Origine du blé
La date de l’initiation de la culture des blés se situerait selon les archéologues, entre 8900 et 7000 av. JC. Ceci correspond au début de la période du Dryas qui fut un épisode climatique de sècheresse et de refroidissement, qui a pu aboutir à l’arrêt progressif du mode de vie « Chasseur-Cueilleur » et entraîner la domestication de certaines plantes comme le blé (Hayden, 1990; Martin et al., 2000).
En ce qui concerne la localisation de la domestication des blés, on considérait jusqu’aujourd’hui qu’elle avait eu lieu dans le croissant fertile, vaste territoire comprenant selon les auteurs, la vallée du Jourdain et des zones adjacentes d’Israël, de Jordanie, d’Irak et voire de la bordure Ouest de l’Iran (Feldman et Sears, 1981; Mouellef, 2010). Récemment, des scientifiques, Lev-Yadun et al., (2000) ont suggéré sur la base de divers éléments botaniques, génétiques et archéologiques, que le creuset de notre céréaliculture se situerait en une zone plus limitée dudit Croissant fertile, localisée autour de l’amont du Tigre et de l’Euphrate, dans des territoires actuels de la Syrie et de la Turquie. En effet, les progénitures des huit cultures fondatrices du Néolithique (engrain, amidonnier, orge, lentille, pois, vesce, pois chiche et lin) se trouvent simultanément uniquement à l’intérieur de ce périmètre. De plus, en dehors de cette zone centrale, il n’existe pas pour l’heure de preuves archéologiques des formes domestiquées de céréales et de légumineuses antérieures à la période 7300-7000 av. JC ; ce qui paraît confirmer son antériorité.
La biofertilisation
La biofertilisation est une technique utilisée depuis des temps anciens bien que les gens ignoraient totalement le phénomène microbiologique qui en était à l’origine. En effet Theophrastus (372-287 avant JC) suggérait une mixture de différents sols comme un moyen de remédier à la pauvreté des sols et de leur redonner de la consistance (Tisdale et Nelson, 1975). Depuis une trentaine d’années, cette technologie connaît une nouvelle ampleur surtout suite aux effets toxiques de l’utilisation intensive des fertilisants chimiques pour accroître les rendements agricoles. En fonction de leurs mécanismes d’action sur la croissance des plantes, les bactéries à effet Plant Growth-promoting (PGP) peuvent se regrouper en trois grandes catégories : les biopesticides (contrôle des phytopathogènes), les rhizorémédiateurs (restauration des terres polluées) et les biofertilisants (amélioration de la nutrition minérale des plantes). Un biofertilisant est une substance contenant des microorganismes vivants qui lorsque appliquée aux semences, au sol ou à la surface des plantes colonisent la rhizosphère ou l’intérieur de la plante et augmente la croissance des plantes en améliorant la nutrition minérale (Vessey, 2003). La biofertilisation est donc l’utilisation sous forme d’inoculum des microorganismes possédant des activités concourant à améliorer le statut nutritionnel des plantes. Les rhizobactéries à effet biofertilisants agissent soit directement en fournissant la plante en nutriments, soit indirectement en influençant positivement la croissance racinaire et la mise en place d’autres relations symbiotiques.
Les bactéries de la rhizosphère promotrices de la croissance des plantes
Les rhizodépôts (environ 11% du carbone photosynthétique et 10 à 16% de l’azote de la plante) libérés par les plantes stimulent une flore abondante et active dans la rhizosphère. Les bactéries représentent la plus grande proportion de microorganismes de la rhizosphère (Kaymak, 2010). Lorsqu’elles établissent une relation avec la plante, elles peuvent être soient neutres, soient pathogènes à l’origine des maladies responsables de la plupart des pertes de production agricole. Toutefois, la rhizosphère n’est pas seulement une zone d’interaction entre la plante et les micoorganismes pathogènes. Elle est aussi un périmètre tampon qui recrute des bactéries appartenant à des genres divers dont Pseudomonas, Enterobacter, Bacilllus, Seratia, Azotobacter, Rhizobium, Flavobacterium, Erwinia, Burhkolderia, Azospirillum, etc. qui protègent la plante contre les infections et améliorent sa croissance et son rendement par divers mécanismes agissant individuellement ou en synergie. Ce genre de bactéries a reçu le terme de PGPR pour Plant Growth Promoting Rhizobacteria (Bashan et Holguin, 1998).
