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Interactions synergiques entre les biostimulants et effets sur la productivité et la qualité des cultures

Par : Maria Giordano
Département des sciences agricoles, Université de Naples Federico II, 80055 Portici, Italie
*Correspondance : maria.giordano@unina.it

culture hydroponique

Les biostimulants pour plantes sont des substances et des micro-organismes, tels que les acides humiques, les hydrolysats de protéines, les extraits d'algues, les champignons mycorhiziens et les rhizobactéries favorisant la croissance des plantes (Azospirillum, Azotobacter, Rhizobium spp.). La plupart des expériences avec des biostimulants, réalisées à ce jour, visent à comprendre l'efficacité d'un seul biostimulant sur les plantes et/ou l'effet de différentes doses de chaque biostimulant. Ces expériences ont mis en évidence le rôle des biostimulants dans la stimulation de l'absorption des nutriments, l'augmentation de la tolérance aux stress abiotiques et la performance des cultures en termes de production et de qualité. Les technologies de métabolomique, de génomique, de transcriptomique et de phénotypage contribuent fortement à l'identification des mécanismes physiologiques à l'origine de ces réponses. La compréhension des interactions qui peuvent être établies entre différentes catégories de biostimulants constituera une étape importante. Ces connaissances permettront de développer de nouvelles formulations de biostimulants qui représenteront la deuxième génération de biostimulants (ou biostimulant 2.0), capables de répondre efficacement et spécifiquement à différents besoins agronomiques. Cela permettrait également de réduire l'utilisation d'engrais chimiques et de rendre l'agriculture plus durable.

Deux ou plusieurs biostimulants utilisés ensemble peuvent créer des interactions additives, synergiques ou antagonistes. Dans une interaction antagoniste, l'effet concluant est moindre que celui qui se produit lorsque les biostimulants sont utilisés individuellement. Dans l'interaction additive, chaque biostimulant conserve la même action que lorsqu'il est utilisé seul, et donc chacun d'entre eux ajoute sa propre action à l'effet global du mélange. Dans l'interaction synergique, l'effet global du mélange est supérieur à la somme des effets de chaque biostimulant appliqué individuellement.

Les effets synergiques ou additifs des biostimulants microbiens et non microbiens sur la croissance et la production de certaines cultures ont été résumés par Rouphael et Colla, 2018.

Par exemple, les biostimulants composés d'extraits d'algues (SWE) et d'acides humiques (HA) ont augmenté la hauteur et la ramification des plantes d'arachide par rapport aux plantes non traitées (si l'on utilise HA, de 34,5% et 33%, respectivement, si l'on utilise SWE, de 17,2 et 60,0%, respectivement). La combinaison des deux biostimulants a cependant augmenté les deux paramètres dans une plus grande mesure concernant non seulement les plantes non traitées, mais aussi la somme des effets de chaque biostimulant. Les deux paramètres ont augmenté de 65,0% et 100% respectivement, ce qui démontre un effet synergique des deux biostimulants.

Dans une autre étude, le poids sec des racines d'oignon et le contenu en caroténoïdes ont augmenté respectivement de 43,9% et 12,1% si des acides humiques (HA) ont été ajoutés un jour après le repiquage des plantules, par rapport aux plantes non traitées. L'application d'inoculum mycorhizien liquide (Rhizophagus intraradices) dans la rhizosphère a augmenté les deux paramètres respectivement de 29,6% et 57,1%. Un effet synergique a été démontré lorsque les deux biostimulants (HA et inoculum mycorhizien) ont été combinés, puisque l'augmentation du poids sec des racines et du contenu en caroténoïdes, par rapport aux plantes non traitées, était de 106,7 et 123,6%. La combinaison des champignons mycorhiziens (Rhizophagus intraradices) et de l'application de HA par pulvérisation sur le substrat de ray-grass vivace a entraîné une plus grande augmentation de la biomasse racinaire et de la teneur en chlorophylle que lorsque chaque biostimulant était utilisé seul.

