Fascinantes Plantes

Lilian Ceballos

Fascinantes plantes

Lilian Ceballos. CFPPA Lons, 1 février 2012.

Le Champ de la Terre

Lilian Ceballos

Une brève histoire évolutive de la biosphère



Evolution de la viesur Terre




Evolution de la viesur Terre


Diversification:Lichens→algues→mousses→fougères→gym-nospermes→angiospermes

Formation du sol:Mise en place de chaînes trophiques et interactions durables (mutualisme/parasitisme)


Evolution des végétauxterrestres


Cycle de la MO: décomposition des végétaux → formation d’humus

CAH: association d’acides humiques, d’argile et d’ions Ca2+

Minéralisation de l’humuspar des bactéries du sol → libération d’azote


Photosynthèse et développement végétal


Le cyclehumification / minéralisation réalise un stockage de l’azote du sol

En l’absence de CAH (manque d’éléments constitutifs, déséquilibre humification / minéralisation, érosion),l’activité micro-bienne maintient la structure du sol(mucus, exsudation)


La fertilité du sol

.Lilian Ceballos. CFPPA Lons, 1 février 2012.

Lilian Ceballos

Physiologie végétale



Lilian Ceballos

Physiologie végétale



Les Plantes, lien entre sol et air


Feuilles: CO2 →O2

Sucres

Tiges:

Xylème→ Conduction eau, minéraux

Phloème→ Transport sucres



Les Plantes, lien entre sol et air


La cellule végétale


.

Structure: Double membrane (pectate de Ca)

Energie: Chloroplastes (photosynthèse)


Circulation de l’eau



Transpiration



Les stomates


Régulation des échanges gazeux:

H2O: fermeture des stomates si air sec (déshydratation)

C02: absorption et diffusion vers les tissus photosynthétiques


Les sources d’azote


Azote atmosphérique :illimitée, Légumineuses

Azote organique du sol :stockage immédiat(MO fraîche, résidus, engrais verts, microbes) et stockage longue durée(humus)

Azote minérale du sol :ammonium(dégradation MO fraîche et humus), transformé en nitrate(solution du sol, directement utilisable, compétition avec les µO)

Volatilisation par sécheresse, lessivage profond


La cellule racinaire


Absorption de l’azote:

- Stockage vacuolaire (nitrates)

- Transport (xylème)

- Réduction → NH4+ → AA, protéines



Photosynthèseet Respiration

Compartimentation dans la cellule

Photosynthèse (jour):

Chloroplastes : CO2→ O2, Sucres

Respiration (jour et nuit):

Mitochondries: Sucres + O2→ Energie + CO2




Les glucides produit par la photosynthèse peuvent être:

Brûlés dans les mitochondries avec O2 (énergie)

Exportés et stockés (amidon…)


Croissance végétale et méristèmes


Tissu où se produit une intense multiplication cellulaire sous le contrôle d’hormones (auxine)

Définissent des zones d’élongation:

Bourgeon apical (dominance)

Bourgeon axillaire

Elongation racinaire (exploration du sol)


Autotrophie végétale


Lilian Ceballos. Vendôme, 25 janvier 2012.Lilian Ceballos. CFPPA Lons, 1 février 2012.








La machineriephotosynthétique



La machineriephotosynthétique


Synthèse des glucides


Structure (cellulose, hémicellulose)

Stockage(amidon)

Métabolisme secondaire(défenses végétales):

E4P + PEP →→ Shikimate:

Lignine

Alcaloïdes

Flavonoïdes

Terpènes


L’alternance de phasesclaire et obscure


Phase claire:capture des photons

production d’énergie

Phase obscure:fixation du carbone (synthèse du glucose)


Fixation et réduction du carbone


Mésophylle: acides organiques

Cycle de Calvin: glucides


Fertilisation azotée


↓ lessivage (NO3-): couverts végétaux, CIPAN

Fixation d’azote atmosphérique(Légumineuses / Rhizobium)

PGPR


Lilian Ceballos

Défense végétale



Le métabolisme secondaire des végétaux



Pigments floraux, défenses

Antioxydants

Pigments floraux, signaux, défenses, écran UV

Antioxydants

Synthèse des protéines

Tanins, antioxydants, défenses

Lignine (support et défenses)

Diversité des défenses végétales

Communication avec l’environnement et induction des défenses végétales

Défenses directes (toxines)Défenses indirectes (signaux SOS)


Se défendre, s’installer et cohabiter



Défenses directes et indirectes


Cultures Mécanisme Ravageur Production Source

Tabac (Nicotiana attenuata)

Défenses directes

Ver du tabac (Manduca sexta)