Seulement 1 à 2% des bactéries de la rhizosphère possèdent la capacité de promouvoir la croissance des plantes (Antoun et Kloepper, 2001). Plusieurs de ces bactéries sont endophytiques, c’est-à-dire capables de pénétrer à l’intérieur des cellules de la racine et se retrouver dans des organes comme la tige, les graines, et les fleurs non ouvertes ou encore dans les nodules, organe spécialisé issu de l’association symbiotique entre les bactéries fixatrices d’azote et leur plante hôte.
Notons qu’un autre type de bactéries PGPR, peut se retrouver à la surface externe de certaines parties de la plante au-dessus du sol (phyllosphère), ce sont les bactéries épiphytiques.
Rôles des bactéries PGPB
Les bactéries possédant une capacité PGP (Plant Growth Promoting) déploient plusieurs types de mécanismes afin d’améliorer la croissance, le rendement, la qualité nutritionnelle et la santé des plantes, selon que la plante se trouve en conditions de stress ou pas. L’ensemble de ces mécanismes se répartissent en deux voies d’action principales : Une voie d’action directe et une voie d’action indirecte. Dans le premier cas de figure la bactérie PGP agit en apportant à la plante des substances bactériennes phytobénéfiques, ou en facilitant la nutrition minérale de la plante hôte (Kloepper et al., 1987). Pour ce qui est du mode d’action indirecte, la bactérie PGP agit en prévenant la plante contre les effets néfastes des microorganismes pathogènes (Glick et Bashan, 1997).
Mécanismes directs : Les microorganismes bénéfiques du sol qui entrent en symbiose avec la plante agissent directement sur sa croissance par deux grands types de mécanismes . Le premier mécanisme illustre la capacité de ces organismes à faciliter la nutrition minérale des plantes. L’azote est un des principaux nutriments des plantes. Il est généralement absorbé sous forme de nitrate (NO32-). Toutefois, cette forme d’azote est très peu abondante dans le sol et lorsqu’elle est apportée sous forme de fertilisants chimique, elle est très rapidement perdue au cours des pluies ou par lixiviation. Des bactéries fixatrices du diazote atmosphérique grâce à une enzyme appelée nitrogénase sont capables d’établir des symbioses généralement avec certaines plantes légumineuses. La fixation de l’azote a lieu dans des organes spécialisés appelés nodules (ou nodosités) issus de la transformation du poil absorbant de la plante en présence de la bactérie. L’azote fixé sert non seulement à la nutrition de la plante nodulée, mais aussi à toute autre plante poussant après celle-ci, le surplus d’azote fixé étant libérée par la suite dans le sol.
Mécanismes d’action indirects : Dans le sol, la croissance des plantes peut aussi être altérée par d’autres microorganismes sources de maladie, ce sont des pathogènes. Les bactéries PGP maintiennent la croissance de la plante en agissant de manière indirecte par le bio-contrôle des pathogènes. Plusieurs mécanismes de bio-contrôle sont décrits chez les bactéries PGPB. L’antagonisme: les mécanismes responsables de l’activité antagoniste des PGPB impliquent la synthèse d’antibiotiques, de toxines et des biosurfactants, la compétition pour les minéraux et nutriments notamment par la synthèse de sidérophores qui lient le fer et le relègue à la plante, privant les pathogènes de ce minéral important pour leur métabolisme (Whipps, 2001; Compant et al., 2005; Haas et Défago, 2005).
