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Les Mycorhizes en agriculture - 1 / 2

Il y a tant de choses qui ont évolué depuis la sédentarisation des premières civilisations humaines, que nous avons parfois oublié l'essentiel, le naturel. Au profit de plus de confort et de rendements, au détriment de la santé des sols qui constituent les bases de la santé humaine.

En effet, au fur et à mesure que les populations humaines sont passées de chasseurs-cueilleurs à celui d'agriculteurs, la plupart des cultures qu'ils ont domestiqué ont dépendu des mycorhizes. Or, les pratiques agricoles modernes, qui ont été développées à l'avantage factice du progrès (engins, phytosanitaires, arrachage des zones arborées, etc...), perturbent et détruisent l'établissement des mycorhizes dans les sols cultivés. Les conséquences sont graves et sérieuses : perte de la fertilité, affaiblissement de la santé des végétaux, inondations et pollution.

Pourtant, le progrès a permis la vente des champignons qui sont disponibles pour l'agriculture depuis les années 1990 et pour le jardinier, depuis environ aussi longtemps. Le recours aux champignons mycorhiziens (en particulier les champignons mycorhiziens arbusculaires, partenaires des plus fréquents des racines des plantes agricoles) est plus efficace et rentable que l'utilisation de produits chimiques.

Les avantages de l'association des champignons mycorhiziens aux plantes cultivées sont nombreux et primordiaux, que bons nombres de produits chimiques ne seraient remplacer. Les preuves de cela sont tout aussi nombreuses, rien qu'à observer les intoxications à la Datura dans les monocultures céréalières (imposant le rappel des produits même estampillés issus de l'Agriculture Biologique), les inondations de plus en plus dévastatrices, les rendements qui chutent, la condition paysanne en puissant déclin.... Puisque les directives nationales et européennes invitent à changer de paradigme et invitent les professionnels à reprendre les bases agronomiques et écosystèmiques dans le but de retrouver résilience, productivité et santé, voyons les intérêts d'une agriculture sur sols vivants et prolifiques.

AMÉLIORATION DE L'ABSOPRTION DES NUTRIMENTS

Les champignons mycorhiziens arbusculaires se développent au delà de la zone de déplétion, lieu où les racines ont déjà capté les nutriments et l'eau disponible.

Les hyphes fongiques peuvent croître sur de longues distance et se doter de rhizomorphes qui vont encore bien plus loin que la racine elle-même et permettent ainsi de ramener l'eau à la plante.


PHOSPHORE

Le phosphore est une ressource non renouvelable, et l'on sait que les réserves connues seront épuisées dans les 50 à 100 ans à venir. L'application à grande échelle de phosphore dans les sols agricoles a entraîné des conséquences environnementales globales, lorsque notamment les quantités significatives de phosphore subissent le lavage ou l'érosion et sont dispersées dans les fleuves où elles tuent la vie aquatique et détruisent l'écosystème. C'est pour ces raisons qu'il devient plus qu'important de trouver un élément de substitution ou un moyen naturel de faire circuler cet élément. Les champignons mycorhiziens pourraient répondre favorablement à cette problématique en reprenant leur rôle et place naturellement fertilisante.

Les micro-organismes présents dans le réseau trophique du sol immobilisent le phosphore inorganique en le transformant en molécules organiques, que les plantes n'absorbent pas. Au cours de la digestion fongique, la libération d'acides et d'enzymes décompose la matière organique et la matière inorganique. Les racines à elles seules ne peuvent produire ces enzymes et ces nutriments ne pourraient pas être à leur disposition.


Les réserves de nutriments sont constamment recyclées dans le cytoplasme fongique et sont donc mises à la disposition aussi bien des champignons que de la plante hôte en fonction de leur besoins. Ces nutriments sont également stockés dans les vésicules et dans les vacuoles des cellules fongiques. L'activité cellulaire produit suffisamment de dilution à la fois dans la plante et dans les champignons pour que la circulation des nutriments pas les hyphes fongiques ne soit interrompue. Le réseau mycélien créé par les champignons mycorhiziens arbusculaires représente une structure de stockage idéale là où les zones de concentration plus faible de nutriments peuvent servir de fosse vers laquelle les nutriments présents dans le sol peuvent s'écouler.


Un atout majeur de l'association entre une plante hôte et des champignons mycorhiziens consiste dans la capacité de la plante à pouvoir absorber du phosphore, un élément nutritif important à cause de sa présence dans l'adénosine triphosphate (ATP), la molécule principale qui sert à stocker et à transporter de l'énergie dans les cellules vivantes.


