Développement et utilisation de biopesticides dans le ... · –Bactéries, des champignons, des...
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Développement et utilisation de biopesticides dans le
secteur de la pomme de terre
Patrice Audy Centre de Recherche et de Développement de Québec
Agriculture et Agroalimentaire Canada
Colloque sur la pomme de terre Lévis, 18 novembre 2016
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Biopesticides?
Les BIOPESTICIDES (pesticides biologiques) sont des
substances chimiques et des agents antiparasitaires issus
de sources naturelles et pouvant être utilisés dans différents
environnements de production :
– Bactéries, des champignons, des virus, des plantes, des
animaux et des minéraux.
– Peuvent offrir une solution de rechange aux produits
chimiques de synthèse utilisés pour lutter contre les
populations de ravageurs (maladies, les insectes, les
acariens et les mauvaises herbes).
– Trois types
• Microbiens
• Sémiochimiques (phéromones sexuelles d’insectes)
• Produits antiparasitaires non classiques (sels minéraux,
huiles, vinaigre, extraits de plantes, *AUTRES*)
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Autres = Biostimulants
• Les biostimulants (phytostimulants, bio-inoculants)
contiennent des substances ou des microorganismes qui
stimulent l’absorption des nutriments, la tolérance aux
stress abiotiques et la qualité des récoltes.
• Exemple de biostimulants
• Organismes mycorhiziens
• Bactéries PGPR* (Bacillus, Actinomycètes, Pseudomonas)
• Champignons bénéfiques (Trichoderma, Gliocladium)
• Autres microorganismes (levures, bactéries lactiques)
• Autres
• Extraits d’algues
• Biochar, acide humique, fluvique
• Extraits de compost, de fumier
• Eliciteurs (chitosan)
*Rhizobactéries promotrices de croissance des plantes
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BREF…!
La réalité:
• Il y a un marché mondial en progression pour les
aliments plus ‘bio’.
• Les consommateurs sont davantage sensibilisés à la
filière ‘environnementale’.
Prédiction:
Dans un futur rapproché, les biopesticides et biostimulants
pourront probablement faire partie avantageusement de
l’arsenal des moyens disponibles aux producteurs pour
leurs programmes de gestion de lutte intégrée et
d’amendement au sol.
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• Phytophthora infestans
• Deux types sexuels: A1 and A2
• 90’s & 00’s: A1 (US-1) A2 (US-8)
• 10’s : A2 (US-8) A1 (US-23)
Cas type: mildiou de la pomme de terre
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Mildiou de la pomme de terre
(A2) (A1-A2)
1992 2016
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Dispersion – Phytophthora infestans
Lorsque les vents sont importants, les spores
peuvent se déplacer d'au moins 80 km, probablement
davantage.
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Dispersion – Phytophthora infestans
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Situation – Canada 2011
British Columbia Potato A1 US-23 S
Alberta Potato A1 US-11 R
Potato A1 US-24 S
Saskatchewan Tomato A1 US-23 S
Manitoba Potato A1 US-24 S
Tomato A1 US-23 S
Ontario Tomato A1 US-11 R
Tomato A1 CA-9 S
Tomato A2 US-22 S
Tomato A1 CA-10 S
Tomato A2 CA-11 S
Quebec Potato A2 US-8 R
Potato A1 US-24 S
New Brunswick Potato A1 US-23 S
Potato A1 US-24 S
Prince Edward Island Potato A2 US-8 R
Tomato A1 US-23 S
Peters et al. (2014) Can J. Plant Pathol.
Métalaxyl
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Situation – Canada 2012
British Columbia Potato A1 CA-12 R
Potato A1 US-11 I
Alberta Potato A1 US-23 S-I
Saskatchewan Tomato A1 US-23.1 S
Potato A1 US-23 S
Manitoba Potato A1 US-23 S-I
Tomato A1 US-23.1 I
Potato A1 US-24 I
Ontario Tomato A2 US-22 S-I
Quebec Potato A1 US-23 I
New Brunswick Potato A1 US-23 I-R
Prince Edward Island Potato A1 CA-13 S
Potato A1 CA-14 I
Potato A1 US-23 I-R
Alkher et al. (2015) Can J. Plant Pathol.
