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Étude de la mycorhization du blé sur trois niveaux de diversité génétique : culture simple, mélange variétal et
association blé/légumineuse
Camille Devineau
To cite this version:
Camille Devineau. Étude de la mycorhization du blé sur trois niveaux de diversité génétique : culture simple, mélange variétal et association blé/légumineuse. 2015, 91 p. �hal-01458647�
Etude de la mycorhization du blé sur trois niveaux de diversité génétique : culture simple, mélange variétal et association blé/légumineuse
Devineau Camille
2014-2015
DUT génie biologie – Option agronomie
Maître de stage : Mme Serpolay-Besson Estelle Tuteur pédagogique : M. Perrissin-Fabert Dominique
INRA Le Rheu - SAD Paysage Du 13/04/15 au 03/07/15
Soutenu publiquement le 6 juillet 2015
ENGAGEMENT DE NON PLAGIAT
Je soussignée Devineau Camille
déclare être pleinement consciente que le plagiat de documents ou d’une
partie d’un document publiée sur toutes formes de support, y compris l’internet, constitue une violation des droits d’auteur ainsi qu’une fraude caractérisée.
En conséquence, je m’engage à citer toutes les sources que j’ai utilisées pour écrire ce rapport ou mémoire.
signé par l’étudiant(e) le 01 / 07 / 2015
REMERCIEMENTS
Je souhaite tout d’abord remercier toute l'équipe pédagogique de l’IUT d’Angers pour m’avoir permis de réaliser ce stage à la fin de ma deuxième année d’étude et à monsieur Dominique Perrissin-Fabert, mon tuteur pédagogique, pour m’avoir suivi et apporté conseils durant ces trois mois de stage.
Je tiens à remercier tout particulièrement Estelle Serpolay-Besson, ma maître de stage, pour son accueil, sa disponibilité et son suivi tout au long du stage. Elle a su être présente et m’apporter les bonnes réflexions et remarques pour l’analyses des résultats et partager son expérience enrichissante.
Je remercie également Véronique Chable qui m’a permis de réaliser ce stage au sein de l’équipe Biodiversité Cultivée et Recherche Participative à l’INRA du Rheu. Je la remercie pour ces conseils et pour m’avoir partagé son expérience qui m'a apporté un enrichissement intellectuel et culturel.
Je remercie également Simon Rousselot, mon second maître de stage, pour m’avoir accompagnée tout au long du stage, m’avoir apportée conseils pour la rédaction de ce rapport et m’avoir aidée lors du travail sur le terrain. Je retiendrais de Simon sa bonne humeur, son enthousiasme et sa motivation.
Je n’oublie pas la présence chaleureuse des autres stagiaires présents lors de mon stage.
Merci à toute l’équipe Biodiversité Cultivée et Recherche Participative et à toutes les personnes que j'ai pu rencontrer à la quarantaine de la pomme de terre pour leur bonne humeur, leur esprit d'équipe et pour m’avoir si bien accueillie et intégrée dans leur équipe.
Table des Matières
INTRODUCTION ...
CONTEXTE/RECHERCHES BIBLIOGRAPHIQUES ... 1
I. Contexte ...1
1.1) Présentation INRA ...1
1.2) Présentation projet SAFARI ...1
1.3) Problématique ...3
II. Synthèse bibliographique ...4
2.1) La rhizosphère et sa communauté microbienne...4
A. Exemples de partenaires symbiotiques ...5
B. La symbiose mycorhizienne des endomycorhizes à arbuscules et vésicules (AV) ....5
2.2) La biodiversité cultivée ...9
A. Généralités ...9
B. La biodiversité intra et inter variétale ...9
C. La biodiversité interspécifique ...10
III. Objectif du stage ...21
MATERIELS ET METHODES ...12
I. Dispositif expérimental ...12
1.1. Les modalités ...12
1.2. Choix des variétés ...12
A. Variétés commerciales ...12
B. Variétés populations...13
C. Légumineuse ...13
II. Itinéraires techniques du blé ...13
2.1 Description des parcelles ...13
A. Lycée Théodore Monod (Figure 11 : Photo aérienne parcelle) ...13
B. Gilles Simmoneaux (Figure 12 : Photo aérienne parcelle) ...14
III. La collecte d'échantillons ...14
IV. Protocole de coloration et d'observation des racines ...15
4.1 La coloration ...15
4.2 Protocole adapté aux racines de blé ...15
V. Observation et quantification de la colonisation racinaire par les mycorhizes ...16
RESULTATS ET DISCUSSIONS ...18
I. Résultats ...18
1.1. Influence de l'association avec une féverole ...18
1.2. Influence du mélange de variétés et du type de variétés ...19
A. Mélange/variétés simples ...19
B. Variétés populations versus variétés modernes ...20
1.3. Influence du lieu ...41
1.4. Pertinence des résultats ...22
A. Présence des organes des mycorhizes ...22
B. Conditions de prélèvements des échantillons ...23
II. Discussions ...24
CONCLUSION ...27
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ...29
TABLE DES ILLUSTRATIONS ...32
TABLE DES TABLEAUX ...33
TABLE DES ANNEXES ...33
Glossaire
AB : Agriculture Biologique
SAD : Sciences pour l'Action du Développement
BCRP : Biodiversité Cultivée et Recherche Participative
SAFARI : SAnté, Fertilité, Adaptation, RésIlience
VA : Vésicules arbuscules
Colonisation mycorhizienne : Etablissement de la symbiose entre le champignon mycorhizien et la racine d'une plante hôte
Hyphe : Structure filamenteuse et plurinucléée du champignon
Mycorhize : Structure symbiotique entre les champignons du sol et une plante, se formant au niveau des racines
Introduction
Dans le cadre de l'obtention de mon Diplôme Universitaire Technologique (DUT) à Angers, j'ai effectué un stage de trois mois à l'Institut National de Recherche Agronomique (INRA) et plus particulièrement dans l'unité du SAD Paysage (Science pour l'Action du Développement). J'ai été, tout au long de celui-ci, accompagnée et suivie par l'équipe Biodiversité Cultivée et Recherche Participative (BCRP) aux côtés de mes maîtres de stage Serpolay-Besson Estelle et Rousselot Simon. Ce stage m'a permis d'acquérir des connaissances en agriculture biologique et paysanne, en culture céréalière telle que le blé (mais aussi le pois et le sarrasin à travers les travaux d'autres stagiaires) et pour finir sur les champignons colonisant les racines du blé, les mycorhizes.
Au sein de la recherche agronomique dans le végétal, les racines, organes souterrains des plantes sont de fait bien souvent oubliées. Elles ont pourtant des rôles primordiaux dans le développement des plantes et la vie microbienne du sol. Premièrement, elles fixent les plantes dans leur substrat de façon définitive à un endroit donné. Cela implique chez les plantes une grande capacité de plasticité et d'adaptation face aux perturbations environnementales. Les racines jouent également un rôle majeur dans l'absorption de l'eau et des minéraux essentiels à la croissance. Associées aux microorganismes, les racines participent à la formation de l'architecture du sol et agissent sur la dégradation ou la formation de matière participant ainsi au modelage du sol. L'étude des ces microorganismes, et notamment des mycorhizes, est donc un point essentiel pour étudier la qualité et le rendement d'une production végétale telle que le blé.
