Félix Marsan-Pelletier1, Anne Vanasse1, Marie-Josée Simard2, Marie-Édith Cuerrier3
1Département de phytologie, Faculté des sciences de l’agriculture et de l’alimentation,
Université Laval, 2425 rue de l’Agriculture, Université Laval, Québec, Québec, Canada, G1V 0A6
2
Agriculture et Agroalimentaire Canada, Centre de recherche et de développement de Saint- Jean-sur-Richelieu, 430 Gouin, Saint-Jean-sur-Richelieu, Québec, Canada, J3B 3E6
3
Consultante, Otterburn Park, Québec, Canada, J3H 5Z1
Résumé
Le nombre d’espèces et de populations de mauvaises herbes résistantes aux herbicides augmente continuellement. L’objectif du projet était de faire une enquête sur la petite herbe à poux (Ambrosia artemisiifolia L.) résistante à l’imazéthapyr dans les champs de soya (Glycine max L). de variété conventionnelle en Montérégie, au Québec. En 2014 et 2015, des graines matures de petite herbe à poux ont été récoltées dans 123 champs de soya sur un minimum de 40 plants par champ. Des plantules issues de ces graines ont été cultivées en serres et traitées à l’herbicide imazéthapyr au stade cotylédons à deux feuilles de la petite herbe à poux. L’expérience incluait deux traitements, soit une bouillie sans herbicide et la dose recommandée à l’étiquette (100,8 g e.a. ha-1
), appliqués sur les plantules issues des échantillons récoltés et des témoins sensible et résistant aux herbicides du groupe 2, selon quatre répétitions de 15 plantules. Vingt populations ont aussi été évaluées selon trois doses d’herbicide (100,8; 201,6 et 403,2 g e.a. ha-1) et un traitement sans herbicide. Une évaluation visuelle des dommages et de la biomasse aérienne de chaque plantule a été faite quatre semaines après le traitement. Un plant était classé résistant dans le cas où la note de l’évaluation visuelle était égale ou inférieure à 20 % de dommages. La résistance a été qualifiée en développement lorsqu’il y avait plus d’un plant et moins du tiers de l’ensemble des plants classés résistants alors qu’une population a été déclarée résistante lorsque le tiers ou plus des plants étaient classés résistants. De la résistance à l’imazéthapyr a été détectée dans 81 % des échantillons; la résistance était en développement dans 21,1 % des cas et
27
bien établie dans 59,4 % des cas. Le facteur de résistance des populations résistantes était supérieur à 5 et celui des populations avec de la résistance en développement, de 1,04. Ces résultats confirment la présence de multiples populations de petite herbe à poux résistantes à l’imazéthapyr dans la région de la Montérégie.
Mots-Clés : herbicide, inhibiteurs de l’acétolactate synthase (ALS), mauvaise herbe, résistance.
Introduction
La petite herbe à poux est une plante annuelle originaire du centre de l’Amérique du Nord qui se retrouve désormais en Amérique du Sud, en Australie, en Europe et en Asie où elle est considérée comme une plante invasive (Basset et Crompton 1975; Gaudeul et al. 2011). Elle pousse sur le bord des routes, sur des terrains incultes, à l’intérieur des plates-bandes et sur les terres cultivées où elle est une des mauvaises les plus répandues en Ontario (Basset et Crompton 1975; Pest Management Centre 2017). La floraison de cette plante débute environ 119 jours après sa germination, soit principalement durant les mois d’août et de septembre au Québec (Invasive Species Compendium 2017) et un seul plant produit en moyenne 3 500 graines dans une culture de soya (Simard et Benoit 2012). Cette mauvaise herbe est compétitive; la présence de cinq plants m-2 réduit respectivement de 21 et 33 % les rendements dans la culture du maïs et du soya (Ministère de l’Agriculture, de l’Alimentation et des Affaires Rurales de l’Ontario 2016b).