Métalaxyl
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Situation – Canada 2013-14
US-23,PT
US-23,PT (recomb)
US-23,PT
US-23,PT US-23,PT
US-23,PT
US-23,PT
US-23 (génotype dominant)
US-23,PT
US-24,P
Leaders: Larry Kawchuk, Rick Peters, AAC
P: Pomme de terre
T: Tomate
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Mildiou (Etats-Unis – 2015)
US-23 US-23
US-11
US-8
US-23
USAblight : https://usablight.org
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Mildiou (Etats-Unis – 2016)
US-24
US-8
US-11
US-11
US-8
US-23
USAblight : https://usablight.org
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Mildiou: Isolats récents
USAblight : https://usablight.org
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• Pratiques culturales et rotations
• Élimination des volontaires, déchets et résidus.
• Manutention des semences avant plantation.
• Visites régulières aux champs.
• Modèles de prédiction, Alerte-Mildiou
• Gestion post-récolte
• Fongicides
– De contact
– Pénétrants
– Systémiques
– Acide phosphoreux
Gestion du mildiou
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Produits homologués (Santé Canada)
• Anilazine
• Chlorothalonil
• Diméthomorphe
• Mancozèbe
• Manèbe
• Métalaxyl
• Métirame
• Propamocarbe
• Zinèbe
• Sulfate de cuivre
• Sulfate de cuivre tribasique
• Hydroxyde de cuivre
• Oxychlorure de cuivre
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• Une solution de sulfate de cuivre additionné
de chaux (20% Cu2+)
• Le meilleur (le seul?) moyen alternatif de
lutte directe contre le mildiou (produit de
contact)
• Exploitée depuis plus d’un siècle
• Préventif : l'ion cuivre Cu2+ empêche la
germination des spores à la surface des
feuilles.
• Aucune action curative si l’organisme a
pénétré le tissu végétal.
Bouillie Bordelaise
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Toxicité du Cu2+
LD50 du sulfate de cuivre est de 472 mg/kg chez les rats
– Métalaxyl: 600 mg/kg
– Diméthomorphe: 2,000 mg/kg
– Anilazine: 2,710 mg/kg
– NaCl: 3,000 mg/kg
– Propamocarbe: 5,000 mg/kg
– Manèbe: 5,000 mg/kg
– Zinèbe: 5,000 mg/kg
– Mancozèbe: > 5,000 mg/kg
– Chlorothalonil: 10,000 mg/kg
– Métirame: 10,000 mg/kg
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Pays de l’OCDE (Organisation de coopération et de développement économiques)
Biopesticides pour la pomme de terre
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Pays de l’OCDE (Organisation de coopération et de développement économiques)
Biopesticides contre le mildiou
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- Identifier le potentiel antagoniste et suppresseur d’agents
bactériens contre Phytophthora infestans sur milieux gélosés, sur
feuilles détachées et sur plants entiers (Audy, AAC-Québec)
- Vérifier la faisabilité d’une production de masse (fermentation,
stabilité, efficacité) (Geissler, Boyetchko, AAC-Saskatoon)
- Identification génétique (Dumonceaux, AAC-Saskatoon)
- Étudier les modes d’action (Zhou, AAC-Guelph)
- Développer des formulations adéquates (Hynes, AAC-Saskatoon)
- Transfert technologique (Office de la propriété intellectuelle-AAC)
Ressources:
- Banque de quelques milliers de rhizobactéries
- Équipe multidisciplinaire
Projet: Guerre contre le mildiou!
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Stratégie de dévelopement d’un biopesticide
Agent biologique
Plante - Pathogène (sélection, mode d’action)
Formulation
Technologie
d’application Fermentation
Tests en champs Validation
Plateformes technologiques:
fermentation, formulation, application
(pulvérisation etc)
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1-Test sur milieu gélosé
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2-Test ‘in vivo’ sur feuilles détachées
-Culture bactérienne 48 hrs
-Feuilles submergées dans solution bactérienne
-Feuilles submergées dans inoculum (7,000 sporanges/ml)
-Feuilles incubées sur papier humide à 18-20oC, HR élevée
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3-Test ‘in vivo’ sur feuilles détachées
-Culture bactérienne 48 hrs
-Feuilles submergées dans solution bactérienne
-Feuilles submergées dans inoculum (7,000 sporanges/ml)
-Feuilles nourries par une solution Hoagland 10%
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Incubation room, randomised distribution
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Isolat bactérien KENGFT3 (10 jours)
Autoclavé
Témoin +
Filtrat
Bactérie
Isolat US-8 (A2)
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Six bactéries:
UW01 189
KENGT3 OXWO6B1
OY3WO11 WAUSV36
• Taxonomie diverse
• Gram nég./pos.