Il y a ensuite différents modes de cultures du blé. En effet, il existe différentes variétés de blés que l'on peut cultiver en culture simple, en mélange variétaux ou en association avec d'autres espèces. Les mycorhizes seront étudiées en fonction de ces cultures.
Ce rapport portera donc sur l'étude des mycorhizes du blé selon ces différents facteurs.
Nous commencerons par une description des matériels et méthodes utilisés et une analyse des résultats centrée sur la capacité de certaines variétés de blé en association ou non avec une légumineuse à mycorhizer.
Champs disciplinaires D'après le nombre de citations reçues
D'après le nombre de papiers
Rang mondial Rang français
Rang mondial
Rang français
Agronomie 2ème/534
organismes
1er 3ème 1er
Biologie végétale et animale
3ème/997 organismes
1er 5ème 1er
Microbiologie 18ème/394
organismes
3ème 13ème 3ème
Environnement/Ecologie 34ème/585 organismes
2ème 15ème 1er
Tableau 1: Classement mondial et national de l'INRA en fonction des différents champs disciplinaires
Biologie animale intégrative, agroécologie et gestion durable des productions animales
Biologie végétale intégrative, agroécologie et gestion durable de a santé des plantes
Elaboration qualité des aliments d'origine animale nutrition et santé
Exploitations marchés et politiques publiques de l'agriculture et de
l'environnement Unités de
recherche
PEGASE, SAS, LPGP, OeReCa
IGEPP, EVA STLO, PEGASE, LPGP, ADNC, PRP
Unités
expérimentales
SEA, UETP, PEIMA
Domaine de la Motte au Vicomte, UERGO
SAD-Paysage, SAS, ESE, LPGP, IGEPP, U3E Partenaires
académiques
Agrocampus Ouest, Irstea, Anses, Inria
Agrocampus Ouest, Université Rennes 1 et Caen Basse - Normandie
Agrocampus Ouest, Institut de Physique Rennes, Irstea, Inserm, CHU
Agrocampus Ouest, CNRS, Université Rennes 1 et Rennes 2, Onema, OSU Rennes Tableau 2 : Différents axes de recherches présents sur le centre INRA
1
Contexte/Recherches Bibliographiques
I. Contexte
1.1) Présentation INRA
L'Institut National de la Recherche Agronomique (INRA) est un organisme national de recherche fondé en 1946 dans le but de répondre à une demande sociale "nourrir la France".
L'alimentation, l'agriculture et l'environnement sont les principaux domaines abordés à l'INRA. En effet, cet organisme souhaite développer une agriculture compétitive, respectueuse, à la fois de l'environnent des territoires et des ressources naturelles, et adaptées aux besoins nutritionnels de l'Homme ainsi qu'aux nouvelles utilisations des produits agricoles. A travers leurs recherches les centres appartenant à l'INRA cherchent à divulguer et rendre disponible leurs connaissances. De plus, l'INRA fait partie des institutions majeures en agronomie, biologie végétale et animale, microbiologie, de l'environnement et de l'écologie (Tableau 1 : Classement mondial). Aujourd'hui, il compte 3970 chercheurs et ingénieurs, 4570 techniciens et personnels d'appui à la recherche, 1000 étudiants en thèse et plus de 1000 stagiaires sont accueillis chaque année.
Plus particulièrement, le centre INRA Rennes/Bretagne et Basse-Normandie a été créé en 1946 et figure ainsi parmi les premiers centres à se développer en province. Etant situé au cœur de la première région agricole française, les recherches réalisées par les équipes de ce centre répondent aux enjeux de durabilité auxquels sont confrontées les filières agricoles et agroalimentaires sur des territoires à forte densité de production. Plusieurs domaines stratégiques d'innovations et de recherche sont étudiés dans ce centre. En effet, le centre INRA de Rennes est divisé en différentes unités regroupées par thématiques de recherche.
Les quatre axes de recherches sont présentés sur le Tableau 2 : Axes de recherche.
1.2) Présentation projet SAFARI
Mon stage s'est déroulé dans l'unité du SAD-Paysage située au centre du Rheu. Deux équipes y sont présentes : l'une travaille sur l'écologie du paysage et la seconde sur la biodiversité cultivée. C'est avec cette équipe que j'ai eu l'occasion de travailler.
2 Cette équipe est coordonnée par Véronique Chable, ingénieur de recherche à l'INRA et est une équipe mixte car une des collaboratrices, Estelle Serpolay, ma maître de stage, est salariée de l'ITAB (Institut Technique de l'Agriculture Biologique). Cette équipe, appelée équipe BCRP (Biodiversité Cultivée et Recherche Participative), analyse les conséquences des diversités génétiques et spécifiques sur l'agro système à travers plusieurs projets de recherche, tels que le projet SAFARI1 (sur lequel j'ai travaillé) et le projet Blégu.
Nous savons aujourd'hui que de plus en plus d’agriculteurs font des mélanges de variétés, en population dynamique (re-semis d’une partie de la récolte) ou pas, car ils présentent des intérêts agronomiques. Les associations entre céréales et légumineuses sont aussi des pratiques qui se multiplient. Ces nouvelles techniques, qui sont en fait des pratiques anciennes abandonnées avec la révolution industrielle, présentent un grand intérêt dans le contexte actuel où l'utilisation en masse de produits phytosanitaires et où le manque de connaissances agronomiques, notamment du sol des agriculteurs, réduisent la fertilité des sols. Le Pôle Agronomique Ouest, outil de financement des régions Bretagne et Pays de la Loire, a demandé l'équipe BCRP et à l’ESA2 une étude qui permette d’augmenter les connaissances sur ces aspects, l’objectif étant de pouvoir diffuser ces pratiques en meilleure connaissance de cause.
Une hypothèse est qu’une augmentation de la diversité intra-spécifique (dans le blé) augmente la stabilité du rendement et des caractéristiques technologiques, et la diversité interspécifique (associations d’espèces différentes) augmente la qualité du blé.
Le blé a été choisi comme cas d'étude car c'est une des cultures les plus présentes et cultivées dans le Nord Ouest de la France. De plus, malgré les innovations importantes du point de vu génétique sur les blés "modernes" il existe un réel manque de variétés en agriculture biologique ou à faible intrant (Rolland et al., 2006). Le projet SAFARI vise donc à comparer différents niveaux de diversité cultivée. En outre, il est connu que l’association avec une légumineuse apporte de l’azote à la céréale grâce à la collaboration avec les
1 SAnté, Fertilité, Adaptation, RésIlience
2 Ecole Supérieure d'Agriculture
Tableau 3 : Récapitulatif de projet SAFARI, Présentation SAFARI, 2013 Projet SAFARI
Titre du projet Agro-diversité génétique et spécifique pour la santé des plantes, la fertilité des sols, l’adaptation et la résilience des systèmes de culture.
SAFARI = SAnté, Fertilité, Adaptation, Résilience
Financeur Pôle Agronomique Ouest (région Bretagne et Pays de la Loire), pour développer l’autonomie protéique des élevages de l’Ouest
Partenaires ESA (Ecole Supérieure d’agriculture d’Angers), Chambre régionale d’agriculture des Pays de la Loire et laboratoire de biodiversité et écologie microbienne de Brest (université)
Durée du financement
4 ans à partir de fin 2013 Type de recherche Plutôt opérationnelle
Type d’agriculture Biologique et faibles intrants, mais en expérimentation zéro intrant Questions - Est-ce que la diversité génétique facilite la coévolution entre le
blé et une légumineuse ?
