La population mondiale continuera d'augmenter pendant un certain temps dans le futur. Cependant, ce nombre toujours croissant de bouches doit être alimenté avec une quantité limitée de terres disponibles pour les activités agricoles. Néanmoins, nous ne devons pas sacrifier les espaces naturels restants pour la culture de cultures, si nous ne voulons pas réduire davantage la biodiversité. Et puis il y a le réchauffement climatique, qui exerce également une pression considérable sur les plantes et provoque ainsi une baisse des rendements agricoles. Si nous continuons à utiliser les méthodes classiques de fertilisation chimique, nous pouvons oublier le développement durable et l'évolution de l'agriculture. L'impact sur l'environnement est néfaste, en partie parce que ces engrais perturbent l'équilibre naturel du sol. De plus, seulement 14 % des substances administrées finissent par atteindre la plante. Les 86 (!) pour cent restants polluent à la fois l'eau et l'atmosphère, en raison du ruissellement à travers le sol dans les ruisseaux, les rivières et d'autres plans d'eau et en raison de l'évaporation dans l'atmosphère. De plus, les engrais traditionnels sont obtenus à partir de sources non renouvelables telles que les combustibles fossiles. C'est pourquoi les scientifiques recherchent de nouvelles alternatives écologiquement responsables et économiques. L'utilisation de bactéries bénignes du sol comme engrais organique alternatif est une idée séduisante, mais comment fonctionne cette alliance pacifique entre plante et bactérie ?
Vous pouvez trouver des bactéries presque partout :sur vos mains, dans vos intestins, mais aussi… dans le sol ! Vous pouvez trouver environ un milliard de ces organismes unicellulaires dans un gramme de sol. Imaginez :une poignée de terre contient plus de bactéries qu'il n'y a d'humains ! Vous pouvez imaginer qu'avec un tel nombre, il y a une concurrence à si petite échelle. Dans ce cas, la compétition pour les nutriments nécessaires à la croissance et à la survie. Certaines bactéries ont un équipement unique et peuvent donc atteindre plus facilement les aliments. Un exemple de ceci est un flagel , une sorte de moteur qui s'accroche à la cellule et offre aux bactéries une liberté de mouvement. Un deuxième exemple est le processus chimiotaxie , ce qui permet de ressentir et d'aller vers (ou de s'éloigner) d'une plus grande quantité de substances (nutritives). Vous ne voulez pas vous approcher trop près d'une substance toxique !
Une bactérie peut avoir différentes propriétés. Grâce à un ou plusieurs whiptails (flagelles) la bactérie peut se déplacer. ( lien )
Une source possible de nutriments dans ce règne pédologique sont certaines substances qui sont libérées par les racines des plantes. Les scientifiques ont noté qu'à proximité des racines des plantes, on peut trouver jusqu'à mille fois plus de bactéries qu'ailleurs dans le sol. Souvent, les bactéries vont même plus loin et s'installent à l'intérieur de la racine. Mais pourquoi une plante investirait-elle autant d'énergie dans la production et la libération de substances dans le sol qui attirent et nourrissent les bactéries ?
Pour répondre à cette question, il faut remonter (très loin) dans le temps. Plus précisément, jusqu'au moment où les premières plantes terrestres sont apparues, il y a environ 470 millions d'années. Ces pionniers cherchaient un nouveau niche , un lieu pour (survivre) vivre, qui n'avait pas encore été pris en charge par des organismes concurrents. Mais tout comme les plantes, les bactéries sont aussi constamment à la recherche de nouvelles niches. Comme la vie unicellulaire est apparue sur Terre 3 à 4 milliards d'années plus tôt, les deux formes de vie sont rapidement entrées en contact l'une avec l'autre. Nous ne savons pas exactement comment cette rencontre s'est déroulée et comment cette interaction a évolué jusqu'à ce jour, mais nous pouvons étudier ses implications. Une telle interaction plante-bactérie peut être neutre, maligne ou bénigne. Dans une interaction neutre, aucun des partenaires n'a d'avantage ou d'inconvénient. Dans une interaction maligne, la bactérie va dominer la plante (ou vice versa) et elle peut mourir. Un exemple de ceci est la maladie des plantes pourriture brune dans laquelle une bactérie spécifique se développe dans le tissu vasculaire de la plante. Cela bloque le transport des aliments de la plante. Bien que la bactérie ait trouvé une nouvelle niche, à savoir le tissu vasculaire, la plante en est victime. Finalement, la plante meurt et la bactérie doit chercher un nouvel hôte. Mais, last but not least, il existe également des interactions bénignes ou symbiotiques qui profitent aux deux parties. Un bon exemple sont les nodules racinaires, petits épaississements sur la racine de la plante dans lesquels vivent les bactéries. Les bactéries qui y vivent peuvent, grâce à un gène appelé nif (Fixation de l'azote), en retirant l'azote de l'atmosphère et en le revendant à la plante sous une forme modifiée, en échange de nutriments et d'un abri. Une alliance ingénieuse !
