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Champignons Et Bactéries Du Sol : Alternatives Aux Engrais Chimiques

Champignons et bactéries du sol : alternatives aux engrais chimiques

Introduction

Les engrais chimiques sont essentiels à l’agriculture moderne car ils fournissent des éléments essentiels (azote, phosphore, etc.) au bon développement des plantes (Adesemoye et al., 2009). Cependant, leur utilisation excessive présente des dangers à la fois sur l’environnement et sur la santé humaine. Sur le plan environnemental, ils peuvent être à l’origine, par exemple, d’une accumulation de métaux lourds dans le sol, de l’eutrophisation1 de l’eau et d’une pollution de l’air en gaz azoté (N2O) et soufré conduisant à l’augmentation de l’effet de serre (Conley et al., 2009 ; Savci, 2012). Quant au niveau de la santé humaine, les nitrates présents dans les engrais chimiques, qui s’infiltrent dans les eaux souterraines, peuvent causer des maladies tels que le cancer de l’estomac, le goitre, des malformations congénitales, l’hypertension, etc., lorsqu’ils sont présents en grande quantité dans l’eau de boissons (Majumdar et al., 2000).

Aux Comores, l’agriculture est le secteur économique le plus important puisqu’il occupe plus de 80 % de la population active (FAO, http://www.fao.org/3/V8260B/V8260B0l.htm). Le pays n’est ni producteur ni exportateur de produits chimiques. Cependant, il est un importateur d’intrants agricoles selon un document du ministère de l’agriculture2. Les problèmes liés à l’utilisation des engrais chimiques peuvent donc également être présents dans notre pays. Toutefois, il existe, dans la nature, des micro-organismes (être vivants microscopiques) qui jouent les mêmes rôles que les engrais chimiques sur le plan de l’alimentation pour les plantes. Ces micro-organismes peuvent être des bactéries vivant librement dans le sol (PGPR extracellulaires) ou vivant en symbiose (PGPR intracellulaires) avec certaines plantes, ou bien ils peuvent être des champignons mycorhiziens3 vivant également en symbiose avec plusieurs plantes (Gray et Smith, 2005 ; Bhattacharyya et Jha, 2012 ; Bâ et al., 2011).

Cette présente note fera une présentation des différents micro-organismes qui protègent et stimulent la croissance des plantes, ainsi que leur possible utilisation en tant qu’engrais biologiques via la production d’inoculums (échantillons contenant ces microbes bénéfiques à la croissance des plantes) aux Comores.

comparaison entre azospirillum agrobacterium pseudomonas enterobacter et rhizobium
Une comparaison entre l’azospirillum, agrobacterium, pseudomonas, l’enterobacter et rhizobium

Les rhizobactéries favorisant la croissance des plantes (en anglais : Plant Growth Promoting Rhizobacteria ou PGPR)

En général, les PGPR peuvent être classés en PGPR extracellulaires (PGPRe) et en PGPR intracellulaires (PGPRi). Les PGPRe sont les bactéries du sol vivant dans la rhizosphère (sol proche des racines) ou dans les espaces entre les cellules de l’écorce de la racine. Tandis que les PGPRi, elles vivent dans les cellules racinaires, généralement dans des structures spécialisées (Gray et Smith, 2005). Ces rhizobactéries (bactéries du sol) sont soit phytostimulatrices, soit phytoprotectrices. Lorsqu’elles sont phytostimulatrices, elles favorisent la croissance des plantes en fixant l’azote atmosphérique (N2) ou en solubilisant (rendre dissout) le phosphate par exemple et lorsqu’elles sont phytoprotectrices, elles protègent les plantes en produisant des antibiotiques qui inhibent ou tuent les pathogènes par exemple (Bhattacharyya et Jha, 2012).

