Caractéristiques microbiologiques et bioactivité de la bouse de corne (500)

Résumé et extraits d’un article de Alain Morau et Hans-Peter Piepho publié dans le Journal of Microbiology and Biotechnology en 2013.

Titre original : Microbiological features and bioactivity of a fermented manure product (preparation 500) used in biodynamic agriculture.

Résumé

Le dérivé de fumier fermenté connu sous le nom de Préparation 500 est traditionnellement utilisé en agriculture biodynamique pour maintenir et augmenter la fertilité des sols. Cette étude vise à caractériser le produit d’un point de vue microbiologique et à tester ses propriétés bioactives. L’approche comprend la caractérisation taxonomique moléculaire de la communauté microbienne cultivable ; les empreintes ARISA de l’ensemble des communautés bactériennes et fongiques ; l’analyse chimique des macronutriments élémentaires par un analyseur de combustion ; les tests d’activité de six enzymes clés ; les bio-essais pour la détection du quorum bactérien et la production de chitolipooligosaccharides ; et l’évaluation de l’activité hormonale. Il a été constaté que le produit abritait une communauté bactérienne de 2,38 × 10(8) CFU/g dw, dominée par les Grampositives, avec des cas mineurs d’Actinobactéries et de Gammaprotéobactéries. ARISA a montré une cohérence des assemblages bactériens dans différents lots de préparation de la même année, malgré l’origine géographique. Les activités enzymatiques ont montré des valeurs élevées de bêta-glucosidase, de phosphatase alcaline, de chitinase et d’estérase. La préparation n’avait pas de signal détectable par la détection du quorum, ni de propriétés de nodulation (facteur nod) rhizobien, mais présentait un fort effet de type auxine sur les plantes. Les analyses enzymatiques ont indiqué un potentiel bioactif dans les contextes de la fertilité et du cycle des nutriments. L’activité de l’auxine et les produits de dégradation microbienne se qualifient pour une éventuelle activité en tant que biostimulants du sol. Les détails quantitatifs et les modes d’action possibles sont discutés.

Discussion

En ce qui concerne les considérations générales sur l’action possible dans les sols, on peut souligner les points suivants. La préparation 500 est fortement dotée d’activités enzymatiques spécifiques, riche en cellules microbiennes, dont la fraction cultivable est dominée par le genre Bacillus, et présente une activité de type auxine. La présence d’une population microbienne riche est en accord avec notre caractérisation chimique détaillée qui a mis en évidence la présence dominante d’alcanes ramifiés, dont l’origine est reconnue comme microbienne. L’activité de type auxine est également cohérente avec la faible présence fongique, dans la mesure où l’abondance des composés de la lignine, qui sont de bons candidats pour une activité de type IAA, est probablement liée à une action limitée des champignons dégradant la lignine. Comme pour les matières humiques obtenues à partir de compost vert ou de lombricompost, la grande quantité de résidus de lignine non dégradés trouvés dans la préparation 500 peut expliquer les biostimulations des microbes et des plantes. En fait, plusieurs études ont montré que les extraits humiques du compost ont des effets physiologiques sur les plantes similaires à ceux des hormones auxines. De plus, il n’est pas improbable que la forte teneur en glucides et en peptides de la préparation 500 puisse déclencher une prolifération microbienne et, par conséquent, une plus grande activité rhizosphérique.