Les molécules de phosphore sont chimiquement liées au sol, car les anions chargés négativement de phosphate sont attirés et tenus par les cations chargés positivement dans le sol, en l'occurence les cations de fer, d'aluminium et de calcium. Les ions phosphate sont donc rapidement absorbés par le sol et / ou retenus dans les sols argileux.

Les champignons mycorhiziens arbusculaires permettent de fournir à leur plante hôte jusqu'à 4 fois plus de phosphore que la plante n'est capable d'en obtenir lorsque l'association mycorhizienne n'est pas formée.

Attention toutefois, une trop grande quantité de phosphore a des effets nuisibles sur la formation des mycorhizes.


À noter que si les champignons produisent des enzymes nécessaires pour libérer le phosphore des composés chimiques qui se trouvent dans le sol, toutes sortes d'auxiliaires biologiques s'associent avec les champignons mycorhiziens dans la micorhisphère. Des organismes du sol, attirés par les exsudats des champignons ou les restes de leur repas, comprenant des bactéries capables de solubiliser le phosphate et permettent ainsi à dissocier certains de ces composés chimiques, soutenant ainsi les champignons dans le prélèvement du phosphore, rendu plus facile. Le même processus, avec des organismes différents, peut avoir un impact sur l'absorption d'autres nutriments.


Les mycorhizes arbusculaires peuvent également augmenter la consommation de phosphore, d'azote, de soufre, de zinc, de cuivre, de brome, de fer, de magnésium et de manganèse au profit de leurs hôtes. Ces métaux nutriments sont relativement immobiles dans le sol et doivent se fixer sur des anions, dans l'argile ou la matière organique, avant de pouvoir être absorbés par les racines seules. Les champignons mycorhiziens s'aventurent jusqu'à aller les chercher et parfois les libérer de leurs substrats, tout en augmentant sans cesse l'absorption de ces ions, parfois jusqu'à 60 fois plus.


AZOTE

L'azote absorbé par les champignons arbusculaires est mis à la disposition des plantes de différentes façons, généralement sous forme d'ammonium (NH4+), mais aussi de nitrates (NO3-) ou de divers acides aminés.

L'ammonium comme beaucoup d'autres cations, n'est pas très mobile dans le sol et peut être réduit autour de la zone racinaire. Les champignons mycorhiziens se propagent à travers le sol pour accéder à de nouvelles ressources.


Une fois que l'azote se trouve dans la membrane fongique, il est certainement transformé en acides aminés. Puis les molécules contenant de l'azote sont mises en circulation dans le cytosol (la phase liquide du cytoplasme) pour être ensuite utilisé par le champignon. Certaines sont retransformées en ammonium et transportées dans l'interface apoplastique, la zone qui se trouve à l'extérieur de la membrane plasmique de la cellule d'une racine végétale, là où se produit la diffusion dans la cellule végétale. Un peu d'azote se trouve aussi transporté à travers les membranes sous forme de protéines.


L'établissement des mycorhizes augmente l'activité des nodules qui fixent l'azote chez les légumineuses.


Le phosphore est indispensable dans le processus de fixation de l'azote, et sa présence plus forte, grâce aux champignons mycorhiziens, augmente la quantité de la colonisation bactérienne dans les nodules racinaires des légumineuses.

RÉSISTANCE AUX AGENTS PATHOGÈNES

Comme les plantes colonisées sont fortes et en bonne santé, elles peuvent donc résister ou tolérer des agents pathogènes qui s'attaquent aux racines, comme Fusarium, Rhizoctonia, Pythium et Phytophtora, ainsi que Verticillium qui s'attaque aux tiges.


Les champignons rivalisent avec eux pour s'emparer des quantités limitées de nutriments pour alimenter les organismes pathogènes. La colonisation mise en place par les champignons mycorhiziens entraîne une plus grande ramification des racines de la plante. Celles-ci deviennent plus courtes et plus épaisses, et comme ce système racinaire robuste est plus difficile à pénétrer, les effets de certains problèmes qui affectent les racines sont atténués.


Lorsque les plantes pycorhizées sont endommagées, elles peuvent guérir plus rapidement en formant des barrières de guérison, tandis que les stomates, ces minuscules spores dans les feuilles des plantes à travers lesquels passent les gaz et la vapeur d'eau, se ferment, les plantes mycorhizées possèdent ainsi un système vasculaire pus résistant.