- Quel est l’intérêt d’un mélange de variétés par rapport aux variétés simples ?
Objectif visé sur les
expérimentations à la ferme
Identifier les intérêts des mélanges de variétés de blé (ou populations dynamiques) en comparaison des variétés seules.
Identifier la faisabilité et les intérêts d’associations céréales- légumineuses (blé-légumineuses).
Espèces et Variétés testées
Blé :
- 3 Variétés modernes : Renan, Chevalier et Pireneo, - Le mélange dynamique des 3 modernes (et mélange non-
dynamique éventuellement)
- 3 variétés populations : Bladette de Provence, Saint Priest Le Vernois Rouge et Redon Roux Pâle.
- Le mélange dynamique des populations (et mélange non- dynamique éventuellement)
Légumineuses :
Selon les souhaits de chacun (à grain, couvre-sol) Association :
Mélange des 3 variétés de blé associé à une légumineuse au semis.
Essais Deux types : essais avec les variétés modernes, et essais avec les variétés populations, avec pour chacun cinq bandes répétées deux fois et donc plusieurs centaines de m² avec doublement la dernière année.
Type de semis Au semoir de ferme Nombre de fermes 8 fermes
Intérêt pour l’agriculteur
Potentiellement une association bien adaptée à ses conditions d’ici 4 ans Possibilité de tester leur propre légumineuse
3 mycorhizes. Le projet veut donc tester si le blé cultivé avec une légumineuse pendant plusieurs années maximisera les interactions avec les mycorhizes par rapport à un blé qui n’a jamais été cultivé en association.
Les essais sont réalisés sur plusieurs fermes afin de faire participer les agriculteurs dans le but de s'approcher le plus possible des conditions réelles de production. Cependant, les agriculteurs n'ont pas le choix des variétés de blé mais seulement de celle de la légumineuse.
On qualifiera donc ce projet de semi participatif.
La combinaison d'un mélange variétal et d'une légumineuse est un aspect qui n'a encore jamais été étudié, ce qui fait l'originalité du projet. D'un autre côté, ce projet est réalisé en agriculture biologique et les semences produites sont ressemées chaque année. Tous les ans, chacune des variétés et des mélanges seront ressemés et deviendront une population dynamique. Seule la population dynamique sera ressemée avec la légumineuse. La dernière année, Les semences initiales seront ressemées en plus des semences ressemées chaque année afin de mesurer l'évolution.
En résumé le projet SAFARI représente cinq partenaires, un réseau de six fermes (dont cinq en AB), la ferme expérimentale de Thorigné d’Anjou (AB), trois variétés de blé moderne, trois populations de blé (variétés paysannes), trois niveaux de diversité étudiés (variété simple, mélange de trois variétés de blé, mélange associé à une légumineuse) et enfin quatre années d’expérimentation (de 2013 à 2017) (Tableau 3 : Récapitulatif projet SAFARI; Annexe 1 : organigramme de l'équipe "Biodiversité cultivée et recherche participative).
1.3) Problématique
Une part du projet est donc consacrée à l'effet de la diversité cultivée sur les interactions qui peuvent s'opérer sur les cultures et la biodiversité non cultivée. Cette dernière se situe notamment au niveau de la vie du sol. En effet, de nombreuses interactions ont lieu entre les plantes et les organismes du sol et plus précisément grâce aux champignons mycorhiziens. Cette symbiose, que nous aborderons par la suite du rapport, s'établit entre la plante et le champignon et améliore la croissance de la plante (Gianinazzi et al., 2010).
L'objectif est donc d'étudier l'influence des différents modes de culture du blé sur cette mycorhization.
Figure 1 : Phylogénie des Gloméromycètes (adapté d’après Parniske, 2008)
Arbre phylogénétique des différentes lignées de champignons, on retrouve les Gloméromycètes (entoures en rouge), les Ascomycètes (violet), les Basidiomycètes, les Chytridiomycètes (vert) et les Zygomycètes (bleu).
4 II. Synthèse bibliographique
2.1) La rhizosphère et sa communauté microbienne
L'ensemble du monde vivant est réparti en deux grandes divisions : les bactéries et les autres êtres vivants. On distingue dans ces divisions des organismes unicellulaires et pluricellulaires.
Chez les êtres vivants il existe trois grands groupes d'organismes pluricellulaires : les plantes, les animaux et les champignons. Le monde des champignons est extrêmement diversifié car on estime à 1,5 millions le nombre d'espèces fongiques existant actuellement sur la planète (Jean Garbaye, 2013). La plupart de ces champignons se retrouvent dans le sol formant avec les racines la rhizosphère. Le terme de rhizosphère, provenant du grec " rhiza " signifiant racine et " sphaera " signifiant cercle d’influence représente la zone comprenant le système racinaire et la partie du sol proche influencée par ces racines. Elle comprend à la fois des organismes bénéfiques et néfastes pour les plantes qui peuvent être des bactéries, des virus, des champignons, des oomycètes, des insectes, des nématodes, mais aussi des plantes parasites ou encore les racines d’autres plantes avoisinantes.
Parmi eux, il existe les mycorhizes dont il est nécessaire de présenter leurs particularités afin de comprendre les mécanismes de la symbiose mycorhizienne. Le mot mycorhize du grec
"mycos" pour champignon et "rhiza" pour racine, définit une interaction entre des racines et des champignons. On retrouve cinq familles de champignons dont trois concernées par l'association symbiotique avec les plantes : les Basidiomycètes, les Ascomycètes et les Gloméromycètes. (Figure 1 : Classification des champignons). En effet, tous les champignons n'ont pas la capacité de pénétrer les racines des plantes ce qui les empêche de créer une symbiose microbienne.
Cette association symbiotique est un phénomène d'association avec pénétration des tissus de l'un des organismes dans ceux de l'autre ou à l'intérieur même des cellules. Elle peut être durable (jusqu'à ce que l'un des deux organismes meure) et/ou mutualiste (bénéfice réciproque par échange de ressources complémentaires). La pénétration se situe dans la zone du cortex de la racine de l'hôte et n'atteint pas la zone de vaisseaux conducteurs tels que le phloème ou le xylème.
Figure 2 : Structure de colonisation des champignons ectomycorhiziens (en bleu) et endomycorhiziens à arbuscules (en rose) (Bonfante et al. 2010).
Les champignons ectomycorhiziens se développent tout autour de la racine jusqu’à la pointe racinaire formant un manteau fongique d’hyphes extérieurs, mais ils colonisent aussi l’intérieur de la racine entre les cellules végétales formant le réseau de Hartig. Les champignons endomycorhiziens à arbuscules ne colonisent pas la pointe racinaire, ils se développent de façon extracellulaire mais aussi de façon intracellulaire par exemple lors de la formation des arbuscules dans les cellules corticales.