Nicotine, polyphénols, flavonoïdes, inhibiteurs de protéases, PPO

Reddy et al. 2004

Taux de prédation ↑, taux d’oviposition ↓

Lésions ↓ de +90%

Défenses indirectes par émission de SV

Reddy et al. 2004

Défenses directes et indirectes du tabac


Culture Cultures associées

Agents Contrôle de Mécanisme Source

Vignes Rubus spp. Anagrus epos

sauterelles (Dikrella cruentata)

Colonisation accrue

Flaherty 1969

Vignes Diversité Metaseiulus occidentalis

Colonisation accrue

Flaherty 1969

Vignes Couvert végétal de Sorghum halepense

Acariens prédateurs

Acariens Eotetranychus wil-lamettei

Colonisation accrue grâce aux proies alternatives, Tetranychus urticeae Koch

Flaherty 1969

Courge Monoculture vs Triculture

Orius tristicolor

thrips Frankliniella occidentalis

Colonisation et localisation de l’hôte accrues

Flaherty 1969

Associations et contrôle biologique


Culture Ravageur Mécanisme Molécules

Tabac femelles d’Heliothis virescens

Emission par les plants lésés esters du (Z)-3-hexenyl

Chou Plutella xylostella Trichogramma chilonis, Cotesia plutellae, Chrysoperla carnea

Substances Volatiles

Haricot de Lima, pommiers

Acariens Attraction des prédateurs Substances Volatiles

Maïs et Coton Larves de Lépidoptères

Attraction d’hyménoptères parasitoîdes


Défenses indirectes et cultures



Haricot de Lima Liriomyza sativae Emission des plants lésés et attraction d’Opius dissitus sur les plants infestés


Tomates

Haricot

Acariens (Tetranychus urticae)

Emission des plants lésés et attraction de parasitoîdes

Emission des plants lésés et attraction de parasitoïdes



Source : Dicke and Minkenberg (1991), Le Petit et al. (1992), Margolies et al. 1997





Chou Pieris brassicae Emission des parties lésés et Attraction de la guêpe parasitoïde Cotesia glomerata


Maïs Spodoptera exigua Attraction de la guêpe parasitoïde Cotesia marginiventris


Orme Xanthogaleruca luteola

Attraction du parasitoide Oomyzus gallerucae


Pois, pois chiches

Larves exposées aux prédateurs

Croissance néoplasique au site d’oviposition

Diols estérifiés


Les défenses végétales


Lilian Ceballos

Croissance végétaleet Coopération microbienne



Communication plantes-champignons:les mycorhizes

Communication plantes-bactéries:la fixation azotée (nodulation)

Stratégies de fertilisation fondées sur la

coopération


Communication et coopération dans le sol


Types de Mycorhizes

Ectomycorhize Ectendomycorhize


Types de Mycorhizes

Endomycorhize arbusculaire


Symbiose champignon/racine (400 Ma BP)Organe mixte:

↑ absorption d’eau et de minéraux (P)Solubilise les éléments immobilesDétoxification (stockage vacuolaire Ca)Rétention hydrique du sol (glomalines)


Les mycorhizes


↑ Résilience des écosystèmes:

Réseaux d’arbres reliés par la mycorhizeRégulation des flux d’eau et d’ions

minéraux par la mycorhizeProtection du symbiote végétal contre les

pathogènes fongiques


Ecologie des mycorhizes


Bactéries de la rhizosphèredu solcapables de fixer l’azote atmosphérique

Mode de vie libre (Azospirillum, Nitrobacter)ou symbiotique(Légumineuses / Rhizobium)


Plant Growth PromotingRhizobacteria (PGPR)


Lilian Ceballos

PGPR et fertilisation des plantes



Communication végétale dans le sol


Bactéries de la rhizosphèredu solcapables de fixer l’azote atmosphérique

Mode de vie libre (Azospirillum, Nitrobacter)ou symbiotique(Légumineuses / Rhizobium)


Plant Growth PromotingRhizobacteria (PGPR)


La plante héberge et protège la souche spécifique de Rhizobium dans les nodules racinaires.

Elle transfère du carboneà son symbiote, en échange de l’azote atmosphérique

→ Association spécialisée très étroite


Symbiose Légumineuses / Rhizobium


La symbiose est régulée par l’échange de signaux(flavonoïdes, LCO) qui modulent l’attraction des bactéries vers la racine

L’apport d’azote ou l’excès de sel inhibent l’attraction chimiotactique et la fixation azotée







Présence de lutéoline(flavonoïde) dans les téguments de graines de Légumineuses non domestiquées

Apport d’azote à la plante

Modification de l’architecture racinaire: stimule la croissance racinaire donc l’exploration du sol