Un autre mécanisme consiste en la synthèse par les bactéries PGP d’enzymes qui dégradent la paroi externe des cellules pathogènes. Parmi ces enzymes nous avons la chitinase (la chitine est un composant majeur de la paroi cellulaire de certains microorganismes) et la -1,3- glucanase. Induction de la réponse systémique : la résistance systémique induite (induced systemic resistance, ISR) est le phénomène par lequel l’interaction de certaines bactéries avec les racines d’une plante résulte en la résistance de cette dernière contre certains virus, bactéries et champignons pathogènes (Lugtenberg et Kamilova, 2009). L’ISR est déclenchée dans la racine et s’étend aux parties supérieures de la plante et est dépendante de la voie de signalisation de l’éthylène et du jasmonate (Loon, 2007; Ramos Solano et al., 2008). Elle est l’un des premiers mécanismes par lequel une bactérie PGP réduit la sensibilité d’une plante à un pathogène en modulant les propriétés physiques et biochimiques de la plante hôte. Les substances bactériennes qui déclenchent ce mécanisme de défense sont appelées des éliciteurs. Les polysaccharides de la paroi cellulaire sont les types d’éliciteurs biotiques les mieux décrits, mais il y’a aussi des agents tels que la flagelline, l’acide salicylique, les lipopeptides cycliques, les sidérophores, les antibiotiques et la molécule signal N-acyl-homoserine lactone (AHLs). Il est important de noter que l’ISR repose sur une relation de spécificité entre la plante hôte et le microorganisme PGPB. En effet, une bactérie induisant une réponse ISR chez une espèce de plante peut ne pas conduire au même effet chez une autre espèce (Shuhegge et al.; Loon, 2007; Ramos Solano et al., 2008; Berg, 2009).
Les activités enzymatiques dans le sol
La diversité fonctionnelle des communautés microbiennes peut être établie par des mesures d’activités enzymatiques. Les enzymes du sol jouent un rôle essentiel dans plusieurs processus tels que : le cycle des nutriments et la transformation de l’énergie via la catalyse de plusieurs composés biochimiques (Uzun et Uyanoz, 2011). La mesure de l’activité enzymatique est donc une mesure indirecte de l’activité microbienne dans le sol. Plusieurs études ont suggéré que les enzymes du sol peuvent être utilisées comme indices pour déterminer la fertilité, la qualité, la santé et le niveau de contamination du sol (Masciandaro et al., 1998; Saviozzi et al., 2001). Trois activités enzymatiques sont la plupart du temps considérées.
L’activité fluoréscéine diacétate, mesure sensible et non spécifique, donne une appréciation globale de la capacité en microorganismes comme les champignons (Soderstrom, 1977) et les bactéries (Brunlus, 1980; Lundgren, 1981) actifs. Elle permet une localisation des acétylestérases chez les organismes protistes vivants (Medzon et Brady, 1969). La mesure de la fluoréscéine diacétate rend donc compte de l’activité microbienne totale et de l’intégrité des membranes cellulaires (Schnürer et Rosswall, 1982). Une autre activité enzymatique évaluée est la déshydrogénase. Elle constitue un bon indicateur de la biomasse microbienne active (Shi et al, 2008).
L’activité phosphatase est aussi évaluée. Celle-ci est un pertinent indicateur du potentiel de minéralisation du phosphore organique (Krämer et Green, 2000).
Table des matières
Introduction
I. Synthèse Bibliographique
1. Origine du blé
2. Description
3. La culture du blé au Sénégal
4. La biofertilisation
5. Les bactéries de la rhizosphère promotrices de la croissance des plantes
6. Rôles des bactéries PGPB
7. La diversité des PGPB associés au blé
8. Les activités enzymatiques dans le sol
II. Matériel et Méthodes
1. Site et dispositif d’échantillonnage
2. Matériel végétal
3. Analyse physico-chimique des sols
4.Caractérisation des communautés microbiennes totales
5. Isolement et purification des colonies bactériennes
5.1. Isolement des colonies bactériennes sur sol nu
5.2. Piégeage et isolement des bactéries rhizosphériques et endophytes.
6. Caractérisation phénotypique des activités PGP des isolats rhizosphériques et endophytiques
6.1 Test de production d’auxine
6.2 Test de solubilisation du phosphore
7. Analyses statistiques
III. Résultats
1. Analyse enzymatique des sols
2. Effet du sol sur la croissance variétale
3. Caractérisation microbiologique des sols
3.1- Nombre de bactéries par gramme de sol sec (CFU)
3.2- Isolement des bactéries
4. Caractérisation des effets PGP des isolats rhizosphériques et endophytiques
4.1- Production d’auxine
4.2- Solubilisation du phosphore
IV- Discussion
Conclusion et Perspectives
Références Bibliographiques
Annexe I : Composition de solutions et tampons
Annexe II : Composition de milieu de culture
Annexe III: Poster
