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Périthèces de F. graminearum sur cannes de maïs (loupe binoculaire). Photo : Arvalis - Institut du végétal
Périthèces et mycélium de F. graminearum (microscope). Photo : Arvalis - Institut du végétal
Tableau 1 : Moyennes des intensités de symptômes sur épis (%), rendements sur grains (q/ha), teneurs en ADN de F. graminearum (pg/ng d'ADN total) et DON (µg/kg) sur grains de blé récoltés, en fonction du type de résidu apporté à la culture de blé. Essai en quatre blocs
Tableau 2 : Teneurs en DON (µg/kg), en ADN de F. graminearum, M.majus et M. nivale (pg/ng d'ADN total) et pourcentage de thalles de F. graminearum et M. spp. (% FG et % M. spp.) en 2012 en fonction du type de gestion des résidus
Sachant que le traitement du blé contre la fusariose de l'épi participe à la pression d'utilisation de fongicides, plusieurs pistes sont envisageables pour réduire ces fongicides. Elles vont du raisonnement des applications aux méthodes alternatives, notamment prophylactiques.
Pourquoi étudier les résidus de la culture précédente ?
L'importance des pratiques culturales
Sur ce point, de nombreuses études ont mis en évidence l'impact des pratiques culturales et des facteurs environnementaux sur la production de DON et le développement de F. graminearum. Les facteurs ressortant systématiquement (Obst and Bechtel, 2000 ; Schaafsma et al., 2001 ; Barrier-Guillot et al., 2006 ; Lemmens, 2007 ; Gourdain et al., 2009) sont :
- les conditions météorologiques durant la période de floraison ;
- le précédent cultural ;
- le travail du sol ;
- la sensibilité variétale du blé.
Néanmoins, l'impact de ces facteurs sur l'équilibre de la flore fusarienne de l'épi n'a jamais été décrit.
Importance de la gestion des résidus
Parmi ces facteurs, la présence dans le sol de résidus de la récolte précédente (fonction du précédent cultural et du travail du sol) est décrite comme déterminante, les Fusarium et Microdochium étant capables de survie saprophyte.
Cette aptitude est très marquée chez F. graminearum (Wilcoxson et al., 1988 ; Naef and Defago, 2006). Les populations conservées sont la source majeure d'inoculum primaire susceptible d'infecter la culture suivante (Luongo et al., 2005 ; Bateman et al., 2007 ; Caron et al., 2007). Or les pratiques culturales actuelles en France tendent à limiter le labour donc favorisent la persistance de ces refuges pour l'inoculum primaire.
La gestion des résidus de culture devient alors une composante importante de la démarche visant à réduire les risques d'infection (Musa et al., 2007).
Questions restantes : trois ans de travail pour y répondre
Il est établi que les résidus de maïs sont très favorables au développement de F. graminearum et à la présence de DON sur les grains de blé. Mais des questions se posent sur le rôle des autres résidus, notamment ceux de blé, tournesol et colza :
- dans les contaminations en « fusariose » ;
- sur l'équilibre Fusarium/Microdochium ;
- sur les teneurs en mycotoxines résultantes dans les grains.
Nous évoquons ici les connaissances acquises durant les trois années du projet EcoFusa financé par le Casdar pour :
- caractériser l'importance de différents types de résidus quant à leur contribution dans la sévérité de la maladie sur épis ;
- caractériser l'équilibre Microdochium/Fusarium présent sur résidus et la résultante sur grains ;
- évaluer, au regard de ces résultats, l'impact de l'enfouissement des résidus dans cet équilibre et la production de toxines.
Durant trois ans, différents essais ont été mis en place. Leur complexité et la forte variabilité d'infection d'une année à l'autre n'ont pas permis de réaliser une analyse statistique robuste pluriannuelle. Mais certains résultats apportent des éléments de compréhension des phénomènes étudiés.
Effet du type de résidus sur la quantité d'inoculum
Essai en conditions contrôlées
Huit types de résidus de culture (betterave, blé dur, blé tendre, colza, maïs, pois, pomme de terre et tournesol) ont été inoculés avec une souche de F. graminearum reconnue pathogène, puis incubés en enceinte climatique. Deux fois par semaine, les périthèces (issus de la reproduction sexuée, voir photos) ont été comptés à l'intérieur de zones au préalable définies.