Certaines plantes de la famille des légumineuses, comme le soja ou le haricot, peuvent interagir avec les bactéries à galles. Dans cette collaboration, la bactérie convertit l'azote atmosphérique en composés utilisables par la plante, en échange de composés carbonés. ( lien )
Outre l'exemple des nodules racinaires, il en existe des dizaines d'autres. Tout au long de l'évolution, les plantes et les bactéries ont élargi leur arsenal (d'armes) :par exemple, les plantes ont construit un système immunitaire pour prévenir d'éventuelles interactions malveillantes. D'autre part, il existe des bactéries qui peuvent arrêter ce système immunitaire. Certaines plantes, en revanche, ont évolué de telle manière qu'elles peuvent encore reconnaître ces envahisseurs, ce qui leur donne de meilleures chances de reproduction et de survie. Ce processus, appelé co-évolution, peut se poursuivre et a donné aux deux parties aujourd'hui une variété de fonctions pour interagir l'une avec l'autre. Les bactéries bénignes sont également passées par ce processus, ce qui signifie qu'elles peuvent influencer positivement la croissance des plantes en utilisant diverses astuces. Ces bactéries sont appelées « rhizobactéries favorisant la croissance des plantes » ou PGPR en abrégé. Par exemple, le PGPR peut produire des antimicrobiens pour tuer les bactéries potentiellement hostiles. De plus, les bactéries assurent l'activation du système immunitaire de la plante, même sans agent pathogène à proximité. De cette façon, la plante est mieux préparée à une éventuelle attaque future, de sorte que la maladie aura beaucoup moins d'impact sur son processus de croissance. De plus, ils peuvent stimuler les interactions entre d'autres organismes bénins du sol et la plante. Les bactéries peuvent également exercer une influence directe sur la croissance de leur partenaire végétal. Tout d'abord, ils garantissent que la plante peut absorber plus de nutriments du sol. Le phosphore, le potassium et l'azote, ou PKN en abrégé (valeur que vous pouvez également retrouver sur vos sacs de terreau), sont des éléments de base indispensables au développement de la plante, mais ceux-ci sont souvent disponibles dans le sol en petite quantité. Les bactéries peuvent favoriser l'absorption de ces substances d'une part en produisant des hormones végétales qui augmentent la surface racinaire de la plante, et d'autre part en faisant produire à la plante plus de ports pour absorber ces substances. En plus de l'absorption accrue des nutriments du sol, les partenaires bactériens bénins peuvent également augmenter la disponibilité de ces nutriments dans le sol. Enfin, il a également été démontré que le PGPR peut aider les plantes dans des situations stressantes telles que la sécheresse ou le froid. Tout cela est donc la raison pour laquelle la plante investit tant d'énergie dans le recrutement de ces bactéries bénignes du sol :pour augmenter ses propres chances de survie, en échange de certains composés carbonés riches en énergie.
Dans cette expérience, des plantes de cresson ont été cultivées en l'absence/présence d'une bactérie favorisant la croissance (genre Caulobacter), respectivement à gauche et à droite de la photo. Les plantes auxquelles des bactéries ont été ajoutées ont un système de pousses et de racines plus important. ( lien )
Dans le laboratoire du professeur Sofie Goormacht à Gand, nous recherchons depuis plusieurs années les effets positifs de ces créatures, ce que l'on peut clairement voir sur la photo ci-dessus. Voici des bactéries du genre Caulobacter ajouté aux racines des plantes de cresson de Thale. Après quelques semaines, l'effet est clairement visible :les plantes avec des bactéries (à droite) ont une pousse plus grosse et un système racinaire plus gros. Un tel effet stimulant sur la croissance a également été démontré pour toutes sortes d'autres espèces végétales telles que la tomate, le maïs, la pomme de terre, etc.
Bien que de nombreuses recherches restent à faire sur les mécanismes de promotion de la croissance et la formulation d'un produit final, certains produits à base de PGPR sont déjà sur le marché. Mycostop (Verdera), par exemple, est un biofongicide qui tue la bactérie du genre Streptomyces contient et est efficace contre les infections fongiques. Parce que cette bactérie colonise les racines des plantes, moins de nourriture est disponible pour le champignon hostile. De plus, la bactérie produit également des substances qui inhibent activement la croissance fongique et peuvent décomposer sa paroi cellulaire. Un autre exemple est le produit QuickRoots (Novozymes) qui améliore la coopération entre deux bactéries (Bacillus amyloliquefaciens et Trichoderma virens ) utilisé comme biofertilisant pour fournir à la plante plus de phosphate, de potassium et d'azote. Intelligent, non ?
Quoi qu'il en soit, les bactéries seules ne résoudront pas le problème alimentaire. Mais l'agriculture raisonnée, qui utilise entre autres des bactéries bénignes du sol, offre une alternative prometteuse aux méthodes actuelles de fertilisation chimique. Qui sait, peut-être trouverons-nous bientôt de nombreux autres petits héros bactériens dans la jardinerie du coin, qui sait ?
