Efficacité
enpépinière forestière
d’un inoculum de champignon ectomycorhizien produit en fermenteur
et inclus dans
unematrice de polymères
F. LE TACON G. JUNG P. MICHELOT M. MUGNIER
* 1.N.R.A Station de Recherches sur les Sols forestiers, Centre de Recherches forestières de Nancy,
Champenoux, F 54280 Seichamps
"’"""" 1?fiô17e-Poulefic Reclzercheç, Centre de Recherche.s de la Croix-de-Berny, 182-184, avenue !)f:.sf/!-Bnnn!, F 92160 Antony Cedex
1. Introduction
Le contrôle de la
mycorhization
enpépinière
nécessite depouvoir produire
desquantités importantes
d’inoculum. Pour icschampignons ectomycorhiziens,
l’inoculationen
pépinière
d’unchampignon
déterminépeut
se faire soit par apport de spores, soit parapport
demycélium.
Lapremière
méthode a été essentiellementdéveloppée
par TUIEODOROU
(1971 ),
THEODOROU & BOWEN(1973)
avecRhizopogon
luteolus et parM
ARX
,
MoRRis & MEXAL!(1978)
avec Pisolithus tirzctorius. Cette méthodepeut
être utilisée industriellement parenrobage
desgraines,
mais n’estapplicable qu’aux champi-
gnons
produisant beaucoup
de sporesgermant
facilement.La seconde méthode est
applicable
à tous leschampignons
pouvant sedévelopper
en culture pure.
Traditionnellement,
laproduction
d’inoculummycélien ectomycorhizien
se fait sur un
mélange tourbe-vermiculite,
ou sur de la vermiculiteseule,
saturé parune solution nutritive
adéquate.
Cette méthode neprésente
pas de difficultésparticulières lorsqu’elle
estappliquée
àpetite
échelle aulaboratoire,
mais est difficile à mettre enœuvre industriellement.
Nous avons cherché à
produire
de l’inoculum d’unchampignon ectomycorhizien
par une autre voie. Le
mycélium
est d’abord cultivé en fermenteurpuis
inclus dans unematrice de
polymères,
comme cela a étépréconisé
par DOMMERGUES et al.(1977)
pourles
bactéries, puis
par JUNG et al.(1979).
Divers
types
d’inoculum d’Hebelornacylindrosporum
ont étépréparés
suivant cetteméthode, puis
testés enpépinière.
2. Matériel et méthodes
2.1.
Préparation
des inoculums 2.11. Culture dumicroorganisme
- Souche utilisée : Hebeloma
cylindrosporum,
isolé par G. BRUCHET(Université
de
Lyon),
cultivé et entretenu sur milieugélosé
de MELIN-NORKRANS modifié par MARX
(1969).
- Culture sur
mélange
tourbe-vermiculite : la souche est cultivée sur unmélange
tourbe-vermiculite
(1/3
detourbe,
2/3 devermiculite)
stérilisé àl’autoclave,
additionnéjusqu’à
saturation du milieu deP ACHLE wsKI,
ensemencé par unfragment
de culturesur milieu
gélosé puis
mis à incuber durant deux mois à 25 °C.- Culture en milieu
liguide :
lemicroorganisme
a étédéveloppé
en fermenteurde
capacité
170 à 800litres ;
laséquence adoptée
a été la suivante :. culture
agitée
en fiole de 2 litres(ensemencée
par unepréculture
enerlenmeyer
de 300
ml) ;
. culture inoculum en fermenteur de 75 à 170 litres
(4
à 5jours) ;
culture
productrice
en fermenteur de 170 à 800 litres(2
à 3jours).
Le milieu utilisé est un milieu à base de
peptone,
d’extrait de levure et deglucose (brevet
FR 8104474 du6-3-1979). Après
50 heures de culture en fermenteur de 170 litres(culture directrice)
la biomasse est maximale : 4g/l, exprimé
en matière sècheà
105 &dquo;C ;
lemycélium
seprésente
sous forme de microboulettes de diamètre inférieur à 1 mmqu’il
est aisé derécupérer
parsimple
filtration. Legâteau
obtenu est ensuitelavé 2 à 3 fois à l’eau déminéralisée.
