ARTICLE
Matériels et méthodes
Le sol
Le sol utilisé est un sol brun de texture limono-argileuse. Ses
principales caractéristiques sont les suivantes : argile 18 %,
limons 68 % et sables 12 % ; carbone 0,84 %, matière organique
1,4 %, CEC 11,7 mEq/100 g, calcaire 0,4 % ; pH (H2O) 7,5, pH
(KCl) 6,7. Il provient d'une parcelle d'essais de la station expérimentale
du Cetiom (Centre Technique Interprofessionnel des Oléagineux Métropolitains)
de St-Pathus (77). Le sol a été prélevé au
début du mois d'août 1995 et désinfecté à
la vapeur avant utilisation.
La plante
La plante utilisée est le tournesol (Helianthus annuus),
variété Albena, dont les semences, non traitées (lot
1993), ont été fournies par la société Prograin
Génétique (Le Mas du Saule). La variété Albena
est précoce à mi-précoce, moyennement riche en huile
et peu sensible aux attaques des pucerons, de Sclerotinia (stade
bouton floral) et de Phomopsis [9].
La bactérie
La souche bactérienne testée (YAS34) a été
isolée de la rhizosphère du tournesol sur la base de sa
capacité à produire un exopolysaccharide (EPS) de type gélifiant,
sur milieu enrichi en carbone [10]. Le tournesol avait été
cultivé sur un sol argilo-calcaire du Berry (station Cetiom de
St-Florent-sur-Cher). L'identification de cette souche a été
réalisée par séquençage de son ADNr 16S. Elle
appartient au genre Rhizobium, mais à aucune espèce
décrite jusqu'ici. L'espèce la plus proche est Rhizobium
leguminosarum [10].
Dispositif expérimental et conduite culturale
Les effets de deux facteurs ont été étudiés
: inoculation ou non de la souche Rhizobium sp. YAS34 et régime
hydrique non limitant (évaporation maximale, ETM) ou limitant (ETM/2).
L'ETM correspond à la consommation de la plante en eau, en l'absence
de contrainte hydrique.
L'essai a été mis en place suivant un dispositif bifactoriel
entièrement randomisé (4 répétitions complètes).
Chaque parcelle élémentaire comprend 4 pots de 2 plantes
chacun. Le nombre de pots est donc de 64 (2 niveaux d'inoculation x 2
régimes hydriques x 4 blocs x 4 pots).
Le semis a été réalisé le 3 août 1995
à raison de 10 graines par pot. Les pots à réserve
d'eau (25 x 25 x 25 cm) contenaient 12 kg de sol et 3 l d'eau. Le peuplement
a été progressivement réduit jusqu'à atteindre
2 plantes par pot au stade B4 (deuxième paire de feuilles). Les
pots ont été placés en serre jusqu'au 9 août,
date à laquelle ils ont été transférés
à l'extérieur. Ils ont été ensuite réintroduits
en serre le 20 septembre (stade E3, bouton séparé de la
dernière feuille).
La fertilisation a été conduite de manière à
satisfaire les besoins de la plante : 2,6 g N/plante en trois apports
du stade 2 feuilles (B2) à début floraison (F1) ; 0,4 g
P/plante au stade B2 ; 2,75 g K/plante en deux apports aux stades B2 et
B8 ; 0,29 g S/plante + 0,90 g Mg/plante + 0,005 g B/plante au stade B2.
Une protection phytosanitaire aussi parfaite que possible a été
assurée. Une faible attaque de Phomopsis n'a toutefois pas
pu être évitée (perte de 6 feuilles sur l'essai en
début d'attaque ; pas de passage de la maladie sur tige).
La différenciation des régimes hydriques (ETM vs
ETM/2) a été initiée le 26 septembre, après
le retour en serre (soit 4 jours avant le stade F1, inclinaison du bouton
floral). En régime non limitant (ETM) les pots sont approvisionnés
avec deux goutteurs, contre un seul goutteur en régime limitant
(ETM/2). Les apports étaient déclenchés à
l'aide d'un système de balances à deux plateaux permettant
l'ouverture d'une électrovanne à fermeture temporisée
(durée de temporisation réglable). Une balance commandait
l'irrigation de deux répétitions de chaque régime.
Une permutation hebdomadaire des pots placés sur les balances a
permis de limiter les hétérogénéités
d'alimentation hydrique. Le régime hydrique réellement appliqué
dans le traitement « limitant » a été de 47 %
de l'ETM du 26/9 au 2/10, de 44 % ETM du 3/10 au 24/10, puis de 29 % jusqu'à
maturité. Le faible niveau du régime hydrique en fin d'expérience
est lié à la sénescence précoce des feuilles
dans le traitement « limitant », qui a conduit à une
réduction de la transpiration. Les plantes ont été
récoltées le 20 novembre 1995, soit 109 jours après
le semis.
