection vis-à-vis des pathogènes (antagonisme, ISR, etc.)

• Effets multiples sur le métabolisme

3. Effets indirects sur la nutrition minérale et

hydrique de la plante

CRT1

UAP154

CFN535

MBOA DIMBOA-Glc HDMBOA-Glc

N

O

O

O

OH

MeO

Glc

N

O O

Glc

OMe

MeO

O

NH

O

O

MeO

↗

↗

↗

↗

↘

↘

↘

= =

Quelle conséquence pour la nutrition hydro-minérale ?

(+ le DIMBOA est un attractant pour d’autres bactéries bénéfiques; Neal et al. 2012)

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

3. Effets indirects sur la nutrition minérale et

hydrique de la plante

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.)

4. Vue d’ensemble

0 10 20 30 jours

Effets hormonaux

Fixation libre N Mycorhizes

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

5. Verrous en amont

-0,02

-0,015

-0,01

-0,005

0

0,005

0,01

0,015

0,02

0,025

-0,02 -0,015 -0,01 -0,005 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03

a

b

b

b

b

a

ab

b

b

b

Northern Flint

European Flint

Stiff Stalk

Tropical Corn Belt Dent

PC

A 2

: 17%

PCA 1 : 20%

Importance de la génétique de la plante

La composition de la communauté bactérienne de la rhizosphère du

maïs dépend en partie du groupe génétique de maïs (Bouffaud et al. 2012)

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

6. Verrous stratégie d’inoculation

Interactions entre différents inoculants

au champ

Tém

oin

… c’est vite complexe

Walker et al. 2012

Développement racinaire maïs

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)

6. Verrous stratégie d’inoculation

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

7. Verrous en aval