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A cause du prix élevé des engrais importés au Mali, le phosphate naturel de Tilemsi (PNT) constitue une source de phosphore, locale, peu coûteuse pour les paysans. Dans plusieurs zones, malgré ses bonnes caractéristiques physiques et chimiques, les plantes cultivées, particulièrement le blé, ont faiblement répondu à l’application du PNT. À cause du besoin croissant d’améliorer biologiquement l’absorption du P par le blé, nous présentons dans ce travail les résultats de l’utilisation de microorganismes solubilisant le phosphore (MSP) dans un essai d’inoculation au champ. Dans la rhizosphère (Zone d’interactions intenses entre les racines et les microorganismes) et le rhizoplan (les microorganismes du rhizoplan ont ceux qui sont directement liés à la surface externe des racines) de trois cultivars de blé du Mali, 7 à 12% des microorganismes étaient capables de solubiliser le PNT. Six bactéries et deux champignons ont été sélectionnés, pour leur fort pouvoir de solubilisation du PNT en milieu liquide et sur milieu solide, et testés au champ à Koygour (Diré) en 2000-2001. Deux champignons Aspergillus amovari (C1), Penicillium chrysogenum (C13) et une bactérie Pseudomonas sp. (BR2) ont significativement amélioré la taille du blé (cv. Tétra) après 6 semaines, ainsi que, le poids et le contenu en P de la matière sèche (paille et graines) après 90 jours de croissance. Des essais au champ ont été réalisés à Koygour (Diré) en 2001-2002. Les traitements d’inoculation incluent C1, C13, BR2, C1+BR2, C13+BR2 et un contrôle en présence et à l’absence de Glomus intraradices (Gi). Les traitements de phosphore incluent le PNT, le phosphate biammoniacal (DAP) et un contrôle non fertilisé. La colonisation des racines de blé par les mycorhizes à vésicules et arbuscules (MVA) a été significativement améliorée avec Glomus intraradices quand la source de P utilisée est le PNT. La présence de BR2 améliore encore plus la colonisation des racines par les MVA. En général, les quantités de graines et paille récoltées ont été significativement améliorées après inoculation avec les microorganismes solubilisant le PNT et Glomus intraradices. La plus forte concentration de P dans les graines a été obtenue avec la co-inoculation avec C1+BR2 et Gi en présence de PNT, tandis que, les plantes inoculées avec BR2+Gi présentaient les plus fortes quantités de P dans la paille en présence du DAP.

Amadou H. BABANA Hani Antoun, Ph.D. M.P. Cescas, agr. et professeur Département de SGA, Université Laval

Étudiant gradué Directeur de thèse Co-Directeur de thèse

Au Mali, mis à part les rizières, la plupart des sols agricoles sont pauvres en phosphore et les paysans trop pauvres pour supporter les coûts de fertilisation. Aussi, pour résoudre ce problème, le phosphate naturel de Tilemsi (PNT) a été utilisé, pendant un certain temps, comme engrais phosphaté. La faible solubilité du PNT dans certains sols à entraîner une baisse d’utilisation, malgré son faible coût.

La biotechnologie a pour but essentiel la mise au point d’inoculant composé de microorganismes sélectionnés afin de minimiser l’application de fertilisants chimiques et maximiser la croissance et la nutrition des plantes. La sélection des microorganismes composant l’inoculant biologique permet d’améliorer l’effet positif produit par chaque groupe de microorganismes améliorant ainsi la croissance des plantes dans les sols infertiles. Certaines bactéries rhizosphériques sont connues pour leur capacité à produire des substances favorisant la croissance des plantes plus particulièrement lorsqu’elles sont associées aux champignons mycorhiziens à vésicules et arbuscules. Le nombre et la répartition des microorganismes, varient d’un sol à l’autre et d’une rhizosphère à l’autre. Cependant, cette grande variabilité génétique entre les différentes espèces microbiennes explique la grande capacité des microorganismes à s’adapter à différents environnements d’où la nécessité de développer des combinaisons spécifiques hôte-espèces microbiennes avec une plus grande efficacité dans différentes conditions expérimentales.

Malgré l’importance de ces microorganismes dans la solubilisation des phosphates inorganiques, à notre connaissance, aucune étude n’a été réalisée, au Mali, en vue d’évaluer l’incidence des populations de microorganismes rhizosphériques capables de dissoudre les phosphates inorganiques sur la mise en disponibilité du phosphore du PNT. Il est cependant envisageable que plusieurs microorganismes de la rhizosphère du blé soient capables d’améliorer la croissance du blé en solubilisant le PNT.