Modes d'inoculation
Les semences de tournesol, préalablement décortiquées
et désinfectées, ont été incubées,
sous agitation modérée, dans 50 ml d'inoculum (bactéries
avec leur polysaccharide : 107 bactéries. ml-1)
pendant 4 h à 30 °C. Dans le cas du témoin, les semences
sont placées dans de l'eau distillée stérile. Afin
d'assurer une bonne implantation de la souche inoculée dans la
rhizosphère du tournesol, nous avons apporté 3 ml d'inoculum
(107 bactéries lavées. ml-1) au moment
du semis sur chaque semence.
Récupération du sol adhérent
En fin de culture, les plantes de tournesol sont séparées
en deux parties : racinaires et aériennes. Ensuite, une partie
du système racinaire (avec son sol adhérent) est récupérée
et agitée mécaniquement (1400 vibrations/min) à l'aide
d'un vibreur (Flask Shaker SF1, Stuart Scientific) pendant 1 min afin
de ne garder que le sol adhérent. Le sol adhérent est séparé
des racines par lavage à l'eau distillée stérile.
Les masses de matière sèche racinaire (Ra) et de sol adhérent
(SA) ont été déterminées après séchage
à 105 °C.
Stabilité structurale du sol adhérent
La stabilité structurale est mesurée par une technique
mise au point par Bartoli et al. [11]. L'appareil de désagrégation
est constitué d'un plateau circulaire auquel sont suspendus 9 tamis
ayant des pores de 0,2 mm de diamètre, immergés chacun dans
200 ml d'eau. Les racines, avec leur sol adhérent, sont placées
dans les tamis (à raison d'un échantillon par tamis) puis
soumises à un mouvement rotatif constant pendant 1 h. Les deux
fractions de sol, supérieure et inférieure à 0,2
mm, sont ensuite séchées à 105 °C et le pourcentage
des agrégats supérieurs à 0,2 mm a été
déterminé.
Analyse statistique
Les données ont été traitées à l'aide
du logiciel d'analyse de variance (STATGRAPHIC'S, Release 4.2 Uniware
STSC, Inc. USA). Les risques de 1re et 2e espèce
ont été fixés respectivement à 5 et 10 %.
Résultats et discussion
Avant de voir quels ont été les effets des deux facteurs
étudiés (régime hydrique, inoculation) sur les variables
mesurées (croissance, rendement), nous avons contrôlé
que ces deux facteurs avaient été appliqués efficacement.
Suivi des facteurs étudiés
En ce qui concerne le régime hydrique, l'humidité du sol
des plantes témoins non soumises au stress hydrique (ETM) a été
maintenue à environ 30 % (correspondant à pF 3,0) jusqu'au
stade maturité. La contrainte hydrique appliquée a significativement
fait baisser cette humidité entre 12 et 14 % (correspondant à
pF 3,7) (tableau 1). L'inoculation
bactérienne n'a eu aucun effet sur l'humidité du sol mesurée
hors de la rhizosphère (sol nu).
Nous n'avons pas pu vérifier directement la colonisation de la
rhizosphère du tournesol par la souche YAS34 car, en cours d'expérience,
il aurait fallu sacrifier quelques plantes et, en fin d'expérience,
nous n'avons pas pu récolter les échantillons dans des conditions
compatibles avec une analyse microbiologique. Par contre, nous avons réussi
à mettre en évidence ce que nous considérons comme
étant la résultante de l'activité de cette bactérie
dans le sol rhizosphérique. Il s'agit de l'augmentation de la masse
de sol adhérent par unité de masse racinaire (rapport SA/Ra),
ainsi que la modification de la structure de ce sol adhérent. En
effet, nous avons montré, au cours d'expériences antérieures
réalisées en conditions contrôlées (phytotrons),
qu'il existait une corrélation positive entre l'augmentation de
la population de la souche YAS34 après inoculation et celle de
la masse de sol adhérant aux racines de tournesol, avec une modification
de la structure de ce sol [10].
Dans les conditions expérimentales de l'étude présentée
ici, nous confirmons que, quel que soit le régime hydrique, l'inoculation
augmente significativement cette masse de sol adhérent par unité
de masse racinaire (+ 50 % pour le régime hydrique témoin)
(tableau 2). À
l'inverse, la contrainte hydrique s'accompagne d'une très forte
diminution du rapport SA/Ra, associée ou non à l'inoculation
de la souche YAS34.
