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Les racines du maïs sécrètent certaines substances qui influencent la qualité du sol. Dans certains champs, cet effet augmente de plus de 4 % le rendement du blé planté après le maïs dans le même sol. C'est ce qu'ont pu démontrer des chercheurs de l'Université de Berne. Les résultats de plusieurs expériences de terrain montrent certes que de tels effets sont très variables, mais qu'ils pourraient néanmoins contribuer à long terme à rendre la culture de céréales plus durable sans engrais ou pesticides supplémentaires.
Les plantes produisent une multitude de substances chimiques spécialisées. Certaines d'entre elles sont également libérées dans le sol et influencent ainsi sa qualité. Cela influence à son tour la prochaine plante qui poussera dans ce sol. La question de savoir dans quelle mesure les substances sécrétées peuvent être utilisées dans l'agriculture pour augmenter la productivité est encore peu étudiée. Des chercheurs de l'Institut des sciences végétales (IPS) de l'Université de Berne ont mené des expériences sur le terrain à ce sujet. Leurs résultats, publiés dans la revue spécialisée eLife , démontrent que des substances chimiques issues des racines du maïs peuvent augmenter le rendement du blé suivant - et ce dans des conditions agricoles réalistes.
Des études antérieures menées par les chercheurs de l'Institut des sciences végétales (IPS) de l'Université de Berne ont montré que les benzoxazinoides - des substances chimiques libérées par les racines des plantes de maïs - modifient la composition des micro-organismes du sol au niveau des racines et influencent ainsi la croissance des plantes suivantes dans ce sol. Dans la présente étude, les chercheurs ont cherché à savoir si de tels feedbacks plante-sol se produisent également dans des conditions agricoles réalistes. "De telles expériences de terrain sont essentielles pour tester la transférabilité de la recherche fondamentale dans la pratique et donc son éventuelle utilité agronomique", explique Valentin Gfeller, qui a travaillé sur le projet en tant que doctorant à l'IPS et qui travaille désormais à l'Institut de recherche de l'agriculture biologique (FiBL). Dans le cadre d'une expérience de terrain de deux ans, deux lignées de maïs ont d'abord été cultivées, dont une seule libérait des benzoxazinoides dans le sol. Ensuite, trois variétés de blé d'hiver ont été cultivées sur les sols conditionnés différemment. Il a ainsi été démontré que l'excrétion de benzoxazinoides entraîne une meilleure levée, un tallage renforcé, une croissance accrue et un rendement plus élevé.
Outre l'augmentation du rendement, on a constaté une diminution des attaques de certains ravageurs. "Une augmentation du rendement de 4% ne semble pas spectaculaire, mais elle est tout de même significative si l'on considère à quel point il est désormais difficile d'augmenter les rendements du blé sans intrants supplémentaires", explique Matthias Erb, professeur d'interactions biotiques à l'Institut des sciences végétales, qui a dirigé l'étude avec Klaus Schläppi de l'Université de Bâle. "Mais il reste à voir si de tels effets font vraiment une différence à grande échelle dans l'application agricole, car le rendement dépend aussi de nombreux autres facteurs", ajoute Erb. L'étude montre le potentiel de l'utilisation de substances végétales spécialisées pour améliorer la productivité des plantes utiles grâce à des rotations de cultures spécifiques aux différentes variétés.
Grâce à des collaborations dans le cadre de la coopération interfacultaire de recherche (CIR) "One Health" de l'Université de Berne (voir encadré), la qualité du blé a également pu être étudiée au niveau d'éléments chimiques individuels. En collaboration avec l'Institut de géographie de l'Université de Berne et Agroscope, le centre de compétence de la Confédération pour la recherche agricole, il a été possible de démontrer que l'augmentation du rendement par les benzoxazinoides n'a pas d'effet négatif sur la qualité du blé.
Afin de mieux comprendre le mécanisme sous-jacent, les chercheurs ont effectué diverses analyses du sol et des racines. Les plantes productrices de benzoxazinoïdes ont accumulé ces substances et leurs produits de dégradation dans le sol proche des racines. De plus, en collaboration avec l'Université de Bâle, il a été confirmé que les benzoxazinoides influencent la communauté de bactéries et de champignons dans et sur les racines de maïs. Les éléments nutritifs du sol n'ont toutefois pas été modifiés. Les benzoxazinoides se sont en outre révélés particulièrement durables dans le sol. Il reste à étudier plus en détail dans quelle mesure la croissance du blé et le rendement global sont influencés par les benzoxazinoides, directement ou indirectement, par les micro-organismes du sol.
Afin de tester les effets de différents facteurs environnementaux, l'équipe de recherche, en collaboration avec l'Université de Bâle et Agroscope, a examiné dans une autre expérience de terrain de deux ans comment ces réactions des plantes au sol par les benzoxazinoides se comportaient dans un champ plus hétérogène. La composition de la chimie du sol et des micro-organismes sur ce champ variait fortement. Les chercheurs ont pu montrer que l'influence des benzoxazinoides sur la croissance et la résistance du blé dépendait de cette composition différente. "Une meilleure compréhension des effets de la composition du sol sur les réactions plantes-sol est essentielle pour une utilisation future dans l'agriculture durable", explique Valentin Gfeller.
Informations à propos de la publication :
Gfeller V, Waelchli J, Pfister S, Deslandes-Hérold G, Mascher F, Glauser G, Aeby Y, Mestrot A, Robert CAM, Schlaeppi K, Erb M. 2023. Plant secondary metabolite-dependent plant-soil feedbacks can improve crop yield in the field. eLife. 12 : e84988 https://doi.org/10.7554/eLife.84988
La coopération interfacultaire de recherche "One Health
La coopération interfacultaire de recherche (CIR) "One Health" étudie comment les produits chimiques environnementaux influencent la santé des sols, des plantes, des animaux et des hommes. En étroite collaboration, 9 groupes de recherche des facultés des sciences naturelles, Vetsuisse et de médecine de l'Université de Berne étudient et quantifient l'impact des pesticides, des métaux lourds et des substances de défense des plantes sur les communautés microbiotiques aux interfaces entre les sols, les plantes, les animaux et les hommes. Cette approche interdisciplinaire devrait permettre de mieux comprendre comment les changements environnementaux affectent la santé des chaînes alimentaires.
L'IFK One Health relie les pôles thématiques stratégiques "Durabilité" et "Santé et médecine" de l'Université de Berne et encourage la recherche interdisciplinaire sur un thème très actuel dans les sciences de la vie et les domaines apparentés.