2.12. Inoculums avec Hebeloma
cylindrosporum
inclusHebeloma
cylindrosporum,
obtenu àpartir
du moût defermentation,
a été inclusdans deux
types
depolymères :
.
alginate, polymère
extraitd’algue ;
. polymère
résultant de l’association d’unpolysaccharide
naturel(farine
degraine
de
caroube)
et depolysaccharide biosynthétique (gomme xanthane).
Les
techniques
depréparation adoptées
dérivent de celles que nous avons décrites antérieurement pour l’inclusion de Rhizobiumjaponicum
(DOMMERGUES eta.l., 1977 ; J
UNG
, 1979),
de Frankia et dechampignons mycorhiziens (J UNG
etal., 1981).
- Inoculums à base
d’alginate (ALG) :
Hebelomacylindrosporum
a été inclusen
s’inspirant
duprincipe
utilisé pour l’immobilisation de cellules oud’enzymes
dansde
l’a1ginate
réticulé par des ions CA++(H ACKEL
etal., 1975 ; H ACKEL , 1977 ;
KIER
STAN &
B U C K E, 1977 ; GLICKSMAN, 1969).
0 Billes
d’alginate :
lasuspension mycélienne
obtenue àpartir
dugâteau
defiltration est additionnée
d’alginate puis
versée goutte àgoutte
dans une solution concentrée deCaCI 2 ,
cequi
permet d’obtenir des billes de 2 à 3 mm utilisables directement..
Microgranulés
à base degel d’alginate
et de silice : lemélange alginate
+mycé-
lium est additionné de sulfate de calcium
jusqu’à
obtention d’ungel ;
cegel
est ensuitemélangé
à 20 à 40 p. 100 de silice naturelle ouprécipitée
macroporeuse ou méso- poreuse ; lemélange
est malaxé au « Küstner », séché sous un flux d’air à 25-30 °Cjusqu’à perte
de 40 à 50 p. 100 dupoids,
tamisé si besoin à 2 mmpuis stocké,
àtempérature ambiante,
enrécipient étanche ;
on obtient ainsi un inoculum seprésentant
sous forme de
« microgranulés ».
Les
caractéristiques
des silices lesplus adaptées
sont les suivantes :. surface
BET !
200m 2 /g (méthode
BRUNAUER-EMMENTELLER décrite dans The Journalof
the American ChemicalSociety,
vol.60,
p.309, 1938) ;
surface
CTAB <
150m 2 /g (surface
externe paradsorption
de CTAB àpH 9,
méthodeJ AY ,
JANZEN & KRAUS dans RubberChemistry
andTechnology, 44, 1975) ;
.
prise
d’huile 100 à 400 ml/ 100 g(prise DOP).
Deux silices ont été utilisées dans cet essai :
silice 1
(BET =
100m 2 /g -
CTAB = 5m 2 /g -
DOP = 350 ml/100g)
silice 2
(BET =
150m 2 /g -
CTAB = 40m 2 /g -
DOP = 110 ml/100g)
- Inoculums à base de xanthane -
graine
de caroube(XG) :
pour obtenir ungel
à
partir
dexanthane,
il faut lui associer unpolysaccharide (1-4 galactomannane)
tel quela farine de
graine
de caroube(M OORHOUSE
etal., 1977),
cequi
conduit à une réticula-tion par
synergie
des 2polysaccharides.
.
Microgranulés
à base degel
de xanthane + caroube et de silice : legel
obtenuaprès
inclusion dumicroorganisme (brevet
FR8104474, 1981)
est additionné de silice et traité dans les mêmes conditions queprécédemment (cf. § 2.1.2) ;
on obtient un inoculum sous forme demicrogranulés.
2.13. Inoculums à base de tourbe + vermiculite Deux types d’inoculums ont été
préparés :
. inoculum non lavé : l’inocuium
préparé
en 2.1.1 est utilisédirectement ;
. inoculum lavé : l’inoculum a été lavé abondamment à l’eau ordinaire sur tamis
pendant
20minutes, juste
avantl’incorporation
de l’inoculum au sol de lapépinière.