Les PGPR extracellulaires

Dans ce groupe, se trouvent des bactéries appartenant aux genres tels que Bacillus, Pseudomonas, Erwinia, Caulobacter, Serratia, Arthrobacter, Micrococcus, Flavobacterium, Chromobacterium, Agrobacterium, Hyphomycrobium. Ces bactéries aident les plantes en intervenant dans plusieurs processus. Elles peuvent stimuler (ou favoriser) la croissance des plantes en produisant des phytohormones (hormones de plantes comme l’auxine, les cytokinines, etc.) et en fixant l’azote atmosphérique, puis le transformant en azote assimilable (ammonium) qui peut être facilement utilisable par les plantes. Elles peuvent aider également les plantes à résister à la sécheresse et aux maladies, ainsi qu’à mieux absorber les éléments nutritifs dans le sol en les dissolvant dans l’eau ou en formant des structures (sidérophores, par exemple) qui permet leur absorption par les plantes (Gopalakrishnan et al., 2015).

Les PGPR intracellulaires

Les PGPRi sont les bactéries du sol présentant la capacité d’entrer en symbiose avec des plantes, essentiellement des plantes de la famille des Légumineuses (haricot, arachide, etc.). La symbiose est définie comme étant une relation durable entre deux organismes à bénéfice réciproque. Dans la relation symbiotique impliquant les PGPRi et les Légumineuses, il se forme une structure spécialisée appelée nodule ou nodosité dans laquelle, la bactérie fixe et réduit l’azote atmosphérique en ammonium facilement assimilable par les plantes et en retour, les plantes fournissent le carbone (issu de la photosynthèse) et un abri aux bactéries. Le groupe des PGPRi est constitué des bactéries des genres Rhizobium, Bradyrhizobium, Sinorhizobium, Azorhizobium, Mesorhizobium et Allorhizobium (Gray et Smith, 2005 ; Bhattacharyya et Jha, 2012 ; Gopalakrishnan et al., 2015).

Les champignons mycorhiziens

Il existerait entre 220 000 et 420 000 espèces de plantes terrestres. Plus de 10 000 espèces ont été étudiées et 86 % d’entre elles possèdent des mycorhizes. Une mycorhize est le résultat de l’association symbiotique entre certains champignons et les racines des plantes. Dans cette relation, le champignon facilite l’absorption du phosphore et de l’eau pour la plante et en retour, la plante donne au champignon le carbone issu de la photosynthèse4. Il existe sept types de mycorhizes classés selon leur écologie, leur morphologie (forme) et leur structure :

  • les mycorhizes à vésicules et à arbuscules ou mycorhizes à arbuscules (MA),
  • les ectomycorhizes (ECM),
  • les ectendomycorhizes,
  • les mycorhizes arbutoïdes,
  • monotropoïdes,
  • éricoïdes
  • et orchidoïdes (Bâ et al., 2011).

Production d’inoculum aux Comores

De nombreuses études ont rapporté les effets positifs de ces micro-organismes sur les plantes. Swain et al. (2007), par exemple, ont rapporté que la bactérie Bacillus subtilis produit de l’auxine (phytohormone) qui a un effet bénéfique sur la croissance de l’igname. De plus, des bactéries appartenant à certains genres tels que Bacillus, Erwinia, Microbacterium, Rhizobium, etc., sont citées parmi les bactéries les plus importantes en terme de solubilisation du phosphate et qui rendent donc disponible le phosphore pour la nutrition des plantes (Bhattacharyya et Jha, 2012). Enfin, d’autres études montrent que l’inoculation à la fois de rhizobium et de champignons mycorhiziens augmente significativement la biomasse, le taux de photosynthèse, la nodulation et l’activité de la fixation de l’azote (Geneva et al., 2006 ; Wang et al., 2011). Il a été constaté également que ces micro-organismes peuvent être aussi performants (voire plus) que les engrais chimiques sur l’augmentation de la croissance et du rendement des plantes, ce qui fait qu’ils peuvent être utiliser à la place des engrais chimiques (Adesemoye et al., 2009 ; Khaur et Reddy, 2015).

