EFFETS DES CHAMPIGNONS ENDOMYCORHtZlENS SUR LE BOUTURAGE ET LA CROISSANCE DE PLANTES LIGNEUSES ORNEMENTALES

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1 EFFETS DES CHAMPIGNONS ENDOMYCORHtZlENS SUR LE BOUTURAGE ET LA CROISSANCE DE PLANTES LIGNEUSES ORNEMENTALES Mémoire présenté à la Faculté des études supérieures de l'université Laval pour l'obtention du grade de maître ès sciences (M.Sc.) Département de phytologie FACULTÉ DES SCIENCES DE L'AGRICULTURE ET DE L'ALIMENTATION UNNERSITÉ LAVAL O Martin Trépanier, 1998

2 National Library 1+1.,da Acquisitions and BibEographic Senrices Bibliothèque nationale du Canada Acquisitions et services bibliographiques 395 Wellington Street 395, rue Wellington OttawaON KlA ON4 Ottawa ON K1A ON4 Canada Canach The author has granted a nonexclusive licence allowing the National Library of Canada to reproduce, loan, distribute or sell copies of this thesis in micrufom, paper or electronic formats. The author retains ownership of the copyright in this thesis. Neither the thesis nor substantial extracts fiom it may be printed or otherwise reproduced without the author's permission. L'auteur a accordé une licence non exclusive permettant à la Bibliothèque nationale du Canada de reproduire, prêter, distribuer ou vendre des copies de cette thèse sous la forme de microfiche/film, de reproduction sur papier ou sur format électronique. L'auteur conserve la propriété du droit d'auteur qui protège cette thèse. Ni la thèse ni des extraits substantiels de celle-ci ne doivent être imprimés ou autrement reproduits sans son autorisation.

3 Un inoculum commercial de Glomus intraradices Schenk et Smith, un champignon mycorhizien à vésicules et à arbuscules, a été utilisé dans le but d'étudier ses effets sur l'enracinement des boutures et la croissance subséquente de trois plantes ligneuses ornementales (Junipencs Sabina 'Blue Danube', Cornus stolonifra var coloradensis et Pmnus x cistena). Le substrat d'enracinement des boutures a été préparé de façon à contenir O, 10,20,40 et 80% de l'inoculum commercial. Pour les trois espèces, la présence de l'inoculum dans le substrat d'enracinement n'a pas eu d'effet important au stade de l'enracinement des boutures, et ce, même si les jeunes racines de Junipem et de Cornus inoculées présentaient une colonisation. Par contre, celles de Prunus x cistena n'ont pas été colonisées. Lors de la reprise en contenants, la croissance des jeunes plants mycorhizés de Junipem Sabina 'Blue Danube' et de Cornus stoloniferu var coloradenris a respectivement été jusqu'à 50% et 25% supérieure à celle des témoins au cours de la première année de culture. En outre, certains éléments minéraux (N, P et Zn) étaient présents en plus grandes quantités dans les plants mycorhizés. Par ailleurs, les r é d b t s indiquent que la proportion d'inoculum mélangé au substrat d'enracinement la plus appropriée pour le Jimiperus, une espèce à enracinement lent, est de 40% et la plus appropriée pour le Cornus, une espèce à enracinement rapide, est de 20%.

4 Je tiens tout d'abord a remercier mon directeur de recherche, le Docteur Jacques-André Riow qui, depuis le début de mes études en bio-agronomie, m'a toujours encouragé à aller de l'avant dans tout ce que j'entreprenais. Maintes fois, je suis allé lui proposer de nouveaux projets et chaque fois j'ai reçu une oreille attentive. Sa grande disponibilité et son respect profond des étudiants en font une personne que je recommanderais à tous pour leurs études supérieures. La réalisation de ce projet de recherche aurait été bien difficile sans l'aide de merveilleux professionnels de recherche dont Hélène Désilets, Éric Dugal, Isabelle Duchesne et Marie- Pierre Lamy. Leurs précieux conseils et leur aide technique m'ont mainte fois dépanné en de nombreuses circonstances... Je tiens également à remercier Annie Duval, Peter Moutoglis et Susan Parent, de Premier Tech Ltée, qui m'ont toujours fourni à temps le précieux inoculurn mycorhizien. ainsi que pour tous les renseignements qu'ils m'ont fourni. Ils ont toujours rendu mes visites à Rivière-du-Loup des plus agréables. La réalisation de cette maîtrise n'aurait pu avoir lieu sans le support financier du Fonds FCAR. de la Fondation de l'université Laval, du CRSNG et de Premier Tech Ltée (Rivière-du-Loup). Je remercie sincèrement ces organismes et compagnie pour leur soutien. Finalement, l'appui de la famille, des amis(es) et des collègues de travail est des plus précieux pour un étudiant chercheur. Merci à vous tous!

