Influence des plantes d’intérêt sur la croissance et la mycorhization d’A. saligna

Influence des plantes d’intérêt sur la croissance et la mycorhization d’A. saligna

Réhabilitation des sols dégradés par la gestion du Potentiel Infectieux Mycorhizogène (PIM) du sol:

Le Potentiel Infectieux Mycorhizogène (PIM) d’un sol représente sa richesse en propagules mycorhiziennes sous forme de spores, de mycélium et de fragments de racines portant des structures mycorhiziennes susceptibles d’initier chez les plantes, la formation d’associations mycorhiziennes (Plenchette et al., 1989).

Deux principales stratégies sont proposées pour la restauration d’un PIM acceptable dans un sol : (i) la gestion du potentiel mycorhizien endogène au travers d’espèces végétales très mycotrophes: l’établissement d’espèces végétales natives, capables d’accroître le stock endogène de propagules mycorhiziennes (Duponnois et al., 2001; Azcon-Aguilar et al., 2003). En effet, il a été préalablement établi que le réseau d’hyphes en particulier, mis en place entre plantes constitue une source potentielle et efficace d’inoculum mycorhizien dans les systèmes sol- plantes (Requena et al., 1996 ; 2001 ; Azcon-Aguilar et al., 2003) et dans le cas des sols fortement perturbés et dégradés caractérisés par des PIM très bas, (ii) l’inoculation préalable des plants par des symbiotes fongiques sélectionnés avant leur mise en terre (Inoculation contrôlée): cette technique permet d’améliorer la survie et la croissance des plantes par une meilleure nutrition hydrique et minérale, de reconstituer le PIM du sol, etc. (Herrera et al., 1993 ; Estaùn et al., 1997 ; Duponnois et al., 2005) .

Statut mycorhizien des espèces végétales de l’écosystème de Terga :

Les écosystèmes semi-arides comme les zones côtières méditerranéennes, sont fréquemment soumis à des perturbations d’origine naturelle et anthropique (Grove et Rackham, 2001). Ils subissent de fortes contraintes lorsqu’ils sont le théâtre d’activités industrielles comme dans les dunes littorales de Terga en Algérie après exploitation massive de sable. Ces contraintes aggravées par de faibles précipitations, de longues périodes de sécheresse et des vents violents provoquent la perte du couvert végétal ainsi qu’une dégradation des caractéristiques physiques, chimiques et biologiques des sols (Albaladejo et al., 1998 ; Requena et al., 2001 ; Duponnois et al., 2013).

Parmi les stratégies de revégétalisation réussies dans ces écosystèmes, celles basées sur la valorisation des symbioses mycorhiziennes sont largement adoptées (Requena et al., 1996 ; Azcon-Aguilar et al., 2003 ; Duponnois et al., 2007). Deux stratégies sont généralement proposées en fonction du niveau de dégradation du milieu (Duponnois et al., 2013) : (i) gestion du potentiel infectieux mycorhizogène via la mise en place des espèces végétales autochtones et mycotrophes (Azcon-Aguilar et al., 2003 ; Ouahmane  et al., 2006a) et/ou (ii) l’inoculation préalable des plants via des souches fongiques performantes sélectionnées (Estaun et al., 1997 ; Caravaca et al., 2003).

Les champignons mycorhiziens arbusculaires (CMA) peuvent améliorer l’efficacité de l’absorption des nutriments par les plantes dans les sols à faible fertilité en augmentant la surface d’absorption et la mobilisation des sources d’éléments nutritifs (Smith et Read, 2008). Ils aident les plantes à tolérer le stress d’origine biotique (Yano-Melo et al., 2003) ou abiotique (Mathur et Vyas, 2000 ; Declerck et al., 2002). Ils influent sur la structure et l’activité des communités microbiennes dans la mycorhizosphère (Marshener et Timonem, 2005 ; Dabire et al., 2007) et favorisent également la coexistence entre les espèces végétales (Hart et al., 2003). Dans un environnement pauvre en nutriments tels que les dunes de sable, les CMA contribuent non seulement à l’établissement des plantes mais aussi à la fixation des dunes en formant des agrégats de grains de sable (Koske et Polson, 1984 ; Caravaca et al., 2002).

