SOLINDIC

L’agriculture privilégie jusqu’à présent l’association de la fertilisation minérale aux contrôles phytosanitaires des cultures pour répondre à la problématique d’approvisionnement de la chaine alimentaire en denrées de qualité. A long terme, la répétition de pratiques agricoles intensives peut toutefois présenter des risques pour l’environnement et la santé. Les pouvoirs publics en ont pris conscience et ont ainsi établi des règlementations sur l’usage des pesticides (Directives européennes 91/414/CEE et 99/39/EC, règlements européens 396/2005 et 1107/2009) et sur l’amélioration de la qualité des eaux (DC Eau 2000/60/CE). Prochainement, le décret sol devrait dévoiler des normes strictes concernant les éléments traces métalliques (ETM) s’accumulant dans les terres agricoles wallonnes. Toutes ces dispositions sont de plus en plus contraignantes pour le monde agricole mais l’objectif majeur à se fixer pour garantir l’avenir du secteur est la préservation des fonctionnalités biologiques du sol, facteur de production essentiel pour continuer à assurer les rendements. Le sol fertile est un milieu complexe et hétérogène constitué d’une faune et d’une flore variées et biologiquement actives plus ou moins étroitement liées, ainsi que d’un support physique. Il permet une croissance normale des végétaux sans nuire à leurs propriétés et garantit une bonne qualité des produits (1). Les matières organiques qui lui sont apportées sont en grande partie responsables de l’activité biologique à laquelle contribuent diverses espèces de microorganismes qui recyclent les nutriments essentiels à la croissance et au développement des plantes cultivées. Ces dernières sont amenées à s’adapter à diverses conditions qui les affectent simultanément.

Contexte

L’agriculture doit pouvoir répondre aux besoins de la population en denrées alimentaires de qualité. Toutefois, le passé industriel de nos régions cumulé aux applications successives et répétées de produits phytosanitaires ainsi qu’aux pratiques courantes de fertilisation sur des surfaces de plus en plus restreintes, contribuent à l’accumulation de métaux lourds et de résidus de pesticides dans nos sols agricoles. A long terme, ceux-cipeuvent présenter des risques pour l'agricumture, l’environnement et la santé. Pour continuer à garantir une production suffisante et de qualité, la préservation des fonctionnalités biologiques et physico-chimiques du sol est donc primordiale.

Le sol fertile est un milieu complexe et hétérogène constitué d’une faune et d’une flore variées, biologiquement actives et d’un support physique. Ces microorganismes sont indispensables au recyclage de la matière organique apportée au sol et à la libération des nutriments essentiels à la croissance et au développement des plantes cultivées. Leurs activités se trouvent toutefois perturbées en présence de certains pesticides ou métaux lourds en excès. Ces situations complexes de stress ainsi créées pour les plantes requièrent une méthode d’évaluation de leur impact global sur les fonctionnalités du sol.

A travers ce projet, nous ciblons les émissions de composés organiques volatils (COVs) émis par la microflore du sol et par la plante comme indicateurs biologiques des expressions de stress et outil d’évaluation/de prévention au bénéfice de l’agriculteur.

Ce projet s’inscrit dans le cadre d’une agriculture écologiquement intensive ainsi que dans les futures orientations générales de recherches du CRA-W que sont la gestion intégrée et dynamique des facteurs de productions, la gestion des risques environnementaux et l’adaptation aux changements climatiques. Il viendra compléter les activités relatives à la préservation des facteurs de productions, à l’innocuité des intrants et à la gestion durable de l’environnement déjà en cours au sein des Unités partenaires avec des indicateurs biologiques de fonctionnalité globale des sols.

Objectifs

L’objectif final du projet est d’identifier des indicateurs de stress permettant d’alerter l’agriculteur sur l’état de déséquilibre éventuel de ses sols de culture à partir d'une lignée de colza étudiée au laboratoire lors de l'application de stress abiotiques.

Pour cela nous nous proposons de caractériser les COVs émis par la plante in vitro et par des extraits de sols placés en conditions contrôlées à la suite d’un stress provoqué par les métaux lourds (le Cd) et/ou d’un fongicide couramment utilisé en céréales (l’époxiconazole). Les sols étudiés proviendront de parcelles du domaine expérimental du CRA-W parfaitement connues du point de vue passé cultural, teneur en matière organique, fertilisation, traitements phytopharmaceutiques, etc. Ces expérimentations réalisées en absence d’interférences (absence de microorganismes in vitro et de plantes en respirométrie) se compléteront d’essais représentatifs de situations multi-stress in situ.

Ces analyses non destructives s’établiront en référence à :

- des analyses chimiques/biochimiques destinées à détecter et quantifier le fongicide (la substance active époxiconazole et ses métabolites pertinents) par UHPLC-MS/MS et/ou GC-MS/MS et le Cd par ICP-AES dans les tissus du végétal et dans les sols.

