Synergistic effect of seaweed-derived alginic acid and potassium sulfate fertilizer on the alleviation of salinity stress in Flame Seedless grapevine

Résumé Technique : Effet synergique de l'acide alginique dérivé d'algues et du sulfate de potassium sur le stress salin chez la vigne Flame Seedless

Énoncé du problème
Le stress salin est une contrainte environnementale critique qui limite la productivité de la vigne (Vitis vinifera L.), particulièrement dans les régions arides et semi-arides. Une salinité élevée du sol induit une toxicité ionique (spécifiquement Na⁺ et Cl⁻), perturbe l'équilibre osmotique, altère l'efficacité photosynthétique, endommage les membranes cellulaires par peroxydation lipidique et accélère la sénescence foliaire. Bien que le cultivar Flame Seedless soit prisé pour son potentiel commercial, il est confronté à des réductions significatives de rendement et de qualité sous des conditions salines. Les pratiques viticoles actuelles manquent souvent de stratégies efficaces et durables pour atténuer ces effets sans dépendre uniquement des engrais chimiques. Il existe une lacune spécifique dans la recherche concernant l'application de l'acide alginique (ALG) dérivé d'algues en tant que biostimulant, particulièrement en combinaison avec le sulfate de potassium (PS), pour atténuer le stress salin chez les vignes.

Méthodologie
L'étude a employé un dispositif factoriel en blocs aléatoires complets (CRD) utilisant des pieds de vigne Flame Seedless de 3 ans cultivés dans de grands pots (80×80×65 cm) avec un sol sableux enrichi en fumier. L'expérience s'est déroulée au cours de la saison 2023–2024.

• Induction du stress : Le stress salin a été appliqué en utilisant quatre niveaux de NaCl : 0, 50, 100 et 200 mM. Le stress a été maintenu pendant 15 jours après sept mois d'établissement de la plante.
• Traitements : L'étude a évalué 24 combinaisons de traitements impliquant :
  • Acide alginique (ALG) : Appliqué par voie foliaire à des concentrations de 0,1 % et 0,2 % (source Tri-Kelp™).
  • Sulfate de potassium (PS) : Appliqué par voie foliaire à 0,2 % (K₂SO₄).
  • Combinaisons : Applications individuelles et co-applications d'ALG et de PS sous différents niveaux de salinité.
• Mesures : Les données ont été collectées 15 jours après la dernière application foliaire (période totale de traitement de 30 jours). Les paramètres incluaient :
  • Morphologiques : Longueur des pousses, diamètre de la tige, poids frais et sec des racines/feuilles, et surface foliaire.
  • Physiologiques : Conductance stomatique, ratios ioniques K⁺/Na⁺, fuite d'électrolytes et peroxydation lipidique (teneur en malondialdéhyde/MDA).
  • Biochimiques : Pigments photosynthétiques (Chl a, b, total, caroténoïdes), sucres solubles totaux (TSS), composés phénoliques totaux (TPC), flavonoïdes totaux (TFC) et proline libre.
  • Antioxydants enzymatiques : Activités de la superoxyde dismutase (SOD), de la catalase (CAT), de la guaiacol peroxydase (GPX) et de la polyphénol oxydase (PPO).
  • Métabolites secondaires : Quantification des stilbènes (trans-resvératrol, delta-viniférine, catéchine) via HPLC.
• Analyse statistique : Les données ont été analysées par ANOVA à deux facteurs, avec des comparaisons de moyennes effectuées via le test de Duncan's New Multiple Range Test (p ≤ 0,01). L'analyse en composantes principales (ACP) a été utilisée pour évaluer les relations entre les traits.