→ Impact positifsur l’absorption des nutriments autres que l’azote


PGPR et développement végétal: effets directs


Stimulel’exsudation racinairede signaux végétaux(flavonoïdes), d’acides organiqueset de mucilages:

↑ des communautés bactériennes favorables (manchons racinaires)




Amélioration des caractéristiques du sol:

maintien d’une hydratation locale, lubrification des racines, solubilisation d’éléments immobiles




Améliore la nutrition végétaleStimule la vie microbiennevia l’exsudation racinaire accrueAméliore la structure et l’exploration du sol

→ Impact positif sur la croissance végétale




Rôle protecteur descommunautés bactérien-nesassociées aux racines

Inhibition de nombreux champignons patho-gènes du sol par plusieurs mécanismes:

Antagonisme compétitifMycoparasitisme


PGPR et développement végétal: effets indirects


Rôle protecteur descommunautés bactérien-nesassociées aux racines (biofilms, quorum sensing)

Biofertilisants liquides associantPGPR etchampignons (Trichoderma)


PGPR et antagonisme


Erosion des ressourcesphytogénétiques



- la Chine exploitait une dizaine de milliers de variétés de blé en 1949. En 1970, seul un millier de variétés subsistent.

- 95% des variétés de choux, 91% des variétés de maïs, 94% des variétés de pois et 81% des variétés de tomates cultivées au siècle dernier ont été perdues aux Etats-Unis.

- les espèces éthiopiennes d’orge subissent une érosion importante et le blé dur est en voie de disparition en Ethiopie.


Perte de variétés cultivées


- dans les Andes, on retrouve une érosion massive des variétés locales et des cultures indigènes.

- au Chili, les pertes de variétés locales de pomme de terre, de seigle, d’orge, de lentilles, de pastèques, de tomates et de blé ont été signalées.

- en France, 80% des variétés potagères inscrites au catalogue en 1960 ont disparu.


Perte de variétés cultivées


Erosion de la biodiversité



21642165Radis

132498529Melon

07581710Courgette

28317092Chou-fleur

46612641Carotte

Variétés anciennesHybrideNon hybrideHybrideNon hybride

Catalogue 2003Catalogue 1979Source : RSP 2004

Lilian Ceballos

Stratégies fondées sur la coopération microbienne



Co-inoculation deLégumineuses avecRhizobium et Azospirillum:

↑ la résistance des pois à lasalinitéet à lasécheresse

↑ l’exsudation defacteurs de nodulation chez les Légumineuses en condition destress salin


Impact de la co-inoculation sur la résistance aux stress


Racines et nodules

Rhizobium Rhizobium + Azospirillum


L’application foliaire dufacteur de nodulation (Nod Bj V) augmente le taux photosynthétique du maïs de36%, 23% et 12% à des concentrations de10-6, 10-8, 10-

10 M.

Wajahatullah K. et al. 2008


Croissance et facteurs de nodulation


Les applications de LCO (10-6 M) sur les feuilles de maïset de sojaaccroissent la surface foliaire, le poids sec des tiges et le poids sec totalpar rapport au contrôle.

→ Ce signal améliore la photosynthèse et la croissance des plantes.Wajahatullah et al. 2008


Croissance et facteurs de nodulation


Importance descommunautés microbiennes pour le développement végétal

Coopération microbes / végétauxet microbes / microbes

Avantages : croissance, santé végétale, conditions pédologiques


Coopération des végétaux avec les PGPR


Comparaison conventionnel/biologique



Polyphénols & Vit CLe Champ de la Terre


158%3924,7150%620412Polyphé-nols

152%32,1NDNDNDVit C

% B/CBiologique Convention-nel

% B/CBiologique Convention-nel

MaïsFraise

Teneur en acide ascorbique (vit C) et polyphénols totaux (mg/100g PF) d’aliments

Polyphénols et PPOLe Champ de la Terre


110%64,558,4136%2921,3Polyphénols

315%3021959129%26552053Activité PPO

% B/CBioConventionnel% B/CBioConventionnel

PoiresPêches

Activité Polyphénoloxydase et teneur en polyphénols totaux (mg/100g PF) d’aliments

Erosion de la biodiversité



132%Huit comparaisons

89%0,80,9Pinot gris- Neuchâtel

130%0,130,10Chasselas-Auonne

150%0,30,2Chardonnay- Neuchâtel

139%32,823,6Gamay- Morges

186%14,98Pinot noir- Ligerz

138%11,08Pinot noir- Peissy

130%17,613,5Pinot noir- Morges

91%12,713,9Pinot noir- Neuchâtel

%BiologiqueConventionnel

Teneur en resvératrol (ppm)

Teneur en resvératrol de variétés de vins biologiques et conventionnelles (Levite et al. 2002)

Merci de votre attention!


Documents

Fascinantes Plantes