L'objectif était de hiérarchiser les résidus en fonction de la densité de périthèces qu'ils accueillent, indice de leur capacité à favoriser la fructification de F. graminearum.
Les résultats (publiés dans Phytoma n° 666) montrent que, dans des conditions optimales pour la reproduction sexuée de F. graminearum, tous les résidus permettent au champignon de produire des périthèces.
Mais la cinétique d'apparition de ces périthèces diffère selon le résidu « support ». Après vingt jours d'incubation, les résidus de colza, betterave et pomme de terre semblent plus favorables à la production de périthèces que les autres résidus. Ce résultat suggère que F. graminearum se développe à une vitesse différente selon le type de résidu, ce qui peut être lié à la composition du résidu.
À noter : le maïs ne semblait pas faire partie des résidus « à risque »... Mais l'essai n'a duré que vingt jours. Or, sur les résidus de maïs, les premiers périthèces ne sont apparus que le 16e jour et, à la fin du test, leur cinétique n'avait pas atteint un plateau. Une prolongation du test aurait probablement montré un plus fort développement des périthèces sur maïs.
Essais au champ : leurs points communs
Plusieurs essais ont été mis en place sur la station expérimentale de Boigneville (Essonne) : un en 2010-2011, un autre en 2011-2012 et un essai de longue durée.
Pour chaque modalité, une notation de symptômes a été effectuée à 350 degrés-jours puis à la récolte. Ensuite, le rendement était mesuré et un échantillon de grains était prélevé, nettoyé et broyé pour quantifier l'ADN de F. graminearum et des deux espèces de Microdochium par PCR en temps réel, au laboratoire de pathologie de Thiverval-Grignon. De plus, un échantillon de broyat était confié à un laboratoire sous-traitant qui a évalué la teneur en DON (déoxynivalénol) par chromatographie (LC-MSMS).
Essai 2010-2011
L'essai mené en 2010-2011 a comparé sept types de résidus (maïs exclu) sur microparcelles de blé brumisées pour favoriser le développement de la maladie. Les microparcelles contenaient des résidus de blé tendre, colza, triticale, orge de printemps, féverole, tournesol, betterave. Un témoin sans résidu a également été suivi.
La contamination généralisée (témoin compris) de l'essai par Microdochium (majus et nivale) a suggéré que la nature des divers résidus ne semblait pas structurer les populations de Microdochium. Cela interroge sur l'origine de l'inoculum de Microdochium, à l'inverse de celui de F. graminearum.
Par ailleurs, une corrélation entre les deux Microdochium (0,72) semble montrer une relation positive entre les deux espèces.
Enfin, les niveaux d'attaques de F. graminearum ont été faibles mais avec une forte corrélation entre la quantité d'ADN de F. graminearum et la teneur en DON : r = 0,85.
Essai au champ 2011-2012
En 2011-2012, des résidus de blé tendre ou maïs ont été apportés en quantité identique dans chaque microparcelle semée en blé. Chacune était entourée de triticale pour éviter les contaminations exogènes.
Cet essai (évoqué lui aussi dans Phytoma n° 666) a mis en évidence qu'à quantité équivalente de résidus de blé et maïs apportée dans les mêmes conditions pédoclimatiques, le maïs est plus impactant que le blé sur tous les critères mesurés (Tableau 1). La présence de F. graminearum est donc bien inféodée au type de résidu présent dans la parcelle.
Concernant Microdochium, aucune structuration évidente ne ressort de l'essai.
Effet de la gestion des résidus sur la quantité d'inoculum
Essai pluriannuel au champ sur des « blés de maïs »
L'effet de la gestion des résidus par le broyage et le travail du sol a été étudié sur un essai longue durée à la station de Boigneville. Plusieurs modalités de gestion des résidus ont été suivies sur des parcelles semées en blé tendre suivant un précédent maïs : labourées ou non, résidus broyés ou non. Pour chaque modalité, un échantillon de grains a été prélevé à la récolte, et l'ADN a été quantifié et la teneur en DON évaluée selon les protocoles décrits plus haut. Le Tableau 2 présente les résultats.