5 EZÉsuMÉ. REMERCIEMENTS....,.... m TABLE DES MATIÈRES... LISTE DES FIGURES VU LISTE DES TABLEAUX... X CHAPITRE I REWUE BIBLIOGRAPHIQUE 1.1 INTRODUCTION BIOLOGIE DES SYMBIOSES MYCORHIZIENNES ÉTABLISSEMENT DE LA SYMBIOSE ENDOMYCORHISIENNE... 8 I.4 EFFETS BENEFIQUES DES CWPIGNONS ENDOMYCORHISIENS SUR P. LES VEGETAUX UTILISATION DE CHAMPIGNONS ENDOMYCORHIZIENS LORS DE LA MULTIPLICATION DE PLANTES LIGNEUSES ORNEMENTALES HYPOTHÈSET OBJECTIF DE RECHERCHE DESCRIPTION ET QUACITÉ DE L'INOCULUM UTILISÉ LES TRAITEMENTS APPLIQUES... 17

6 PHASE DE MULTIPLICATION PAR BOUTURES Conditions d'enracinement et soins apportés Préparation et traitements des boutures Junipenrs sabina 'Blue Danube' Cornu stolonifrra var coloradensis Prunus x cistena Dispositif expérimental Paramètres études Enracinement et analyses minérales Évaluation de la colonisation PHASE DE CROISSANCE EN CHAMP Conditions environnementales et soins apportés C Paramètres étudies ANALYSE STATISTIQUE RÉSULTATS OBTENUS AVEC LEJUNIPERUSSABINA 'BLUE DANUBE' Évaluation des boutures Pourcentage d'enracinement Qualité de l'enracinement Colonisation des racines par le champignon A Évaluation de la teneur en éléments minéraux Évaluation des plants après une saison de croissance en contenants Colonisation. des racines par le champignon Evaluation de la croissance Évaluation de la teneur en éléments minéraux dans les plants RÉSULTATS OBTENUS AVEC LE CORNUS STOLONIFERA VAR COLORA-. DENSIS Evaluation des boutures Pourcentage d'enracinement Qualité de l'enracinement Colonisation. des racines par le champignon Evaluation de la teneur en éléments minéraux Évaluation des plants après une saison de croissance en contenants Colonisation. des racines par le champignon Evaluation. de la croissance Evaluation de la teneur en éléments minéraux 48

7 3.3 RÉSULTATS OBTENUS AVEC LE PRUNUS X CISTE NA S Évaluation des boutures Pourcentage d'enracinement Qualité de l'enracinement Colonisation des racines par le champignon Évaluation de la teneur en éléments minéraux CHAPITRE 4 DISCUSSION 4.1 INFLUENCE DU CHAMPIGNON ENDOMYCOR-KIZIEN SUR L'ENRACINE- MENT DES BOUTURES INFLUENCE DU CHAMPIGNON ENDOMYCORHIZIEN SUR LA CROIS-... SANCE EN CONTENANTS INFLUENCE DU CHAMPIGNON MYCORHIZEN SUR LE CONTENU EN ÉLEMENTS MINÉRAUX INFLUENCE DE LA PROPORTION DWOCULUM UTILISÉE SUR LA COLONISATION RACmAIRE INFLUENCE DE L'ÉTAT PHYSIOLOGIQUE DE LA BOUTURE CONCLUSION BIBLIOGRAPHIE 6 8 ANNEXE A... 73

