Efficience de l'utilisation de l'azote par le blé dur soumis à une application foliaire de biostimulants

Effect of foliar applications of biostimulants on nitrogen use efficiency of durum wheat

• Auteur / Autrice : Eve-Anne Laurent
• Direction : Philippe Grieu, Thierry Lamaze
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Agrosystèmes, Écosystèmes et Environnement
• Date : Soutenance le 20/12/2018
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : AGroécologie, Innovations, TeRritoires (Castanet-Tolosan, Haute-Garonne ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Christophe Avice
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Grieu, Thierry Lamaze, Jean-Christophe Avice, Patrick Du Jardin, Christophe Robin, Vincent Allard, Pierre Roumet, Céline Durieu
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Patrick Du Jardin, Christophe Robin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rendements

Produits du blé

Plantes -- Teneur en azote

Mots clés libres

Biostimulant

Blé dur

Azote

15N

Protéines du grain

Biostimulant

Durum wheat

Nitrogen

15N

Grain proteins

Résumé

Le blé dur est caractérisé par une forte demande en azote pour atteindre le niveau de protéines requis pour la transformation en pâtes et semoules de qualité, ce qui contribue à un niveau de fertilisation azoté élevé et à des pertes d'azote par lixiviation ou volatilisation. L'optimisation de l'efficience d'utilisation de l'azote par la plante par apport de biostimulants pourrait constituer une alternative d'amélioration de la production de blé dur et du bilan agro-environnemental de la culture. Les actions bénéfiques des biostimulants à base d'extraits d'algues, d'acides aminés ou de protéines extraites de champignons ont été décrites sur l'augmentation de production de biomasse des plantes, le rendement, l'absorption d'azote et la résistance aux stress abiotiques. Bien que ces effets aient été décrits pour diverses cultures, peu d'études ont été réalisées sur le blé dur, et encore moins sur les flux d'azote dans la plante et le contenu protéique du grain. Dans ce travail, le biostimulant d'origine algale DPI4913 contenant un mélange d'acides aminés et le biostimulant d'origine fongique AF086 ont été testés en application foliaire sur blé dur au champ et en serre. L'étude de leurs effets sur le rendement en grains et la biomasse produite, à trois stades d'application en conditions de contraintes hydrique ou azotée, a permis de déterminer les conditions d'application optimales de ces produits : au stade deux noeuds en conditions d'irrigation et de fertilisation non limitantes. L'analyse du contenu en azote de la plante à maturité a montré une augmentation de la quantité d'azote prélevé par les plantes traitées et de l'allocation de l'azote vers l'épi, au détriment des autres compartiments. Le suivi des flux d'azote dans la plante par marquage foliaire (15NH4+) ou racinaire (15NO3- et 15NH4+) a montré des tendances pour les deux biostimulants à améliorer le prélèvement d'azote minéral racinaire ou foliaire, et sa migration vers le grain. L'apport combiné de biostimulants et d'un fertilisant azoté foliaire contenant de l'urée marquée a permis de mettre en évidence un effet positif des biostimulants sur la migration d'azote issu du fertilisant vers le grain, mais pas sur l'absorption foliaire du fertilisant. Les effets de DPI4913 et AF086 sur le rendement en grains et l'allocation de l'azote vers le grain se traduisent par une augmentation de la quantité en protéines du grain, sans effet sur la teneur en protéines. A cette augmentation de la quantité de protéines dans le grain s'ajoute une modification de la composition en protéines. Les plus fortes variations constatées concernent l'expression de protéines impliquées dans la dureté du grain, dans le stockage avec une forte surexpression de la gamma-gliadine, dans les processus de régulation avec la surexpression de protéines impliquées dans la régulation de la transcription, et dans la réponse aux stress avec la surexpression de protéines impliquées dans la réponse aux stress biotiques et abiotiques.

Durum wheat culture requires high nitrogen fertilization in order to achieve the required protein concentration for pasta and semolina quality, contributing to high nitrogen fertilizer inputs and nitrogen losses to the atmosphere and water. Optimizing plant nitrogen use efficiency through the use of biostimulants could improve durum wheat production and the agro-environmental balance of the crop. The positive impact of algae extracts, amino acids and proteins extracted from fungi were reported to enhance plant biomass production, yield, nitrogen absorption and resistance to abiotic stress. Even though these effects were reported for various crops, only a few studies have actually focused on durum wheat, and even fewer on the nitrogen fluxes within the plant and on the grain protein composition. In this study, an algae and amino acid extract DPI4913 and a fungal extract AF086 were tested in field and greenhouse experiments. Studying their effects on grain yield and biomass, we determined the optimum use applications at the second node stage under non-limiting water and nitrogen conditions. Analyzing plant nitrogen content at maturity showed an increase in the total nitrogen quantity for treated plants and an increase in the allocation of nitrogen to the wheat ear at the expense of other plant compartments. Studying nitrogen fluxes within the plant through foliar (15NH4+) or soil (15NO3- and 15NH4+) labeling revealed a positive trend of biostimulants, improving foliar and soil mineral nitrogen absorption and allocation to grains. The application of both biostimulants and a nitrogen fertilizer showed a positive effect of biostimulants on fertilizer-contained nitrogen to grains, but not on fertilizer foliar absorption. DPI4913 and AF086 effects on grain yield and nitrogen allocation to grains are reflected in an increase in the quantity of grain protein, without any effect on grain protein concentration. This increase in the grain protein quantity is correlated with changes in the protein composition. The highest variations in protein abundances were found for proteins involved in grain technological properties such as grain hardness, in storage functions with the substantial over-representation of the gluten protein gamma-gliadin, in regulation processes with the over-representation of proteins that play a transcription regulator role, and in stress responses with the over-representation of proteins implied in biotic and abiotic stress defense.