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HYDROLYSATS DE PROTÉINES COMME BIOSTIMULANTS POUR LES PLANTES

Par : Giuseppe Colla, Département des sciences agricoles et forestières, Université de Tuscia, Italie
email : giucolla@unitus.it

 

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Les hydrolysats de protéines (PH) sont un groupe de biostimulants végétaux qui sont produits par hydrolyse enzymatique et/ou chimique et contiennent un mélange de peptides et d'acides aminés. Ils peuvent également contenir d'autres composés susceptibles de contribuer à leur action biostimulante, tels que des glucides, des phénols, des éléments minéraux, des phytohormones et d'autres composés organiques.

Les PH ont démontré une grande variété d'avantages pour les cultures, et ils ont la capacité d'affecter de multiples fonctions des plantes. Dans l'article de recherche publié "Protein hydrolysates as biostimulants in horticulture", Colla et al* expliquent en détail les nombreux processus physiologiques qui sont affectés par l'application des PH : augmentation du métabolisme du carbone et de l'azote, amélioration du métabolisme secondaire, régulation positive des gènes codant pour l'absorption des nitrates, et stimulation des activités enzymatiques liées à l'absorption du fer par les racines (activité de la chélate réductase ferrique). Les acides aminés et les peptides agissent comme des agents complexants des nutriments, empêchant leur insolubilisation (meilleure biodisponibilité des nutriments) ; les PH peuvent également stimuler la croissance des racines fines et donc la capacité des racines à absorber les nutriments. De plus, les PHs peuvent améliorer les activités microbiennes et enzymatiques du sol, ce qui conduit à une amélioration de la fertilité biologique. Les résultats ci-dessus expliquent pourquoi les plantes traitées aux PH présentent généralement une augmentation de l'absorption et de l'assimilation des nutriments.

Dans l'article référencé, il est également illustré comment les PH peuvent interférer avec l'équilibre phytohormonal de la plante et influencer la croissance, le développement et la productivité en raison de la présence de peptides spécifiques et de précurseurs de la biosynthèse des phytohormones (par exemple le tryptophane). Plusieurs PH ont été identifiées comme ayant des activités semblables à celles des hormones et peuvent déclencher des activités semblables à celles de l'auxine et de la gibbérelline dans les plantes, stimulant la germination des graines, l'enracinement, la fructification et la croissance des pousses. En termes de qualité des produits, il a été démontré que les PH améliorent la couleur, la texture et la valeur nutritionnelle (par exemple, les composés phytochimiques) des fruits et légumes. De plus, il a été démontré que l'application de PHs permet d'éviter ou de réduire les pertes de récoltes causées par des conditions de sol défavorables et des stress environnementaux tels que la salinité, la sécheresse, l'alcalinité et la carence en nutriments. Ces résultats sont dus à plusieurs mécanismes tels que : l'augmentation de la croissance des racines et l'amélioration du rapport entre les racines et les pousses, l'amélioration de la nutrition des plantes, le renforcement de la stabilité des membranes cellulaires, l'accumulation d'osmolytes, la stimulation du système de défense antioxydant et la modification du statut hormonal.

Les avantages obtenus par l'utilisation des PH sont généralement renforcés par des applications répétées et dépendent de nombreux facteurs, notamment l'espèce ou le cultivar de la culture, le stade phénologique, les conditions environnementales, le moment et le mode d'application. Les PH peuvent être appliqués aux cultures par pulvérisation foliaire, par application au sol (à l'aide d'un équipement d'application de microgranules ou d'un système de fertigation) et par traitement des semences. L'application foliaire des PH est généralement préférée car elle permet des applications répétées de biostimulants au cours de la saison de croissance des cultures.

Plus de 90 % des produits PH sur le marché mondial sont basés sur des produits obtenus par hydrolyse chimique de protéines d'origine animale, tandis que les PH produits par voie enzymatique à partir de sources végétales sont moins courants.

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Les PH issus de protéines animales sont généralement produits par hydrolyse chimique dans des conditions acides ou alcalines. L'hydrolyse acide est un processus agressif à haute température qui attaque les liaisons peptidiques, ce qui entraîne une concentration élevée d'acides aminés libres ainsi que la destruction de plusieurs acides aminés, et éventuellement d'autres composés utiles. L'hydrolyse chimique peut également entraîner une racémisation, ou la conversion des acides aminés libres de la forme L en forme D, ce qui rend le PH potentiellement moins efficace, voire toxique pour les plantes. L'utilisation intensive d'acides/alcalins dans l'hydrolyse chimique augmentera la salinité du PH.

Il est important pour les producteurs d'examiner attentivement les taux d'utilisation. Certains rapports font état d'effets phytotoxiques et d'une dépression de la croissance lors de l'application de certains produits PH d'origine animale, qui peuvent être attribués à une composition déséquilibrée en acides aminés, à une concentration plus élevée d'acides aminés libres sous forme D et à une salinité élevée. Les PH d'origine végétale ne présentent généralement pas le même risque et sont sans danger pour les cultures.   

L'hydrolyse enzymatique est le plus souvent utilisée dans la production de PH d'origine végétale. Ce processus d'hydrolyse des protéines est réalisé par des enzymes protéolytiques qui sont plus douces que les acides/alcalins et ne nécessitent pas de températures élevées. Et elles ciblent généralement des liaisons peptidiques spécifiques, ce qui permet d'obtenir une combinaison d'acides aminés et de peptides de longueur variable, de faible salinité et de composition cohérente.

La concentration en peptides et la teneur en acides aminés libres des PH varient considérablement et dépendent de la protéine source et du processus d'hydrolyse utilisé. Les concentrations en peptides sont généralement plus élevées dans les PH d'origine enzymatique que dans celles d'origine chimique. L'hydrolyse enzymatique, plus sélective quant à l'endroit où la protéine est coupée que l'hydrolyse chimique, offre à l'industrie la possibilité de maximiser la production de peptides bioactifs dans les PH. Ces peptides agissent comme des molécules de signalisation modulant la prolifération et l'expansion des cellules, la reproduction des plantes, le développement des stomates et des tissus vasculaires, et la réponse au stress. Les peptides de signalisation (également appelés "hormones peptidiques") sont de courtes chaînes d'acides aminés (2 à 50 acides aminés) ayant des séquences d'acides aminés spécifiques ; une caractéristique commune des peptides de signalisation est que leur activité biologique se produit à très faible concentration (nM). Cette dernière constatation explique pourquoi les PH agissent comme biostimulants des plantes à des taux d'application très faibles (quelques litres par hectare).