8 LISTE DES FIGURES Figure I : Dispositif servant à estimer la colonisation des racines, une adaptation de la méthode d'intersection de Giovaunetti et Mosse (1980). Une évaluation de la présence ou l'absence de champignons mycorhiziens est réalisée a chaque point de rencontre entre une racine et le quadrillage Figure 2 : Pourcentage de colonisation racinaire des boutures de Juniperus sabina 'Blue Danube' et de plants de poireaux en fonction de la proportion d'inoculum contenue dans le substrat d'enracinement, et ce, cinq mois.. après la mise a enraciner Figure 3. Pourcentage de colonisation racinaire par le champignon endomycorhizien sur les plants de Junipem sabina 'Blue Danube' en fonction de la proportion d'inoculum contenue dans le substrat d'enracinement. et ce. après 3 mois de culture en contenants Figure 4. Croissance en longueur de la tige principale des plants de Juniperus sabina 'Blue Danube' en fonction de la proportion d'inoculum contenue dans le substrat d'enracinement, et ce, à trois moments au cours de la phase de... croissance en contenants. 3 5 Figure 5 : Masse sèche aérienne des plants de Juniperus sabim 'Blue Danube' en fonction de la proportion d'inoculum contenue dans le substrat d'enracine- ment, et ce, après trois mois de culture en contenants

9 Figure 6. Masse sèche racinaire des plants de Juniperus sabim 'Blue Danube' en fonction de la proportion d'inoculum contenue dans le substrat d'enraci- nement, et ce, après trois mois de culture en contenants Figure 7 : Pourcentage d'enracinement des boutures de Cornus stolonifera var coloradensis en fonction de la proportion d'inoculum contenue dans le substrat d'enracinement, et ce, trois mois après la mise à enraciner Figure 8 : Pourcentage de colonisation racinaire des boutures de Cornus stolonifera var coloradensis et de plants de poireaux en fonction de la proportion d'inoculum contenue dans le substrat d'enracinement, et ce, trois mois.. après la mise a enraciner Figure 9. Pourcentage de colonisation racinaire par le champignon endomycorhizien sur les plants de Cornus stolonifera var coloradensis en fonction de la proportion d'inoculum contenue dans le substrat d'enracinement, et ce, après trois mois de culture en contenants Figure 10 : Croissance en longueur de la tige principale des plants de Cor~zustolonifera var coloradensis en fonction de la proportion d'inoculum contenue dans le substrat d'enracinement, et ce, à trois moments au cours de la phase de croissance en contenants Figure 1 1 : Masse sèche racinaire des plants de Cornus stolonijéra var coloradensis en fonction de la proportion d'inocdum contenue dans le substrat d'enracinement, et ce, après trois mois de culture en contenants

10 Figure 12 : Masse sèche aérienne des plants de Cornus stolonifet-a var coloradensis en fonction de la proportion d'inoculum contenue dans le substrat d'enracinement, et ce, après trois mois de culture en contenants Figure 13 : Pourcentage de colonisation racinaire des boutures de Prunus x cistena et de plants de poireaux en fonction de la proportion d'inoculum contenue dans le substrat d'enracinement, et ce, trois mois après Ia mise à enraciner

11 LISTE DES TABLEAUX Tableau 1 : Caractéristiques chimiques des substrats d'enracinement utilisés (ph et des éléments extractibles au Melich III) Tableau 2 : en éléments minéraux de la solution nutritive utilisée après l'enracinement des boutures de Juniperus sabina 'Blue Danube' et de Cornus stolonifera var coloradensis au cours de la phase de multiplication. 2 0 Tableau 3 : en éléments minéraux des solutions nutritives utilisées au cours de la multiplication par boutures de Prunus x cistena et au cours de la culture en contenants des plants de Juniperus sabina 'Blue Danube' et de Cornus stolonifera var coloradensis Tableau 4 : Caractéristiques chimiques du substrat utilisé lors de la mise en contenants des boutures et des éléments extractibles grâce à la méthode Melich lii) Tableau 5 : Caractéristiques chimiques du substrat utilisé lors de la mise en contenants des boutures (teneur (ppm) des éléments minéraux extractibles en milieu saturé) (données fournies par le fabricant du substrat) Tableau 6 : Coefficient des contrastes quantitatifs utilisés dans les analyses statistiques r de l'expenence... 27