Aussi afin de combler cette lacune, nous nous sommes fixé comme objectif, la mise au point d’un inoculant biologique pour le blé irrigué du Mali.

Au cours de ce travail, nous avons isolé de la rhizosphère de trois cultivars de blé et de 4 types de sols du Mali, des microorganismes impliqués dans la solubilisation du phosphate naturel de Tilemsi. Le nombre de microorganismes capables de mettre en solution le phosphore du phosphate naturel de Tilemsi (MSP), varie de 2,64 à 6,89 x 105 Unité formant des colonies (ufc)/g de sol sec et, de 2,38 à 3,5 x 106 ufc/g de sol rhizosphérique des différents cultivars de blé étudiés. Le pourcentage d’incidence des microorganismes solubilisant le phosphore était considérablement élevé dans le rhizoplan et la rhizosphère du blé, comparativement au sol non rhizosphérique, constituant ainsi une forte évidence que les cultivars de blé utilisés dans cet essai stimulent la croissance des MSP. Malgré que les champignons ne représentent qu’une faible proportion des MSP, de fortes corrélations positives ont été trouvées entre le nombre total de champignons, le nombre de champignons solubilisant le PNT et la quantité de P disponible dans les sols, suggérant que la solubilisation du PNT dans les sols est en grande partie l’œuvre des champignons. 58 bactéries et champignons solubilisant le PNT ont été isolés. Parmi ces isolats, nous avons retenu 6 bactéries et 2 champignons ayant un pouvoir de solubilisation élevé, tel qu’indiqué par la formation d’importants halos sur le milieu solide ne contenant que le PNT comme source de phosphore.

Nous avons, par la suite, procédé à la caractérisation des 8 microorganismes retenus en déterminant leur capacité à solubiliser le PNT sur milieux solides et liquides de pH variant entre 4 et 8 et contenant des concentrations de 3 à 8 g de PNT/l incubé à des températures variant entre 30 et 45oC. En plus, la capacité des isolats à produire des sidérophores, de l’acide indole acétique et de l’acide cyanhydrique a été évaluée. Deux des bactéries retenues, BR2 et B3 qui ne forment pas de halo autour de leurs colonies, solubilisent efficacement le PNT en milieu liquide. En présence d’une quantité de PNT supérieure à 2g/l, plus le pH initial du milieu de culture est faible, moins les bactéries sont efficaces à cause de la libération, à pH acide, d’éléments constitutifs du PNT qui inhibent la croissance bactérienne. Les champignons se sont montrés plus efficaces que les bactéries dans la solubilisation du phosphate naturel. Ils conservent cette capacité même après plusieurs repiquages successifs. Enfin, malgré qu’aucune bactérie n’ait pu produire de l’acide cyanhydrique, les Bactéries BR2, BR10 et B3 ont produit des sidérophores au cours de leur croissance sur milieu solide. L’identification des isolats retenus par les techniques de la biologie moléculaire (Analyse du 16S) a donné les résultats suivants : La bactérie BR2 correspond à Pseudomonas sp . ; B3 correspond à curtobacterium sp. ; B22 correspond à Agrobacterium sp ; B27 correspond à Vibriosplendidus sp. ; BR10 correspond à Agrobacterium sp. ; C1 est Aspergillus amowari nakasawa et C13 Penicillium chrysogenum thom.

Pour qu’une bactérie soit efficace, elle doit pouvoir coloniser efficacement la rhizosphère et favoriser la croissance des autres organismes utiles au bon développement des plantes. Aussi, nous avons effectué un test pour vérifier la capacité de la bactérie Pseudomonas sp. à coloniser la rhizosphère du blé. Les résultats obtenus ont montré que le taux d’inoculation des graines par la bactérie Pseudomonas sp. (BR2rif+) affecte significativement la colonisation de la rhizosphère du blé par la bactérie introduite. Dans cet essai, nous avons constaté qu’à partir d’une concentration bactérienne de 1,3 x 105 sur les graines de blé, plus le taux d’inoculation augmente, plus la densité bactérienne par gramme de sol rhizosphérique baisse. En absence de fertilisation phosphatée, l’inoculation avec BR2 seul, Gi seul ou les deux combinés n’a pas amélioré la population microbienne totale (bactéries + champignons). En plus, la présence de Gi a significativement baissé la population microbienne totale. Cependant, malgré la baisse de la population microbienne observée, l’inoculation avec Gi seul ou combiné à BR2, a significativement augmenté la population des microorganismes (Bactéries et champignons) solubilisant le phosphore. L’effet négatif de Gi sur la population bactérienne totale a été corrigé par l’application du phosphate naturel de Tilemsi, qui a entraîné une augmentation significative des microorganismes (bactéries et champignons) totaux et solubilisant le phosphore. Le traitement combinant BR2rif+ et Gi a donné la plus forte augmentation de la population microbienne totale et solubilisant le phosphore.