2.14. Inoculums utilisés
l . Billes
d’alginate : B(ALG) ;
2.
gel (xanthane
+caroube)
+ silice 1 :(XG)
+S1 ;
3.gel (alginate)
+ silice 1 :(ALG)
+SI ;
4.
gel (xanthane
+caroube)
+ silice 2 :(XG)
+S2 ;
5.mycélium
lavé issu du fermenteur :(MYC) ;
6.mélange
tourbe-vermiculite non lavé :(TV) ;
7.
mélange
tourbe-vermiculite lavé :(TVL).
Les inoculums 1 à 4 ont été
préparés
une semaine avant la mise enplace
et stockés à 20-25 °C non stérilement. L’inoculum 5 a été conservé une semaine à + 4 °C.Les inoculums 6 et 7 ont été utilisés
après
incubation en bocal stérile etstockage pendant
un mois à + 4 °C.2.2.
Dispositif expérimental
Le
dispositif
a été installé dans unepépinière
de la Haute-Vienne àPeyrat-le- Château,
située à 580 m d’altitude(pluviosité
1 200 à 1 400 mm,température
moyenne annuelle9 °C).
2.21. Sol
Le sol était
originellement
un sol brun ocreux humifèredéveloppé
surgranite
à deux micas sous une lande boisée à callune. Ce sol a été fortement fertilisé. Il estparticulièrement
riche enphosphore ;
sonpH
est de5,5.
2.22.
Dispositif et
traitementsLe
dispositif
était constitué de 2 séries deparcelles comportant respectivement
20et 24
parcelles
élémentaires de 1 m2 chacune(4 répétitions/traitement) :
la l’° série
(5 traitements)
a été installée en sol désinfecté au bromure deméthyle,
le
22-4-1981 ;
la 2’ série
(6 traitements)
a été mise enplace
en sol non désinfecté.Les traitements
appliqués,
ainsi que lesquantités correspondantes d’inoculum,
sontdonnés dans le tableau 1.
- Semis : le semis a été réalisé le
6-5-1981, chaque parcelle
élémentaire de 1 m2a été
ensemencée,
enplein
et côte àcôte,
avecl’épicéa
commun(Picea
excelsaLinn.)
etle
douglas (Pseudotsuga
menziesüFranco).
- Inoculation : l’inoculation a été
effectuée,
en mêmetemps
que lesemis,
le6-5-1981,
par étalement de l’inoculum sur laparcelle correspondante puis
enfouissement à la« griffe
».2.23. Contrôles
effectués
6 mois
après
le semis(fin
octobre1981,
toutes lesplantules
ont été arrachéesavec
précaution.
Parparcelle
élémentaire nous avons noté les caractères suivants : . le nombre deplantules ;
la hauteur de
chaque plant;
l’intensité de la
mycorhization
dechaque système
racinaire par H.cylindrosporum, appréciée
par un indice allant de 0(aucune mycorhization)
à 5(mycorhization
totaledes racines
courtes) ;
0 l’intensité de la
mycorhization
par d’autreschampignons.
Les différents
types
desymbiotes rencontrés,
outre Hebelomacylindrosporum,
étaient :
Thelephora terrestris,
Laccarialaccata,
Boletus sp(uniquement
surdouglas).
Les résultats ont été traités par
analyse
de variance à deux facteurs contrôlés. Lappds (plus petite
différencesignificative)
aégalement
été déterminée.3. Résultats
3.1. Essai de
m y corhization
en soldésinfecté
Cinq
traitements(cf.
tabl.1)
ont étéappliqués
surPseudotsuga
meraziesü et Piceaexcelsa en sol désinfecté : non inoculé =
NI ;
billesd’alginate
=B(ALG) ; gel (xanthane
+
caroube)
+ silice 1 =(XG)
+SI ; gel (alginate)
+ silice 2 =(ALG)
+S2 ;
tourbe + vermiculite non lavées = TV.
3.11.
Symbiose Pseudotsuga
menziesii-H.cylindrosporum
-
Mycorhization :
avec les inoculums obtenus par inclusion demycélium produit
en fermenteur dans une matrice de
polymères (B(ALG)
-(XG)
+ SI -(ALG)
+SI),
l’indice de
mycorhization quoique
assez moyen(rv 1,55)
estcependant significativement supérieur
à celui de l’inoculumclassique
tourbe +vermiculite ;
les résultats sont donnésdans le tableau 2.