5 A. Exemples de partenaires symbiotiques
L'un des premiers partenaires symbiotiques des racines sont les ectomycorhizes du grec
"ecto" qui signifie "à l'extérieur". Ce champignon dont les filaments appelés hyphes forment un manchon feutré plus ou moins dense mais continu appelé manteau, recouvre entièrement la racine. En effet, le champignon ne pénètre pas dans les cellules de la plante hôte. Cela les rend visible à l'œil nu ou à la loupe. En général, elles se forment entre des plantes ligneuses et des champignons supérieurs tels que les Basidiomycètes ou Ascomycètes. Les champignons ectomycorhiziens se développent tout autour de la racine jusqu’à la pointe racinaire formant un manteau fongique de filaments extérieurs appelés hyphes, mais ils colonisent aussi l’intérieur de la racine entre les cellules végétales formant le réseau de Hartig.
Au centre de notre étude se trouvent les endomycorhizes arbusculaires et vésiculaires (AV) du grec "endo" qui signifie à l'intérieur. Ce type de mycorhizes est de loin le plus répandu et le plus ancien représentant 80% des plantes actuelles (Garbaye, 2013). Les champignons responsables de ces endomycorhizes appartiennent tous à la classe des Gloméromycètes représentant aujourd'hui environ 150 espèces différentes selon leur morphologie (Smith &
Read, 2008).
Ces champignons ont tous un caractère commun qui est l'absence de cloison entre les hyphes. Cela forme un mycélium siphonné (en forme de tube) ou de coenocytique (plusieurs cellules fusionnées). Cela implique donc un réseau de filaments très dense dans lequel peuvent circuler librement les ressources nutritives et des noyaux haploïdes. Les champignons endomycorhiziens à arbuscules ne colonisent pas la pointe racinaire, ils se développent de façon extracellulaire mais aussi de façon intracellulaire, contrairement aux ectomycorhizes, par exemple lors de la formation des arbuscules dans les cellules de la plante que nous aborderons par la suite (Figure 2 : Structure colonisation).
B. La symbiose mycorhizienne des endomycorhizes à arbuscules et vésicules (AV) Ø Les endomycorhizes AV, des champignons particuliers
Les études en laboratoire ne montrent pas de spécificité d’hôte forte : un même champignon
Figure 3 : Schéma des différentes étapes de colonisation des champignons AV (adapté d’après Bonfante & Genre 2010).
6 peut coloniser de nombreuses espèces végétales. Réciproquement, une plante peut être colonisée par plusieurs espèces de champignons arbusculaires (parfois en même temps). Il existe tout de même des préférences qui permettent de distinguer les champignons en fonction des plantes.
Ces mycorhizes ont un rôle important dans l'assimilation des ressources nutritives qu'elles vont restituer à la plante. D'une part, ce sont des biotrophes obligatoires. C'est à dire qu'elles ne peuvent survivre sans une plante hôte. De plus, le réseau de filament formé permet de transporter rapidement des éléments nutritifs et l'eau entre le sol et la plante hôte ou entre différentes plantes hôtes. Ces filaments peuvent également fusionner avec d'autres hyphes d'une souche compatible, formant des anastomoses qui permettent la communication entre plusieurs plantes à partir d'un champignon. Ce processus permet l'échange rapide de nutriments (Mikkelsen et al., 2008) mais aussi de noyaux (Giovannetti et al., 1999 ; Croll et al., 2009).
Ø Les différents stades de pénétration
L'établissement de la symbiose mycorhizienne induit chez la plante des modifications anatomiques et physiologiques, en partie dues à l'expression de gènes chez la plante codant des molécules inexistantes chez une autre plante non mycorhizée (Sawers et al., 2008).
Avant toute formation, les mycorhizes se retrouvent sous forme de spores puis subissent plusieurs phases de développement : (Figure 3 : Etapes colonisation)
Phase a-symbiotique : Avant tout contact, en conditions favorables, les spores peuvent germer et former un tube germinatif et survivre jusqu'à rencontrer un hôte. Si aucune rencontre n'est réalisée, les spores se scindent et reviennent en spores initiales.
Phase pré-symbiotique : Au premier contact, des signaux sont diffusés produits par chacun des organismes. Les racines produisent des exsudats racinaires activant la ramification des hyphes du champignon (filaments des champignons).
Phase symbiotique : Le filament mycélien sortant de la spore forme un appressorium représenté par une extrémité aplatie d’hyphe, de forme lenticulaire, attachées à la racine.
Figure 4 : Photos des lames observées au microscope (X400) A : Arbuscule
B : Hyphes C : Vésicule
Figure 5 : Schéma de la prolifération des hyphes et de la formation des arbuscules et des vésicules (mycorrhizas.info)
Figure 6 : Schéma de la reproduction végétative des mycorhizes à partir des renflements d'hyphes sporogènes (www.smnf.fr)
Figure 7 : Photos spores observées au microscope (X400)
A B C
Spore
7 La formation de cette structure, également appelée hyphopode, est hautement contrôlée par la concentration en phosphate et, plus cette concentration est grande, moins d’hyphopodes sont formés (Balzergue et al., 2011). Lorsque les conditions sont favorables, notamment avec un taux réduit de phosphate et l'hyphopode fixé, la plante se prépare à la pénétration du champignon en développant un appareil de pré-pénétration (PrePenetration Apparatus - PPA) (Genre et al., 2005). Cet appareil forme un "tunnel" où les hyphes du champignon peuvent alors y pénétrer et atteindre le cortex racinaire.
Ø Les différents organes des mycorhizes AV
Ces structures formées constituent trois organes principaux dans la racine : les vésicules, les hyphes et les arbuscules qui sont le siège des échanges de carbone, de phosphate et d'azote entre le champignon et la plante grâce à des transporteurs spécifiques.
Les arbuscules sont formées d'hyphes ramifiés entre les cellules formant de petits arbres d’où le terme d’arbuscule attribué à cette structure (Galland, 1905). Ne pénétrant pas dans le cytoplasme de la cellule, l'arbuscule créé une surface de contact considérable entre le cytoplasme et la mycorhize ce qui facilite les échanges. En effet, les arbuscules sont entourés d’une membrane plasmique péri-arbusculaire séparant le champignon du cytoplasme végétal.
D'une autre part, les vésicules sont le produit du renflement des hyphes formant des espaces de stockage qui permettront la mise en réserve de diverses substances : lipides (corps gras), tri-acylglycérol... (Figures 4 et 5).
Concernant la reproduction du champignon, celle-ci se réalise seulement par voie végétative à partir de spores dispersées dans le sol. Des microspores sont produites par l'extrémité des hyphes externes à la racine au niveau des renflements plurinucléés. Elles sont formées lorsque l’association symbiotique commence à passer en phase de sénescence ou lorsque le champignon commence à réutiliser les nutriments préalablement stockés dans les racines (Figures 6 et 7).
Ø L'importance de cette symbiose d'un point de vue agronomique Les intérêts de cette symbiose sont importants pour la plante hôte.
Figure 8 : Schéma représentant l'importance des hyphes des mycorhizes sur l'extension racinaire (www.smnf.fr)
8 Premièrement, leurs hyphes sont souvent considérés comme une extension des racines. En effet, on peut trouver 2 à 25 km d'hyphes par km de sol en fonction des pantes cultivés, des conditions météorologiques et de l'activité de l'Homme sur le sol (Eckhard, 2000). Grace à son réseau mycélien à l'intérieur de la racine mais surtout à l'extérieur, le volume de sol exploré par le champignon est bien plus grand que celui parcouru par les racines seules. Il peut donc avoir accès à des ressources supplémentaires en eau et en éléments minéraux qui sont transmis ensuite à la plante hôte au niveau des racines. De plus, le réseau mycélien peut s'étendre dans le sol jusqu'aux racines voisines et donc mettre en relation toute une communauté de plantes dont les transferts de nutriments sont possibles via les hyphes (Figure 8 : Extension racinaire).