L'année 2011, avec ses faibles niveaux de contaminations, confirme le rôle prépondérant du climat dans les infections par les champignons du complexe fusarien.
En 2012, la présence de F. graminearum est fortement structurée par le travail du sol et le broyage des résidus. Ces pratiques prophylactiques induisent une réduction respective de 78 % et de 74 % de la teneur en DON. Là aussi, la corrélation entre ADN de F. graminearum et DON est forte (coefficient 0,85) et les différentes modalités n'affectent pas la présence de Microdochium.
Les résultats de 2013 sont très proches :
- le labour permet de réduire de 74 % la teneur en DON par rapport aux TCS ;
- les pratiques ne semblent pas avoir d'effet sur les populations de Microdochium.
Étude de la distribution spatio-temporelle des résidus
Vitesse de dégradation des résidus en surface du sol
Un essai a été réalisé en 2013 pour caractériser la vitesse de dégradation des résidus sur une campagne agricole.
Les résidus de blé tendre, maïs, pomme de terre, betterave, pois, tournesol et colza placés dans des boîtes trouées remplies de sol ont été mis en conditions naturelles afin d'étudier leur vitesse de dégradation. Pour se rapprocher des conditions en plein champ, la quantité de chaque résidu a été calculée à partir de données historiques Arvalis et de données bibliographiques.
Les résultats (Figure 1) permettent de classer les résidus : le tournesol présente le taux de dégradation le plus faible (10 %), suivi du maïs, du colza, de la pomme de terre, du blé, du pois et pour finir de la betterave avec son taux de dégradation de 90 %.
Taux de recouvrement
En 2013, le taux de recouvrement a été suivi sur un essai croisant type de résidus (maïs, betterave et colza ) et travail du sol (labour, techniques simplifiées ou semis direct). Le taux a été évalué grâce au concept du PAD de Gadoury and MacHardy (1986). Il s'agit d'une estimation visuelle du pourcentage de surface couverte par les résidus à l'aide d'un tube transparent ; vingt zones choisies aléatoirement entre deux rangs de blé sont marquées et le comptage est effectué à dix dates entre le 16 avril et le 25 juin.
Les résultats (Figure 2) montrent que le taux de recouvrement des résidus en semis direct à la floraison des blés dépend de la nature du résidu : maïs (60 %) > colza (10 %) > betterave (< 1 %).
Cette mesure permet aussi de quantifier l'effet du travail du sol. Un travail superficiel fait diminuer la présence de résidus de maïs et de colza, de façon drastique pour le maïs. Après labour, le taux de recouvrement est nul pour les trois types de résidus.
Enfin, l'étude dynamique permet d'estimer les taux de dégradation : environ 10-15 % pour le maïs en situation de semis direct.
Récapitulons
Résultats des tests
Le test en conditions contrôlées axé sur F. graminearum a mis en évidence que :
- si F. graminearum est inoculé seul et en conditions favorables sur les résidus, tous présentent des périthèces ; le champignon est donc capable d'effectuer une reproduction sexuée sur tous les résidus ;
- la vitesse de formation et le nombre de périthèces varient entre résidus : le type de résidu joue un rôle dans la reproduction sexuée et la production d'inoculum.
Ce résultat est confirmé au champ : à quantité équivalente de résidus placés au sol en conditions pédoclimatiques similaires, les résidus de maïs sont plus impactants que ceux de blé sur tous les critères suivis. Il y a donc bien un effet de la qualité des résidus dans l'épidémiologie de F. graminearum.
En revanche, il n'y a pas de structuration évidente pour Microdochium spp.
Pour qualifier les résidus sur leur qualité et leur quantité, nous avons étudié leur vitesse de dégradation. Un résidu très favorable au développement de F. graminearum mais très vite décomposé offrira une faible quantité d'inoculum lors de la période de sensibilité maximale du blé (floraison).
Cette variable a été suivie la dernière année du projet et a permis de classer les résidus : tournesol (10 %) < maïs < colza < pomme de terre < blé < pois < betterave (90 %). La différence entre résidus vient d'une combinaison entre leur composition (ratio carbone/azote, teneur en eau, etc.) et leur quantité à la floraison (maïs > blé tendre). Elle est liée à leur vitesse de dégradation et leur distribution spatiale.