- Levée et croi.ssance : les
parcelles inoculées,
enparticulier
par les trois inoculumspréparés
àpartir
d’une culture enfermenteur,
permettent une levéesignificativement
supérieure
à celle de laparcelle
témoin avec une tendance en faveur de l’inoculum sousforme de billes
d’alginate [B(ALG)].
Iln’y
a en revanche aucune différencesignificative
entre traitements pour la croissance en
hauteur ;
les résultats obtenus sont donnés dans le tableau 3.D’une manière
générale
Lepourcentage
delevée,
ainsi que la croissance enhauteur ont été très faibles en raison des mauvaises conditions
climatiques
duprintemps qui
a été froid et trèspluvieux.
3.12.
Symbiose
Picea excelsa - H.cylindrosporum
L’indice de
mycorhization
par Hebelomacylindrosporum
est bon avec lesquatre
types d’inoculum(2,0
à3,0).
L’inoculumclassique
sur tourbe-vermiculite(TV)
estcependant significativement
inférieur aux deux inoculumspréparés
àpartir
d’une cultureen fermenteur
(XG)
+ SI et(ALG)
+Sl(tabl. 4).
- Levée et croissance : comme
l’indique
le tableau5,
le nombre deplantules
par m2 ne diffère pas
significativement
entre lestraitements ;
l’inoculum à base de billesd’alginate [B(ALG)]
assure une croissance en hauteursupérieure
à celle de tous les autrestraitements,
bienqu’il
n’ait pas le meilleur indice demycorhization.
3.2. Essai de
mycorhization
en sol rzondésinfecté
Six traitements
(cf.
tabi.1)
ont étéappliqués
surPseudotsuga
menziesü et Picea excelsa en sol non désinfecté : non inoculé =NI ;
billesd’alginate = B(ALG) ; gel
xanthane-caroube + silice 2 =(XG)
+S2 ; mycélium
lavé =(MYC) ;
tourbe+vermiculite non lavée =
(TV) ;
tourbe + vermiculite lavée =(TVL).
3.21.
Symbiose Pseudotsuga
menziesii - H.cylindrosporum
-
Mycorhization :
d’une manièregénérale
lesplants
sont extrêmement mal myco- rhizés en sol non désinfecté(tabl. 6).
L’inoculation par Hebelomacylindrosporum
est unéchec
quel
que soit letype
d’inoculum. Seull’apport
demycélium
non conditionné a unléger
effetpositif
sur l’indice demycorhization.
Lamycorhization
parThelephora
terrestris n’est pas modifiée par
l’apport
d’inoculum d’Hébélome. Par contre la myco- rhization par unchampignon
detype
Boletus est amélioréelorsque
l’inoculum d’Hebeloma estapporté
sous forme demélange
tourbe-vermiculite non lavé. Laprésence
des sucreset des éléments minéraux du milieu doit en être la cause.
- Levée et ci-oissance : Il ressort du tableau
7,
que parrapport
au sol désinfecté la hauteur et le nombre deplantules
dedouglas
ne sont passignificativement
différentssix mois
après
l’inoculation. On noteracependant
que l’inoculation en sol non désinfecté n’améliore pas le nombre desemis,
sauf pour l’inoculum tourbe-vermiculite nonlavé,
alors que cette amélioration était très nette en sol désinfecté
(cf.
tabl.3).
Les différents
types
d’inoculums n’ont pas d’effet sur la croissance enhauteur,
sauf pour l’inoculum tourbe-vermiculite non lavé
qui
a unléger
effet. Celéger
effetde l’inoculum non lavé tourbe-vermiculite sur le nombre de semis et la
croissance, peut
êtreattribué,
soit directement à l’effet sur l’arbre des éléments minéraux ouorganiques
du
milieu,
soit à son effet indirect sur lamycorhization
par lechampignon
detype
Bolet.3.22.
Symbiose
Picea excelsa - H.cylindrosporum
-
Mycorhization :
comme pour ledouglas, l’épicéa
est très malmycorhizé
en solnon désinfecté
(tabl. 8).
