Services écosystémiques des légumineuses et changement global

services écosytémiques des légumineuses

et changement global

J.J. Drevon

INRA Montpellier

kg P

₂

O

₅

ha

-1

400

300

200

100

0

0

50

150

250

diverse

Graminaceae

Fabaceae

g

D

W

m

Ingénieur agronome de l’INA et docteur-HDR en biologie des organismes et populations de l’Université de Montepelleir, a travaillé en Inde et en Afrique en collaboration avec la FAO avant d’être recruté à l'Inra où il anime depuis 1982 un groupe de recherche sur

l'écophysiologie de la fixation d'azote chez les légumineuses, maintenant au sein de l'UMR Ecologie fonctionnelle des sols et des agro-écosystèmes.

Il a dirigé l'Institut fédératif de recherche ECOSYSTEM, et coordonné FABAMED, comme groupe coopératif de recherche sur la fixation d'azote dans le bassin méditerranéen, avec les projets Fysame et Aquarhiz de l'Union européenne, puis FABATROPIMED comme grand projet fédérateur d'Agropolis Montpellier sur les services écosystémiques des

légumineuses.

Il est membre du Comité Scientifique du Congrès International sur la Fixation d'Azote (INFC) depuis 2008 et Membre d’Honneur de l’Académie des Sciences de Cuba (section Sciences des Sols) depuis 2010.

Il a reçu la médaille J.Dufrenoy de l'Académie d'Agriculture de France en 1993 et le prix de la société ibéro-américaine des interactions bénéfiques plantes-microorganismes en 2009. Il a publié 137 articles scientifiques et 6 ouvrages sur ses recherches

U

tilisation efficace du phosphore par la fixation d'azote

Pour valoriser le recyclage du phosphore résiduel ?

Sustainable P Summit Montpellier 2014

Mine P

exhausting

Waste P

Phosphorus Efficience

- 15% per year

PUE/SNF

?

lost P

recycle P

Except WesternSahara

MINE de GAFSA

Humanité exposée au 1

épuisement

d’une ressource non-substituable

(TUNISIE)

KEY papers substantiate the claim:

Rockström et al.

NATURE

24 Septembre 2009

Club de Rome 1970s

HUMAN INTERFERENCE

in NITROGEN CYCLE

Humanité exposée au 1

épuisement d’une ressource

non-substituable

la production alimentaire planétaire a doublé en 35 ans

X 2

8-10

5.5

1.8

20

2000

2030-40

10

Mt

10

ha

%

10

food

Terres

cultivées

irriguées

Population

6

3.5

1.5

18

+72%

+20%

Augmenter la

productivité

Intensification

écologique

M Griffon

Tilman et al.

2002 Nature, 418

Vance et al. 2003

New Phytologist 157

N & P fertilisation conduit à :

- l’eutrophisation des eaux de

surface

- quasi 30 % des gaz à effets

de serre (CO

, N

O, CH

)

Durant la révolution

verte

la consommation mondiale de fertilisants

a augmenté 7 & 3.5 fois pour azote & phosphore

2

services écosytémiques des légumineuses

L'utilisation efficace du phosphore pour la fixation d'azote

peut elle augmenter la durabilité des agro-écosystèmes ?

kg P

₂

O

₅

ha

-1

400

300

200

100

0

0

50

150

250

diverse

Graminaceae

Fabaceae

g

D

W

m

Distribution

Quelle adaptation en sols pauvres en phosphore

pour les symbioses rhizobiennes ?

Externe

Stratégie

Interne

EUP pour FSN

N fixed / nodule P content

Acquisition

P

P

Plant - Nodule

Rhizosphere

Utilisation

Phosphorus Use Efficiency

200 150 100 50

0

O

micro- electrode : Tjepkema & Yocum (1974) ; Witty et al. (1986)

Middle Cortex

Inner Cortex

Vascular Trace

Sclerenchyma

ATP

N

2

(CHO)n

CO

2 NH

3

e-O

2

H

2

O

Génotypes de haricot contrastant en EUP pour FSN

inoculé avec Rhizobium tropici

CIAT 899

RIL147

RIL115

Diagnostic nodulaire

La FSN assure t elle les besoins en N de la légumineuse

OU quels sont les facteurs limitant la FSN ?

quels sols sont riches en microbes pour le couplage P & N

?

rhizobia, mycorrhiza, rhizobacteria

Test-bêche

« the hidden half »

