Présentations

L’ingénierie microbiologique des sols : état des lieux et perspectives pour l’agriculture et la foresterie

Alain HARTMANN
UMR 1229 INRA/UNIVERSITE DE BOURGOGNE Microbiologie et Géochimie des Sols

Microflore des sols

Le sol est un réacteur physico-chimique mais aussi biologique
Importance de la biomasse microbienne
  • quantitative
  • qualitative (biodiversité)
Importance quantitative
Biomasse microbienne
Varie de manière importante en fonction
des types de sol 100 à 500 mg C/kg de sol sec
En kg/ha (dans la couche de sol arable 20cm) en moyenne à l’échelle mondiale
Bactéries 1500
Champignons 3500
5 tonnes / ha
Protozoaires 250
Microfaune 750
Racines 6000

Nombre de bactéries par g de sol
Cultivables
Total
107 à 109
109 à 1010
Nombre de champignons par g de sol
103 à 106 (les hyphes représentent une surface très importante)
jusqu’à 10 000 km d’hyphes /m2 de sol

 

Variabilité spatiale
Horizontale : hétérogénéité à l’échelle d’une parcelle et à l’échelle mondiale
Verticale : avec la profondeur
Cycles bio-géochimiques
Transformations de l’azote, du carbone, du phosphore, des polluants …
Interactions avec les racines des plantes
bénéfiques / néfastes

Conséquences sur :
  • Nutrition des plantes
  • Santé des plantes
  • Qualité de l’environnement


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Demande sociétale

Améliorer la qualité de l’alimentation
Respecter l’environnement
Économiser les ressources naturelles
Solutions :
Réduire l’utilisation des intrants chimiques
Améliorer les plantes
Gérer les populations microbiennes


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L'ingénierie microbiologique des sols

Jusqu’à présent, il existe peu d’applications utilisant des microorganismes du sol en agriculture et foresterie
Définition :
Favoriser ou introduire des populations microbiennes bénéfiques
Réduire ou contrôler les populations microbiennes néfastes
Pour améliorer la nutrition et la santé des plantes par des procédés écologiques naturels
 
Moyens :

 

Stimulation de la microflore indigène :
par des amendements (chaulage, nutriments, oxygène)
par modification de la structure du sol
via les plantes (exudats racinaires )
 
Introduction de nouveaux microorganismes (inoculation) :
des graines (avant semis, grandes cultures)
des plants ou plantules (inoculation des plants en pépinière, foresterie et arboriculture)
des sols, de l’eau (biorémédiation)
Encore des besoins de connaissances pour pouvoir gérer les populations microbiennes


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Connaissance de la biodiversité de la microflore des sols

Importance de l’écologie moléculaire pour l’étude de la biodiversité des microorganismes du sol, qu’ils soient cultivables ou non
Le sol est un réservoir de diversité bactérienne et fongique

1 g de sol
>109 bacteries
8 000 espèces microbiennes différentes
Nombreux génotypes différents la plus part ne sont pas cultivables et leur fonction est inconnue (à découvrir)
 
1) Description de la biodiversité
Populations définies au niveau taxonomique (Rhizobiacées, champignons endomycorhizogènes)
Populations très diverses au niveau taxonomique (dégradation des pesticides, dénitrification, champignons ectomycorhizogènes)
Diversité très importante à tous les niveaux
Génotypes différents à l’intérieur d’une espèce
diversité intra-spécifique
Redondance fonctionnelle

 
2) Conséquences pour la sélection de souches pour l'inoculation
Meilleure exploitation du réservoir de biodiversité
Identification des souches
Méthodes pour étudier le devenir des microorganismes après inoculation
Le sol est un vaste réservoir de biodiversité qui est encore peu exploité
Microorganismes cultivables ou non cultivables Intérêt d’une approche de type métagénome pour rechercher de nouvelles fonctions


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Connaissance du fonctionnement de la microflore des sols

Méthodes d’étude
Difficulté des études in situ : nombreuses interactions biotiques et abiotiques
Approches transcriptomiques (puce à ADN, microarray) et protéomiques
Passage des études in vitro sur souches pures à des études in situ
 
Interactions plantes-microorganismes symbiotiques ou pathogènes
Nombreuses connaissances au niveau des signaux moléculaires échangés
Mais encore des connaissances à acquérir pour optimiser les associations symbiotiques ou la lutte biologique
Description de mécanismes in vitro et difficultés pour passer à l’application
 
Localisation des gènes d'intérêt chez les microorganismes
Îlots ou plasmides symbiotiques / cataboliques /pathogéniques
Mise en évidence de transferts de gènes
Rôle dans l’adaptation, dans la plasticité du génome des microorganismes et dans l’expression de la fonction
Avantages et inconvénients en terme d’applications
Le sol est un réacteur biologique complexe
Redondance fonctionnelle importante (adaptabilité)
Liaison forte entre fonctionnement de la microflore des sols et fertilité des sols


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CONCLUSIONS

Les connaissances actuelles permettent d’imaginer de nombreuses applications
Semences ou plants pré-inoculés avec des microorganismes assurant diverses fonctions (fixation d'azote, stimulation de l'enracinement, contrôle de pathogènes des plantes, etc)
Inoculations de produits contenant des microorganismes utiles et les signaux accélérant et/ou optimisant les activités recherchées
Couples de plantes/microorganismes plus économes en intrants
Couples de plantes/microorganismes dégradants certains contaminants des sols
Couples de plantes/microorganismes disséminateurs de gènes microbiens utiles (dégradation de contaminants, lutte biologique)
 
1) Raisons liées au marché
- pas de marché constitué bien que la demande en émergence
- petites sociétés par rapport aux grands groupes chimiques
- évolution de la demande sociétale
 
2) Raisons techniques
- effet des produits biologiques est différent de l’effet des produits chimiques
- techniques d’application pas encore au point
- stabilité des produits biologiques
 
3) Raisons culturelles
- Excellence scientifique (Publish or perish)
- Chercheurs évalués exclusivement par des pairs
- Projets appliqués évalués par des chercheurs


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