Le principal avantage pour la plante est donc une meilleure nutrition hydrique et minérale en particulier en phosphate (Smith & Read, 2008). En fonction de l’association plante- champignon, l’interaction peut conduire à une augmentation des teneurs en phosphate dans les tissus et/ou favoriser la production de biomasse (Grunwald et al., 2009). Dans la plupart des sols, le phosphate est un facteur limitant (Brito et al., 2008) et difficilement accessible pour la plante. Les mycorhizes possédant des phosphatases acides et basiques peuvent dégrader la matière organique proche. Le phosphate est transmis à la plante sous forme de polyphosphate au niveau des arbuscules (Nouaim and Chaussod, 1996).
La plante fournit également au champignon du carbone sous forme de sucres. La part de sucres impliquée dans la symbiose représente généralement de 4 à 20% du carbone issus de la photosynthèse (Harrison, 1997; Brioto et al., 2008). En effet, une carence en phosphate entraîne une accumulation de sucres et d’amidon dans les feuilles (Hammond & White, 2008). Le transport des sucres contenus dans les feuilles via le phloème vers les racines en développement précède et participe à la mise en place d’une partie des réponses à la carence.
Enfin la mycorhization augmente la capacité d’absorption des éléments nutritifs, augmente la résistance envers les stress (maladies, sécheresse, salinité, chocs de transplantation), améliore la croissance, le rendement, la vigueur et l’établissement des végétaux et joue un rôle majeur dans l’agrégation des particules du sol.
9 2.2) La biodiversité cultivée
A. Généralités
Depuis le Néolithique, l’Homme transforme un certain nombre d’espèces végétales en même temps que les milieux dans lesquels il les cultive. L'évolution des espèces avec les milieux de culture a beaucoup fluctué notamment avec les révolutions agricoles.
Aujourd'hui, une des révolutions serait de réintroduire en agriculture une diversité écologique dans les paysages agricoles en même temps que des diversités inter et intra spécifique des plantes cultivées. C’est ce qu'on appelle la culture de la biodiversité (Goldringer, 2011). Elle permet de bien valoriser les ressources abiotiques telles que la matière minérale, l'eau, la température et la luminosité. Cette valorisation permet également de gérer les interactions entre les plantes cultivées, ainsi qu'avec leurs bio- agresseurs et leurs ennemis naturels.
B. La biodiversité intra et inter variétale
Dans notre étude, on s'intéresse soit à une biodiversité à l’intérieur d’une même variété (biodiversité intra variétal), soit grâce à l’association de plusieurs variétés (biodiversité inter variétal).
Il existe aujourd'hui des variétés commerciales dites lignées pures dont les plantes sont identiques génétiquement. L'obtention d'une lignée pure se fait à partir d'une autofécondation (fécondation d'un ovule par du pollen d'une même plante) puis répétée sur plusieurs générations afin d'obtenir des lignées homozygotes dites pures (identique génétiquement). Naturellement le blé étant une plante autogame, réalise cette autofécondation. Cependant, les sélectionneurs répètent cette fécondation et sélectionnent les plantes homozygotes afin d'obtenir des lignées pures.
En ce qui concerne la biodiversité intra variétale, celle-ci représente les variétés à grande diversité génétique. Ces variétés dites variétés populations représentent une variété hétérogène formée de mélanges d’individus sélectionnés principalement par les agriculteurs dans leurs champs. Ces individus sont relativement proches en apparence, mais présentent une certaine diversité génétique car elles ne sont pas des lignées pures. Cela leur confère une forte adaptation aux conditions de milieu de façon continue. Autrement dit, il existe
Figure 9 : Schéma de la fixation de l'azote atmosphérique par la féverole, Artic ac- besancon, 2014
10 toujours dans la population des individus mieux adaptés aux conditions, qui, du fait de la sélection naturelle, tendent à laisser plus de descendants. L'agriculteur peut donc soit laisser agir la sélection naturelle soit orienter la sélection lui-même des individus (sélection massale). La biodiversité au sein d'une même variété confère donc une plus forte adaptation et rusticité aux plantes.
La biodiversité inter variétale consiste également à associer dans une même culture plusieurs variétés d'une même espèce. Dans notre cas, les mélanges étudiés de différentes variétés de blé représentent une diversité au sein d'une même espèce. Nous verrons ici si cette diversité accroît la mycorhization et donc le rendement et/ou la qualité du blé. En effet, peu de données indiquent que cette diversité est un intérêt essentiel en agronomie.
C. La biodiversité interspécifique
D'autre part, la biodiversité interspécifique consiste à associer plusieurs espèces entres elles notamment dans notre cas d'étude un blé avec une légumineuse. Cette diversité permet, sans que l'une des espèces entre en compétition avec l'autre, une relation étroite ou non afin que chaque plante bénéficie des avantages de l'autre. Par exemple, par symbiose avec le rhizobium, les légumineuses telles que la féverole permettent d’économiser l’énergie de fabrication des engrais azotés, de réduire les pertes gazeuses et d’enrichir le sol en azote. En effet, les légumineuses mettent en place une relation symbiotique avec les microorganismes du sol. Dans le cas de la symbiose rhizobium-légumineuse, en conditions d'anaérobie, les bactéries du genre Rhizobium (famille des Rhizobaceae) infectent les racines des légumineuses entraînant la formation de nodules dans lesquels elles trouvent un micro habitat très favorable. C'est à cet endroit que la fixation de l'azote atmosphérique se réalise et ainsi forme par complémentarité des niches pour l'azote du milieu avec le blé. Elles peuvent apporter jusqu’à 200-300 kg d’azote par hectare dans le cas des fourragères ou du soja (Brunel, 2005) dans de bonnes conditions pour la symbiose. (Figure 10 : Schéma fixation azote féverole)
De plus, la couverture du sol faisant partie intégrante des cultures inter spécifiques (notamment en inter rang pour les vignes) permet la prévention de l’érosion, la pénétration des eaux de pluie, le piégeage des nitrates (évite la lixiviation), la séquestration du carbone et, par suite, l’augmentation de matière organique et de vie microbienne dans le sol. Un autre intérêt de cette association est la diminution des adventices, ravageurs et maladies
11 grâce à la couverture apportée par la légumineuse. La légumineuse a également tendance à diminuer le nombre de talles des blés et en contrepartie améliorer la teneur en protéine des grains. Enfin, elle peut servir de tuteur au blé et donc réduire les effets de verse.
Nous nous demanderont donc si les "supposés" échanges directs d'azote entre les racines du blé et la légumineuse sont réalisés par les mycorhizes.
De manière générale, la biodiversité dans les écosystèmes naturels est reconnue comme un fondement de la stabilité des systèmes naturels car elle permet, malgré les variations du milieu, d'obtenir un rendement moyen mais stable.
III. Objectif du stage
Comme indiqué auparavant, mon stage se situe pendant la deuxième année du projet SAFARI. La méthodologie afin d'établir un protocole pour évaluer l'évolution des mycorhizes sur le blé ayant déjà été mise au point l'an passé, mon objectif de stage sera d'étudier l'importance de la présence des mycorhizes en fonction de la diversité des cultures interspécifiques et intra et inter variétales. Pour cela une expérimentation a été mise en place.
