En conséquence, les plantes développent souvent des symptômes de carence en Fe, qui comprennent, par exemple, la chlorose internervaire des jeunes feuilles, une diminution du taux de photosynthèse et une croissance réduite 5. Pour surmonter la pénurie de Fe, les plantes induisent des adaptations à la fois morphologiques et moléculaires, par exemple en modifiant l'architecture de leur système racinaire et en déclenchant l'expression de gènes impliqués dans la solubilisation et l'acquisition du Fe à partir du compartiment de la rhizosphère 6,7. En outre, plusieurs éléments de preuve ont démontré que la contribution des micro-organismes de la rhizosphère peut également être fondamentale pour aider les plantes à faire face à des concentrations sous-optimales de Fe dans le milieu de croissance 8-10.
Parmi les différentes stratégies visant à remédier à la carence en fer des plantes cultivées, l'utilisation d'engrais à base de fer représente toujours l'approche la plus fréquente et la plus économiquement durable adoptée en agriculture, appliquée soit au couvert végétal, sous forme de pulvérisation foliaire, soit au sol 11. Le fer est généralement fourni sous une forme chélatée avec des ligands synthétiques aminocarboxylates, comme l'HEDTA, l'EDTA, le DTPA et l'EDDHA, qui visent à augmenter la disponibilité du fer pour l'absorption par les plantes. Grâce à cette caractéristique, les chélates synthétiques permettent également de réduire la quantité d'engrais appliquée aux cultures, ce qui présente un avantage économique. Cependant, si l'on considère la fertilisation au niveau du sol, la stabilité des complexes de Fe est fortement influencée par le pH du sol ; seul le chélate le plus stable(c'est-à-dire o,o-EDDHA/Fe3+), et pourtant le plus cher, est capable de garantir la biodisponibilité du Fe dans les sols fortement calcaires 11. Cependant, l'utilisation de ligands synthétiques aminocarboxylates pour la fertilisation en Fe présente également plusieurs inconvénients, comme par exemple i) la persistance dans le système végétal (les ligands peuvent être accumulés dans les tissus végétaux), ii) la spéciation des complexes peut être influencée par d'autres cations dans le sol (par exemple, réactions d'échange de ligands avec Zn et Cu), iii) la mobilisation indésirable de métaux lourds (par exemple, Pb) qui peuvent entrer dans la chaîne alimentaire, affectant ainsi à la fois la qualité et la sécurité des produits agricoles 12.
Les biostimulants végétaux (PB) sont définis comme une classe de substances capables d'améliorer la productivité et la qualité des cultures, en augmentant la disponibilité des nutriments dans le sol, en améliorant l'efficacité de l'utilisation des nutriments par les plantes et en favorisant la dégradation et l'humification des substances organiques dans les sols 13. Dans l'ensemble, les PB sont de nature variée et comprennent donc un large spectre de substances, qui exercent toutes les effets bénéfiques susmentionnés sur les plantes, bien que leur mode d'action précis reste encore difficile à cerner 14. Parmi les PB, les micro-organismes bénéfiques, les substances humiques et les hydrolysats de protéines (PH) ont fait l'objet d'une grande attention ces dernières années, car ils pourraient constituer une alternative plus écologique aux engrais traditionnels pour gérer la nutrition en fer des plantes cultivées 8,15,16. En particulier, les PH sont un mélange de composés bioactifs comme les acides aminés et les peptides obtenus à partir de sources de protéines animales ou végétales par un processus d'hydrolyse enzymatique et/ou thermochimique 17. Les PH peuvent également contenir des hydrates de carbone, des phénols, des éléments minéraux, des phytohormones et d'autres composés organiques contribuant à leur activité biostimulante. L'un des effets bioactifs les plus importants des PH est l'augmentation de l'acquisition des nutriments par les plantes, obtenue en améliorant la biodisponibilité des nutriments dans la solution du sol et en favorisant la croissance des racines et le processus d'absorption active 17. L'amélioration de la biodisponibilité des nutriments dans la solution du sol grâce au PH a été associée à la conversion des nutriments minéraux sous forme d'ions inorganiques en complexes plus solubles. La formation de complexes minéraux-organiques entre les nutriments minéraux et divers ligands dérivés du pH, tels que les peptides et les acides aminés, a été signalée pour les cations minéraux, y compris le fer.
