# Les communautés micro-algales et cyanobactériennes comme bioindicateurs de stress phytosanitaires dans les sols agricoles

Olivier Crouzet, Sylvie Nelieu, Christelle Marrauld, Ghislaine Delarue, Frédéric Rimet, Annette Berard, Clarisse Mallet

► To cite this version:

Olivier Crouzet, Sylvie Nelieu, Christelle Marrauld, Ghislaine Delarue, Frédéric Rimet, et al.. Les communautés micro-algales et cyanobactériennes comme bioindicateurs de stress phytosanitaires dans les sols agricoles. 45e Congrès du Groupe Français des Pesticides Devenir et impact des pesticides : verrous à lever et nouveaux enjeux, May 2015, Versailles, France. hal-01603887

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Submitted on 3 Jun 2020

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# Les communautés micro-algales et cyanobactériennes comme bioindicateurs de stress phytosanitaires dans les sols agricoles.

Crouzet O, Nélieu S, Marrauld C, Delarue G, Rimet F, Bérard A, Mallet C.

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INRA
SCIENCE & IMPACT

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EcoSys

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Laboratoire

Microorganismes :

Genome

et Environnement

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# Significativité des processus microbiens pour la qualité des milieux

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## SERVICES écosystémiques

- Recyclage des nutriments

- Rôle de filtre

- Stockage de C

- structure, habitat

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# Indicateurs microbiens et stress pesticides

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## Pertinence des indicateurs microbiens disponibles ?

Faible représentativité écologique des outils normalisés / utilisés en ERA

* Nombreux tests sur des organismes modèles en culture.

* Pas de bio-essai direct sur les matrices de sol.

* Très faible prise en compte de la biodiversité / processus écologiques.

## Pas de patron clair d'effets sur les communautés microbiennes des sols

* impacts (inhibition / stimulation) sur les communautés bactériennes ou fongiques à des doses généralement supérieures à la dose agronomique :

* Difficile de différencier les effets directs / indirects.

* **Au champ**: indicateurs (activités, structure) de la composante microbienne très influencés par les facteurs confondants.

* Effet le plus significatif : adaptation à la biodégradation.

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# Microorganismes photosynthétiques édaphiques

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## Pourquoi les micro-algues des sols ?

* Présentes dans les sols cultivés et prairiaux

* Des voies métaboliques sensibles aux herbicides et fongicides

* Biofilms superficiels directement exposés aux intrants => première interface

* Nombreux acquis en milieu aquatique ... mais peu de connaissance en terrestre

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Tapis de microalgues et
cyanobactéries

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# Microorganismes photosynthétiques édaphiques

## Pourquoi les micro-algues des sols ?

* Présentes dans les sols cultivés et prairiaux

* Des voies métaboliques sensibles aux herbicides et fongicides

* Biofilms superficiels directement exposés aux intrants => première interface

* Nombreux acquis en milieu aquatique ... mais trou de connaissance en terrestre

## Les communautés photosynthétiques édaphiques ?

→ une diversité insoupçonnée !

* Microalgues eucaryotes et Cyanobactéries

* Diversité des métabolismes : autotrophes --> mixotrophes

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## Rôles fonctionnels dans les sols:

* Stabilité structurale des agrégats

* Fixation N₂ (cyanobacteries)

* 5 - 10 % de la production microbienne

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# Microorganismes photosynthétiques édaphiques

## ➔ Enjeux pour la bio-indication en milieu terrestre

* Caractériser la biodiversité des microorganismes photosynthétiques édaphiques

Systèmes d'étude adaptés : bio-essais -> microcosmes -> champ.

Méthodes et descripteurs biochimiques et génétiques des communautés.

Approches fonctionnelles et mise en relation avec la diversité taxonomique.

* Déterminer les réponses aux pesticides et aux systèmes de culture

Identifier des **réponses & indicateurs de stress pesticide** :

• signatures (taxonomiques ou biochimiques)

• acquisition de tolérance (PICT)

Prédire les conséquences sur des fonctions associées !

