Maxime Lefebvre1 - lutteintegree.com · et de développement en agroenvironnement (IRDA), QC. ... • Embryon non-différentié ou sous développé ... J25 J26 J27 Temoin X/2 X 2X

Germination et survie de semences de mauvaises herbes à la

biofumigation

1. Plateforme d’innovation en agriculture biologique, Institut de recherche et de développement en agroenvironnement (IRDA), QC.

2. Université McGill, Département de sciences végétales, QC.

Maxime Lefebvre1

Maryse Leblanc1

Alan K. Watson2

Contexte et problématique

• Mauvaises herbes (MH): Toujours présentes!

• Source d’infestation = Banque de graines

• Banque de graines: Ensemble de graines viables distribuées dans le profil de sol

• Processus permettant de rester viable dans le sol Dormance

Dormance

• Dormance – un concept complexe! • Définition

• Selon la chronologie : Primaire ou secondaire

• Selon source: Endogène ou exogène

• Selon mécanisme : physiologique, morphologique…

Baskin and Baskin, 2004. Seed Science research,14. 1-16

Seeds: the ecology of regeneration in plant communities. M. Fenner, 2000

Handbook of SEED PHYSIOLOGY –Application to agriculture. R. Benech-Arnold et A. Sanchez, 2004

Tiré de : Bolingue,2009. Univesité d’Angers.

Tégument

Cotylédons

Axe embryonnaire

Embryon

Tiré de: Foley, 2001. Weed Science, 49 (3) 305-317

Dormance, un état dynamique

Dévelopement de la graine

Dévelopement de la plantule

Dormance primaire

Dormance secondaire

Post-Maturation

Défavorable

Conditions défavorables prolongées

Environnement

Mécanismes de dormance

• Dormance physiologique -> (PD) • La plus commune chez les MH

• Interaction endogène/exogène : Structure enveloppante + inhibiteurs produits par l’embryon

• 3 catégories : Profonde (P) , Intermédiaire (I) et Non-Profonde (NP)

• NP - PD peuvent passer de dormant à non-dormant

• NP - PD sous divisée en 5 catégories: Selon réponse à la température pour germer, à mesure que la dormance est levée

1. Germent à l’automne, annuelle d’hiver

2. Germent au printemps, annuelle d’été

Dormance physiologique

Dormance diminue

1.0 : Dormant, 0.5 Moyennement dormant, 0.0 : Non-Dormant

Température pour germer

Baskin and Baskin, 2004. Seed Science research, 14. 1-16

• Dormance morphologique (endogène) -> • Embryon non-différentié ou sous développé

• Temps requis dans bonne condition

• Dormance morphophysiologique (endogène) -> • Mécanismes des deux types de dormance en action

• Dormance physique (exogène) -> • Cellules spécialisées de la testa, lignifiées, avec des molécules

hydrophobes.

• Brise la dormance = ouvrir la “valve”

Basin et Baskin, 2006. Weed Science, 54 (3) 549-557

Mécanismes de dormance

• Écoloqique • Distribution dans le temps

• Survie!

• Agronomique • Culture – produire des semences sans dormance

• MH – Banque de graines

– Adopter une bonne gestion

– Désherbage!!

Baskin and Baskin, 2004. Seed Science research, 14. 1-16

Seeds: the ecology of regeneration in plant communities. M. Fenner, 2000

Handbook of SEED PHYSIOLOGY –Application to agriculture. R. Benech-Arnold et A. Sanchez, 2004

Impact de la dormance

• Solutions

– Adopter une bonne gestion de la banque de graines

– Éviter les Entrées et maximiser les Sorties

Dormance/Banque de graines

Banque de graines

Production annuelle Dispersion dans l’espace - Pluie, animaux, vent…

Prédation - Insectes, souris, oiseaux

Mortalité - pathogènes - champignons

Germination (mortalité ou survie) - faux-semis, désherbage

Managing the weed seedbank, 2010. Grains Research and Development Corporation.

Menalled, 2008. Montana State University-Bozeman

Gallandt, 2006. Weed Science, 3. 588-596

• 3 processus clés

Dynamique des populations

Tiré de : Gallandt et al, 1999. Journ. Crop Prod. 2 (1) 95-122

Culture

A: Persistance B: Établissment des plantules C: Interférence

• Allélopathie: définition

• En champs, difficile de distinguer allélopathie et compétition

• Effet de l’allélopathie: régulation de la succession végétale

• Beaucoup de type de molécules, bcp d’espèce, sensibilité des cibles varie, environnement important…

= Difficile à étudier, tirer des conclusions claires...

Weston et Duke, 2003. Critical review in Plant science 22(3&4) 367-389

Dynamique de la banque de semences sous stress allélopathique

• Environnement très important pour la dynamique de germination/dormance des semences

• Tellement de facteurs différents qui influencent (lumière, température, nitrate, eau, O2, allélopathie)

= la sensibilité des semences n’est pas clairement établie

Finch –Savage et Leugner-Metzger, 2006. New Phytologist. 171. 501-523

Dynamique de la banque de semences sous stress allélopathique

Banque de graines

Banque de graines

Production annuelle Dispersion dans l’espace - Pluie, animaux, vent…

Prédation - Insectes, souris, oiseaux

Mortalité - pathogènes - champignons

Germination (mortalité ou survie) - faux-semis, désherbage

Piste de solution… - Biofumigation

Managing the weed seedbank, 2010. Grains Research and Development Corporation.