Dans ce contexte, la nutrition des plantes peut être améliorée en combinant les effets biostimulants et l'apport de nutriments dans des engrais avancés tels que les biochélates. Le biochélate peut être défini comme un composé organique constitué d'un atome métallique central attaché à une ou plusieurs molécules organiques naturelles, appelées ligands (par exemple, des peptides). Les biochélates métalliques peuvent être obtenus à partir de nutriments végétaux existant sous forme cationique (calcium, fer, manganèse, zinc, cuivre, etc.). Les biochélates métalliques contenant des micronutriments sont plus biodisponibles dans la solution du sol que les sels ou oxydes inorganiques correspondants pour l'absorption par les plantes, en particulier dans des conditions alcalines. En outre, les biochélates contiennent des agents chélateurs respectueux de l'environnement qui sont entièrement biodégradables et non toxiques pour les humains et les animaux. Ils peuvent donc être utilisés dans l'agriculture sans les problèmes de santé et d'environnement soulevés par les chélates synthétiques, comme nous l'avons vu plus haut. Malgré le grand potentiel des biochélates en tant qu'engrais, cette technologie est encore peu utilisée dans l'agriculture. Les biochélates, tels que les peptides, sont actuellement largement adoptés dans l'industrie de l'alimentation humaine et animale pour améliorer la biodisponibilité des minéraux pour la nutrition humaine ou animale 18,19. Une variété de peptides chélateurs de métaux a été générée et identifiée à partir de différentes sources alimentaires, telles que le lait, les œufs, le soja et le concombre de mer 20. Les propriétés de chélation des minéraux des peptides sont attribuées à la diversité structurelle de leur squelette, qui contient à la fois les groupes carboxyle et aminé terminaux, et les chaînes latérales des résidus d'acides aminés 18.
Récemment, des engrais innovants contenant des biochélates métalliques ont été introduits sur les marchés de l'UE et des États-Unis. Ces engrais contiennent une gamme d'oligo-éléments (par exemple, Fe, Zn, Mn) et du calcium chélaté avec des peptides issus de PH d'origine végétale utilisés comme biostimulants pour les plantes 21,22. Des études préliminaires ont montré que ces biochélates métalliques ont une bonne stabilité dans la gamme de pH 6-8. Ces observations ont été confirmées par trois essais agronomiques réalisés sur trois cultures importantes pour l'agriculture, à savoir le concombre, la tomate et la fraise. L'objectif était de comparer les performances agronomiques d'un biochélate de Fe contenant des peptides d'origine végétale et du chélate de Fe synthétique largement utilisé, en adoptant un substrat au pH optimal et alcalin, respectivement 6,0 et 8,012. Différents paramètres généralement affectés par une nutrition inadéquate des plantes en Fe (par exemple, la teneur en chlorophylle des feuilles, l'efficacité photosynthétique, le mécanisme d'absorption du Fe, l'accumulation de biomasse et le rendement des cultures) ont été évalués et, indépendamment de la culture considérée, le Fe-biochélate a montré la même efficacité que le chélate de Fe syntétique pour fournir aux plantes des quantités adéquates de ce micronutriment12. Compte tenu de l'impact négatif potentiel des chélates synthétiques sur l'environnement et de la longue persistance de ces composés dans les tissus végétaux, les résultats des recherches susmentionnées présentent un grand intérêt pour l'amélioration de la durabilité de la production végétale. Dans le contexte de la transition vers la durabilité promue par l'UE, le développement et l'application ultérieure d'engrais de nouvelle génération à base de biochélates représentent un exemple vertueux de nouvelle pratique agricole, garantissant la rentabilité, la santé de l'environnement et l'équité sociale et économique.