Figure 10 : Schéma du dispositif expérimental soit pour les variétés commerciales soit pour les variétés populations.
Tableau 4 : Récapitulatif des différentes modalités pour le dispositif expérimental Variétés simples Mélange de variétés Association Variétés
commerciales (ou modernes)
Renan Chevalier Pireneo Mélange des 3 variétés
commerciales (à raison de 1/3 chacune en nombre de grains)
Mélange des 3 variétés commerciales associé à de la féverole
Variétés populations
Bladette de Provence
Saint Priest Le Vernois Rouge
Redon Roux Pâle
Mélange des 3 variétés population (à raison de 1/3
chacune en nombre de grains)
Mélange des 3 variétés
population associé à de la féverole
12
Matériels et méthodes
I. Dispositif expérimental 1.1. Les modalités
Dans le cadre du projet SAFARI, j'ai étudié deux parcelles de blé tendre (Triticum aestivum) proches où les agriculteurs ont mis au point un dispositif expérimental. Ce dispositif se compose d'une parcelle où six variétés de blés (3 populations et 3 modernes) ont été semées sous plusieurs modalités :
· une modalité en culture "simple" de variétés modernes (Chevalier, Pireneo et Renan)
· une en mélange des trois variétés modernes
· une en mélange des trois variétés modernes associées à une féverole
· une modalité en culture "simple" de variétés populations (Bladette de Provence, Saint Priest Le Vernois Rouge et Redon Roux Pâle)
· une en mélange des trois populations
· une de ce mélange des trois associés à une féverole Voir Tableau 4 récapitulatif
Chaque modalité est cultivée sur une bande de 3 mètres de large et environ 35 mètres de longueur et répétée trois fois sur la parcelle. Le dispositif comprend donc un total de trente bandes à étudier pour une parcelle. (Figure 10 : Schéma dispositif expérimental)
Avec ce dispositif expérimental nous pourrons par la suite étudier les différents facteurs tels que l'influence du lieu, l'influence du type de variétés (modernes ou population) et de la culture pure, en mélange ou associé à une féverole.
1.2. Choix des variétés
A. Variétés commerciales
Les trois variétés commerciales ont été choisies pour l'intérêt qu'elles ont en agriculture biologique. La première variété Renan, est une variété commerciale de type lignée pure. Elle a été sélectionnée par l’INRA et inscrite au catalogue des semences commerciales en 1989.
Elle représente aujourd'hui la variété la plus cultivée en France en agriculture biologique à
De gauche à droite :
Figure 11 : Photo aérienne de la parcelle du lycée T. Monod, google map Figure 12 : Photo aérienne de la parcelle de Gilles Simmoneaux, google map L'encadré en rouge indique l'emplacement des parcelles.
Tableau 5 : Densités et Poids Moyen des Grains en fonction des variétés de population
Tableau 6 : Densités et Poids Moyen des Grains en fonction des variétés modernes Variétés
population
Bladette Saint Priest
Redon R.P.
Mélange des trois populations
Association mélange/féverole Densité de
semis (kg/ha)
135 110 105 115 155
PMG 52 42 40 45
Variétés modernes
Chevalier Pireneo Renan Mélange des trois modernes
Association mélange/féverole Densité de
semis (kg/ha)
175 170 163 170 210
PMG 50 48.5 46.5 48.5
13 hauteur d'un tiers des surfaces environ en raison de sa rusticité (Emmanuel Ferrand, 2013).
Les deux autres variétés sont Pireneo et Chevalier qui sont également des variétés commerciales de type lignées pures. (Annexes 2, 3 et 4 : Fiches techniques blé Arvalis).
B. Variétés populations
Trois autres variétés ont été choisies mais cette fois-ci des variétés population. La première est la Bladette de Provence, la deuxième Saint Priest Le Vernois Rouge et enfin Redon Roux Pâle. Ces trois variétés ont été choisies car elles avaient des origines géographiques différentes et pourraient donc représenter une diversité intéressante.
C. Légumineuse
Semée en même temps que le blé, la légumineuse choisie par les agriculteurs est la féverole d'hiver Diva (Vicia faba). Elle a été choisie car elle est particulièrement adaptée à l'agriculture biologique, elle est assez résistante au gel et peu sensible à la verse. Elle permettrait donc de former un tuteur pour les blés. De plus, d'après la fiche technique de l'ITAB, la féverole est très bien adaptée en région Bretagne (Annexe 5 : fiche technique ITAB, 2012).
II. Itinéraires techniques du blé 2.1 Description des parcelles
A. Lycée Théodore Monod (Figure 11 : Photo aérienne parcelle)
La première parcelle étudiée est la parcelle du lycée Théodore Monod au Rheu. Le semis s'est effectué le 4 novembre 2014. Les conditions météorologiques étaient plutôt bonnes. En effet, le temps était ensoleillé avec quelques nuages et la veille il avait plu 4,5mm. Les semences ont été traitées au Tillecur, un fortifiant qui permet aussi de limiter les risques de Carie du blé. Ce traitement a été dosé à 1 kg pour 100kg de semences. Avant le semis, un labour perpendiculaire au semis a été réalisé. Puis le passage d'une herse rotative le même jour a été effectué. Le semoir appartient à l'INRA et sa largeur est de trois mètres. La largeur totale d'une bande semée est de 2,70 mètres et les inter-rangs de 15cm. Les densités de semis et le poids moyen des grains est différents selon les variétés et association. (Tableaux 5 et 6 : Densités et Poids moyens des grains)
La culture précédant le blé a été un maïs juste après une culture de chou.
:
Figure 13 : Photos représentant les bandes de blés et l'association avec la féverole sur les deux lieux, Gilles et au lycée.
Figure 14 : Cycle de développement du blé, terre-net.fr
Parcelle Gilles Parcelle Lycée
14 B. Gilles Simmoneaux (Figure 12 : Photo aérienne parcelle)
La deuxième parcelle correspond à celle d'un agriculteur nommé Gilles Simmoneaux situé à Chavagne. Les variétés semées sont les mêmes que la parcelle du lycée et sont placées de la même manière. Le semis a été effectué le 6 novembre précédé d'un labour perpendiculaire au semis, avec une herse rotative avec le semoir de l'INRA. Les longueurs entre les rangs et des bandes sont identiques à celles du lycée. Enfin, les semences ont été traitées à la Silice avec un mouillant à une hauteur de 100g pour 100kg de semences. Enfin, un maïs a été implanté l'année précédente juste après le retournement d'une prairie de plus de 5 ans.
En ce qui concerne les densités de semis et les largeurs de bandes, celles-ci sont identiques à celles du lycée.
Voir Figure 13 bandes terrain du lycée et chez Gilles
III. La collecte d'échantillons
Pour étudier les mycorhizes, il faut observer les racines de blé. Concernant le prélèvement des plants, celui-ci a été réalisé au stade montaison le 20 et le 21 avril 2015. Le stade de référence est en général le stade où la plante a des besoins maximum en phosphore. Pour chaque culture, selon sa dépendance, il existe un niveau "normal" de mycorhization à ce stade. Par exemple, pour le blé, un niveau normal de mycorhization à la montaison est de l'ordre de 40% (Gaël ALVAREZ et al., 2002) (Figures 14: Cycle de développement du blé, terre-net.fr).