Afin de vérifier l'effet de l'inoculation bactérienne
sur la structuration du sol autour des racines, nous avons mesuré
la stabilité des agrégats de cette fraction de sol (tableau
3). L'inoculation bactérienne conduit effectivement à
une augmentation significative de la stabilité des agrégats,
quel que soit le régime hydrique. Bien que faisant appel à
des processus physiques différents, la stabilité des agrégats
du sol adhérent provenant des traitements soumis à la contrainte
hydrique est significativement supérieure à celles des agrégats
issus des traitements témoins non stressés.
En conclusion de cette première partie, nous pouvons dire que
les deux facteurs étudiés (régime hydrique, inoculation)
ont été effectivement appliqués puisque nous avons
pu mesurer leurs effets les plus directs (humidité du sol, agrégation
et stabilité du sol adhérent).
Évolution de la masse de matière
sèche aérienne
La production de biomasse aérienne (feuilles et tiges) a été
suivie au cours du cycle végétatif (données non présentées).
Ni la contrainte hydrique ni l'inoculation n'ont eu d'effet sur cette
biomasse jusqu'au stade F1 (inclinaison du bouton floral). Des mesures
intermédiaires avaient été réalisées
aux stades E1 (apparition du bouton floral = stade étoile) et E2
(bouton floral détaché de la couronne foliaire). Ce résultat
est attendu dans le cas de la contrainte hydrique puisqu'elle a été
appliquée seulement 4 jours avant le stade F1. Ensuite, toutefois
l'effet de la contrainte hydrique se traduit par une baisse significative
de la biomasse aérienne au stade M1.1 (dos du capitule vert jaune).
Cette diminution de la biomasse est corrélée à celle
de la surface foliaire (données non présentées).
Cette diminution significative de la biomasse aérienne dans les
traitements soumis à la contrainte hydrique est confirmée
à maturité (en moyenne - 7 %) (tableau
4). De nouveau, l'inoculation n'a aucun effet significatif sur
ce paramètre.
Évaluation du rendement et de ses composantes
Le tournesol est cultivé pour sa production d'huile et de tourteaux.
Le rendement en huile du tournesol se décompose en plusieurs facteurs.
Dans cette expérience, le rendement sera évalué par
plante.
Le rendement en graines et ses composantes
Tout d'abord le rendement en graines (masse de matière sèche
de graines/plante) a été mesuré pour chacun des traitements.
De nouveau, l'effet négatif de la contrainte hydrique est significatif
sur ce paramètre (- 20 %), alors que l'inoculation n'a pas d'effet
(tableau 5).
Les deux composantes du rendement prises en compte sont le nombre de
graines par plante et le poids de mille graines.
* Le nombre de graines par plante
Globalement, la contrainte hydrique diminue ce paramètre de façon
significative (- 7 %), contrairement à l'inoculation bactérienne
dont l'effet positif n'est pas significatif. Il faut noter que le nombre
de graines par plante du traitement inoculé et stressé n'est
pas significativement différent de celui du témoin non inoculé/non
stressé (tableau 6).
* Le poids de mille graines
L'impact de la contrainte hydrique sur ce paramètre est de nouveau
hautement significatif (en moyenne -13 %), alors que les traitements inoculés
sont strictement identiques aux témoins non inoculés (tableau
7).
Le rendement qualitatif
* La teneur des graines en huile
Ce paramètre est le seul à être significativement
modifié par le facteur inoculation, sans être affecté
par la contrainte hydrique. L'analyse de variance montre que l'inoculation
augmente significativement (p < 0,01) la teneur des graines en huile
(49,5 vs 47,5 ; + 4 %), en prenant en compte globalement les deux
niveaux d'alimentation hydrique (effet moyen). Cet effet de l'inoculation
n'est pas significatif lorsque les deux niveaux d'alimentation hydrique
sont analysés séparément (tableau
8).
* Le rendement en huile
Le calcul du rendement en huile (masse de graines/plante x teneur des
graines en huile) conduit au même constat. L'effet négatif
de la contrainte hydrique est hautement significatif, et du même
ordre que celui observé sur le rendement en graines (en moyenne
- 18 %), alors que la tendance observée pour le traitement «
inoculation » n'est pas significative (tableau
9).
En conclusion, l'impact de la contrainte hydrique sur le rendement en
huile de la plante (- 18 %) s'explique d'abord par une forte chute du
poids de mille graines (- 13 %) et par une diminution du nombre de graines
par plante (- 7 %). Aucun effet de ce facteur n'a été détecté
sur la teneur des graines en huile.
Bien que l'inoculation n'ait pas augmenté significativement le
rendement en huile de la plante (+ 6 %, non significatif), ce facteur
a stimulé significativement la teneur des graines en huile (49,5
vs 47,5 %).