Résultats clés

1. Croissance et morphologie : La salinité a significativement réduit les paramètres de croissance. Cependant, les applications foliaires d'ALG (0,1 % et 0,2 %) et de PS, individuellement et en combinaison, ont atténué ces réductions. La co-application d'ALG 0,2 % + PS et l'ALG 0,1 % individuelle ont été identifiées comme les traitements les plus efficaces pour maintenir la croissance et la surface foliaire.
2. Homéostasie ionique et stabilité membranaire : Une salinité élevée (200 mM NaCl) a considérablement abaissé le ratio K⁺/Na⁺ et augmenté la fuite d'électrolytes ainsi que la teneur en MDA (indiquant des dommages membranaires).
   • Les traitements ALG et PS ont restauré les ratios K⁺/Na⁺, l'ALG 0,2 % + PS présentant la plus grande efficacité pour réduire la toxicité du Na⁺.
   • La fuite d'électrolytes a été significativement réduite par l'ALG 0,1 %, le PS et l'ALG 0,2 % + PS.
   • La peroxydation lipidique (MDA) a été réduite de 7 à 21 mmol g⁻¹ FW dans les plantes traitées par rapport aux témoins salins, l'ALG 0,1 % et 0,2 % montrant les effets individuels les plus forts pour abaisser le MDA.
3. Photosynthèse et sucres solubles : La salinité a diminué la teneur en chlorophylle et en caroténoïdes. Les traitements ALG (particulièrement 0,1 %) ont efficacement empêché la dégradation de la chlorophylle. L'ALG 0,2 % + PS était supérieur pour maintenir les niveaux de sucres solubles totaux, essentiels pour l'ajustement osmotique.
4. Systèmes antioxydants :
   • Non-enzymatiques : Les traitements ALG et PS ont maintenu ou augmenté les niveaux de TPC, TFC et de proline. L'ALG 0,1 % était particulièrement efficace pour maintenir les niveaux de TPC et TFC comparables aux témoins non salins sous un stress sévère.
   • Enzymatiques : La co-application d'ALG et de PS a stimulé de manière synergique les activités des enzymes antioxydantes. Sous haute salinité, l'ALG 0,2 % + PS et l'ALG 0,1 % + PS ont augmenté les activités de la SOD, de la CAT, de la GPX et de la PPO d'environ 60 %, 50 %, 56 % et 50 % respectivement, par rapport aux témoins.
5. Métabolites secondaires : Le stress salin a généralement augmenté la biosynthèse des stilbènes. La co-application d'ALG 0,2 % + PS a entraîné les concentrations les plus élevées de métabolites clés : viniférine (61,88 µg g⁻¹ FW), resvératrol (132,17 µg g⁻¹ FW) et catéchine (49,06 µg g⁻¹ FW).
6. Analyse ACP : L'analyse a confirmé que les traitements ALG et PS se regroupent positivement avec les traits bénéfiques (enzymes antioxydantes, absorption de K⁺, métabolites secondaires) et négativement avec les indicateurs de stress (absorption de Na⁺, MDA, fuite d'électrolytes), validant leur rôle dans l'atténuation du stress.

Signification et affirmations
L'article affirme que la co-application d'acide alginique dérivé d'algues et de sulfate de potassium offre une stratégie prometteuse et durable pour atténuer le stress salin chez les vignes Flame Seedless. L'étude souligne que :

• Mécanisme synergique : La combinaison d'ALG et de PS agit de manière synergique pour réguler les systèmes antioxydants (tant enzymatiques que non enzymatiques) et maintenir l'homéostasie Na⁺/K⁺ plus efficacement que les traitements individuels.
• Atténuation du stress : Ces biostimulants atténuent le stress salin en réduisant les dommages oxydatifs (peroxydation lipidique), en préservant l'intégrité des membranes et en maintenant la capacité photosynthétique.
• Induction métabolique : Les traitements stimulent la biosynthèse de métabolites secondaires précieux (stilbènes, phénoliques, flavonoïdes) qui servent de composés de défense contre le stress abiotique.
• Application pratique : Les résultats suggèrent que les biostimulants à base d'ALG, surtout lorsqu'ils sont complétés par des engrais potassiques, peuvent être intégrés dans les pratiques viticoles pour renforcer la résilience de la vigne dans les environnements salins, soutenant ainsi une production durable dans les régions arides.

Les auteurs concluent que bien que l'ALG et le PS soient efficaces, des recherches futures utilisant les technologies omiques sont nécessaires pour élucider pleinement les mécanismes moléculaires et les voies d'expression génique impliqués dans cette atténuation du stress.