Site d’étude et échantillonnage:

L’étude est menée dans de la zone côtière de Terga ; c’est un complexe dunaire à l’embouchure de l’Oued Maleh, dans la partie centrale du littoral Témouchentois, à l’ouest d’Oran environ 90 km . Sa situation géographique lui confère un climat méditerranéen de type semi-aride caractérisé par des précipitations pluviométriques irrégulières allant de 300 à 350 mm d’eau par an. Cette zone fait l’objet d’extraction de sable depuis 1λ41 à nos jours.

Plusieurs sorties sur terrain sont réalisées afin d’effectuer un inventaire floristique des espèces végétales présentes sur le site. Cette prospection botanique a permis de sélectionner les espèces végétales qui présentent un intérêt pour notre étude. Il s’agit de cinq espèces végétales : Acacia saligna, Retama monosperma, Lotus creticus, Juniperus oxycedrus et Pistacia lentiscus. La zone d’échantillonnage correspond à une zone préservée dans deux localisations à côté de la zone exploitée (Fig. 23) : (Une) sur une masse sableuse élevé et face à la mer (N40° 37′ E0° 44′), et (Deux) à l’arrière de la dune (une) où s’allonge un plateau, caractérisé par une végétation naturelle plus dense (N41° 16′ E2° 05′). Le premier échantillonnage a lieu au printemps (2011) et le deuxième en hiver (2012). Pour chaque espèce végétale, dix individus sont choisis au hasard. Autour du pied de chaque plante sélectionnée un prélèvement de sol rhizosphérique est réalisé. Ces échantillons de sol sont tamisés (maille de 2mm), homogénéisés, séchés par étalement à température ambiante 2 à 3 jours puis conservés dans des sachets en plastique au réfrigérateur à 4 °C. Le contrôle correspond à un sol nu non végétalisé.

Analyse physicochimique des sols:

Chaque type de sol est soumis à des analyses physico-chimiques (granulométrie, pH, matière organique, azote total et phosphore total).

Analyse granulométrique
L’analyse granulométrique du sol consiste à classer les éléments du sol d’après leur grosseur et à déterminer le pourcentage de chaque fraction (sable, limon et argile) afin de définir la texture d’un sol. Dans cette analyse le sol est tamisé (2 mm). La matière organique est éliminée par un oxydant énergique (H2O2). Les particules minérales sont ensuite dispersées à l’aide d’un dispersant alcalin (hexametaphosphate de sodium). Les particules grossières de diamètre supérieur à 2 mm sont séparées par tamisage, les particules moyennes et fines sont obtenues par la mesure de la vitesse de sédimentation (Rouiller et al., 1994). La texture des sols prélevés est déterminée en se référant au triangle des textures .

Mesure du pH
Le pH d’une suspension du sol dans l’eau est déterminé (Callot et Dupuis, 1980). Au 20 g de terre fine (séchée à l’air) y sont ajoutés 50 ml d’eau distillée (pour mesurer le pHeau). Le contenu est agité pendant quelques minutes, puis laissé à reposer 2 heures. Le pH est ensuite mesuré à l’aide d’un pH-mètre après une brève agitation.

Dosage de l’azote total
L’azote total est mesuré par la méthode de Kjeldahl qui consiste en une digestion acide suivie d’une distillation. Le sol est traité par l’acide sulfurique (H2SO4) dans un rapport sol/solution 1/20 en présence d’un comprimé de catalyseur de sélénium. La distillation est faite par entraînement de la vapeur en présence de 40 ml de NaOH 1 N. Le distillat est recueilli dans un erlenmeyer qui contient 20 ml d’acide borique et 4 gouttes d’indicateur à base de rouge de méthyle. Le titrage est fait avec l’acide sulfurique (H2SO4) 10/N.

