Phytothérapie (2013) 11:12-16© Springer-Verlag France 2012DOI 10.1007/s10298-012-0739-5

Article original

Pharmacognosie

Lutte contre les plantes envahissantes : effet du filtrat de culture de Phoma sabdariffae Sacc. sur l’activité photosynthétique de trois plantes aquatiques au Gabon

A.N. Lépengué1, I. Mouaragadja1, B. M’batchi1, S. Ake2

1Unité de recherche agrobiologie, laboratoire de phytopathologie, université des sciences et techniques de Masuku (USTM), BP 901, Franceville, Gabon2UFR biosciences, laboratoire d’agrophysiologie, université de Cocody-Abidjan, 22 BP 582 Abidjan 22, Côte-d’IvoireCorrespondance : lepengue_nicaise@yahoo.fr

Résumé : Phoma sabdariffae Sacc. (Sphaerioidaceae) est le principal agent pathogène de la roselle (Hibiscus sab-dariffa L. var. sabdariffa) au Gabon. Son action repose sur l’excrétion de substances toxiques, actives tant sur les plantes hôtes que non hôtes et sur quelques champignons pathogènes. Ce large spectre d’actions a été exploité pour expérimenter l’effet du filtrat de culture fongique sur l’activité photosynthétique de trois végétaux aquatiques envahissants, à savoir : la jacinthe d’eau douce, la laitue et le nénuphar. Les résultats obtenus ont révélé que le filtrat de culture de Phoma sabdariffae provoquait des réductions significatives des activités photosynthétiques des trois plantes étudiées. Ces baisses ont toutefois été inférieures à celles induites par le DCMU, un inhibiteur synthétique. L’action combinée du filtrat et du DCMU n’a pas amplifié les baisses des activités photosynthétiques des trois végé-taux, alors que la dilution du même filtrat au 1/10 et au 1/20 a induit leur augmentation.

Mots clés : Phoma sabdariffae – Toxicité – Plantes aquati-ques – Photosynthèse – Gabon

Effect of Phoma sabdariffae Sacc. toxic filtrate on 3 aquatic plants photosynthetic activities in Gabon

Abstract: Phoma sabdariffae Sacc. (Sphaerioidaceae) is the main pathogenic fungus of Jamaican sorrel (Hibiscus sab-dariffa L. var. sabdariffa) in Gabon. Its action consisted on the excretion of toxic substances, active on plants hosts and non hosts and on some pathogenic fungi. This work is undertaken in order to study his toxics filtrates effects one 3 aquatic plants: jacinth, lettuce and water-lily. Results showed that Phoma sabdariffae culture fil-trates significantly reduce the photosynthetic activities of these 3 plants. These reductions were less important

than synthetic inhibitor DCMU. Combine action of fungal filtrate and DCMU didn’t amplify the decrease of photo-synthetic activities of all the plants tested. But diluted filtrates 10 times and 20 times, increase significantly photo synthetic activities.

Keywords: Phoma sabdariffae – Toxicity – Aquatic plants – Photosynthesis – Gabon

IntroductionPhoma sabdariffae Sacc. est un champignon impar-fait de la famille des Sphaerioidaceae. Il est le principal agent responsable de la pourriture humide de la roselle (Hibiscus sabdariffa L. var. sabdariffa) au Gabon [8]. La pathogénicité de ce micro-organisme est liée à l’excré-tion de plusieurs substances toxiques, actives aussi bien sur les plantes hôtes et non hôtes que sur quelques cham-pignons pathogènes [5]. Ce large spectre d’action nous a incités à expérimenter ces substances actives dans la lutte biologique, particulièrement en entomologie contre les insectes ravageurs de la roselle et en malherbologie sur les mauvaises herbes. Les premiers essais entomologiques sur Nisotra dilecta Jacoby et Podagrica uniformis Jacoby (Chrysomelideae) ont révélé des effets ovicides et larvi-cides (résultats non publiés).