• Puissants antagonistes
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Fermentation
7,0
8,0
9,0
10,0
189 KENGFT3 UWO1 OY3WO11 OXWO6B1 WAUSV36
Cfu
/ml
(lo
g 1
0)
Bacterial Isolate Code
Yeast Extract Glucose Medium (YGM) optimization trials in shake flasks. 48hrs at 20C., 150rpm. Potato Late Blight project 2014. Standard Error bars shown.
100% YGM 50% YGM 25% YGM
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6 candidats bactériens contre 4 isolats P. infestans
189
WAUSV36
KENGFT3
UW01
OXWO6B1
OY3WO11
Témoin +
4 expériences 4 Isolats P. infestans
1
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
2
3
3
3
3
3
3
3
• à 7,000 sporanges/ml
• 4 Isolats:
• US-8
• CA-9
• CA-10
• US-22
Nombre de boîtes
Bactéries
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Dispositif expérimental
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Bioessais feuilles détachées et nourries (CA-9, A1)
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AAC-189 pour le contrôle de l’isolat CA-9 (A1)
Day 0
Day 10
Contrôle
+
Bactérie ‘189’ Day 0
Day 10
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Efficacité après 10 jours - CA-9 (A1)
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Différences Statistiquement Significatives (S.S.) à 99%
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Dithane
AAC-WAUSV36 + CTRL
AAC-189
Chimique vs Biologique (CA-09 après 10 jours)
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4- Test avec plantes entières
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Efficacité comparative (CA-9, après 10 jours)
Dithane AAC-189
Contrôle + Serenade Actinovate Rhapsody
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US provisional patent application 62/294,068 - BIOPESTICIDES FOR POTATO LATE
BLIGHT DISEASE - S. Boyetchko, P. Audy, et al.
Diffusion et transfert technologique
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Éta
pes
L
ivra
ble
s
Connaissance scientifique
Découverte et sélection
Validation
Efficacité en serre et en
champ
Dévelopement technologique
Fermentation, formulation,
stabilité
Identification des Marchés
Marchés & utilisation
Transfert technologique
Ententes, licences
Dévelopement des applications
Tests à grande échelle,
formulation
Production en masse
(commerciale)
Procédés manifacturiers,
Adoption de la
technologie
Vente; adoption par les clients
Enregistrement
Produit fini biopesticide
Bio-prospection
Effet, devenir biologique & environmental
Optimisation du biopesticide Technologie manufacturière
/ Production de masse
Collaboration avec des partenaires de l’industrie pour le processus
d’enregistrement et de pré-commercialisation pour assurer le succès de la
technologie.
Modèle de chaîne d’innovation pour le
dévelopement d’un biopesticide
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Conditions sévères de sélection de l’agent biologique:
Toutes les conditions utilisées favorisent P. infestans
• Composition du milieu gélosé
• Cultivar de pomme de terre sensible
• Inoculum +++ (7,000 sporanges/ml)
• Humidité (constante à 90-95% pendant 10 jours)
• Brumisation une fois par jour (lessivage)
• Température d’incubation
Certains isolats bactériens présentent un
potentiel suppressif remarquable contre P.
infestans.
Conclusion
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Futurs travaux
• Optimisation des conditions de cultures de la
fermentation.
• Développement d’une formulation pour application
foliaire.
• Caractérisation de métabolites secondaires.
• Mode d’action
– Identification des composés antifongiques
– Résistance induite
– Identification des cibles (germination des spores?)
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AAC Québec AAC Guelph
Mario Laterrière Ting Zhou (mode d’action)
David Gagné
Réjean Desgagnés McGill University
Patrice Audy Valérie Gravel
Nicholas Foran
AAC Saskatoon
Susan Boyetchko
Tim Dumonceaux (identification)
Karen Sawchyn
Jon Geissler (fermentation)
Russel Hynes (formulation)
Équipe de recherche
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Merci!