- une approche métagénomique pour caractériser l’évolution de la composition des communautés microbiennes en fonction des conditions de traitements.

Description des tâches

- Sélection et Caractérisation du comportement du colza (comme tête de rotation de référence) in vitro vis-à-vis de stress générés par le Cd et l’époxiconazole. Analyse des COVs émis en présence d’un seul contaminant et en situation de multi-stress.

- Analyse du comportement de la microflore du sol.Mesure des COVs émis par les microorganismes du sol lorsqu’ils sont soumis à un stress (Cd et/ou époxiconazole) et analyses des changements induits dans la population microbienne.

- Mise au point et validation de méthodes d’analyses spécifiques des résidus de pesticides (époxiconazole et ses métabolites pertinents) dans les sols, eaux et matrices végétales.

- Transposition en situations de culture.

Résultats attendus

Mise au point et validation d’une méthode d’analyse de pesticides dans les sols. Caractérisation d’une signature chimique (COV) du stress provoqué par le Cadmium et l’époxiconazole chez le colza d’une part, et pour la microflore du sol d’autre part. Identification des communautés microbiennes affectées. Mesure des teneurs en cadmium, epoxiconazole et ses métabolites dans les plants de colza sélectionnés pour leur tolérance et dans les sols des essais longues durée du CRA W. Comparaison des signatures chimiques obtenues au laboratoire lors de l'application de différents stress abiotiques.

Résultats obtenus

- Mise au point d'une méthode in-vitro de prélèvement active de composés organiques volatiles et application de cette méthode pour l'étude de plants de colza soumis à deux stress abiotiques, le cadmium et l'époxiconazole.

- Méthode d'analyse de trois fongicides (l'époxiconazole, le tébuconazole et le fenpropimorphe) dans les sols

-Méthode d'analyse d'un métabolites de dégradation des triazole dans les sols, le 1,2,4-triazole

- Analyse de la microflore du sol lors de l'application d'époxiconazole dans des essais en pots au laboratoire

Contribution

Posters:

Bastien Durenne, Alodie Blondel, Philippe Druart, Marie-Laure Fauconnier, 2016, Using TDU-GC-MS to investigate the VOCs emission of Brassica napus L. plantlets cultivated in vitro and exposed to cadmium abiotic stress. 40^th International Symposium on capillary chromatographyand 13^th GCxGC symposium, 29 mai au 3 juin 2016, Italie.

Bastien Durenne, Alodie Blondel, Philippe Druart, Marie-Laure Fauconnier, 2017, Could the profiling of root indolic glucosinolates be correlated with Brassica napus L. cadmium stress tolerance? Glucosinolates2017. Berlin, Germany.

Bastien Durenne, Pascal Geerts, Philippe Druart, Alodie Blondel, Marie-Laure Fauconnier, 2017, Using phenotyping and complementary VOC profiling approach to investigate physiological response of Brassica napus L. plantlets under cadmium and epoxiconazole abiotic stresses. ."Plant Phenotyping Forum: integrating European plant phenotyping community" Tartu, Estonia, 2017.

Damien Vincke, Bastien Durenne, Dominique Mingeot, Emmanuelle Escarnot, Guillaume Jacquemin, Feriel Ben Abdallah, Yannick Curnel, Sergio Mauro, Pascal Geerts, Marc Lateur, Viviane Planchon, Vincent Baeten, Philippe Vermeulen, Jean-Pierre Goffart, 2017, Plant phenotyping activities at the Walloon Agricultural Research Centre. "Plant Phenotyping Forum: integrating European plant phenotyping community" Tartu, Estonia, 2017

Communication orale:

Bastien Durenne, Brassica2017, ISHS, Pontevedra, Spain 2017: Brassica napus L. plantlets affected during in vitro growth by the presence of epoxiconazole.

Articles scientifiques:

Durenne Bastien, Blondel Alodie, Ducat Nathalie, Pigeon Olivier, Fauconnier Marie-Laure & Druart Philippe, 2018, Phenotyping of Brassica napus L. plantlets affected during in vitro growth by the presence of epoxiconazole. Acta Horticulturae. (in press)

Durenne Bastien, Blondel Alodie, Druart Philippe & Fauconnier Marie-Laure, 2018, A laboratory high-throughput glass chamber using dynamic headspace TDGC/ MS method for the analysis of whole Brassica napus L. plantlet volatiles under cadmium-related abiotic stress. Phytochemical Analysis. DOI : 10.1002/pca.2750 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29460984

A.Blondel, B.Krings, N.Ducat, O.Pigeon, Validation of an analytical method for 1,2,4-triazole in soil using liquid chromatography coupled to electrospray tandem mass spectrometry and monitoring of propiconazole degradation in a batch study, Journal of Chromatography A, doi.org/10.1016/j.chroma.2018.05.056