La présente étude a été proposée pour aborder le second aspect de ce projet, c’est-à-dire l’étude de l’impact des productions toxiques de Phoma sabdariffae sur la croissance de mauvaises herbes. Elle expérimente spécifiquement l’effet de ces substances sur l’activité photosynthétique de trois plantes aquatiques envahissantes : la jacinthe (Eichornia cras-sipes, Pontederiaceae), la laitue (Pistia stratiotes, Araceae) et le nénuphar (Nuphar luteum, Nymphaceae).

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Matériel et méthodes

Préparation du filtrat toxique

Des pycnides de Phoma sabdariffae ont été récoltées au champ sur des plantes infectées de roselle, purifiées après trois repiquages successifs sur milieu Potatoe dextrose agar (PDA), et clonées par culture monospore [4]. Les masses sporales ont été récoltées des milieux gélosés avec un scalpel stérilisé, broyées à l’ultraturrax dans 100 ml d’eau distillée stérile, et calibrées à 106 spores/ml à l’aide d’un hémati-mètre de type Malassez. Cinquante millilitres de ce broyat ont été prélevés et inoculés, sous une hotte aseptique (Steril Gemini) à 5 l d’une solution de milieu nutritif Richards. Les préparations ont ensuite été incubées en agitation continue (agitateur Vibramax) pendant 20 jours à 28 °C, en lumière alternée de 12 heures, et filtrées successivement sur papier Wathman no 2 et sur filtre millipore de 0,22 µm de diamètre. Un filtrat témoin a également été préparé suivant le même protocole, à partir d’un milieu Richards non inoculé.

Étude de l’activité photosynthétique

Les feuilles des trois végétaux aquatiques (jacinthe d’eau, laitue et nénuphar) prélevées au même stade végétatif approximatif, ont été rincées dans 1 l d’eau distillée, desséchées entre deux épaisseurs de papier buvard et pesées par lots de cinq unités sur une balance de marque Ohaus Analytic 60. Les feuilles de chaque espèce ont ensuite été plongées séparément par le pétiole, dans 10 ml de différentes solutions de traitement, à savoir : les filtrats brut (essai), vierge (témoin) et de dilution 1/10 ou 1/20. Elles ont également été plongées dans une solu-tion de dichloro phényl diméthylurea (DCMU, concentré à 10–2 M), un inhibiteur photosynthétique de synthèse. Après une heure d’incu bation, les organes ont été retirés de chaque solution de traitement, desséchés comme précédemment et placés dans une enceinte photosynthétique contenant 1 l de bicarbonate de sodium 1,5 %, suivant le protocole de Savoure [10]. Cette enceinte est constituée d’un cristallisoir hébergeant un entonnoir en verre renversé sur les échantillons végétaux et surmonté d’une éprouvette graduée de 5 ml. L’éclairage des feuilles par quatre lampes incandescentes d’une puissance totale de 400 W provoque un dégagement d’oxygène, dont le volume est mesuré toutes les dix minutes par la dénivellation

créée au niveau de l’éprouvette graduée. L’activité photosyn-thétique de chaque plante est exprimée en millilitres d’oxy-gène dégagé par heure et par gramme de matière fraîche (ml d’O2/h/g/ de MF).

Répétitions et analyse statistique

Les différentes parties de ce travail ont été répétées trois fois et les résultats soumis à une analyse de variance (Anova) à un critère d’évaluation, au logiciel Statistica 6.0. En cas de différences significatives, les tests multiples de Newman Keuls ont été employés au seuil de 5 %.

Résultats

Effet du filtrat toxique sur l’activité photosynthétique

Les résultats de ce travail ont révélé que le filtrat de culture de Phoma sabdsariffae a provoqué une réduction significative de l’activité photosynthétique du nénuphar, de la laitue et de la jacinthe (Fig. 1). L’ampleur de cette réduction a été propor-tionnelle à la durée du déroulement de la photo synthèse. Pour la laitue par exemple, les amplitudes de variation des acti-vités photosynthétiques induites par les filtrats essai et témoin ont été de 0,3, 0,5 et 0,7 ml d’O2/h/g de MF, respectivement après 20, 40 et 60 minutes d’incubation. Ces résultats ont par ailleurs montré qu’au niveau de chaque traitement (essai ou témoin), les activités photo synthétiques n’étaient pas signifi-cativement différentes entre les trois plantes (Tableau 1).