L’inoculation par Hebelonia
cy/indrosporum
estégalement
un échecquel
que soit le type d’inoculum. On noteraqu’Hebeloma cylindrosporurrc
ou un autre hébélomeest
présent
dans letémoin,
mais l’indice demycorhization
est très faible(0,02
à0,38).
Au contraire de ce que nous avons observé pour
l’épicéa,
lamycorhization
parThelephora
terrestris estaugmentée
parl’apport
d’inoculum d’hébélome sous forme demélange
tourbe-vermiculite nonlavé, toujours probablement
en raison de laprésence
de sucres et d’éléments minéraux dans le milieu. Il
n’y
a par contre pas d’effet sur lamycorhization
par Laccaria laccata. On notera que lesmycorhizes
detype Boletils,
que nous rencontrons sur
douglas,
ne s’observentjamais
surépicéa.
- Levée et croissance : il
n’y
a aucun effet dutype
d’inoculum sur la croissanceen hauteur de
l’épicéa (tabl. 9).
Par contre, l’inoculumtourbe-vermiculite, qu’il
soitlavé ou non
lavé,
amélioresignificativement
le nombre de semis par m2.4. Discussion et conclusions
En
1981,
les conditionsclimatiques
ont été extrêmement défavorables à lapépinière
de
Peyrat-le-Château (très
bassestempératures
en mai avec excès depluviosité,
bassestempératures pendant
la saison devégétation).
Il s’en est suivi une très mauvaisegermination,
unegermination
très échelonnée dans le temps pour ledouglas (3 mois)
et une mauvaise croissance
générale,
aussi bien pourl’épicéa
que pour ledouglas.
Il n’est donc pas étonnant que les différents traitements n’aient eu
qu’une
faibleinfluence sur la croissance en hauteur des
plants.
Le but essentiel de ces essais étaitde comparer l’efficacité de différents types d’inoculums d’Hebelonm
cylindro.l’polïl1ll
sur le
développement
de lamycorhization.
En sol non
désinfecté,
ilapparaît impossible
d’inoculer de manière satisfaisante Hebelorrcncylindrosporum, quel
que soit le type d’inoculum(indice
demycorhization
! 0,30 -
inoculumclassique
lavé ou nonlavé,
inoculumproduit
en fermenteur et inclus ou non dans des réseaux depolymères).
Ce résultat est assezsurprenant,
car ilne semble pas
qu’il
y ait unproblème
decompétition
entrechampignon
introduit etchampignons préexistants
dans le sol. Eneffet,
en sol non désinfecté lamycorhization
naturelle est extrêmement faible : très faible
mycorhization
naturelle parThelephora
terres tris et Laccaria laccata pour
l’épicéa (indice
demycorhization
=0,37
et0,12 respectivement)
et pour ledouglas
parThelephora
terrestri.s et unchampignon
nondéterminé de type Boletits
(mycorhizes blanches,
manteaufeutré,
nombreux rhizo-morphes
blancs - indice demycorhization
=0,015
et0,12 respectivement).
Il semble donc que la cause de l’échec de l’inoculation par Hebeloma
cylindrospor lll n
en sol non désinfecté soit
plutôt
dû à lacompétition
avec la microflore totale dusol, qu’à
une concurrence avec les autreschampignons ectomycorhiziens présents
naturel-lement dans le sol de la
pépinière.
On notera que l’inoculum d’Hebeloma
cylindrosporum, apporté
sous forme demélange
non lavé de tourbe et devermiculite,
a un effet favorable sur ledéveloppement
de la
mycorhization
par d’autreschampignons ectomycorhiziens présents
naturellement dans le sol. Cet effet est net pour lesmycorhizes
deThelephora
terrestris dans le cas del’épicéa (indice
demycorhization
=1,27
contre0,37
pourNI)
et pour lesmycorhizes
de
type
Bolet dans le cas dudouglas (indice
demycorhization
!0,51
contre0,12 NI).
En sol
désinfecté
au bromiti-e deméthyle
l’inoculation d’Hebelomacylindrosporum
s’effectue de manière très satisfaisante et de
façon
sensiblementidentique
enparticulier
avec les 3 inoculums
préparés
àpartir
demycélium produit
en fermenteur et inclus dans despolymères (billes d’alginate, mélange gel-xanthane-farine
de caroube + silicemacroporeuse,
gel alginate
+ silicemacroporeuse).