Pour une modalité (trois bandes), douze plantes ont été prélevées (4 plants par bande). Dix morceaux de racines ont été observés par plant après avoir été montés sur une lame; et enfin, deux observations par racine ont été réalisées au microscope. Le prélèvement au champ a été réalisé au hasard mais respecte un espace homogène de plants et n'est pas réalisé sur les bordures. Cet espace homogène représente une petite surface sur la bande où les blés sont environ de même taille afin de représenter au mieux les blés de cette bande.
On évite donc les pentes, les zones de mauvaises levées et les endroits hétérogènes.
L'échantillon est prélevé à l'aide d'un couteau ou d'une bêche. Le système racinaire est ainsi prélevé à environ 10 cm de profondeur en abîmant le moins possible les petites racines qui
Figure 15 : Photo séchage des plants de blé après lavage
15 nous intéressent pour l'observation. Le bloc de terre ainsi récolté et séparé des épis du blé, est placé dans un sac portant la référence de l'échantillon.
Les dix systèmes racinaires sont ensuite rincés à l'eau du robinet. Débarrassés de leur terres, les plants sont séchés à l'air libre (Figure 15 : Photo séchage) puis remis dans leur sac afin d'y prélever au fur et à mesure les plus fines racines. En effet, d’après des observations in vitro chez Medicago. Truncatula, les jeunes racines latérales sont les sites préférentiels d’interaction avec le champignon à arbuscules (Chabaud et al., 2002).
IV. Protocole de coloration et d'observation des racines 4.1 La coloration
Afin d'observer les mycorhizes au microscope, il faut en premier lieu décolorer les racines puis colorer les champignons qui les colonisent. Cette méthode établie par Phillips and Hayman en 1970 puis modifiée par Vierheilig et al. en 1998 se réalise ainsi :
Une décoloration à 90°C dans une solution de KOH à 10% pendant 20 minutes est tout d'abord réalisée. Cette étape a pour but de vider le contenu des cellules racinaires par osmose. En effet, le déplacement d'eau de la solution la moins concentrée vers la plus concentrée, induit la dilution et donc la décoloration des racines. Les racines sont ensuite rincées à l'eau acidifiée à l'HCl avant d'être colorées dans une solution contenant du bleu de trypan à 0.05% placée au bain marie pendant 3 minutes. Ce système de coloration est très utilisé pour les endomycorhizes mais nécessite des modifications en fonction de la plante étudiée, notamment par rapport à la taille et du type de ses racines.
4.2 Protocole adapté aux racines de blé
Les étudiants en stage dans l'équipe BCRP ont mis au point un protocole spécifique adapté aux racines de blé :
· La décoloration : Les racines les plus fines, préalablement coupées d'environ 1 cm, sont placées dans des tubes à essai contenant une solution de 10 mL KOH à 10%. Les tubes sont ensuite plongés dans un bain marie à 90°C pendant 30 minutes.
Tableau 7 : Matériels et solutions utilisés pour les manipulations
Figure 16 : Photo de la préparation des lames à observées au microscope
Figure 17 : Schéma de la disposition des racines et technique d'observation des racines sur lame et lamelle
Matériels Solutions
- Fiole jaugée 100 mL - Bain marie 90°C
- Pipette graduée 10, 20 mL - Eprouvette graduée 10mL - Béchers de 20, 50 mL - Microscope optique - Verres
- Matériels de dissection - Tubes à essais
- Lames et lamelles
- Eau distillée
- Solution KOH à 10%
- Vinaigre d'alcool 8%
- Encre noire du commerce
16
· Le rinçage : Il se réalise avec trois bains à la suite d'eau du robinet dans des verres puis dans un verre d'eau distillée.
· Préparation de la dilution pour la coloration : 5 mL d'encre noire du commerce (super U) sont prélevés à l'aide d'une pipette graduée puis placée dans une fiole jaugée de 100 mL. La fiole est ensuite remplie jusqu'au trait de jauge avec du vinaigre d'alcool du commerce à 8%.
· La coloration : Les racines récupérées sont placées dans des tubes à essai contenant environ 10 mL de la solution d'encre et de vinaigre obtenue auparavant. Les tubes à essai sont ensuite replongés au bain marie pendant 1 minute à 90°C. Les racines récupérées sont transvasées dans une solution du même vinaigre d'alcool utilisée auparavant dans une boîte de pétri afin de décolorer les racines et d'accentuer le contraste entre les cellules et les mycorhizes.
Le matériel et les solutions utilisées sont décrits dans le Tableau 7.
V. Observation et quantification de la colonisation racinaire par les mycorhizes
Annexe 8 : fiche laboratoire annotation
Au microscope, on réalise deux observations par morceau de racine (Figure 16 et 17 : schéma des lames; photo lames). La quantification de la colonisation des racines par le champignon est réalisée d'après la méthode d'intersection agrandie décrit par McGonigle et al., 1990. Après avoir réalisé le protocole de coloration, les racines sont placées perpendiculairement à l'axe de la lame sans qu'il y ait de chevauchement entre les racines.
La notation est basée sur l'observation au microscope optique au grossissement X10 de l'intersection perpendiculaire entre l'axe de la racine et l'axe du pointeur installé sur l'objectif.
Chaque observation consiste à évaluer :
- Le taux global de colonisation des mycorhizes sur la racine observée (échelle de 0 à 5, voir Annexe 6 Gamme étalon)
- La présence ou non d'hyphes (0=absence, 1=présence) - La présence ou non de vésicules (0=absence, 1=présence) - La présence ou non d'arbuscules (0=absence, 1=présence)
17 Afin d'évaluer la colonisation globale des racines par les mycorhizes, une gamme étalon a été créée par les précédents étudiants dans le but que les résultats soient le plus cohérents possibles. Cette gamme présente sur une échelle de 0 à 5 la colonisation par les mycorhizes et permet d'attribuer une note pour chaque observation en fonction de l'importance de la présence des mycorhizes. La méthode est donc identique pour chaque fragment de racine.
Ø Analyses des résultats
Pour lire facilement les résultats, on calcule les différents taux de colonisation mycorhizien en pourcentage, (colonisation globale, présence de chaque organe) en rapportant la totalité des observations par modalité sur une échelle de 100 grâce à des tableaux croisé- dynamiques sous Excel. Cette valeur correspond donc au pourcentage de colonisation globale des mycorhizes au niveau de la modalité cultivée, ou au pourcentage de présence de chaque organe pour une modalité analysée. Les résultats sont présentés sous forme de moyennes et écarts-types associés.
0 10 20 30 40 50 60
blé blé + leg blé blé + leg
Modernes Population
Pourcentage moyen de la colonisation
Type de variétés en association ou non
Graphique 1 : Colonisation globale entre le blé en mélange associé ou non avec une féverole au Lycée
0 10 20 30 40 50 60
Blé Blé + leg Blé Blé + leg
Modernes Population
Pourcentage moyen de la colonisation
Type de variétés en association ou non
Graphique 2 : Colonisation globale entre le blé associé ou non avec une féverole chez Gilles
Graphique 1 : Représentation de la colonisation globale des mycorhizes sur le blé en mélange associé ou non à une féverole au lycée.