Étude comparée de l’action des inhibiteurs

L’étude comparée des effets du filtrat fongique et de l’inhi-biteur synthétique (DCMU) a permis de dresser la Figure 2. Leur analyse a révélé que pour chaque plante, les activités photosynthétiques induites par l’inhibiteur synthétique ont significativement été supérieures à celles provoquées par le filtrat fongique. L’amplitude de variation entre ces activités a augmenté proportionnellement à la durée du processus photosynthétique. Pour le nénuphar, par exemple, ces amplitudes aux 20e, 40e et 60e minutes ont respectivement été de 0,2, 0,4 et 0,5 ml d’O2/h/g de MF. Mais dans les deux cas, les activités photosynthétiques sont restées significati-vement inférieures à celles des plantes témoins.

Tableau 1. Étude comparative des activités photosynthétiques de trois plantes aquatiques (jacinthe d’eau, laitue et nénuphar), préa-lablement incubées pendant 60 minutes dans 10 ml de filtrat de culture de Phoma sabdariffae Sacc.

Test Newman-Keuls Différences signicatives marquées à p < 0,05000(1) M = 0,862 (2) M = 0,931 (3) M= 0,943

Jacinthe essai (1) - 0,003452 ns 0,043213 ns

Laitue essai (2) 0,003452 ns - 0,002376 ns

Nénuphar essai (3) 0,043213 ns 0,002376 ns -

Ns : La différence des activités photosynthétiques entre les plantes n’est pas significative au seuil de 5 pc.

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Fig. 1. Activités photosynthétiques de trois plantes aquatiques (jacinthe, laitue et nénuphar) à des temps variés de traitement au filtrat de culture de Phoma sabdariffaeJt : jacinthe témoin (traitée au filtrat vierge) ; Je : jacinthe essai (traitée au filtrat fongique) ; Lt : laitue témoin (traitée au filtrat vierge) ; Le : laitue essai (traitée au filtrat fongique) ; Nt : nénuphar témoin (traité au filtrat vierge) ; Ne : nénuphar essai (traité au filtrat fongique)

Fig. 2. Activités photosynthétiques de trois plantes aquatiques (jacinthe, laitue et nénuphar) à des temps variés de traitement au filtrat de culture de Phoma sabdariffae et à l’inhibiteur synthétique (DCMU)Jt : jacinthe témoin (traitée au filtrat vierge) ; Je : jacinthe essai (traitée au filtrat fongique) ; Ji : jacinthe traitée à l’inhibiteur DCMU ; Lt : laitue témoin (traitée au filtrat vierge) ; Le : laitue essai (traitée au filtrat fongique) ; Li : laitue traitée à l’inhibiteur DCMU ; Nt : nénuphar témoin (traité au filtrat vierge) ; Ne : nénuphar essai (traité au filtrat fongique) ; Ni : nénuphar traité à l’inhibiteur DCMU

Effet de l’association des deux inhibiteurs

Les résultats de ce travail ont révélé que l’association des deux inhibiteurs (filtrat fongique et DCMU) ne provoque pas une synergie d’action, pour amplifier la baisse de l’activité photosynthétique (Fig. 3). Les activités obte-nues ont présenté des valeurs intermédiaires, mais

significativement différentes de celles des deux inhibiteurs séparément considérés. Pour le nénuphar par exemple, les activités engendrées à la 60e minute par l’association des deux inhibiteurs ont été de 0,7 ml d’O2/h/g de MF, alors que pour la même période, elles ont respectivement été de 1,0 ml d’O2/h/g de MF, pour le filtrat toxique, et de 0,5 ml d’O2/h/g de MF, pour le DCMU.

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Effet des filtrats dilués sur la photosynthèse

Les résultats de cette étude ont révélé que les filtrats dilués au 1/10 et 1/20 provoquaient des hausses significatives de l’acti vité photosynthétique des trois plantes étudiées (Fig. 4). Ces hausses ont été proportionnelles au coefficient de dilution des filtrats. En effet, pour chaque plante, les activités des plantes traitées au filtrat de dilution 1/20 ont significativement été supérieures à celles des échantillons exposés au filtrat dilué au 1/10. Pour la jacinthe d’eau douce par exemple, l’activité photosynthétique à la 60e minute du filtrat de dilution 1/10 était de 1,8 ml d’O2/h/g de MF, alors que celle du filtrat dilué au 1/20 dépassait largement 2,3 ml d’O2/h/g de MF.