Un effet synergique a été signalé lorsque les racines de plantules d'ananas ont été immergées pendant 24 heures dans une suspension d'HA dérivée du lombricompost, suivie d'une application d'HA à l'aisselle des feuilles basales des plantes à intervalles de 14 jours et d'un trempage des racines avant la plantation dans une suspension cellulaire de bactéries favorisant la croissance des plantes pendant 30 minutes. Les plantes ont augmenté le poids sec des pousses et la surface foliaire lorsque les deux biostimulants ont été appliqués seuls et, lorsqu'ils ont été combinés, ils les ont augmentés davantage que la somme des effets individuels.

L'action synergique du consortium de champignons endophytes (R. irregulare BEG72 et Trichoderma atroviride MUCL45632) combinée à un PH d'origine végétale a également été démontrée. Cette combinaison a permis d'augmenter la productivité des cultures par une augmentation de la biosynthèse de la chlorophylle, une activité plus élevée du PSII et une plus grande absorption des nutriments dans la culture de la laitue.

Au vu des résultats des travaux mentionnés ci-dessus, les agriculteurs peuvent trouver pratique de combiner différents types de biostimulants. Giordano et ses collaborateurs (2020) ont évalué l'effet de deux biostimulants d'origine végétale différents : les hydrolysats de protéines (PH) dérivés de légumineuses et les extraits de plantes tropicales (PE). Ces derniers sont composés de différents pourcentages d'acides aminés libres, de peptides, de glucides et de nutriments minéraux. L'extrait de plante tropicale contient également des vitamines et des phytohormones. En outre, on a constaté que, d'une part, le PH augmentait l'activité photosynthétique et le métabolisme de l'azote dans plusieurs cultures horticoles et que, d'autre part, le PE avait une activité semblable à celle des hormones et augmentait la tolérance des plantes à différents stress environnementaux. Le PH et le PE ont été utilisés en combinaison, sur la croissance et les qualités nutritives de la roquette vivace (Diplotaxis tenuifolia (L.) D.C.), cultivée en serre. Les traitements biostimulants ont été appliqués hebdomadairement en pulvérisation foliaire, en commençant lorsque les feuilles atteignaient 6 cm de longueur, afin de faciliter l'absorption des susbtances biostimulantes. PH + PE ont été administrés à une dose de 2,0 + 0,5 mL par litre, respectivement (Figure 1).

Figure1

Figure 1.

L'acide ascorbique total dans les feuilles de roquette a augmenté de manière significative dans le traitement combiné, par rapport au contrôle (Figure 2).

Figure2

Figure 2.

Les mécanismes présumés derrière le trait de qualité supérieure de la roquette (teneur totale élevée en acide ascorbique), pourraient être dus à la stimulation de l'activité d'enzymes clés impliquées dans l'homéostasie des antioxydants dans les cellules (mode d'action direct). Une augmentation de la teneur en acide ascorbique a été liée à la surexpression de l'enzyme L-galactono-1,4-lactone déshydrogénase (L-GalLDH) dans les plants de laitue. Cette enzyme possède une séquence cible N-terminale riche en Ala, Leu, Arg et Ser et, dans une moindre mesure, en Asp, Glu, Ile et Val. Dans le présent travail, la combinaison des deux biostimulants a probablement augmenté la quantité d'acides aminés, ce qui a conduit à une surexpression de la L-GalDH.
La combinaison de PH et PE peut représenter un outil prometteur pour augmenter la valeur nutritive de la roquette vivace.

RÉFÉRENCES (cliquez)

Giordano, M., El-Nakhel, C., Caruso, G., Cozzolino, E., De Pascale, S., Kyriacou, M.C., Colla, G., Rouphael, Y. Stand-alone and combinatorial effects of plant-based biostimulants on the production and leaf quality of perennial wall rocket. Plants 2020, 9, 922. doi:10.3390/plants9070922

Rouphael, Y., Colla G. Action biostimulante synergique : concevoir la prochaine génération de biostimulants végétaux pour une agriculture durable. Frontières en sciences végétales 2018, 9, 1655. doi:10.3389/fpls.2018.01655.