Graphique 2 : Représentation de la colonisation globale des mycorhizes sur le blé en mélange associé ou non à une féverole chez Gilles.
18
Résultats et discussions
I. Résultats
1.1. Influence de l'association avec une féverole
Le premier facteur observé pour cette expérimentation est l'influence de l'association avec la féverole sur la mycorhization d'une parcelle. Selon les études bibliographiques, l'hypothèse est que la présence d'une légumineuse associée au blé favorise la mycorhization de celui-ci.
On s'aperçoit, tout d'abord, d'après le graphique 1 que la colonisation moyenne des champignons par les racines au lycée est plus élevée en mélange avec une féverole pour les variétés modernes contrairement à la colonisation en mélange sans féverole. Ce résultat confirmerait l'hypothèse. En revanche, pour les variétés populations, les tendances sont inverses et contraires à nos hypothèses. En effet, le pourcentage de colonisation moyenne des racines varie de 42% pour le mélange sans féverole à 25% pour l'association avec une féverole. Nous nous sommes en premier lieu demandé si ces résultats pouvaient être causés par certains facteurs tels qu'une mauvaise manipulation sur le terrain (échange de sac, erreur de suivi...) ou une mauvaise manipulation au laboratoire (changement de protocole, erreur sur l'observation au microscope...). Or, ces hypothèses ont été exclues car ayant remarqué que les premiers résultats ne coïncidaient pas avec nos hypothèses de départ, j'ai réalisé la même manipulation trois fois de suite au laboratoire. Les résultats ainsi obtenus étaient les mêmes pour les trois expériences. Nous nous sommes donc penchés vers les résultats de la parcelle de Gilles.
Nous y avons observé pour les mêmes facteurs (variétés populations et modernes en mélange ou en association), (graphique 2) qu'il y a une forte augmentation de la colonisation des racines par les mycorhizes pour les variétés du mélange modernes avec féverole par rapport au mélange sans féverole. Cependant, cette augmentation n'est pas observée pour les blés populations. En effet, chez Gilles, les blés populations qu'ils soient cultivés en
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0
Mélange Chevalier Pireneo Renan Mélange Bladette Redon St Priest
Modernes Population
Pourcentage moyen de colonisation
Type de variétés et variétés des blés
Graphique 3 : Comparaison de la colonisation des racines par les mycorhizes des blés purs ou en mélange chez Gilles et au lycée
Gilles Lycée
Graphique 3 : Pourcentage de colonisation des racines par les mycorhizes en fonction des blés purs ou en mélange et du type de variétés chez Gilles et au lycée.
19 association avec une féverole ou non, ont tous un taux de colonisation des racines à hauteur de 42%. L'effet de la légumineuse sur la mycorhization n'est donc pas vérifié pour les variétés populations voire même contredit. Il pourrait donc y avoir ici un effet de la légumineuse sur la mycorhization plus important pour les variétés modernes que les populations.
Il faut tout de même noter que la colonisation globale des blés en mélange pur aurait tendance à être plus importante pour les blés populations que modernes. Il pourrait donc y avoir un seuil de saturation de la mycorhization pour les blés. Les blés populations en mélange pur ayant déjà une tendance à plus mycorhizer, auraient pu atteindre ce seuil de mycorhization ce qui empêcherait la féverole d'augmenter le taux de colonisation. Par ailleurs, la féverole augmenterait la mycorhization des blés modernes chez Gilles et au lycée car le seuil de saturation ne serait pas atteint par les mycorhizes des blés modernes en mélange pur. Ce seuil de saturation engendrerait donc une compétition entre les blés populations et de la légumineuse lorsqu'ils sont associés ce qui expliquerait l'effet nul voire négatif de la légumineuse sur la mycorhization des blés populations chez Gilles et au lycée.
La légumineuse pourrait donc stimuler la mycorhization lorsqu’elle est faible mais aurait tendance à l’inhiber lorsqu’elle est déjà élevée.
1.2. Influence du mélange de variétés et du type de variétés
A. Mélange/variétés simples
En ce qui concerne ce facteur, nous étudions ici plusieurs variétés (trois populations et trois variétés commerciales) cultivées seules et en mélange. Une première hypothèse pour ce facteur est que les variétés, qu'elles soient modernes ou populations, mycorhizent plus en situation de mélange qu'en culture simple.
Sur le graphique 3, on aperçoit une légère augmentation de la mycorhization pour les cultures en mélanges que ce soit populations ou modernes au lycée par rapport aux variétés simples. En revanche, pour les variétés modernes chez Gilles ces résultats sont inverses. Il est donc difficile d'exploiter ces résultats.
38,0
31,3
0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0
Variétés population Variétés modernes
Pourcentage moyen de colonisation
Type de variétés
Graphique 4 : Total de la colonisation globale entre les variétés modernes et populations
Graphique 4 : Pourcentage total de la colonisation des racines par les mycorhizes en fonction des variétés modernes et populations.
20 Par ailleurs, on observe que dans les variétés populations chez Gilles et au lycée, la Bladette a un taux de colonisation élevé (de 39,4% pour Gilles) contrairement aux autres variétés populations en culture simple (de 32,3% pour Saint Priest et de 30,3% pour Redon). On se demande donc si la Bladette pourrait avoir une influence sur la colonisation du mélange des blés populations ou s'il existe une synergie entre les trois variétés cultivées ensemble.
Au lycée, les trois variétés populations en culture simple (Saint Priest, Bladette et Redon simples) atteignent une valeur moyenne de colonisation des racines de 34,1% tandis que la colonisation globale du mélange des variétés populations atteint une valeur de 41,5%. Ces valeurs se retrouvent chez Gilles. Elles montreraient donc une synergie entre les variétés lorsqu'elles sont cultivées en mélange. Il pourrait donc y avoir un effet intra variétal sur la mycorhization des blés populations et non une simple influence de la Bladette sur la colonisation.
Ces valeurs restent tout de même approximatives sachant que les écarts types sont élevés.
B. Variétés populations versus variétés modernes
On observe sur le graphique 3 la colonisation globale entre les variétés en culture simple ou en mélange, des blés populations ou modernes que les variétés populations mycorhizent plus que les modernes. En effet, la moyenne de la colonisation des racines par les mycorhizes pour les variétés populations chez Gilles et au lycée atteint une valeur de 38%
contrairement aux variétés modernes qui atteint une valeur de 31,3% (voir graphique 4). Ces observations montrent bien que pour n'importe quel lieu (lycée ou Gilles) les variétés populations ont tendance à plus mycorhizer que les variétés modernes. Cela conforte nos hypothèses de départ. Une explication à ces résultats serait l'histoire de la sélection de ces différents types de blés. En effet, comme indiqué auparavant, les blés modernes sont le fruit d'une sélection réalisée dans des conditions d'intrants chimiques. Cela pourrait leur conférer une "dépendance" aux intrants et donc entraîner une perte de leur capacité à s'adapter aux milieux et donc, par exemple, à mycorhizer (les intrants apportant des éléments nutritifs dont le blé a besoin, les racines perdent leur capacité à interagir avec le sol car les critères de sélection sont développés sur d'autres aspects comme la capacité à valoriser les intrants). En revanche, les blés populations provenant de sélection aux champs en agriculture biologique,