Menalled, 2008. Montana State University-Bozeman

Gallandt, 2006. Weed Science, 3. 588-596

Biofumigation

• Comment agit la biofumigation?

– 1) à l’incorporation

– 2) Compétition tôt en début de saison

– 3) Sécretion de glucosinolates dans le sol, via racines

Cellule végétale

Vacuole

Myrosinase

Glucosinolates + H2O

Isothio (ITC) et thiocyanate

Michel, 2008. Vitic. Arboric. Hortic. 40 (2) 95-99

Michel et al., 2000. Vitic. Arboric. Hortic. 39 (2) 145-150

Allelopathy current trends and future applications, Cheema, 2013.

– Benzyl-ITC sur Campylobacter

• B-ITC cible et agglomère les protéines, empêche les protéines de faire leur travail, la cellule meurt

– Sur MH, mode action inconnu

• ITCs interagissent avec des enzymes de la glycolyse durant la germination

• Diminution de la synthèse et le métabolisme des protéines

Mode d’action des ITCs

Dufour et al., 2013. Appl. and Environ. Microbio. 6958-6969

The chemistry of the NCS group. Drobinca et al., 1977.

Leblova-svobodova et Kostir., 1962. Experientia. 18. 554.

• Biofumigation peut retarder/réduire la germination, l’établissement des plantules et la biomasse des MH – Plusieurs expériences en labo, serres, en champs

– Résultats très variables pour chaque MH, entre chaque espèce biofumigante, ajout ou non d’une bâche…

– Tendance chez les petites semences à être plus sensibles

– Corrélation négative entre la dose testée et la germination

Peterson et al, 2001. Agronomy journal. 93 (1) 37-43

Haramoto et Gallandt, 2004. Renew. Agric. And Food Syst. 19 (4) 187-198.

Ce que nous connaissons biofumigation vs MH

Ce qui nous reste à savoir

• ? Type de dormance et sensibilité

• ? Mortalité dans la banque de graine

• ? Impact précis sur la communauté et

dynamique des populations des MH

– En savoir plus sur lesquelles sont plus affectées? De quoi a l’aire la communauté après la biofumigation? après plusieurs années de régie de biofumigation? résistance?

Projet IRDA

• Titre: Sensibilité de différents types de dormance de semences de mauvaises herbes à la

biofumigation.

• Réalisé en 2013 à PIAB, St-Bruno

• Financé par le CDAQ, en partenariat avec l’U. McGill

Objectif

Établir l’impact de la biofumigation sur la survie et germination de mauvaises herbes, selon leur

type de dormance

• Le but de l’étude:

– Savoir s’il est possible de réduire le nombre de graines dormantes dans le sol

• Expérience en laboratoire – pourquoi le labo?

• Test de germination en plats de Pétri

• Traitements: 5 doses de moutarde et un témoin

• La dose X:

– 10% de la biomasse en champ (7 t ha-1 m.s.)

Traitement Témoin X/3 X/2 X 2X 3X

Gramme par Pétri 0 0,153 0,228 0,456 0,912 1,368

Matériel et méthode


• Matériel végétal pour les traitments

– Brassica juncea var. Caliente 199

– En chambre de croissance

– À floraison, coupée et séchée à 35°C

– Broyée finement avant utilisation

• Espèces étudiées


Herbe à poux Ambrosia artemisiifolia

AMBAR

Vesce jargeau Vicia cracca

VICCR

Chénopode blanc Chenopodium album

CHEAL Sétaire verte Setaria viridis

SETVI

Carotte sauvage Daucus carota

DAUCA

• Espèces étudiées


Dormance physiologique

Dormance physique Dormance morphologique


• Unité expérimentale

– 50 graines par plat de Pétri

• 5 plats de Pétri par traitement

• Chambre de croissance 22 C

Observation

• Plats de Pétri observés et humidifiés au 2-3 jours selon espèces

• À germination stabilisée, test de viabilité

– Chlorure de tétrazolium: subit une oxydo-réduction par les cellules vivantes (enzyme déshydrogénase)

