LES BIOSTIMULANTS COMME PROTECTION DES PLANTES CONTRE UNE MAUVAISE ALIMENTATION EN AZOTE

En particulier, l'accumulation de nitrates dans les parties comestibles des cultures est une préoccupation majeure pour la santé humaine. Selon les recommandations du Comité d'experts FAO/OMS sur les additifs alimentaires (JECFA, 2002), l'apport quotidien de nitrates par un individu ne devrait pas dépasser 3,7 mg/kg de poids corporel. Une consommation alimentaire excessive de nitrate et de ses dérivés, tels que le nitrite, l'oxyde nitrique et les composés N-nitroso, est associée à un type d'anémie grave appelée méthémoglobinémie chez les jeunes nourrissons et à un risque plus élevé de problème de santé humaine, comme les cancers de l'estomac et de la vessie (Colla et al., 2018). Une stratégie connue pour minimiser l'accumulation de nitrates dans les cultures consiste à retenir ou à réduire l'apport d'azote avant la récolte. Cette pratique est efficace notamment pour les légumes à feuilles car les besoins en azote des cultures diminuent à mesure que la croissance des plantes arrive à maturité et oblige les nitrates stockés à être utilisés pour soutenir la croissance, ce qui permet aux plantes d'accumuler des composés organiques à la place de l'osmotique en déclin. Une stratégie alternative et prometteuse consiste à appliquer des biostimulants végétaux en combinaison avec la fertilisation azotée pour empêcher les cultures d'accumuler un excès d'azote tout en évitant le risque de compromettre le rendement et la qualité des cultures.

Les biostimulants végétaux ont fait l'objet d'une attention particulière ces dernières années en tant qu'innovation technologique pour la durabilité des systèmes agricoles. Les biostimulants végétaux constituent un vaste groupe de substances naturelles et d'inoculants microbiens, notamment les hydrolysats de protéines (PH), les extraits d'algues (SE), les substances humiques (HS), les champignons mycorhiziens à arbuscules (AMF) et les bactéries favorisant la croissance des plantes (PGPB). Il est prouvé que ces biostimulants améliorent la croissance et le rendement des cultures, la qualité nutritionnelle et la tolérance au stress abiotique et biotique avec seulement une petite quantité d'application (Colla et Rouphael, 2015). Les biostimulants végétaux améliorent également la structure du sol en simulant les activités microbiennes et améliorent l'absorption de l'azote par les plantes en modifiant leurs caractéristiques morphologiques et physiologiques (Halpern et al., 2015) (Fig. 2). L'un des effets bien connus des biostimulants végétaux est une augmentation marquée de la croissance des racines. Les modifications de l'architecture racinaire permettent aux plantes d'explorer un plus grand volume de sol et de capter efficacement les nutriments. On considère que ces fonctions découlent de la présence de peptides bioactifs induisant des activités de type hormonal (auxine, gibbérellines et brassinostéroïdes), qui impliquent des interactions complexes entre phytohormones (Colla et al., 2015 ; Kim et al., 2019). Plusieurs études suggèrent également que les biostimulants végétaux favorisent la réduction et l'assimilation de l'azote par une régulation coordonnée des voies métaboliques de l'azote (Schiavon et al, 2008 ; Sestili et al, 2018).

Fig. 2. Effets positifs des biostimulants sur le rendement et la qualité des cultures dans des conditions d'azote élevé (à gauche) et faible (à droite).

Un autre effet bien connu des biostimulants végétaux est l'amélioration du rendement et de la qualité des cultures. Des mécanismes différents sont impliqués dans les réponses des plantes aux biostimulants en fonction des conditions de fertilisation azotée(Fig. 2). Les biostimulants peuvent protéger les plantes contre une faible teneur en azote en améliorant le rendement et la qualité des cultures et contre une forte teneur en azote en réduisant l'accumulation de nitrates. Ces derniers effets ne sont pas univoques et dépendent largement de la culture, des conditions environnementales et du type de biostimulants appliqués, mais le poids de la preuve soutient cette affirmation. Par exemple, le PH a diminué les nitrates dans les légumes à feuilles, notamment la roquette, la bette à carde, les épinards, la laitue et le persil, ainsi que le céleri et le radis, sous une forte teneur en azote (Colla et al., 2015). De même, l'application d'une solution de PH a réduit l'accumulation de nitrates dans la laitue cultivée sous forte teneur en azote (Tsouvaltzis et al., 2014). Le PH n'a pas affecté la teneur en nitrate dans la roquette vivace (Giordano et al., 2020) mais l'a augmentée dans les feuilles d'épinards (Carillo et al., 2019). Une augmentation de l'accumulation de nitrates a été observée dans la roquette appliquée avec du PH, mais elle a été maintenue sous les limites légales fixées par la Commission européenne (Di Mola et al., 2019a).

