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10 découvertes 2015

[2] Adieu, engrais chimiques!

Agriculture | Université laval | Université de Montréal
30/11/2015
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Cette découverte a été élue "Découverte de l'année 2015" par les lecteurs de Québec Science.

Une étonnante collaboration souterraine entre les racines, les bactéries et les mycorhizes permet aux plantes de s’alimenter de phosphates québécois.



La Tunisie des touristes est paradisiaque. Mais celle des habitants de Sfax, deuxième plus grande ville du pays, à 270 km au sud-est de la capitale Tunis, offre plutôt une scène désolante. Depuis plus de 60 ans, des usines y transforment des minéraux phosphatés en engrais, livrés aux quatre coins du monde. De sorte qu’un énorme amoncellement de particules grisâtres, colline artificielle de plus de 50 m de hauteur, se dresse maintenant au bord de la Méditerranée. C’est un dépôt de phosphogypse, résidu de la transformation du minerai de phosphate, qui empoussière l’air et contamine les eaux souterraines.

C’est dans cette ville qu’a grandi Salma Taktek. «Ces usines et leurs montagnes de phosphogypse, situées à quelques kilomètres du centre-ville, ont coupé les habitants de la mer. Les plages sont inaccessibles.» Mais les travaux que l’ingénieure en biotechnologie a menés au Centre de recherche en innovation sur les végétaux (CRIV) de l’Université Laval, à Québec, pourraient bien lancer une révolution agricole et faire baisser la demande mondiale pour les engrais phosphatés: «Nous avons découvert qu’il existe des associations naturelles entre micro-organismes, dans le sol, qui pourraient permettre aux plantes d’obtenir le phosphore dont elles ont besoin à partir de sources disponibles au Québec, mais considérées jusqu’ici comme insuffisamment riches.»

La découverte, publiée en août 2015 dans la revue Soil Biology and Biochemistry, met en lumière une triple association entre les racines des plantes, les mycorhizes (des champignons) et des bactéries capables de solubiliser le phosphate.

«L’association entre les plantes et les mycorhizes commence à être bien connue, explique J.-André Fortin, chercheur émérite au Centre d’étude de la forêt (CEF) et cosignataire de l’article. Mais nous connaissions mal l’ampleur de leurs relations avec le reste de la biodiversité microbienne du sol. Les racines des plantes ont besoin des mycorhizes pour obtenir de nombreux nutriments, mais ces mycorhizes ont besoin de certaines bactéries pour soutirer le phosphore du minerai solide.»

Les mycorhizes sont en fait des champignons microscopiques qui établissent une collaboration symbiotique avec les racines des plantes. Les hyphes du champignon, ces filins vivants aux allures de soie d’araignée, s’associent étroitement aux racines. Elles leur fournissent le phosphore ainsi que d’autres minéraux et reçoivent en échange les sucres produits par la plante et nécessaires à leur survie. «Cependant, les mycorhizes sont incapables de dissoudre les phosphates solides, explique Salma Taktek. Elles ont donc besoin de bactéries qui, elles, peuvent le faire grâce aux acides organiques qu’elles produisent.»

Ces fameuses bactéries se cachent dans les sols. Dans un premier temps, Salma Taktek les a isolées. Elle en a repéré 941 souches. «De ce nombre, nous apprend-elle, environ 12% avaient la capacité de dissoudre le phosphate minéral et de le rendre soluble dans l’eau, donc assimilable par la plante.»
La chercheuse a ensuite vérifié si ces bactéries pouvaient s’associer aux hyphes des mycorhizes. Ce qu’elles ont fait. Dans des boîtes de Petri, elles ont effectivement formé des biofilms sur les petits hyphes.

Il ne restait qu’à tester l’efficacité de toutes ces associations. «Des tests en serre ont été menés sur des plants de maïs, continue Salma Taktek. Les plants ont été fertilisés, certains avec des engrais phosphatés industriels, d’autres avec de l’apatite, c’est-à-dire un minerai qu’on trouve ici même, au Québec, et qui contient du phosphore. Certains étaient mis en présence de bactéries pouvant solubiliser le phosphate, d’autres pas.»

Après huit semaines de croissance, les plants enrichis à l’apatite, et qui bénéficiaient de la complicité des bactéries, ont connu une croissance de 20% supérieure aux plants nourris à l’apatite, mais sans bactéries. Chez ceux enrichis aux engrais industriels, Salma Taktek a trouvé les mêmes taux. Une souche de bactéries, Burkholderia anthina – surnommée «Ba8» par les chercheurs, s’est d’ailleurs avérée particulièrement performante. Alors, fini les engrais industriels?

«L’apatite a longtemps été considérée comme une mauvaise source de phosphore pour les plantes, parce qu’elle est difficile à solubiliser, explique J.-André Fortin. Mais ce que Salma Taktek vient de démontrer, c’est que si on l’associe aux bonnes mycorhizes et aux bonnes bactéries, on peut obtenir les mêmes rendements agricoles qu’avec les engrais industriels. En plus, la flore microbienne et mycorhizienne protège la plante contre des maladies, des parasites, etc.»

De l’apatite, il y en a, au Québec, et de la bonne. Assez pour développer ici une agriculture biologique fondée sur l’association mycorhizes-bactéries qui la privilégierait. Fini, les usines de transformation chimique de minerai, les montagnes de phosphogypse, la pollution causée par le transport international de tonnes et de tonnes d’engrais! Le temps est peut-être venu de changer les pratiques agricoles.

L’équipe de chercheurs: Salma Taktek, J.-André Fortin, Martin Trépanier,
Paola Magallon Servin, Marc St-Arnaud, Yves Piché et Hani Antoun
 

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