Aux Comores, nous avons d’abord besoin de mener des études qui nous permettront d’isoler et d’inventorier les micro-organismes du sol qui vivent libres dans le sol ou en symbiose avec les plantes. C’est après cette étape, qu’il sera possible de conduire d’autres études afin d’identifier parmi les microbes inventoriés, ceux qui sont performants (compétitifs, efficients, etc.). Enfin, les bonnes souches (de bactéries et de champignons) qui seront retenues, ce seront celles-là qui permettront la production d’inoculums afin de limiter l’utilisation d’engrais chimiques. Ces différentes activités vont, d’un côté, faire avancer la recherche agricole dans notre pays et d’un autre côté, permettre la création d’emplois si plus tard, il devient possible d’installer une entreprise qui produit et distribue des engrais biologiques faits à base de ces micro-organismes.

Références

Adesemoye, A.O., H.A. Torbert and J.W. Kloepper. 2009. Plant Growth-Promoting Rhizobacteria allow reduced application rates of chemical fertilizers. Spinger/Microbial Ecology. 58: 921 – 929.

Bâ, A., R. Duponnois, M. Diabaté et B. Dreyfus. 2011. Les champignons ectomycorhiziens des arbres forestiers en Afrique de l’Ouest. IRD Edition. p14.

Bhattacharyya, P.N. and D.K. Jha. 2012. Plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR): emergence in agriculture. World J Microbiol Biotechnol. 28: 1327 – 1350.

Conley, D.J et al. 2009. Controlling Eutrophication : Nitrogen and phosphorus. Science. 323: 1014 – 1015.

Geneva, M. et al. 2006. The effect of inoculation of pea plants with mycorrhizal fungi and Rhizobium on nitrogen and phosphorus assimilation. Plant Soil Environ. 52: 435 – 440.

Gopalakrishnan, S., et al., 2015. Plant growth promoting rhizobia: challenges and opportunities. Biotech. 5: 355 – 377.

Gray, E.J. and D.L. Smith. 2005. Intracellular and extracellular PGPR: commonalities and distinctions in the plant-bacterium signaling processes. Soil Biology and Biochemistry. 37; 395 – 412.

Kaur, G. and M.S. Reddy. 2015. Effects of phosphate-solubilizing bacteria, rock phosphate and chemical fertilizers on maize-wheat cropping cycle and economics.Pedosphere. 25: 428 – 437.

Majumdar, D. and N. Gupta. 2000. Nitrate pollution of groundwater and associated human health disorders. Indian Journal of Environmental Health. 42: 28 – 39.

Savci, S. 2012. An agricultural pollutant: Chemical fertilizer. International Journal of Environmental Science and Development. 3: 1 – 5.

Swain, M.R., S.K. Naskar and R.C. Ray. 2007. Indole-3-acetic acid production and effect on sprouting of yam (Dioscorea rotundata L.) minisetts by Bacillus subtilis isolated from culturable cowdung microflora. Polish Journal of Microbiology. 56: 103 – 110.

Wang, X. et al. 2011. Effects of co-inoculation with arbuscular mycorrhizal fungi and rhizobia on soybean growth as related to root architecture and availability of N and P. Mycorrhyza. 21: 173 – 181.

1 En milieux aquatiques, l’eutrophisation est un déséquilibre du milieu provoqué par l’augmentation de la concentration d’azote et de phosphore dans le milieu (Conley et al., 2009).

2 Profil national des Comores sur la Gestion des produits chimiques, Décembre 2008 (http://cwm.unitar.org/national-profiles/publications/cw/np/np_pdf/Comoros_National_Profile_2009.pdf)

3 La définition d’une mycorhize est donnée plus bas.

4 Processus par lequel les plantes vertes fabriquent des matières organiques (sucres, etc.) grâce à la lumière, en absorbant le gaz carbonique présent dans l’air et en rejetant de l’oxygène.

Alyr Mounirou Hachim

Doctorant en Biotechnologies Végétales et Microbiennes, et Amélioration des Plantes.
Spécialité : Génétique et Génomique des plantes.

Université Cheikh Anta Diop de Dakar et Centre d’Etude Régional pour l’Amélioration de l’Adaptation à la Sécheresse (CERAAS, Thiès).

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