Dans le but de déterminer, au champ, La capacité des isolats à améliorer la germination, la croissance, la colonisation des racines par les mycorhizes indigènes du sol et la production de la variété de blé Tétra, nous avons établi à Koygour (Village du cercle de Diré au Mali), un dispositif expérimental en split plot en 2000-2001. Les résultats de cet essai ont monté que la bactérie BR2 et les champignons C1 et C13 améliorent significativement la colonisation des racines, la croissance et la production du blé. Ces 3 organismes ont été utilisés dans un second essai, au champ, en 2001-2002 toujours à Koygour (Diré), mais pas sur le même champ. Un dispositif en split split plot a été utilisé au cours de ce second essai. Nous avons constaté que, dans les parcelles non fertilisées et non inoculées, la colonisation des racines du blé par les champignons mycorhiziens, après 45 jours de croissance, était très faible. L’inoculation avec Glomus intraradices (Gi), en absence de tout traitement, n’a pas amélioré le taux de colonisation des racines du blé par les mycorhizes. La fertilisation avec le phosphate naturel de Tilemsi a augmenté le taux de colonisation des racines par les mycorhizes dans le traitement contrôle non inoculé, mais une augmentation plus substantielle a été observée chez les plantes inoculées avec Gi. Pour tous les traitements de fertilisation et d’inoculation avec les microorganismes solubilisant le phosphore, l’inoculation avec Glomus intraradices, a significativement augmenté la colonisation des racines du blé. En général, en présence du phosphate biammoniacal (DAP), le pourcentage de racines colonisées aussi bien par les champignons mycorhiziens indigènes que ceux introduits était toujours inférieur à celui observé dans les parcelles fertilisées avec le PNT ou non fertilisées. Quelque soit la source de phosphore appliquée, l’inoculation avec la bactérie solubilisant le phosphore Pseudomonas sp. BR2 augmente significativement la colonisation des racines par les champignons mycorhiziens indigènes ou introduites. Le plus fort pourcentage de colonisation a été obtenu avec le blé fertilisé avec le PNT et inoculé avec Glomus intraradices et la bactérie Pseudomonas sp. (BR2). La fertilisation phosphatée et l’inoculation avec les microorganismes solubilisant le phosphore (MSP) et G. intraradices, ont significativement influencé la taille du blé. Pour tous les traitements combinés, la taille des plantes de blé a significativement augmenté après inoculation avec Gi et fertilisation avec le PNT ou le DAP. Dans les parcelles non fertilisées, les plantes de blé les plus hautes ont été obtenues lorsque le blé est inoculé avec Gi et la bactérie Pseudomonas sp. (BR2) ou Penicillium chrysogenum (C13). La fertilisation et l’inoculation des graines affectent significativement la production du blé irrigué. Ainsi, en absence de tout traitement de fertilisation, nous avons constaté que, l’inoculation du blé avec le champignon mycorhizien Glomus intraradices a produit la plus basse quantité de graines de blé et concentration en P. cet effet non bénéfique est corrigé par l’application du phosphate naturel de Tilemsi (PNT) ou du phosphate biammoniacal (DAP) ou par l’inoculation avec les microorganismes solubilisant le phosphore (MSP) testés. En absence de traitement de fertilisation, l’inoculation avec la combinaison BR2 + C1 avec ou sans G. intraradices , à donné les meilleures résultats quant à la production de graines et à la concentration en P. Cette combinaison de MSP est aussi la meilleure pour la production de graines dans les parcelles fertilisées avec le PNT. En plus de son potentiel de bactérie favorisant l’installation des mycorhizes, la bactérie Pseudomonas sp. (BR2), comme d’autres MSP utilisés dans cet essai, est probablement une rhizobactérie favorisant la croissance des plantes (RFCP). En tenant compte de tous les traitements de fertilisation et d’inoculation avec G. intraradices , l’inoculation avec les micoorganismes solubilisant le P (MSP) a significativement augmenté le contenu du blé en éléments minéraux, comparativement aux non inoculés. Cependant, en présence de PNT, l’inoculation avec les MSP et G. intraradices a occasionné une hausse du contenu en minéraux du blé avec une plus forte absorption de l’Al et du P. En plus, en présence de PNT, une forte corrélation positive entre la quantité d’Al absorbée et le contenu en P du blé a été observée.