Les effets des biostimulants végétaux sur l'accumulation de nitrate dans les cultures varient en fonction des types d'engrais azotés synthétiques utilisés ou des conditions climatiques, ce qui indique une interaction entre les biostimulants végétaux et les facteurs environnementaux. Dans une étude où divers engrais azotés ont été évalués en combinaison avec des AMF(Glomus intraradices), l'accumulation de nitrate dans la laitue était réduite ou non affectée lorsqu'elle était inoculée avec des AMF, mais augmentait lorsque l'urée était utilisée comme source d'azote (Mitova et al., 2017). L'effet bénéfique de l'inoculation de PGPB(Enterobacter sp. et Bacillus sp.) sur les transplants a disparu pendant la production au champ en raison de la faible intensité lumineuse et des températures en fin de saison, et la teneur en nitrates dans les feuilles de laitue a augmenté indépendamment de l'inoculation de PGPB (Szczech et al., 2016). Ces résultats suggèrent que les facteurs environnementaux ont des impacts significatifs sur l'accumulation de nitrate dans les cultures et peuvent masquer les effets bénéfiques des biostimulants végétaux. Les interactions entre les biostimulants et les facteurs environnementaux doivent faire l'objet d'investigations supplémentaires pour clarifier cet aspect.

Pendant ce temps, les biostimulants servent de source d'azote organique (c'est-à-dire des acides aminés et des peptides) dans des conditions d'azote limité et améliorent la croissance et le rendement ainsi que la qualité nutritionnelle des cultures en augmentant l'azote total des cultures(Fig. 2). Une étude récente a montré que de tels effets induits par le PH étaient associés à la régulation à la hausse de l'expression des gènes codant pour le transport des acides aminés et des transcriptions des enzymes impliquées dans l'assimilation de l'azote (Sestili et al., 2018). L'application foliaire de PH a augmenté le rendement et la teneur en acides aminés totaux des épinards de serre sous faible teneur en azote (Carillo et al., 2019). De même, la pulvérisation foliaire de SE a amélioré le rendement de la laitue miniature sous faible teneur en azote ; cependant, la teneur en nitrates des feuilles a également augmenté, mais à un niveau inférieur aux limites légales (Di Mola et al., 2019b). L'inoculation avec l'AMF ou le PGPB a augmenté l'azote total dans les pousses de plants de fraises sous une fertilisation réduite avec quelques variations de l'effet par les souches (Lingua et al., 2013). Une inoculation combinée de plantes avec PGPB et AMF a amélioré le rendement et la nutrition (β-carotène) des fruits de la tomate sous fertilisation réduite (Bona et al., 2018). Une observation similaire a été faite sur des plants de laitue exposés à un stress hydrique, où l'inoculation avec PGPB, seul ou en combinaison avec AMF, a stimulé l'activité nitrate réductase dans les feuilles, augmentant la teneur en azote total (Kohler et al., 2008). Un mélange biostimulant contenant du PH et du HS a maintenu les paramètres de rendement et de qualité des fruits sous une fertilisation réduite tout en augmentant les protéines solubles totales dans les fruits de tomates (Koleška et al., 2017). Les informations collectives de ces études donnent un aperçu de la fonction des biostimulants végétaux dans l'amélioration du rendement et de la qualité nutritionnelle des cultures lorsque l'azote est limité.

Les connaissances actuelles fournissent des aperçus prometteurs sur l'utilisation des biostimulants pour la production agricole. Dans l'ensemble, l'application de biostimulants protège les cultures des risques potentiels de perte de rendement et de qualité et contribue à produire des cultures de manière sûre et durable. Étant donné que les biostimulants végétaux sont utilisés en combinaison avec des engrais à teneur réduite en azote, cette approche a le potentiel d'améliorer l'efficacité de l'utilisation de l'azote dans les systèmes de production. À la lumière des nombreux avantages qu'ils peuvent apporter aux systèmes de production végétale, les biostimulants végétaux constituent une option viable pour les agriculteurs, en ce qui concerne la sécurité alimentaire, la nutrition et la durabilité environnementale.