De nombreuses études montrent que les mycorhizes arbusculaires fournissent une solide alliance de défense en produisant des substances chimiques qui réduisent la reproduction des nématodes, leurs alimentation et leur fixation sur les racines des plantes. Le manchon qui entoure alors les racines peut fournir une barrière physique contre les nématodes prédateurs.


Les champignons mycorhiziens arbusculaires créent des métabolites qui comprennent des biocides, des antibiotiques et des substances spécifiquement ciblées sur les infections qui peuvent attaquer et détruire les organismes sans défense. Des études ont confirmé que les haricots de soja, les tomates, l'avoine, les oignons et le coton, par exemple, sont moins susceptibles d'être victimes des nématodes lorsque des champignons mycorhiziens arbusculaires sont présents et que des mycorhizes se forment dans le sol.

LE RÉSEAU MYCÉLIEN : L'INTERNET NATUREL DE LA TERRE

Les plantes ont développé des modes de défense adaptés qui les aident à augmenter leur survie et leur reproduction, notamment la libération de composés organiques qui agissent comme répulsifs ou toxines contre les insectes et les herbivores ou qui réduisent la digestibilité des plantes.


Des études ont montré que les plantes mycorhizées peuvent également envoyer des signaux chimiques à travers le réseau mycélien extra-racinaire pour communiquer avec des plantes des environs et les avertir d'agressions parasitaires.


Des études ont prouvé que le réseau mycélien transmet non seulement des signaux qui activent les mécanismes de défense chez les plantes voisines, mais également des toxines qui empêchent les plantes voisines de prospérer et donc de s'emparer de nutriments de valeur.

PRODUCTION D'HORMONES

La formation de mycorhizes augmente la production de toute une variété d'hormones végétale, qui sont d'importantes molécules de signalisation qui régulent les processus cellulaires, notamment la formation des organes reproducteurs (les fleurs), des tiges et des feuilles, ainsi que le développement et le mûrissement des fruits.


Pour le règne fongique, elles sont essentielles afin qu'une spore fongique ne se transforme en un réseau mycorhizien.


Les strigolactones stimulent la ramification et la croissance des mycorhizes arbusculaires et contribuent à augmenter la probabilité que le champignon sera en mesure de trouver les racines de la plante hôte.


D'autres hormones se trouvent également stimulées :

- Les cytokinines qui favorise la division cellulaire ;

- L'acide abscissique qui incite les feuilles à tomber et induit la dormance des graines et des bourgeons ;

- Les acides jasmoniques et salicyliques qui aident la plante à se défendre toute seule contre les stress tels que les agents pathogènes et des insectes ;

- Les auxines de croissance qui orchestrent presque tous les aspects de la croissance et du développement de la plante.

RESTAURATION DES SOLS

En réinstallant ou en laissant se développer des mycorhizes arbusculaires dans les sols agricoles, il est possible de réparer les dégâts causés par les pratiques agricoles modernes.


La glomaline, cette glycoprotéine collante à base de carbone (moitié sucre, moitié protéine) sécrétée par les champignons mycorhiziens arbusculaires, contribue pour environ 1/3 du carbone du sol là où les champignons mycorhiziens sont installés.


Le carbone de la glomaline dépase de loin la quantité présente même dans les acides humiques, de l'ordre de 20 fois plus environ. Le caractère gluant de la glomaline permet aux particules du sol de se relier entre elles et contribue ainsi à la structure de ce dernier (Complexe Argilo-Humique).

La présence des mycorhizes arbusculaires, créant de la glomaline,, favorise donc l'agrégation du sol, maintien sa porosité / aération, et sa réserve utile.


Les mycorhizes arbusculaires ajoutent également de la matière organique au sol, dans la succession de leur cycle de vie (mort et décomposition). Ils peuvent alors représenter jusqu'à 50% de la masse microbienne dans un volume donné de sol.


Sans compter que tout au long de la vie des champignons, ils fournissent un habitat pour toutes sortes d'organismes qui sont attirés par leurs exsudats ou par la protection qu'ils offrent. Ces organismes creusent et forent des micro-tunnels dans le sol, qui contribue ainsi à l'amélioration de la structure du sol. Lorsqu'ils meurent, le résultat final est un sol stable, enrichi en carbone et en porosité devant donc plus résilient face à l'érosion éolienne et / hydrique.