Because of the high price of imported P-fertilizers in Mali, the Tilemsi rock phosphate (TRP) is a cheaper locally available P source alternative for farmers. In many areas regardless of its good physical and chemical characteristics, crops and particularly wheat showed very slow response to TRP. With the broad aim of biologically improving P uptake by wheat, in this work we describe the use of TRP solubilizing microorganisms in field inoculation trials. In 3 different Malian wheat cultivars, 4 to 12% of the rhizosphere microorganisms were able to dissolve TRP. Six bacterial and two fungal isolates were selected for their high P-solubilizing activity in solid and liquid media, and were tested in a field in Koygour (Diré) in 2000-2001. Two fungal isolates Aspergillus niger (C1) and Penicillium chrysogenum (C13) and Pseudomonas sp. (BR2) significantly increased plant heights after 60 days, and the fresh and dry matter yields and P-uptake after 90 days of growth. Field assays were performed in Koygour (Diré) in 2001-2002. Inoculation treatments included C1, C13, BR2, C1+BR2, C13BR2, and a control in the presence or absence of the AM fungus Glomus intraradices . P treatments included Tilemsi rock phosphate (TRP), phosphate biammoniacal (DAP) and an unfertilized control. The colonization of wheat root with AM was significantly higher following inoculation with G. intraradices , and when TRP was the P source used. The presence of Pseudomonas strain (BR2) improved root colonization by the AM fungus. In general, straw and grain yield improved significantly following inoculation with AM and phosphate solubilizing microorganisms. The highest P concentration in wheat grain and straw was recorded in treatment including a combinaison of AM, BR2 and C1 in the presence of TRP.

Je ne remercierai jamais assez Madame Diallo Badji Sabane Touré et Madame Diallo Aminata Kontao pour l’amour, le soutien moral et matériel qu’elles m’ont apporté. Je remercie Madame Kaddiatou Kontao pour tout. Je remercie et encourage, également, Mlle Marie-Jovette Dumais et Mr. Druno Dumais pour m’avoir aceuilli et surtout pour m’avoir considéré comme père sans jamais me manqué du respect. Enfin, je remercie mes enfants Kangaye Amadou Diallo, Gnilly Amadou Diallo, Ousmane Amadou Diallo et Boubakr Amadou Diallo.

Mes remerciements vont également à l’endroit du Programme Canadien de Bourses de la Francophonie et de l’Université Laval pour l’octroi de la bourse et l’accueil.

J’aimerai remercier le gouvernement de la République du Mali pour m’avoir accordé l’autorisation de m’absenter durant une longue période pour bénéficier de cette formation.

Je remercie du fond du cœur ma grande sœur Fatoumata Hamadoun Diallo et mon grand-frère Ibrahim Hamadoun Diallo pour leur soutien moral et leur encouragement sans faille tout au long de cette formation.

J’aimerai exprimer ma profonde reconnaissance et mes remerciements les plus sincères à mon directeur de recherche, le Dr. Hani Antoun pour m’avoir accueilli dans son équipe de recherche. J’aimerai particulièrement souligné ses qualités huamaines, son savoir-faire, et son appui moral et financier et sa disponibilité.

J’aimerai remercier particulièrement mon co-directeur, le Dr. Michel Pierre CESCAS, pour ses conseils précieux sur la partie chimique de cette thèse. J’ai particulièrement apprécié son accueil d’une générosité exemplaire.

J’aimerai exprimer mes sincères remerciements au Dr. Antoine Karam Pour avoir accepté faire la prélecture de cette thèse. Je me souviendrai particulièrement de ses qualités humaines et de sa forte compétence.

Je remercie particulièrement Mrs Bakara Diallo, Ingénieur agronome en service au PACCEM (Diré) et Alpha Allaye paysan (Koygour) pour toute l’aide qu’il m’ont apporté lors des travaux aux champs.

J’aimerai aussi remercier tous les étudiants du laboratoire du Dr. Antoun, pour leur patience et leur sens de l’humour qui m’ont permis d’effectuer mes travaux dans une atmosphère sans pareil.

J’aimerai remercier tout le personnel enseignant de l’Université Laval pour leur aide et leur disponibilité.

Mes sincères remerciements vont à Madame Anne-Marie Marcotte de l’ambassade du Canada au Mal et au PACCEM, qui m’ont apporté toute l’aide et l’information dont j’avais besoin lors de mes passages au Mali pour les travaux de terrain.

Enfin, un grand merci à tous les ami (es) étudiant(es) qui m’ont soutenu pendant les moments difficiles et dont la patience et la disponibilité n’ont jamais fait défaut.