«Shovelomics» J Lynch

15

N B value

haricot et fève

(major/minor)

Lauragais et Hérault,

Haouz (Maroc), Medjerda (Tunisie)

Sétif et Ain Temouchent (Algérie)

Tanety (Madagascar) et Gibara (Cuba)

pois-chiche

Medjerda (Tunisie)

niébé

40

30

20

10

0

4

5

6

7

8

9

g sec nodule / plant

g

s

ec

a

ér

ie

n

/

p

la

n

t

gMSa = 0.1 Nod + 4.4 R = 0.91

Inoculation

Efficicacité d’Utilisation de la Symbiose Rhizobienne

pO

pO

CO

O

H

H

_HCO

PO

C

pH

pH

Cercle vertueux de fertilité phosphatée des sols ?

via u

tilisation efficace du phosphore par la fixation d'azote

eH

eH

Phytate

influx _efflux

Phytase localisée dans le cortex nodulaire

Lazali et al. Planta 2014

Augmente sous

P déficience

Nodular Diagnosis Field trial/test Inoculation Soil organisms Rhizobia genotype symbiotic genes

Legume

diversity

Functional genomics

Functional ecology

Plantes

Microbes

Sol

& eau

Fabamed

STRATEGIE INTERDISCIPLINAIRE POUR COUPLER LES CYCLES

N

&

P

AVEC DES LEGUMINEUSES EN AGRO-ECOSYSTEMES

1 12L3

₁₆

Www.fabatropimed/inra/fr

ECOLEG formation

Graminaceae

Fabaceae

Merci

pour votre

attention

RPL Grand Sud

Carcassonne

28 sept 2016

RIL 147

RIL 115

Merci de votre attention

D Blavet

T Becquer

A Braumann

F Gérard

B Jaillard

M Pansu

C Plassard

Fabamed

www fabatropimed/inra/fr

ECOLEG training

WP0 Management and Coordination WP3 WP5 Physiological mechanisms and candidate genes N & P cycles and C sequestration in soils WP4 Symbiotic and rhizospheric interactions WP2 agronomy environmental

diagnosis and ecology

WP1 Innovation systems and sustainability assessment

New symbioses

high PUE/SNF

FABATROPIMED

: Services écosytémiques des légumineuses

pour les cycles bio-géochimiques de N & P, et C

Participatory Research

quelles phosphatases contribuent au couplage entre phosphore et

azote fixé dans les nodules de légumineuses ?

Link with functional genomics

phytate

_{C – O – P - O}

O

O

Pi

Pi

Pi

Pi

Pi

20

phytases

végétales et microbiennes

en agro-ecosystems

21 Caus se F Poug et Agde F Aspi ran F Agde T Aspi ran V Caus se T Aspi ran T Agde J Aspi ran F’ 0 10 20 30 40 50

115

147

mg nodules secs par plante

LSD

Quelle biodiversité ?

Plateforme de phénotypage en symbiose

combinant physiologie et génétique en culture hydroaéroponique

de Phaseolus vulgaris avec 10 versus 35 µmol P plant

jour

Adaptée à Glycine max, Vigna unguiculata & V. subterranea,

Cicer arietinum & Medicago truncatula avec G Carlsson (Suède)

A C

B Root-hairs

Root elongation

Root-cap

•

_{Localization of bacterial phytase on root parts}

R Maougal et al. 2014 Planta

with or without

Why low P efficiency for N

2

fixation ?

Nodule content in P-rich

macomolecules is high

for both nucleic acids

and cytoplamic membrane

Macrosymbiont :

polyploid infected-cells

& peri-bacteroidal membrane

Microsymbiont :

»

_{In situ RT-PCR signal in nodule}

for bacterial phosphatase mRNA

by L Amenc

115 +P PacB2 310708 NRT1

115 +P PacB2 310708 f

HAP phytases

Phy AA ABC type transporter

in E coli - Azorhizobium caulinodens

ASR1 Phytase

in K pneumoniae – S. medicae

Ye APPA

in Yersinia sp.

BPP Phytases would be most diverse

Hychem (Tunisia)

PEPase L115

4x

10x

Where is phospho-enol pyruvate phosphatase (PEPase)

localized in common bean nodules ?

A Bargaz et al. 2012 Journal of Experimental Botany

A Bargaz et al. 2013 Planta TrehaloseP Pase