Dosage du phosphore total
Plusieurs méthodes permettent de doser le phosphore du sol. La méthode de Olsen (1954) est recommandée (Anderson et Ingram, 1993). Le phosphore est extrait par agitation avec une solution d’hydrogénocarbonate de sodium à pH 8,5. La solution alcaline d’hydrogénocarbonate peut abaisser la concentration des ions calcium par précipitation sous forme de carbonate de calcium et celle des ions aluminium et ferrique par précipitation sous forme d’hydroxydes. La concentration des ions phosphate augmente en conséquence et le phosphore peut être extrait de l’échantillon de terre par la solution d’hydrogénocarbonate de sodium et par filtration (Lewis et al., 1984).

Dosage de la matière organique
La matière organique est dosée par la méthode d’Anne (1λ45) . La teneur en matière organique (MO) totale du sol s’obtient généralement en dosant la teneur en carbone (C). On estime que le rapport matière organique/carbone (MO/C) est à peu prés constant et égal à 1,72. Le carbone de la matière organique est oxydé par un mélange de bichromate de potassium et d’acide sulfurique (H2SO4). On admet que l’oxygène consommé est proportionnel au carbone que l’on veut doser. L’excès de bichromate inutilisé dans la réaction est dosé par le sel de mohr.

Observation et évaluation de la colonisation racinaire MA
Les CMA ne font pas provoquer des changements morphologiques évidents aux racines; Cependant, ils produisent des arbuscules et des vésicules dans les racines. La mise en évidence des champignons MA dans les racines est réalisée grâce à une adaptation de la technique de Phillips et Hayman (1λ70). Cette technique d’éclaircissement et de coloration est souvent utilisée lorsqu’on a affaire à des endomycorhizes arbusculaires .

Détermination du Potentiel Infectieux Mycorhizogène (PIM):

Le Potentiel Infectieux Mycorhizogène ou PIM d’un sol représente sa capacité à initier la formation d’associations mycorhiziennes à partir d’une quantité d’inoculum présent dans ce sol sous forme de spores, de mycélium et de débris de racines portant des vésicules (Plenchette et al., 1989). La méthode utilisée pour évaluer le PIM a été décrite par Plenchette et al. (1989). Elle consiste à cultiver de jeunes plants mycotrophes sur une série de concentrations de sol naturel dilué avec le même sol stérilisé . Pour cela, le sol utilisé est celui échantillonné sous les espèces d’intérêt et le sol nu du site d’étude. Six dilutions sont réalisées en triplicata. Les graines de sorgho (Sorghum sudanense), plante mycotrophe, sont mises à germer pendant deux jours dans des boîtes de Pétri sur papier filtre humide et transplantées dans des petits pots en plastique contenant 100 g de chacune des dilutions de sol à raison de dix graines par pot. La culture est menée pendant 2 semaines sous 16h de photopériode et 25 °C ± 1 et les plants sont arrosés tous les jours avec de l’eau distillée stérile.

Estimation de la densité des spores:

Les spores du sol sont extraites par la méthode du tamisage humide décrite par Gerdermann et Nicolson (1963) suivie d’une centrifugation dans un milieu biphasique eau / saccharose (Daniels et Skipper, 1982). Pour chaque espèce végétale et sol nu, un échantillon composite des dix prélèvements est réalisé puis soumis à cinq extractions répétées. 100 g de chaque échantillon de sol sec est mis en suspension dans 500 ml d’eau de robinet, agité pendant 1 minute puis laissé à décanter pendant 30 s. Le surnageant est versé sur trois tamis superposés à mailles de diamètre décroissants (500 µm, 200 µm, 50 µm). L’opération est répétée trois fois. Les spores retenues par les tamis de 200 µm et 50 µm sont mélangées et mises en suspension dans de l’eau distillée.

Clonage de l’ADN fongique:

Après une analyse des résultats des nested PCR, les produits PCR step 2 du fragment ADNr 25S amplifiés par les amorces 28G1/28G2 (580pb) sont choisis pour le clonage. Ces produits PCR sont purifiés pour obtenir des fragments d’ADN fongique qui sont par la suite insérés dans des plasmides bactériens grâce à la technique de ligation et ensuite la transformation bactérienne qui permet d’insérer les plasmides dans des bactéries thermo compétentes.

