séminaire Agroécologie

"Contribution des réserves soufrées et importance des transporteurs de sulfate dans la réponse du colza d'hiver à une fertilisation soufrée limitante" - Jean Christophe AVICE, université de Caen - lundi 13 septembre à 14h, salle de conférences, INRA.

 

 

 

 

Le coût énergétique de la production des engrais notamment azotés, fonction du marché pétrolier, est l’un des postes budgétaires les plus élevés à la charge des agriculteurs. La recherche de variétés plus économes en intrants associée à une gestion plus raisonnée des apports des fertilisants devient donc une priorité. Pour la filière oléagineuse et plus particulièrement dans le cas du colza (Brassica napus L.), espèce de grande culture très exigeante en engrais azotés et soufrés, la marge de progression dans ce domaine semble importante. En effet, malgré ses capacités élevées d'absorption du nitrate, le bilan agro-environnemental du colza vis-à-vis de l’azote est médiocre. Cette plante se caractérise par une faible efficience d'utilisation de l’azote (EUA) avec seulement 50% de l’azote absorbé par la plante qui est retrouvé dans les graines à la récolte (Schjoerring et al., 1995). Parmi les facteurs qui impactent sur l’EUA, le niveau de fertilisation S pourrait interagir avec le métabolisme N en permettant d’améliorer l’EUA du colza (Fismes et al., 2000). Or, comparativement à l’azote, l’impact physiologique et agronomique d’une limitation en soufre (S) sur le rendement et la qualité grainière du colza n’a jusqu’à présent fait l’objet que de peu d’études. Pourtant, l’importance de la nutrition S pour la production agricole va inévitablement s’accroître face à l’appauvrissement des sols en S causé essentiellement par la réduction des dépôts atmosphériques d’origine industrielle.
Afin d’évaluer l’incidence de la disponibilité en S minéral (sulfate) sur la culture du colza (rendement, qualité des graines, EUA…), nos premiers travaux de recherche visaient (i) à déterminer les stades de développement les plus sensibles à la limitation en S et (ii) à établir les lois de réponse du métabolisme S (absorption / allocation / stockage / mobilisation) à la restriction en S.

L’utilisation de l’isotope stable 34S combinée à des approches physiologique et biochimique ont permis de quantifier les flux de S à l’échelle de la plante entière et de l’organe au cours du cycle ontogénétique, de déterminer l’origine du S retrouvé au niveau des graines et de caractériser les organes de stockage ainsi que la nature des composés de réserves S remobilisés. Une identification des transporteurs de sulfate impliqués dans l’absorption et la remobilisation du sulfate (principale forme de réserves soufrées) et une étude du protéome des feuilles (siège de l’assimilation du sulfate et principal organe de réserve du S) ont également été réalisées dans le but de déterminer les perturbations physiologiques et les mécanismes d’adaptation provoqués par des conditions limitantes en S.

En réponse à une restriction modérée en S minéral (? à 3 semaines) appliquée à un stade végétatif précoce (rosette), le colza maintient un taux de croissance aérienne similaire aux plantes bien alimentées en sulfate grâce à une remobilisation efficace du sulfate vacuolaire (impliquant des transporteurs BnSultr4) sans accélération de la sénescence foliaire (Dubousset et al., 2009; Abdallah et al., 2010). La croissance racinaire est également maintenue, ce qui avec la surexpression des transporteurs plasmalemmiques de sulfate des racines (BnSultr1.1 et 1.2) permet de maximiser l’absorption. Lors de restriction en S plus longue (> à 3 semaines), la croissance aérienne est significativement réduite ainsi que l’absorption du nitrate. Dans ce cas, les capacités photosynthétiques des jeunes feuilles sont affectées. L’analyse du protéome foliaire révèle que cette baisse de l’activité photosynthétique serait essentiellement liée à une répression de protéines impliquées dans les réactions claires (notamment la Ferrédoxine-NADP+ réductase) qui entraineraient une limitation des réactions sombres de la photosynthèse.

Parmi les stades phénologiques testés, le début de la montaison s’est avéré particulièrement sensible à la restriction en sulfate avec une baisse du rendement en graine (-33%), de la viabilité et de la qualité grainière se traduisant par une diminution de la teneur en protéines (-10%), en huile (-30%) et en acides gras de type oméga 3 et 6. A ce stade, la limitation en sulfate entraîne également une baisse de l’EUA en dépit d’une disponibilité suffisante en N minéral (Dubousset et al., 2010).

A un stade plus tardif (début de formation des graines), une restriction en sulfate n’affecte pas significativement le rendement grainier  (Figure 1) ou la qualité protéique et lipidique des graines. En effet, la remobilisation des réserves S accumulées essentiellement au niveau des feuilles et des racines est suffisamment efficace pour compenser la faible disponibilité en S minéral (Figure 1).

Ces résultats préliminaires soulignent l’importance du niveau de disponibilité en S minéral sur l’EUA et l’élaboration des composantes du rendement. Ils mettent également en évidence l’importance du niveau de réserves en sulfate et l’aptitude du colza a augmenté ses capacités de remobilisation du sulfate foliaire pour compenser une faible disponibilité en S du sol. Pour autant, en conditions non limitantes en sulfate, nos observations en serre ou au champ démontrent que les feuilles chutent avec des niveaux élevés de S résiduel (où le sulfate peut représenter jusqu’à 80% du S total). Ces résultats indiquent que l’efficience d’utilisation du soufre peut donc être beaucoup plus faible que l’EUA et qu’une gestion raisonnée de la fertilisation S est envisageable pour améliorer le bilan agro-environnemental du colza vis-à-vis du S et du N (Dubousset et al., 2010).

Prof. Jean Christophe AVICE
UMR INRA-UCBN 950 EVA,
Ecophysiologie Végétale, Agronomie et nutritions N, C, S.
Université de Caen