DiscussionLa nature biochimique des composés toxiques contenus dans le filtrat de culture liquide de Phoma sabdariffae n’est pas encore connue à ce jour. Il est donc difficile de situer préci-sément le mécanisme d’action desdits composés ainsi que leur(s) site(s) récepteur(s) au niveau de la plante hôte. Mais en nous appuyant sur les données bibliographiques et quelques généralités liées aux toxines, deux hypothèses peuvent être envisagées pour expliquer l’effet de ces composés toxiques sur l’activité photosynthétique des trois plantes étudiées : une action directe probable sur les chloroplastes et un effet indi-rect circonscrit à un ou plusieurs organites cellulaires.

En ce qui concerne l’action directe, les composés toxi-ques peuvent agir sur les membranes chloroplastiques ou sur les tissus intérieurs, notamment les lamelles granaires

et intergranaires. Sur les membranes, l’action pourrait consister en l’invagination de celles-ci, provoquant leur rupture, la sortie des électrolytes et la désorganisation de l’organite, aboutissant à l’inhibition de la photosyn-thèse. Ce genre de mécanisme est par exemple rencontré chez les toxines produites par Alternaria alternata sur les membranes chloroplastiques du pommier [9].

Au niveau des lamelles granaires et intergranaires, l’action des toxines pourrait être liée à la vésiculation de ces éléments chloroplastiques. Ce phénomène entraînerait l’inhibition de l’entrée du CO2 dans la lumière des lamelles et le blocage des mécanismes photosynthétiques. C’est le mode d’action notamment de la tentoxine, toxine produite par Alternaria tenuis, sur de nombreuses plantes de la famille des Cucurbitaceae [3]. Après l’entrée de la toxine dans le chloroplaste, son action interfère ensuite avec l’activité de plusieurs enzymes impliquées dans les phéno-mènes de photosynthèse. C’est le cas de la tabtoxine, toxine produite par Pseudomonas syringae pv. tabaci qui, chez le pois, inhibe la glutamine synthétase, enzyme de synthèse et de régulation des pigments chlorophylliens [7].

L’effet du filtrat toxique de Phoma sabdariffae sur l’acti-vité photosynthétique de la laitue, de la jacinthe et du nénu-phar peut également être un effet secondaire découlant d’une action localisée sur un autre organite cellulaire. L’interdépen-dance structurale et fonctionnelle entre les différents compar-timents cellulaires est telle qu’un effet toxique est rarement circonscrit à son site d’action. Des événements moléculaires peuvent être observés sur des fonctions aussi proches qu’éloi-gnées de ce site [6]. La perturbation de l’activité respiratoire

Fig. 3. Activités photosynthétiques de trois plantes aquatiques (jacinthe, laitue et nénuphar) à des temps variés de traitement combiné du filtrat de culture de Phoma sabdariffae et de l’inhibiteur synthétique (DCMU)Jt : jacinthe témoin (traitée au filtrat vierge) ; Je : jacinthe essai (traitée au filtrat fongique) ; Ji : jacinthe traitée à l’inhibiteur DCMU ; Jei : jacinthe traitée au filtrat et au DCMU ; Lt : laitue témoin (traitée au filtrat vierge) ; Le : laitue essai (traitée au filtrat fongique) ; Li : laitue traitée à l’inhibiteur DCMU ; Lei : laitue traitée au filtrat et au DCMU ; Nt : nénuphar témoin (traité au filtrat vierge) ; Ne : nénuphar essai (traité au filtrat fongique) ; Ni : nénuphar traité à l’inhibiteur DCMU ; Nei : nénuphar traité au filtrat et au DCMU