RÉSISTANCE À LA SÉCHERESSE ET TOLÉRANCE AUX TEMPÉRATURES

Durant les périodes estivales et de sécheresse, les plantes qui sont associées à des mycorhizes arbusculaires montrent moins de stress que les plantes qui n'en ont pas établies ou faiblement.


Cela peut être dû à plusieurs facteurs :

- L'augmentation du contact racines - sol ;

- La capacité d'une plante colonisée à explorer plus loin et sur une plus grande surface à la recherche de l'eau ;

- Une plus grande capacité d'absorption de l'eau ;

- Des changements dans les forces osmotiques ;

- L'augmentation du nombre d'aquaporines ou des changements dans le système de signalisation des mycorhizes.


Les plantes sont reconnues en meilleur santé, plus vigoureuses, plus fortes donc mieux à même de résister et de prospérer.


Des études ont également montré que la présence de mycorhizes arbusculaires peut augmenter la capacité des plantes hôtes à résister à des températures basses. Les scientifiques ont pu mettre en évidence que ces associations amoindrissent l'impact du stress sur les plantes, compte tenu du fait qu'elles poussent plus rapidement et que le système racinaire devient plus important. Ces facteurs peuvent ainsi contribuer à favoriser une plus grande tolérance aux écarts de température.


Des expériences menées sur Claroideoglomus etunicatum et du maïs, ont permis de mettre en lumière des quantités moindres de dioxyde de carbone stockées entre les cellules végétales et une conductance stomacale plus élevées, ce qui exerce une influence sur la tolérance au froid des feuilles gorgées d'eau et des parties vasculaires.

CONTRÔLE DES MAUVAISES HERBES

Certaines plantes qui sont considérées comme des adventices gênantes, dites "mauvaises herbes", dans les milieux agricoles ou horticoles forment également des mycorhizes arbusculaires comme, par exemple : le pissenlit, la sétaire verte, la folle avoine, la cirse des champs et la morgeline.


Néanmoins, nombreuses sont les herbes prolifiques qui ne forment pas de mycorhizes, en particulier ces familles : Amarantacées, Chénopodiacées, Brassicacées et Polygonacées. Notamment les variétés telles que la renouée faux-liseron, le chénopode blanc, le tabouret des champs, l'amarante réfléchie et le cyprès d'été.


Les plantes colonisées par des mycorhizes arbusculaires entrent effectivement en compétition avec les herbes non mycorhizées, en les privant de phosphore. Ce phénomène réduit ainsi la présence de ces dernières et certaines "mauvaises herbes" sont implantées négativement par l'ajout de certains champignons mycorhiziens.

L'IMPORTANCE DE LA PLANTE HÔTE

Jusqu'à présent, personne n'a réussi à faire pousser avec succès des champignons arbusculaires sans la présence d'une plante hôte ou de ses exsudats. Il semblerait que les champignons sont dépendants de l'association avec une plante hôte pour pouvoir croître, se développer et s'installer.

QUE REÇOIVENT LES CHAMPIGNONS EN RETOUR ?

Le champignon mycorhizien fournit donc environ 80% du phosphore et de l'azote dont la plante a besoin, qui fournit en échange à son associé fongique du carbone, sans lequel il serait condamné à mourir.


La plante fabrique du carbone grâce à la photosynthèse et le transforme en sucrose, qui est distribué dans les autres parties de la plante.

Dès lors qu'il y a association arbusculaire, le carbone fourni par la plante est sous forme d'hexose. C'est la plante qui produit les enzymes nécessaires pour transformer le sucrose en hexose, et cela à destination uniquement des champignons.


Une fois que l'hexose parvient dans l'interface apoplastique, il est transporté à travers la membrane fongique et davantage d'énergies (adénosine triphosphate) sont développées pour le faire passer, à travers une protéine de membrane plasmique, et parvenir enfin dans le cytoplasme fongique.


À l'intérieur de l'hype, l'hexose est transformé en lipides, des acides gras insolubles qui sont très différents des sucres. Ils sont alors recyclés et transférés dans le réseau extra cellulaire à l'extérieur de la racine.


Plus de 20% du carbone fabriqué par une plante hôte peut être transféré à son champignon associé. Le sacrifice fongique mycorhizien doit valoir le coup plus qu'il existe depuis plus de 400 millions d'années.


Le prochain post concernera les pratiques agricoles bénéfiques à l'installation et au développement des champignons mycrohiziens arbusculaires.

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