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# Démarches & Approches

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## Monitoring de sites : Top-down

### Echantillonnage de systèmes de culture contrastés

⇒ **Biologique** vs. **Conventionnel**

Cocktails non maitrisés
faibles doses / long-terme
facteurs environnementaux

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## Expériences au labo : Bottom-up

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Molécules / Cocktails connus

Gradients doses / Court terme

Contrôle des facteurs
environnementaux

### Microcosmes

- Avec le sol des parcelles étudiées

- Molécules / formulations appliquées

- Analyses dose - effet
# Approche au champ => effets de faibles doses à long-terme / facteurs environnementaux

## Site expérimental de La Cage (essai système de culture (SdC) (Inra – Versailles)

### CONVENTIONNEL

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≠ intrants phytosanitaires et fertlisants, ... ≠ rotations, ≠ travail du sol

### BIOLOGIQUE

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# Approche au champ (faibles doses & long-terme)

Site expérimental de La Cage **CONV // BIO**

→ **Abondance des communautés photosynthétiques totales**

<figure><img src="image_39.png" /><figcaption>biomasse photosynthétique
Chlorophylle - a</figcaption></figure>

→ biomasse photosynthétique significativement plus élevée en SdC conventionnel

... Absence de désherbage mécanique du sol + fertilisation en **CONV**
# Approche au champ (faibles doses & long-terme)

## Site expérimental de La Cage CONV // BIO

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### Diversité des communautés photosynthétiques totales

23S rDNA plastidial (séquençage -> affiliation ordre)

H'
2,43
E
0,85

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H'
1,71
E
0,63

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Présence de différentes classes : chlorophyceae, diatomée, xanthophyceae, chrysophyceae, cyanobactérie.

⇒ Plus de diversité et d'équitabilité dans le SdC Conventionnel.

⇒ Dominance des cyanobactéries en SdC Biologique.
# Approche au champ (faibles doses & long-terme)

## Site expérimental de La Cage CONV // BIO

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### Diversité des communautés cyanobactériennes

16S rDNA cyanobactérien (séquençage => affiliation genre)

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⇒ Plus de diversité et d'équitabilité des cyanobactéries en SdC Biologique.

⇒ Conséquence fonctionnelle : ++ de potentiel de fixation N₂ associé à la communauté en SdC Biologique
# Approche dose-effet en microcosme cosmes

## Comparer les réponses des communautés des sols **CONV** et **BIO** à un gradient de doses d'Isoproturon (utilisé en Conv)

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comparaison de la tolérance à l'IPU => approche PICT

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### BIOLOGIQUE

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Analyse dose-réponse

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Gradient de contaminant : Dose agronomique IPU

### CONVENTIONNEL

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acquisition de tolérance à l'IPU dans le SdC Conventionnel
# Etats des lieux & Perspectives

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## Intérêt des micro-algues des sols en bioindication

(Crouzet et al., 2010 ; 2013 ; Joly et al., 2014)

* ✓ Sensibilité élevée aux stress herbicides ... et pratiques culturales

⇒ NOEC et LOEC à de faibles doses d'application (≈ 1 x DA)

* ✓ Rendent compte d'effets directs et intègrent l'exposition passée et présente

Relation avec autres communautés microbiennes

* ✓ Apport pour l'étude d'effets cocktails / formulation en milieu terrestre

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## Développement d'outils à poursuivre

* Implémenter les bases de données moléculaires pour les analyses bio-info

* Bio-essai pour test toxicité des matrices de sol

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## Endpoints de toxicité vs. Réponses adaptatives aux stress chroniques

* Assemblages taxonomiques => signatures de pressions phytosanitaires

* Tolérance fonctionnelle (PICT) (communautés) ⇒ Reflet des pressions sélection

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⇒ Importance fonctionnelle des variations de diversité ?
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Laboratoire
Microorganismes :
Génome
Environnement

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EmmaH
UMR 1114 INRA UAPV
Environnement Méditerranée et
Modélisation des Agro-Hydrostèmes

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EcoSys

Merci de votre attention

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INRA
SCIENCE & IMPACT

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Projet soutenu par le Département Santé
des Plantes et Environnement (INRA)

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# Approche en cosmes : comparaison des réponses sols
## Bio et Conv

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### Mesure de l'exposition au gradient d'IPU

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Exposition tout le long de l'expérimentation avec une plus forte persistance à la plus forte dose.