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Fig. 4. Activités photosynthétiques de trois plantes aquatiques (jacinthe, laitue et nénuphar) à des temps variés de traitement à différentes concentrations du filtrat de culture de Phoma sabdariffae et à l’inhibiteur synthétique (DCMU)Jt : jacinthe témoin (traitée au filtrat vierge) ; Je : jacinthe essai (traitée au filtrat fongique) ; Ji : jacinthe traitée à l’inhibiteur DCMU ; Jei : jacinthe traitée au filtrat et au DCMU ; Jd : jacinthe traitée au filtrat de dilution 1/10 ; Jdd : jacinthe traitée au filtrat de dilution 1/20 ; Lt : laitue témoin (traitée au filtrat vierge) ; Le : laitue essai (traitée au filtrat fongique) ; Li : laitue traitée à l’inhibiteur DCMU ; Lei : laitue traitée au filtrat et au DCMU ; Ld : laitue traitée au filtrat de dilution 1/10 ; Ldd : laitue traitée au filtrat de dilution 1/20 ; Nt : nénuphar témoin (traité au filtrat vierge) ; Ne : nénuphar essai (traité au filtrat fongique) ; Ni : nénuphar traité à l’inhibiteur DCMU ; Nei : nénuphar traité au filtrat et au DCMU ; Nd : nénuphar traité au filtrat de dilution 1/10 ; Ndd : nénuphar traité au filtrat de dilution 1/20

est par exemple, un phénomène presque général chez la majorité des plantes infectées et qui est indépendant des organites récepteurs de la plante hôte [1]. De façon géné-rale, les toxines agissant sur le noyau cellulaire provoquent la perturbation de nombreuses fonctions cellulaires : respi-ration, photosynthèse, synthèse des protéines… [9]. C’est le cas de la péritoxine produite par Periconia circinata dont l’action sur la synthèse des ARm provoque la perturbation de l’activité photosynthétique du sorgho [2]. La hausse des acti-vités photosynthétiques par les filtrats dilués paraît être liée à l’action stimulatrice que présentent de nombreuses subs-tances actives à faibles doses [6].

ConclusionLe filtrat de culture de Phoma sabdariffae Sacc., à l’état brut, provoque une réduction significative de l’activité photo-synthétique de la jacinthe, de la laitue et du nénuphar. Ces baisses sont toutefois inférieures à celles causées par le DCMU. Les processus de purification et de concentration de ce filtrat fongique devraient permettre d’améliorer l’am-pleur de ces réductions. Les présents résultats constituent un début de contribution intéressante à la lutte biologique contre les végétaux aquatiques envahissants au Gabon.

Références 1. Bashan B, Levy RS, Levy L (1995) Purification and structural deter-

mination of a phytotoxic substance from Exserohilum turcicum. Physiol Mol Plant Pathol 47: 225–35

2. Dunkle LD, Macko V (1995) Peritoxins and their effects on Sorghum. Can J Bot 73: 444–52

3. Halloin JM, De zoeten GA, Gaard G, Walker JO (1970) The effect of tentoxin on chlorophyll synthesis and plastid structure in cucumber and cabbage. Plant Physiol 45: 310–4

4. Lépengué AN, Mouaragadja I, M’batchi B, Aké S (2009) Étude de quelques caractéristiques physicochimiques du filtrat de culture de Phoma sabdariffae Sacc., agent pathogène de la roselle. Science et Nature 6(2): 95–105

5. Lépengué AN, M’batchi B, Ake S (2007) Impact de Phoma sabdariffae Sacc. sur la croissance et la valeur marchande de la roselle (Hibiscus sabda-riffa L. var. sabdariffa) au Gabon. Rev Ivoir Sci Technol 10: 207–16

6. Lepoivre P, Semal J (1993) Les relations hôte–parasite. Traité de patho-logie végétale. Édition Les Presses agronomiques de Gembloux, pp 249–302

7. Mitchell RE (1984) The relevance of non-host specific toxins in the expression of virulence by pathogens. Annu Rev Phytopathol 22: 215–45

8. Mouaragadja I, M’batchi B (1998) Étude et identification de la pourri-ture de l’oseille de Guinée au Gabon. Fruits 53(1): 57–68

9. Otani H, Kohmoto K, Kodama M (1995) Alternaria toxins and their effects on host plants. Can J Bot 73: 453–8

10. Savoure JC (1980) Manipulations pratiques en physiologie végétale. Éditions Masson, Paris, 1980