On rapporte que la préparation 500 augmente l’activité biologique du sol et stimule la formation des racines, bien que son application soit effectuée en très faibles quantités. Le protocole agricole en biodynamie prescrit la dispersion d’environ 200 g de préparation 500 dans 60-70 L d’eau puis la pulvérisation sur un hectare de sol. Un exemple de taux de dilution sur une telle échelle est utile pour déterminer la concentration finale qui peut être atteinte. En supposant, par exemple, un poids moléculaire d’environ 250 pour une molécule active supposée, lorsqu’on applique 200 g d’un tel composé sur un hectare entier, il faut d’abord considérer sur quel volume de solution il aboutira. Le poids d’un hectare de terre, en considérant une profondeur de 0 à 20 cm comme utile aux racines, est d’environ 2 000 tonnes. L’eau contenue dans le sol représente en moyenne ¼ de son poids et est donc de 500 tonnes, soit 500 000 L. Si l’on dissout 200 g de ce composé dans un volume final de 500 000 L, on obtient une concentration de 0,0004 gramme par litre. Une molécule de faible poids moléculaire (par exemple 250) dont la solution 1 M est de 250 g/l sera ainsi diluée à 2,5 μM. Cette concentration, de l’ordre du micromolaire, est certainement à considérer comme très élevée en termes d’activités biologiques. Il existe de nombreuses preuves sur la gamme d’activités des composés d’origine microbienne qui sont efficaces dans le déclenchement de changements physiologiques chez les plantes et agissent sur la morphogenèse. Par exemple, les chitolipooligosaccharides qui induisent la nodulation des légumineuses commencent leur activité à des concentrations aussi faibles que 0,1 nanomolaire (10-10 M). De plus, il existe plusieurs exemples en biologie de molécules actives même à des concentrations femtomolaires (10-15 M).

Ainsi, en supposant que les 200 g de la préparation 500 ne sont évidemment pas constitués d’une substance active pure, même si les principes actifs qu’elle contient sont inférieurs à 1/10 000e de son poids, ils seront déjà délivrés à une concentration de 10-10 M. Il n’est donc pas surprenant qu’une application des doses prescrites soit tout à fait capable de faire entrer dans le sol des gammes de signaux moléculaires qui se situent bien dans les plages d’activité biologique prévues.

Il est donc peu probable qu’à la dose utilisée, ce produit soit efficace comme engrais organique structurel ou comme inoculant microbien, alors qu’on ne peut exclure qu’il puisse agir par le biais de la régulation bactérienne du sol. Les bactéries détectent et réagissent à des niveaux extrêmement faibles de molécules de signalisation dans leur environnement, comme le montrent les travaux sur la détection du quorum. Il a été démontré que de nombreuses plantes supérieures produisent des composés imitant les signaux, ce qui affecte les relations de densité bactérienne. Des composés potentiellement bioactifs pourraient être abondants dans la préparation 500 (par exemple, des peptides de faible poids moléculaire), en raison de sa lente maturation à médiation microbienne dans des conditions pauvres en oxygène, et de l’activité protéolytique qui en résulte.

Cela rappelle la situation observée dans l’accumulation de potentiel biostimulant signalée par d’autres études, selon laquelle, à partir de substrats très différents, une fois ceux-ci transformés par la digestion de la subtilisine, on obtient une remarquable capacité d’amélioration de la croissance des plantes.

Un autre mode d’action possible de la Préparation 500, qui n’exclut pas le premier, peut être par le biais d’effets hormonaux sur la croissance et le développement des cultures. Deffune et Scolfield ont découvert que les acides humiques extraits de cette préparation et d’autres préparations biodynamiques (505 et 507) provoquaient une réponse positive sur la croissance des semis de blé par rapport au témoin, les préparations biodynamiques et l’IAA étant efficaces à des concentrations de 0,2 × 10-11 et moins. Il a également été signalé que la préparation 500 présentait une activité cytokinine élevée et, comme nous l’avons montré dans le présent document, une activité auxine efficace. Ainsi, le mode d’action du produit pourrait être supposé stimuler la formation de racines et, par conséquent, stimuler les plantes à accéder aux stocks de composés nutritionnels du sol qui seraient autrement négligés et inexploités. Cette hypothèse est conforme à la pratique recommandée en agriculture biodynamique qui prescrit, pour que la préparation 500 soit efficace, l’existence d’un stock de matière organique dans le sol. Il convient également de considérer que l’auxine stimule la croissance bactérienne, et que ses effets pourraient donc être en partie médiés par les micro-organismes plutôt que d’agir directement sur les plantes.

Des expériences sont en cours pour évaluer d’autres aspects de la préparation 500, tels que la maturation successive de l’ensemble de sa communauté bactérienne, qui sera déterminée par des approches métagénomiques appliquées à des échantillons à des niveaux de maturation croissants. Ces tests jetteront un éclairage supplémentaire sur les particularités biologiques de ce produit biodynamique.