Les herbicides demeurent la catégorie de pesticides la plus vendue au Québec en 2015 avec 65,7 % des ventes dans le domaine agricole (Ministère du Développement Durable, de l’Environnement et de la Lutte aux Changements Climatiques 2015) et représentent le moyen de lutte le plus souvent utilisé contre les mauvaises herbes, incluant la petite herbe à poux dans la culture du soya. Les herbicides sont classés en groupes selon leur mode d’action dans la plante. Pour des applications qui visent à supprimer l’herbe à poux en pré- semis ou prélevée de la culture du soya, les choix de groupes sont relativement nombreux, car les groupes 2, 3, 4, 5, 7, 9, 10, 13, 14, 15 et 22 peuvent être utilisés. Par contre, il y a seulement les groupes 2, 6 et 14 qui sont recommandés pour les applications en post-levée du soya conventionnel (Ministère de l’Agriculture, de l’Agroalimentaire et des Affaires
28
Rurales de l’Ontario 2016a; Centre de Références en Agriculture et Agroalimentaire du Québec 2017). Les choix d’herbicides demeurent restreints puisqu’il faut tenir compte de plusieurs facteurs tels que la tolérance de la culture du soya à ceux-ci, des cas de résistance déjà connus et de l’efficacité de suppression de l’herbicide sur la mauvaise herbe visée. La fréquence d’utilisation des herbicides du groupe 2est élevée puisque ce sont des produits efficaces à faible dose, avec un large spectre d’action et un effet résiduel. Ils sont d’autant plus utilisés par le fait que la culture du soya est en constante augmentation au Québec où les superficies ensemencées ont bondi de 67 % entre les années 2006 et 2016 et que 46 % de la superficie cultivée en soya était de type conventionnel durant ces années (Ministère de l’Agriculture, des Pêcheries et de l’Alimentation 2017). Cette intensification a donc aussi créé une augmentation de l’utilisation des herbicides du groupe 2 et ce, sur une plus grande superficie, faisant augmenter sans cesse la pression de sélection.
Les premiers herbicides appartenant au groupe 2 ont été commercialisés en 1982 (dans Tranel et Wright 2002) et sont principalement utilisés pour supprimer les mauvaises herbes à feuilles larges dans les cultures de légumineuses, mais sont aussi utilisés dans les cultures de céréales et de maïs. Dès 1987, des résistances ont été diagnostiquées chez la laitue scariole (Lactuca serriola L.) en Idaho aux États-Unis (Mallory-Smith et al. 1990) et chez le kochia (Kochia scoparia L.), dans l’état du Kansas (Primiani et al. 1990). Le premier cas documenté de résistance au groupe 2 chez la petite herbe à poux a été détecté en 1998 dans l’état de l’Indiana (Heap 2018). À l’échelle mondiale, il y avait 159 espèces de plantes résistantes aux herbicides du groupe 2 en 2017 (Heap 2018) et ces nombreux cas sont entre autres explicables par le fait que différentes mutations, causées par le changement d’une seule paire de bases, peuvent conférer cette résistance chez les mauvaises herbes. Bien qu’une seule mutation soit présentement identifiée chez la petite herbe à poux, soit la substitution du tryptophane en leucine au codon 574 sur le gène codant l’ALS, il y en a parfois plusieurs chez d’autres espèces (Tranel et Wright 2002; Beckie et Tardif 2012). Ces mutations sont naturellement présentes chez les espèces sauvages avec une fréquence d’un plant sur 100 000 comparativement à la fréquence de résistance au groupe 9 qui est estimée à un plant sur 100 millions (Heap 2015). L’utilisation répétée d’herbicides du même groupe a été identifié comme une cause de l’apparition des cas de résistance puisqu’elle augmente
29
la pression de sélection (Thill et al. 1994; Van Wely et al. 2015b). Aux États-Unis et au Canada, 35 cas de résistance ont été répertoriés aux groupes 2, 5, 7, 9 et 14 chez la petite herbe à poux (Heap 2018), 31 étaient répartis à travers 21 états américains, la majorité dans l’est du pays, et 15 de ceux-ci étaient des populations résistantes à un herbicide du groupe 2 dont huit avaient une résistance multiple à un ou deux autres groupes. Parmi les trois cas de résistance au groupe 2 diagnostiqués au Canada, deux ont été répertoriés en Ontario, le premier en 2000 et le deuxième en 2012, ce dernier était résistant à la fois aux groupes 2 et 9. Le troisième cas a été localisé au Québec en 2007 (Heap 2018).