CONCLUSION
Au cours de cette expérience, la contrainte hydrique a été
maîtrisée (nette diminution de l'humidité du sol dans
le traitement stressé) et elle s'est logiquement traduite par une
baisse significative de la croissance du tournesol (masse de matière
sèche des feuilles et tiges) et du rendement en graines et en huile
(environ - 20 %). De façon prévisible, cette réduction
de la croissance au cours de la phase végétative du tournesol
(dès le stade F1) s'est répercutée sur le nombre
de graines par plante. De plus, la contrainte hydrique a probablement
raccourci la durée de vie du feuillage après la floraison
permettant d'expliquer la diminution du poids de mille graines. La réduction
de ces deux composantes du rendement (nombre de graines par plante, poids
de mille graines) permet de rendre compte de la diminution significative
du rendement en régime hydrique limitant. Le résultat concernant
l'effet négatif du déficit hydrique sur le rendement en
graines et en huile est en conformité avec ceux obtenus lors d'expérimentations
antérieures réalisées par le Cetiom.
L'objectif principal de cette expérience était de confirmer,
dans un premier temps, que l'inoculation modifiait la structure du sol
autour des racines, puis d'évaluer les conséquences de cette
modification sur la croissance et le rendement du tournesol.
Concernant le premier point et dans nos conditions expérimentales,
l'inoculation du tournesol par la souche Rhizobium sp. YAS34 augmente
la masse de sol adhérent sur les racines (SA/Ra : + 50 %), confirmant
ainsi des résultats obtenus sur des plantules de tournesol plus
jeunes (2 semaines) [10]. Les valeurs de SA/Ra obtenues, y compris après
inoculation par la souche YAS34, sont beaucoup plus faibles que celles
qui ont été obtenues par exemple sur les racines de blé
[5, 6]. L'augmentation de la stabilité des agrégats des
traitements inoculés est une confirmation de l'effet de l'inoculation
sur la modification de la structure du sol. L'hypothèse concernant
le mécanisme bactérien impliqué est que l'EPS de
la souche YAS34 produit à partir des exsudats racinaires contribue
à la cimentation d'agrégats dans la rhizosphère conduisant
à une plus grande stabilité, une modification de la porosité
et une augmentation du volume de sol autour des racines.
Dans un deuxième temps, nous avons pu tester les conséquences
de cette activité bactérienne sur la croissance et le rendement
du tournesol, ce qui jusqu'ici avait été impossible en conditions
de laboratoire.
Tout d'abord, nous observons que, pour certains paramètres comme
le nombre de graines par plante et la teneur des graines en huile, la
valeur du traitement « inoculé et stressé » est
équivalente à celle du témoin « non stressé/non
inoculé » (tableaux
6 et 8). Ce résultat
est en faveur d'une compensation de l'effet négatif de la contrainte
hydrique par un effet positif de l'inoculation, même lorsque l'effet
global de l'inoculation n'est pas significatif.
De façon générale, il est clair que, dans ces conditions
expérimentales, il n'y a pas d'effet de l'inoculation sur la croissance
du tournesol en phase végétative et que, très logiquement,
la composante du rendement (nombre de graines par plante) dépendant
de cette phase de croissance n'est pas significativement augmentée
(tableau 6). Le résultat
le plus encourageant est l'effet de l'inoculation sur la teneur des graines
en huile, permettant d'augmenter significativement cette composante de
deux points. Ce résultat indiquerait que l'effet de l'inoculation
sur l'agrégation rhizosphérique et ses conséquences
sur l'alimentation hydrique se manifesteraient très tard dans le
cycle du tournesol (après floraison). Il s'agit d'une piste intéressante,
car c'est à ce stade que la contrainte hydrique est souvent la
plus dramatique pour les cultures d'été en général,
et le tournesol en particulier. Ces résultats nécessitent
d'être confirmés, en particulier en utilisant une souche
de Rhizobium sp. hyperproductrice d'EPS afin d'augmenter de façon
encore plus nette la masse de sol adhérent, et en évaluer
les conséquences sur la croissance et le rendement du tournesol.
L'inoculation ou la stimulation de populations bactériennes capables
de produire activement des EPS structurant le sol rhizosphérique
est une approche qui est complémentaire de celle qui consiste à
utiliser des bactéries ayant des effets de promotion de croissance
par stimulation de la croissance racinaire ou par lutte biologique contre
des champignons pathogènes [12].
La réussite de telles applications de la microbiologie en agronomie
dépend du dialogue permanent qui doit s'instaurer entre la recherche
fondamentale en écologie microbienne et la validation des hypothèses
en conditions agronomiquement pertinentes.
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Cetiom.
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Biofutur 185 : 17-9.
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