Growth promotion of tomato plants through bacteria derived from spent substrate of edible mushrooms

Les tomates sont l'un des légumes les plus largement cultivés sur la planète, nourrissant des millions de personnes et formant le pilier de nombreux régimes alimentaires. Pour répondre à la faim dans le monde, les agriculteurs doivent constamment trouver des moyens de produire plus de nourriture sans nuire à la terre. Pendant des décennies, la solution standard a été les engrais chimiques, mais ceux-ci peuvent s'infiltrer dans les eaux souterraines et endommager la santé des sols au fil du temps. La nature offre toutefois une alternative plus discrète : de minuscules bactéries qui vivent dans le sol et aident les plantes à croître. Ces aides microscopiques, souvent appelées bactéries promotrices de la croissance végétale, ne se contentent pas de rester oisives ; elles produisent des composés naturels qui débloquent les nutriments, combattent les microbes nocifs et stimulent même les propres hormones de croissance de la plante. Le défi pour les scientifiques consiste à trouver les bonnes souches de ces bactéries et à déterminer la meilleure façon de les administrer aux cultures.

Une équipe de chercheurs au Brésil s'est tournée vers une source improbable pour trouver ces aides : les résidus provenant des fermes de champignons. Lorsque les champignons comestibles sont récoltés, ils laissent derrière eux un substrat épuisé — un mélange de balles, de graines, de bois et d'autres sous-produits agricoles qui ont déjà été partiellement décomposés par les champignons. Ce déchet organique riche est foisonnant de vie microbienne. Les chercheurs ont collecté vingt souches bactériennes différentes de ce substrat de champignons épuisé et les ont soumises à une série de tests pour voir lesquelles étaient les plus capables d'aider une plante de tomate. Ils ont recherché des activités biologiques spécifiques, telles que la capacité à produire des enzymes qui décomposent les fibres végétales coriaces, des substances qui captent le fer dans le sol et des hormones de croissance naturelles qui encouragent l'étalement des racines.

Le processus de sélection a révélé que chaque souche bactérienne testée possédait une capacité utile, mais trois d'entre elles se sont distinguées comme étant particulièrement prometteuses. Une souche, nommée BUD 5, était une force de la nature qui produisait une hormone de croissance appelée acide indole-3-acétique, ainsi que des enzymes qui décomposent la cellulose et des composés qui fixent le fer. Une autre, BUD 7, produisait également l'hormone de croissance et les enzymes décomposant la cellulose. Une troisième, BUD 19, était une forte productrice de composés capteurs de fer et produisait également des enzymes de décomposition de la cellulose. Pour voir si ces bactéries pouvaient réellement faire une différence sur une plante vivante, l'équipe a déplacé ses travaux de la paillasse du laboratoire vers une serre. Ils ont cultivé des plants de tomates dans des pots et ont appliqué les bactéries de trois manières différentes : en trempant les graines avant la plantation, en pulvérisant sur les feuilles, ou en faisant les deux. Ils ont surveillé les plantes sur deux saisons de croissance, mesurant tout, de la hauteur de croissance jusqu'à la taille et le poids de leurs systèmes racinaires.

Les résultats ont montré que les bactéries ont effectivement aidé les tomates, bien que les effets varient selon l'année et la manière dont les bactéries ont été appliquées. Lors de la première année, la combinaison du traitement des graines et de la pulvérisation sur les feuilles de la souche BUD 5 a produit les résultats les plus spectaculaires. Ces plantes ont développé des systèmes racinaires dont le volume était près de quarante pour cent plus grand que celui des plantes témoins non traitées. Les feuilles des plantes traitées avec BUD 5 ont également montré une augmentation significative du poids frais, devenant presque quarante-cinq pour cent plus lourdes que le groupe témoin. Les bactéries semblaient agir en encourageant les plantes à construire plus de masse racinaire, ce qui leur permettait en retour de puiser plus d'eau et de nutriments dans le sol, alimentant ainsi la croissance des feuilles et des tiges au-dessus du sol.

La deuxième année de l'expérience a confirmé que ces bactéries étaient fiables, même si les gagnantes spécifiques changeaient légèrement. Tandis que les plantes témoins atteignaient une hauteur similaire à celle des plantes traitées, les plantes traitées avec les bactéries développaient souvent des systèmes racinaires plus robustes et accumulaient plus de matière sèche dans leurs racines et leurs tiges. Par exemple, le traitement des graines avec la souche BUD 7 a conduit à un système racinaire plus de vingt pour cent plus grand que le témoin. Les chercheurs ont également mesuré l'efficacité avec laquelle les plantes utilisaient la lumière pour la photosynthèse, le processus par lequel les plantes transforment la lumière du soleil en énergie. Les plantes traitées avec les bactéries maintenaient une machinerie photosynthétique saine, certains traitements montrant une augmentation marquée de l'efficacité du transport des électrons, une étape clé de la conversion de l'énergie lumineuse en énergie chimique. Cela suggère que les bactéries ont aidé les plantes à utiliser la lumière du soleil plus efficacement, fournissant l'énergie supplémentaire nécessaire pour soutenir la croissance plus importante des racines et des parties aériennes.

Ce qui rend cette découverte particulièrement intéressante est la source des bactéries. En utilisant le substrat épuisé de la culture des champignons, les chercheurs ont exploité un réservoir de micro-organismes qui sont déjà adaptés à la décomposition de la matière organique complexe. Ces bactéries sont naturellement équipées des outils nécessaires pour dégrader les fibres végétales coriaces et recycler les nutriments, des traits qui se sont avérés bénéfiques lorsqu'ils ont été transférés aux plants de tomates. L'étude démontre que ces déchets issus des fermes de champignons ne sont pas seulement des ordures à jeter, mais une ressource précieuse pour trouver de nouveaux outils biologiques pour l'agriculture. Les trois souches sélectionnées, BUD 5, BUD 7 et BUD 19, ont montré qu'elles pouvaient systématiquement promouvoir la croissance, améliorer le développement racinaire et accroître la capacité des plantes à capturer l'énergie du soleil.

L'étude n'a pas trouvé que les bactéries fonctionnaient de la même manière à chaque fois ; les résultats variaient entre les deux années, probablement en raison des variations naturelles des conditions environnementales. Cependant, la tendance constante était que les bactéries aide les plantes à croître plus vigoureusement, particulièrement dans leurs systèmes racinaires. C'est une conclusion cruciale car un système racinaire plus fort signifie qu'une plante est mieux équipée pour gérer le stress et accéder aux nutriments. Les chercheurs ont conclu que ces isolats bactériens ont un réel potentiel pour être développés en bio-intrants, offrant un moyen durable de stimuler la production de tomates sans dépendre des engrais chimiques. Ce travail met en lumière une idée simple mais puissante : en regardant les déchets d'un processus agricole, nous pouvons trouver les clés pour améliorer un autre.