Les herbicides du groupe 2, dont fait partie l’imazéthapyr, sont mobiles dans le phloème et procure un effet résiduel suite à leurs applications en inhibant l’acétolactate synthase (ALS), une enzyme essentielle pour la formation des acides aminés ramifiés soit la leucine, l’isoleucine et la valine (Ministère de l’Agriculture, de l’Agroalimentaire et des Affaires Rurales de l’Ontario 2017). Comme les mutations qui confèrent la résistance aux inhibiteurs de l’acétolactate synthase se situent dans l’ADN du noyau, la résistance peut donc se propager autant par le pollen que par les semences chez la petite herbe à poux (Tranel et Wright 2002). La résistance est également dominante, un seul allèle avec une mutation qui confère la résistance est nécessaire pour que la petite herbe à poux soit résistante. Une fois celle-ci acquise par la petite herbe à poux, le coût métabolique de cette résistance est bas, l’allèle a donc davantage de chances d’être sélectionné (Gressel et Segel 1990; Tranel et Wright 2002). Si une population est résistante aux herbicides du groupe 2, elle peut être résistante à un seul, plusieurs ou tous les herbicides de ce groupe (Beckie et Tardif 2012). Il y a pour l’instant seulement la mutation Trp574Leu qui a été identifiée comme conférant une résistance aux herbicides du groupe 2 chez la petite herbe à poux et cette mutation est à large spectre, c’est-à-dire qu’elle confère de la résistance à plusieurs familles chimiques de ce groupe (Patzoldt et al. 2001; Beckie et Tardif 2012)
Afin de déterminer le niveau de résistance d’une population de mauvaises herbes et de comparer celui-ci entre différentes espèces, différents herbicides et différentes régions, il est nécessaire de déterminer la DR50 des différents populations comparées. Cette DR50
représente la dose d’herbicide nécessaire pour réduire de 50 % la biomasse aérienne d’une population de mauvaises herbes. Les valeurs de DR50 sont ensuite utilisées pour déterminer
30
le facteur de résistance qui est le rapport entre deux DR50, celle d’une population résistante
et celle d’une population sensible (Streibig 1980; Schabenberger et al. 1999). Lorsqu’il a été calculé pour l’herbe à poux résistante aux herbicides du groupe 2, ce facteur était généralement élevé (Taylor et al. 2002; Rousonelos et al. 2012; Van Wely et al. 2015b). Depuis le premier cas de résistance au groupe 2 détecté en 2006-2007 au Québec, le nombre de cas a augmenté à 33 jusqu’en 2015, toutes espèces et groupe d’herbicides confondus, alors qu’il y avait 17 populations de petite herbe à poux résistantes au groupe 2 à cette même date (Bernier 2012; Simard et Bernier 2014; Bernier 2015; Cuerrier 2017). Sachant que le nombre de cas rapporté est fait sur une base volontaire et que la majorité des cas de résistance ont été trouvés dans le soya conventionnel en Montérégie, un inventaire plus exhaustif était justifié.
L’objectif du projet était de faire une enquête sur la petite herbe à poux résistante à l’imazéthapyr dans les champs de soya de variété conventionnelle en Montérégie, au Québec. L’hypothèse était que les populations de petite herbe à poux observées au champ après le traitement herbicide sont résistantes dans une proportion élevée, soit plus de 50 %. Cette hypothèse est justifiable par les résultats précédemment obtenus au Québec, soit que 62,5 % des échantillons ayant pu être testés avaient des plants résistants. Le deuxième objectif était de caractériser le niveau de résistance des populations en déterminant le facteur de résistance à l’aide de courbes de réponse de la petite herbe à poux à l’imazéthapyr.
Matériel et méthodes
Détection et repérage
Le projet d’enquête a été largement publicisé dès le printemps 2014 et jusqu’à l’automne 2015 auprès des producteurs et des différents intervenants du secteur œuvrant en Montérégie afin de solliciter leur participation. Les populations de petite herbe à poux ont été sélectionnées dans des champs de soya conventionnel (non-OGM) traités avec différents herbicides du groupe 2 et localisés: 1) à proximité de champs où des cas avaient déjà été confirmés dans le passé; 2) dans des champs, soupçonnés par les intervenants, de contenir une population résistante; 3) dans des champs où des groupements de petite herbe
31
à poux étaient visibles de la route et; 4) dans des champs pouvant avoir des liens (travaux à forfait, échange d’équipements, transferts d’intrants) avec d’autres champs contenant des populations déjà confirmées résistantes. Dans tous les cas, les populations de petite herbe à poux devaient avoir survécu aux traitements herbicides (la taille et le stade des plants en sont de bons indicateurs). Des visites sur le terrain durant les mois de juillet et d’août 2014 et 2015 ont été réalisées par l’équipe de travail afin de visiter et d’évaluer les sites rapportés par les collaborateurs et pour effectuer des activités de repérage à partir de la route.