12 Tableau 7 : Pourcentage d'enracinement des boutures de Juniperus sabina 'Blue Danube' en fonction de la proportion d'inoculum contenue dans le substrat d'enracinement, et ce, cinq mois après la mise a enraciner Tableau 8 : Nombre de racines et masses sèches racinaire et aérienne des boutures de Juniperus sabina 'Blue Danube' en fonction de la proportion d'inoculum contenue dans le substrat d'enracinement, et ce, cinq mois après la mise à... enraciner. 3 0 Tableau 9 : Teneur (en terme de ppm sur une base de masse sèche) des éléments minéraux présents dans les parties racinaires des boutures de Junipenrs sabina 'Blue Danube' en fonction de la proportion d'inoculum contenue dans le substrat, et ce, cinq mois après la mise à enraciner Tableau 10 : Teneur (en terme de ppm sur une base de masse sèche) des éléments minéraux présents dans les parties aériennes des boutures de Juniperus sabina 'Blue Danube', en fonction de la proportion d'inoculum contenue dans le substrat, et ce, cinq mois après la mise à enraciner Tableau 1 1 : Teneur (en terme de ppm su. une base de masse sèche) des éléments minéraux présents dans les parties racinaires des plants de Juniperus sabina 'Blue Danube' en fonction de la proportion d'inoculurn contenue dans le substrat, et ce, après trois mois de culture en contenants Tableau 12 : Teneur (en terme de pprn sur une base de masse sèche) des éléments minéraux présents dans les parties aériennes des plants de Juniperus sabina 'Blue Danube' en fonction de la proportion d'inoculum contenue dans le substrat, et ce, après trois mois de culture en contenants

13 XII Tableau 13 : Nombre de racines et masses sèches rackaire et aérienne des boutures de Cornus stolonfera var coloradensis en fonction de la proportion d'inocdum contenue dans le substrat d'enracinement, et ce, trois mois -. après la mise a enraciner Tableau 14 : Teneur (en terme de ppm sur une base de masse sèche) des éléments minéraux présents dans les parties racinaires des boutures de Cornus stolonifra var coloradensis en fonction de la proportion d'inoculum contenue dans le substrat, et ce, trois mois après la mise à enraciner Tableau 15 : Teneur (en terme de pprn sur une base de masse sèchej des éléments minéraux présents dans les parties aériennes des boutures de Cornus stoolonifera var coloradensis en fonction de la proportion d'inoculum contenue dans le substrat? et ce, trois mois après la mise à enraciner Tableau 16 : Teneur (en terme de ppm sur une base de masse sèche) des déments minéraux présents dans les parties racinaires des plants de Cornus stolonifera var coloradensis en fonction de la proportion d'inoculum contenue dans le substrat, et ce, après trois mois de culture en contenants Tableau 17 : Teneur (en texme de ppm sur une base de masse sèche) des éléments minéraux présents dans les parties aériennes des plants de Cornus stolonifra var colorademis en fonction de la proportion d'inoculum contenue dans le substrat, et ce, après trois mois de culture en contenants Tableau 18 : Pourcentage d'enracinement des boutures de Prunus x cistena en fonction de la proportion d'inoculum contenue dans le substrat d'enracinement, et ce, trois mois apres la mise a enraciner

14 Tableau 19 : Masses sèches racinaire et aérienne des boutures de Ptunus x cistena en fonction de la proportion d'inoculum contenue dans le substrat d'enracinement, et ce, trois mois après la mise à enraciner Tableau 20 : Teneur (en terme de ppm sur une base de masse sèche) des éléments minéraux présents dans les parties racinaires des boutures de Prunus x cistena, en fonction de la proportion d'inoculum contenue dans le substrat, et ce, trois mois après la mise à enraciner Tableau 21 : Teneur (en terme de ppm sur une base de masse sèche) des éléments minéraux présents dans les parties aériennes des boutures de Prunus x cistena, en fonction de la proportion d'inoculum contenue dans le substrat, et ce, trois mois après la mise à enraciner Tableau 22 : Principales variations de la teneur en éléments minéraux des boutures et des plants observées entre le témoin et les traitements contenant de l'inocdum...~... 59