La surexploitation des sables côtiers comme le cas de la sablière de Terga bouleverse l’écosystème côtier et renforce la dégradation du sol. Les sols des sites perturbés sont souvent faibles en nutriments et pauvres en bactéries fixatrices d’azote et champignons mycorhiziens habituellement associés aux racines rhizosphèriques (Cooke et Lefor, 1990). Les espèces végétales méditerranéennes ont développé différentes stratégies afin de se développer sur des sols peu évolués avec une faible disponibilité en nutriments et en eau.

Les symbioses mycorhiziennes sont un outil prometteur pour améliorer le succés de la restauration dans les zones dégradées semi-arides (Duponnois et al., 2001; Azcón Aguilar et al., 2003 ; Ouahmane et al., 2006 a,b). Il est universellement reconnu que les champignons mycorhiziens contribuent efficacement à l’établissement et au maintien des espèces végétales dans des conditions écologiques très contraignantes (Le Tacon et al., 1987), en particulier dans les écosystèmes semi-arides (Carpenter et Allen, 1988).

Peu de pays disposent d’inventaires forestiers nationaux. En Algérie, le seul inventaire remonte à 1982, les enquêtes plus récentes ont commencé à l’actualiser. La région méditerranéenne représente un des réservoirs essentiels à la biodiversité de la planète. Ainsi la flore méditerranéenne renferme 25 000 espèces de végétaux supérieurs, soit 10 % des espèces connues sur terre (la région méditeranéenne représentant 1,6 % des continents émergés). Boydak et al. (1997) ont cité les principaux types de végétation et quelques espèces ligneuses importantes du paysage méditerranéen. Les espèces végétales recencées dans la sablière de Terga font partie des éléments importants du maquis présents spontanément dans les régions forestières méditerranéennes.

Influence des plantes d’intérêt sur la croissance et la mycorhization d’A. saligna:

La symbiose mycorhizienne joue un rôle important dans le fonctionnement et la stabilité des écosystèmes intervenant significativement dans les interactions entre les plantes, améliorant ainsi la productivité et la biodiversité végétales (van der Heijden et al., 1998; Gobat et al., 2003 ; Hart et al., 2003 ; Silvertown, 2004 ; Sanon et al., 2006 ; Kisa et al., 2007). Elle favorise la coexistence entre plusieurs espèces végétales grâce à la formation des liens mycéliens par lesquels le carbone, le phosphore et l’azote sont partagés entre les différentes espèces de plantes (Simard et Durall, 2004). Plusieurs auteurs ont même suggéré une translocation de métabolites via un pont mycélien créé par le réseau d’hyphes connectant plusieurs plantes de la même espèce où d’espèces différentes (Smith et Read, 1997 ; Robinson et Fitter, 1999 ; Gobat et al., 2003 ; Yao et al., 2003 ; Simard et Durall, 2004).

Analyse statistique:

Les données sont traitées avec une analyse de la variance (ANOVA) au seuil de 5% (p < 0.05) en utilisant le logiciel XL stat. La comparaison des moyennes est faite à l’aide du test de Tukey. Les coefficients de corrélation de Spearman sont calculés entre toutes les variables. La diversité spécifique est appréhendée à l’aide des indices de diversité de Shannon et Weiner (1949) Et d’équitabilité de Piélou (1966) comme déjà décrit en chapitre2.

Etude de la croissance d’A. saligna
Sous les mêmes conditions de culture, A. saligna présente un développement différent selon le substrat utilisé (Fig. 56). L’analyse de variance indique que les sols rhizosphèriques ont une influence hautement significative sur la croissance des plantes d’A. saligna : sur la hauteur (F=12,105; P< 0,0001), sur la biomasse sèche racinaire (F=13,540 ; < 0,0001) et sèche aérienne (F=14,618 ; < 0,0001).

Conclusion générale et perspectives :

En fin de cette thèse, il parait important de dresser le bilan des résultats obtenus au cours de ce travail au regard des objectifs que nous nous étions fixés. Notre objectif principal était la compréhension des associations mycorhiziennes arbusculaires chez une végétation d’un écosystème littoral, méditerranéen semi-aride « sablière de Terga » et leur répartition dans le sol afin d’aboutir à une gestion durable de ces habitats après exploitation.