Récolte et semis
Les populations de petite herbe à poux, préalablement repérées durant l’été, ont été échantillonnées durant les mois de septembre et octobre avant la récolte du soya, soit 78 populations en 2014 et 45 en 2015. Les étapes de récolte, de conservation, de stratification et de semis des graines de petite herbe à poux sont illustrées à la figure A9 (annexe- enquête). L’échantillonnage était basé sur la récolte d’un minimum de 40 plants par champ qui ont été sectionnés à leur base et secoués au-dessus d’un bac de plastique afin de recueillir les graines matures (Heap 1994). Le contenu du bac a été transvidé dans un sac de papier et placé dans une étuve à 30°C pendant 24 à 48 heures. Le contenu du sac a subi deux passages dans un crible formé de deux tamis (no 9 rond et no 1/13 rond). Les semences ont été entreposées dans une chambre de conservation à 4°C. Dix semaines avant le semis, 15 g de semences par population ont été placés dans des pochettes d’organza qui ont été déposées entre deux couches de cinq cm de sable humide et entreposées à 4°C (Willemsen 1975, Rousonelos et al. 2012). Deux lots de semences témoins, un sensible et un résistant aux herbicides du groupe 2, ont été utilisés. Les semences provenant de plants sensibles ont été récoltées dans des champs sous régie biologique de différentes localités en Montérégie (Québec). Les semences de plants résistants étaient issues de populations de petite herbe à poux en provenance de l’Ontario et déclarées résistantes dans le passé (François Tardif, Université de Guelph, Ontario). Les graines ont été semées dans des plateaux multi-cellules contenant un mélange d’une part de terre noire organique pour trois parts de terreau à transplantation Agro-Mix G5®, tous deux de marque Fafard® (Saint-Louis et al. 2005). Pour chacune des 123 populations, trois semences ont été enfoncées à cinq mm de profondeur dans chacune des cellules d’un plateau en comportant quatre-vingt-seize. Les
32
lots de semences des témoins sensible et résistant ont subi la même procédure. Les plateaux ont été disposés aléatoirement dans une serre avec une photopériode de seize heures (150 à 180 umol m-² s-1) et une alternance de température entre 23° C le jour et 21 °C la nuit. Le substrat a été gardé humide en tout temps. À leur levée, les plantules ont été éclaircies à une seule par cellule de façon à obtenir quatre répétitions de 15 plants par traitement. Au final, il y a eu quatre répétitions de 15 plantules par population et par traitement, pour un total de 14 760 plantules (4 répétitions x 15 plantules x 123 populations x 2 traitements = 14 760) traitées et évaluées avec deux traitements (0X-1X). Il y a eu deux témoins, un sensible et un résistant, qui ont été ajoutés aux populations testées soit 240 plantules (4 répétitions x 15 plantules x 2 témoins x 2 traitements = 240).
Traitements
Les deux traitements, avec et sans herbicide, ont été faits selon les directives du fabriquant de l’herbicide imazéthapyr (BASF 2012). La bouillie herbicide a été appliquée en serre avec un pulvérisateur à dos à un volume de 200 L ha-1, une pression de 165 kPa et une vitesse d’avancement de 3,2 km h-1
au stade deux cotylédons à deux feuilles de la petite herbe à poux. La bouillie sans herbicide contenait de l’eau, un surfactant non-ionique à 0,25 % v/v et une solution azotée (28-0-0) à un volume de 2 L ha-1. La bouillie avec l’herbicide contenait les mêmes ingrédients et de l’imazéthapyr (240 g L-1 de Pursuit®, BASF Canada, Mississauga, Ontario, Canada) à une dose de 100,8 grammes d’équivalent acide à l’hectare.
Pour les courbes de réponse, vingt populations échantillonnées lors de la première année ont été traitées à nouveau durant la deuxième année avec quatre traitements d’imazéthapyr : aucun herbicide, la dose standard (100,8 g e.a. ha-1), deux fois (201,6 g e.a. ha-1) et quatre fois (403,2 g e.a. ha-1) la dose standard. La sélection des vingt populations s’est effectuée en fonction de la disponibilité des semences et des diagnostics préalablement obtenus afin de tester des populations avec différents niveaux de résistance. Ainsi, deux populations sensibles ont été retenues, six dont la résistance est en développement (définie plus bas) et dix dont la résistance est établie (définie plus bas), en plus d’un témoin sensible et résistant aux herbicides du groupe 2. Pour cette partie de l’expérience, il y avait donc 5 280 plantules (4 répétitions x 15 plantules x (20 populations + 2 témoins) x 4 traitements = 5 280). Pour
33
tous les traitements, les plants ont été fertilisés à deux reprises, une et trois semaines après la pulvérisation d’herbicide, avec un engrais minéral soluble (20-20-20) à raison d’1 g L-1
d’eau.