Coloration rouge des tissus vivants

Coloration du CHEAL

Embryon rouge = vivant Embryon blanc = non-viable

Coloration du SETVI

Coloration du VICCR

Vivant Non-viable

Variables et Analyse stats

• Variables: – Germination et mortalité à chaque observation

– Germination cumulative

– Mortalité totale

– Nb de graines vivantes non germées

• Dispositif expérimental: – Complètement aléatoire

– 2 réplicats dans le temps

– ANOVAs et comparaisons de moyennes

Résultats AMBAR

0

10

20

30

40

50

60

70

80

J4

J6

J8

J11

J13

J15

J18

J20

J21

J22

J25

J26

J27

Temoin

X/3

X/2

X

2X

3X

Pourcentage de

germination cumulée

Nombre de jour (J) après le début du test

Résultats AMBAR

Pourcentage

Traitements

a a b bc c c

a ab b c d d

a a a

ab

bc c

Anova et tests de Tukey-Kramer HSD, P = 0,05

Anova par série de données, comparant les traitements

Résultats CHEAL

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

J4 J6 J8 J11 J13 J15 J18 J20 J21 J22 J25 J26 J27 J29 J32 J33

Temoin X/3 X/2 X 2X 3X

Pourcentage de germination cumulée Pourcentage

a a c c

b c

c c b a a a

a

b bc bc

cd d

Résultats DAUCA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

J4 J6 J8 J11 J13 J15 J18 J20 J21 J22 J25 J26



a a a b c d

b a b c d d

a

a

b

b c c

Résultats SETVI

0

10

20

30

40

50

60

70

J4 J6 J8 J11 J13 J15 J18 J20 J21



a b c c c c

c bc ab

a a a

a

ab ab ab ab

b

Résultats VICCR

0

2

4

6

8

10

12

J4 J6 J8 J11 J13 J15 J18 J20



ab a a b b b

b b ab ab ab a

b b a a ab a

Résultats et Discussion

Mo

rtal

ité

aju

stée

(%

)


Ger

min

atio

n a

just

ée (

%)


Do

rman

ce (

%)

Discussion

• Analyse de la moutarde utilisée

• 10% du taux mesuré de glucosinolates

– 13,8 mole ha-1 (Gimsing et Kirkegaard, 2006)

– 12,8 mole ha-1 (Morra et Kirkegaard, 2002)

Traitement Témoin X/3 X/2 X 2X 3X

Gramme par Pétri 0 0,153 0,228 0,456 0,912 1,368

µg Allyl-ITC 0 365,0 547,5 1 094,9 2 189,8 3 284,7

mole Allyl-ITC ha-1 0 5,8 8,7 17,4 34,8 53,1

Gamme testée comparable à des situations de champs

Discussion

• Induction de dormance à dose sous-léthal - DAUCA : à X/2 et X/3 (4,7% 21,4%) - CHEAL: à X (9,4% 18,6%)

Ger

min

atio

n a

just

ée (

%)

Do

rman

ce (

%)

Discussion

• Phénomène déjà observé dans la littérature – Ex: Amaranthus hybridus – dormance physiologique

(Peterson et al, 2001)

Induction de la dormance secondaire Phénomène de dose-réponse hormétique -???

***Peut expliquer pourquoi aux champs, il est possible de ne pas observer une diminution de la germination

Peterson et al. 2001. Agron. Journ. 93 (1) 37-43

Conclusion

Dormance Espèce Réduction de la

germination Reduction de la

dormance Mortalité Globalement

Morpho- DAUCA

Physio-

AMBAR

CHEAL

SETVI

Physique VICCR

0-24% Nul à faible; 25-49% Modéré; 50-74% Important; 75- 100% Très important

Conclusion




Morpho- DAUCA Très important Très important Très important Très important

Physio-

AMBAR

CHEAL

SETVI

Physique VICCR


Conclusion





Physio-

AMBAR Très important Important Très important Très important

CHEAL

SETVI

Physique VICCR


Conclusion





Physio-


CHEAL Très important Très important Très important Très important

SETVI

Physique VICCR


Conclusion





Physio-



SETVI Très important Modéré Modéré Important

Physique VICCR


Conclusion





Physio-



SETVI Très important Modéré Modéré Important

Physique VICCR Faible Modéré Important Modéré

La biofumigation a la capacité de réduire la survie des graines dormantes et non-dormantes

0-24% Nul à Faible; 25-49% Modéré; 50-74% Important; 75- 100% Très important

En extra… Galinsoga quadriradiata!!

0

20

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80

100

J4 J6 J8 J11 J13 J15 J18 J20 J21 J22 J25


Prochaines étapes

• Suite des essais en laboratoire

• Essais en serres

– Est-ce que les graines qui survivent à la biofumigation développeront une tolérance/adaptation

• Essais en champs

– En milieux naturel, dynamique des populations de mauvaises herbes

Remerciements

• Équipe Malherbologie

– Germain Moreau

– Étudiants d’été et stagiaires (Maude, Myrtille, Simon, Maxime, Marie-Pierre, David, Laurence)

– Supporté financièrement par le Programme Canadien d’Adaptation Agricole (AAC) du CDAQ

Merci!

Contact: Maxime Lefebvre, M.Sc., Biologiste

Professionnel de recherche - Malherbologie et agriculture biologique

Plateforme d'innovation en agriculture biologique, IRDA

335, chemin des Vingt-cinq Est,

Saint-Bruno-de-Montarville (Québec) J3V 0G7

Tél.: 450-653-7368 p. 321

[email protected]

www.irda.qc.ca

mailto:[email protected]

http://www.irda.qc.ca/

Maxime Lefebvre1 - lutteintegree.com · et de développement en agroenvironnement (IRDA), QC. ... • Embryon non-différentié ou sous développé ... J25 J26 J27 Temoin X/2 X 2X

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