Table des matières

Introduction Générale 
Chapitre 1 : Synthèse Bibliographique
Symbiose mycorhizienne
Définition et concepts
Historique
Le partenaire fongique
Le partenaire végétal
Les différents Types de symbioses mycorhiziennes
Symbiose ectomycorhizienne
Symbiose Mycorhizienne Arbusculaire (MA)
L’histoire évolutive des endomycorhizes arbusculaires
Les plantes à endomycorhizes arbusculaires
Le partenaire fongique de la symbiose MA
L’établissement de la symbiose MA
Taxonomie des CMA
La spécificité des associations MA
Le rôle des CMA
Rôle nutritionnel
Rôle protecteur
Rôle écologique
Réhabilitation des sols dégradés au sein de l’écosystème méditerranéen semiaride
Réhabilitation des sols dégradés par la gestion du Potentiel Infectieux
Mycorhizogène (PIM) du sol
Les espèces végétales d’intérêt
Acacia saligna
Lotus creticus
Retama monosperma
Juniperus oxycedrus
Pistacia lentiscus
Chapitre 2 : Statut mycorhizien des espèces végétales de l’écosystème de Terga
Introduction
Matériels et Méthodes
Site d’étude et échantillonnage
Analyse physicochimique des sols
Analyse granulométrique
Mesure du pH
Dosage de l’azote total
Dosage du phosphore total
Dosage de la matière organique
Observation et évaluation de la colonisation racinaire MA
Détermination du Potentiel Infectieux Mycorhizogène (PIM)
Estimation de la densité des spores
Identification morphologique des spores MA
Identification génotypiques des CMA
Extraction de l’ADN à partir des racines
Dosage et dilution de l’ADN
Amplification de L’ADN racinaire par la nested-PCR
Clonage de l’ADN fongique
Purification des produits PCR
Ligation
Transformation par choc thermique des cellules ultracompétentes XL2-
Blue
Extraction d’ADN du plasmide bactérien
Amplification du fragment « insert »
Analyses statistiques
Résultats
Caractéristiques botaniques du site d’étude
Analyse physicochimique
Colonisation racinaires MA
Mise en évidence de la colonisation racinaire MA
Estimation du taux de colonisation racinaire MA
Potentiel infectieux mycorhizogène des sols (PIM)
Estimation de la densité des spores MA
Diversité spécifique et répartition des espèces MA dans les formations
végétales
Abondance relative des différents types de spores
Diversité spécifique des spores MA
Corrélation entre la densité des spores, colonisation racinaire et la fertilité
des sols
Identification génotypique
Extraction et dosage de l’ADN
Amplification « PCR-nested » du fragment ADNr 18s
Amplification « PCR-nested » du fragment ADNr 25s
Clonage de l’ADN fongique
Discussion
Conclusion
Chapitre 3 : Influence des plantes d’intérêt sur la
croissance et la mycorhization d’A. saligna
Introduction
Matériels et Méthodes
Dispositif expérimental
Paramètres mesurés
Etude de la croissance d’A. saligna
Estimation des taux de colonisations racinaire
Détermination de la diversité catabolique des communautés
bactériennes
Détermination de la capacité de rétention d’eau du sol (CRE)
Mesure du carbone dioxyde (CO2) absorbé
Préparation des plaques du système de microrespirométrie MicroResp
L’identification génotypique des CMA
Analyse statistique
Résultats
Etude de la croissance d’A. saligna
Hauteur des plantes d’A. saligna
Biomasse aérienne et racinaire
Colonisation mycorhizienne racinaire des plantes d’A. saligna
Diversité catabolique microbienne
Identification génotypique
Extraction et dosage de l’ADN
Amplification « PCR-nested » du fragment ADNr 18s
Amplification « PCR-nested » du fragment ADNr 25s
Clonage de l’ADN fongique
Discussion
Conclusion
Conclusion générale et perspectives

Télécharger le rapport complet