Évaluations
Deux et quatre semaines après le traitement (SAT) herbicide, les plants ont été évalués visuellement selon une échelle graduée de dommages de 0 à 100 (Brown et Farmer 1991; Grey et al. 2006; Ellis et al. 2010) (Tableau A1 de l’annexe-enquête). Quatre SAT, la partie aérienne des plants a été récoltée et placée individuellement dans des enveloppes de papier qui ont été mises dans une étuve à 55 °C pendant 24 heures ou jusqu’à l’atteinte d’un poids constant. Les plants ont ensuite été pesés individuellement avec une balance micrométrique afin d’obtenir la biomasse aérienne sur une base de matière sèche.
Diagnostic
Un plant a été déclaré résistant si, quatre SAT, la cote de l’évaluation visuelle de celui-ci était égale ou inférieure à 20 % de dommages. Ce seuil a été établi en fonction de l’échelle d’évaluation visuelle des plants et du comportement des témoins sensibles et résistants lors du premier essai puisqu’aucun plant du témoin résistant, traité à l’herbicide, n’a dépassé le seuil de 20 % de dommages. Une population a été diagnostiquée sensible si elle contenait au plus un plant résistant dans l’ensemble des quatre répétitions (Llewellyn et Powles 2001). La résistance a été qualifiée en développement lorsqu’il y avait plus d’un plant et moins du tiers de tous les plants classés résistants. Une population a été déclarée résistante lorsque le tiers ou plus des plants étaient classés résistants (Llewellyn et Powles 2001).
Statistiques
Pour les populations testées avec deux traitements (aucun herbicide et dose standard d’imazéthapyr), la moyenne des dommages visuels et de la biomasse sèche aérienne ainsi que le nombre de plants déclarés résistants a été calculée. Ces données ont été analysées avec la procédure MIXED du logiciel SAS®, version 9.4, où les populations étaient considérées comme un effet fixe et les répétitions en effet aléatoire. Les analyses ont été faites pour chaque année séparément. Les tableaux d’ANOVA (p<0,05) sont présentés aux Tableaux A2 à A5 (annexe-enquête). Pour les courbes de réponse des dommages et de la biomasse en fonction des doses d’herbicides, les moyennes ont été comparées avec le test
34
LSD protégé de Fisher avec un seuil minimal de p=0,05. Les courbes de réduction de la biomasse en fonction de la dose d’herbicide ont été créées avec le logiciel SAS®, version 9.4, avec une procédure de régression logistique (Streibig 1980, Seefeldt et al. 1995, Knezevic et al. 2007). La réduction de la biomasse en fonction de la dose a été déterminée avec l’équation suivante pour chaque diagnostic : (1+𝑒𝑥𝑝𝑎−𝑘(𝑑−𝑏)) où a représente l’asymptote, k le taux de croissance, d la dose d’herbicide (g e.a ha-1
) et b le point d’inflexion. Le facteur de résistance a été calculé en divisant la dose d’herbicide permettant de réduire de 50 % la biomasse aérienne (DR50) d’une population présentant de la
résistance par la DR50 du témoin sensible.
Résultats et discussion
Enquête de 2014 et 2015
En 2014, 78 populations de petite herbe à poux ont été récoltées et 45 en 2015. Au total, 19,5 % de toutes les populations ont été diagnostiquées sensibles, 21,1 % avec une résistance en développement et 59,4 % étaient résistantes à l’herbicide imazéthapyr (Tableau 1). En additionnant les populations avec une résistance en développement et celles résistantes, 80,5 % des populations testées contenaient des plants de petite herbe à poux résistants. Ces résultats demeurent inférieurs à ceux obtenus par Van Wely et al. (2015b) où 100 % des 24 populations testées en Ontario ont été déclarées résistantes. Ce taux élevé de résistance s’explique par la grande fréquence de l’allèle conférant la résistance dans les populations sensibles et l’utilisation répétée des herbicides du groupe 2 (Thill et al. 1994; Van Wely et al. 2015b). Comme les superficies cultivées en soya ont augmenté de 67 % entre les années 2006 et 2016 au Québec et que 45 % de celles-ci se trouvaient dans la région de la Montérégie en 2016 (Ministère de l’Agriculture, des Pêcheries et de l’Alimentation 2017; Institut de la Statistique du Québec 2017), cela augmente également la pression de sélection suite à l’utilisation des mêmes herbicides sur une plus grande superficie, ce qui expose davantage de populations de mauvaises herbes.