Pour le
douglas,
lamycorhization
est assez moyenne(indice
demycorhization - 1,56)
avec lespolymères
et extrêmement mauvaise avec l’inoculum lavé tourbe- vermiculite(indice
demycorhization
=0,20).
Pour
l’épicéa,
lamycorhization
est excellente avec l’inoculum inclus dans lespoly-
mères
(indice
demycorhization = 2,49
à3,03)
et un peu moins bonne avec l’inoculumnon lavé tourbe-vermiculite. Cette différence entre les deux
espèces
est à mettre enparallèle
avec les difficultés degermination.
Pourl’épicéa
lagermination
a été trèsmauvaise
(peu
degraines
ontgermé),
mais relativementrapide (levée
3 semainesaprès
le
semis).
Lemycélium
des 4 typesd’inoculum,
ycompris
celui de l’inoculum tourbe-vermiculite,
a survécujusqu’à
ce que les racines deviennentréceptives
à lamycorhization.
Pour le
douglas
lagermination
a été très échelonnée dans letemps,
laplupart
desgraines
n’ontgermé qu’après
3 mois et les racinesréceptives
ne sont apparuesqu’après
4 mois.
Le
mycélium
inclus dans lespolymères
a relativement bienrésisté,
restant suffi-samment infectieux pour induire la
mycorhization
4 moisaprès
l’inoculation. Par contre, lemycélium
de finoculumclassique
tourbe-vermiculite n’aprobablement
pas pu résister durant 4mois,
cequi pourrait expliquer
sa très faible efficacité surdouglas,
du moinsdans les conditions de 1981.
Il
apparaît
donc que cette méthode deproduction
d’inoculum dechampignon ectomycorhizien
en fermenteur avec inclusion dans desgels
depolymères
s’avère trèsefficace et
plus efficace,
au moins dans les conditions de notreessai,
que l’inoculumclassique produit
surmélange
tourbe-vermiculite.Il reste à contrôler l’efficacité de cette méthode pour d’autres
champignons
etd’autres essences forestières et à
préciser
lespossibilités
de conservation de cetype
d’inoculum.Reçu
pourpublication
le 30juin
1982.Summary
Efficiency
in aforest
nurseryof
an iizoculumof
anectomycorrhizal fungus produced
in afermentor
andentrapped
inpolymetric gels
Pure culture inocula of ectomycorrhizal
fungi
are usuallyproduced
on a vermiculite peat mixture.They
can also be prepared by cultivating the fungus in a fermentor andentrapping
it in apolymeric gel
as proposedby
DOMMERGUES et al. (1979) for bacteria and JurrG et al. (1981) for differentmicroorganisms.
We haveprepared
different types of inoculum of Hebelomacylindro.rporum
as follows :- non washed peat vermiculite
inoculum ;
- washed peat vermiculite
inoculum ;
-
pellets
ofmycelium
cultivated in a fermentor of 800liters ;
-
pellets
ofmycelium
cultivated in a fermentor and included in analginate gel ;
-
pellets
ofmycelium
cultivated in afermentor,
included in analginate gel
andmixed with macropourous
silica ;
-
pellets
ofmycelium
cultivated in a fermentor, included in a gel of xanthane and 1-4galactomannan
(caroube gel) and mixed with macropourous silica.These different types of inoculum have been tested with spruce (Picea exelsa) and
douglas
fir(Pseudotsuga douglasii)
infumigated
and nonfumigated
nursery soil.In non fumigated soil it is
impossible
to obtain a good mycorrhizal development by Hebelomacylindrosporum
with any of the above types of inoculum.In
fumigated
soil we have obtained agood mycorrhizal
development of the twospecies
with Hebeloma
cylindro.sporum.
The
mycelium entrapped
in the three types ofpolymers
(alginate,alginate
and macro-pourous silica, xanthane, galactomannan and macropourous
silica)
is a better inoculum than the nonentrapped mycelium
or themycelium produced
on peat and vermiculite.This method of
producing mycelium
of anectomycorrhizal
fungus in fermentor andentrapping
it in apolymeric gel
seems to be a suitable way forproducing
largequantities
of commercial inoculum.
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