Les essais ont montré une présence de F. graminearum très inféodée au type de résidus, donc à la parcelle, alors que l'inoculum de Microdochium spp. ne semble pas dépendre de la présence et de la nature des résidus restant sur la parcelle (il est « non limitant »).
Enfin, tous les essais montrent une corrélation forte entre la quantité d'ADN de F. graminearum et la teneur en DON (r > 0,85).
Rôle fondamental des résidus en surface
Le suivi pluriannuel d'un essai sur les résidus de maïs a montré que la réduction de taille de ces résidus par broyage permet de réduire de près de 70 % la teneur en DON, et que l'enfouissement par le labour réduit les teneurs de 50 à 80 % selon l'année. En effet, le broyage des résidus à l'automne couplé au travail du sol permet de réduire la taille des résidus, facilite leur incorporation au sol donc leur décomposition.
Ce résultat nous confirme le rôle fondamental des résidus en surface sur les infections par F. graminearum - donc l'intérêt de la prophylaxie pour préserver la qualité sanitaire des grains vis-à-vis des mycotoxines. A contrario, les effets nuls sur Microdochium spp. suggèrent que la source majeure d'inoculum des espèces M. majus et M. nivale n'est pas inféodée à la parcelle.
Conclusion
Les résultats obtenus durant ces trois années ont permis des avancées notoires dans la compréhension du cycle biologique de F. graminearum.
Ils confirment que la source majeure d'inoculum de F. graminearum est la présence en surface de résidus dont la qualité et la quantité, elles-mêmes liées aux pratiques agronomiques, modulent cet inoculum en cours de campagne.
Nos résultats suggèrent que les pratiques agronomiques n'impactent pas M. nivale et M. majus et que l'origine de leur inoculum reste encore mal connue.
Particularités de la fusariose de l'épi
La fusariose de l'épi est une maladie du blé qui peut occasionner des pertes de rendement, et surtout l'accumulation de toxines dans les grains récoltés.
En Europe, deux genres fongiques principaux sont impliqués dans cette fusariose, sur blé tendre comme sur blé dur : Microdochium, avec deux espèces majoritaires récemment dénommées M. nivale et M. majus (Glynn et al., 2005) et Fusarium. Au sein du genre Fusarium, les espèces prédominantes en Europe sont F. graminearum, F. culmorum, F. avenaceum et F. poae (Bottalico and Perrone, 2002 ; Loos et al., 2004). Cette diversité d'espèces à caractères épidémiologiques différents complique la lutte contre cette maladie.
Les souches du genre Microdochium sont non toxinogènes. En revanche, les deux principales espèces de Fusarium susceptibles de produire des trichothécènes B (dont le déoxynivalénol, alias DON, toxine réglementée et la plus fréquemment retrouvée dans les blés), sont F. graminearum et F. culmorum.
Fig. 1 : Des résidus qui se dégradent plus ou moins vite
A : dynamique de dégradation des résidus (tonnes de matières sèches/ha). B : taux de dégradation des résidus (base 100 de la quantité apportée au départ).
Fig. 2 : Taux de couverture du sol d'une parcelle de blé par les résidus en fonction du travail du sol
M = maïs, B = betterave, C = colza (désigne la nature des résidus).
L0 = labour, L1 = TS = techniques simplifiées, L2 = SD = semis-direct.
REMERCIEMENTS
D'abord à la DGER ainsi qu'à FranceAgriMer pour leurs contributions financières. Par ailleurs, les essais ont été suivis par Tristan Jacquin, Estelle Moreau et Fanny Mary, stagiaires de fin d'étude, ainsi que Valentina Manstretta, en thèse sur ce sujet. Enfin, merci aux équipes de terrain, Aurélie Leclere, Damien Gaudillat, Aurélie Geille, Sylvain Bureau, et de laboratoire, Cindy Vitry, Stephen Leite et ceux qui traitent les échantillons, Jean-Marc Bertin, Patricia Thiercelin, Béatrice Orlando.