15 Les études portant sur l'origine des êtres vivants nous laisse supposer que, depuis les premières formes de vie, l'évolution et la sélection naturelle ont toujours favorisé les associations symbiotiques. L'union intime de deux ou plusieurs organismes permet une meilleure adaptation aux conditions environnementales ainsi qu'une plus grande compétition envers d'autres êtres vivants. Il y a 400 millions d'années, l'invasion de la terre ferme par les végétaux a été un succès grâce à l'association symbiotique entre les plantes terrestres et des champignons (Kendrick? 1992). Habitués aux milieux aquatiques, les végétaux primitifs baignaient constamment dans un bouillon nutritif et n'avaient qu'à absorber les éléments minéraux par diffusion. Lors de l'apparition des continents, les systèmes racinaires des plantes n'étaient pas assez efficaces pour combler leur besoin en eau et en éléments minéraux dans le cas d'une éventuelle colonisation de la terre ferme. Certains champignons, développant un fin et important réseau mycélien, étaient par contre parfaitement adaptés a explorer le sol, mais avaient un besoin absolu en hydrates de carbone. Ces hydrates de carbone peuvent être foumis par une plante. Plusieurs Npes d'associations, comme les différentes symbioses mycorhiziemes, apparurent dors pour satisfaire les exigences de chacun. Ces associations symbiotiques sont propres a certains groupes végétaux et à certains écosystèmes naturels et sont rencontrées chez plus de espèces de plantes (Kendrick, 1992). Cependant, depuis qu'il cultive le sol, l'homme n'a presque jamais tenu compte de la symbiose mycorhizieme et de son importance pour la plante, ni des avantages qu'il podt lui-même en tirer. Ceci est tout à fait normal car le champignon est microscopique. Certaines personnes ont d'ailleurs observé qu'une plante arrachée à son milieu naturel poussait mieux si l'on emportait un peu de sa terre d'origine avec elle (É. Rochat, comm. pers.). Il est vrai que dans de nombreuses cultures, surtout pour les cultures pérennes, les plants finissent par se faire

16 mycorhizer naturellement par les endophytes du sol. Cette colonisation peut par contre se faire très lentement ou même être entravée sérieusement par les nombreux traitements apportées aux cultures. Les labours répétés, les fertilisations abondantes et l'utilisation d'une grande quantité de pesticides sont toutes des pratiques pouvant affecter considérablement les popdations endomycorhiuemes naturelles, voire même les éliminer complètement d'un champ. Depuis leur découverte, les champignons mycorhiziens ont fait l'objet d'importantes recherches dans le but de connaître leur fonctionnement, tant au niveau fondamental qu'au niveau appliqué. Nous disposons maintenant d'un nombre toujours grandissant de données qui nous permettront de les utiliser plus efficacement. Plusieurs types de cultures ont déjà été étudiés et répondent favorablement à l'utilisation de champignons mycorhipens. Il reste encore à déterminer la meilleure façon d'inoculer les plants pour favoriser à la fois le développement du champignon et de la plante. Le domaine de l'horticulture ornementale est un des secteurs où l'utilisation de champignons mycorhiziens devrait être la plus bénéfique pour la plante. En effet, un grand nombre de végétaux utilisés sont des clones provenant directement de la nature, ou qui n'ont été le fhit que de quelques croisements. Puisque ces plantes sont très semblables à celles que i'on retrouve en milieu naturel et que ces demières présentent presque toutes une colonisation mycorhizienne, nous supposons qu'elles retireraient des avantages certains d'être mycorhizées lors de leur production en pépinière. Jusqu'à tout récemment, la non-disponibilité d'un inocdum mycorhizien commercial a toujours empêché la colonisation des plants produits en pépinière par l'un ou l'autre des champignons mycorhiziens. Cependant, certaines compagnies ont maintenant réussi à développer des méthodes efficaces de production d'inoculums. Puisque ces inoculums sont maintenant disponibles sur le marché, rien n'empêche leur utilisation par Les producteurs. Il faut cependant justifier leurs coûts d'utilisation auprès des pépiniéristes et des consommateurs.

17 L'objectif principal de ce projet de recherche est donc de déterminer Ies effets de I'utilisation d'un de ces inoculums mycor~teurs lors du bouturage de plantes ligneuses ornementales. Nous étudions les effets de diffërentes concentrations tant au niveau de la période de multiplication qu'au cours de la phase de croissance qui suit ceiie de la rnuitiplication. Nous tentons également d'établir une dose optimale d'inocdum mycorhizien à utiliser. Ce document se compose en premier lieu d'une revue de la littérature dans laqueile nous étudions la biologie des différentes associations mycorhiziennes. Par la suite, on y retrouve une description de la méthodologie expérimentale utilisée, une présentation détaillée des résultats, une discussion approfondie de ces résultats et, finaiement, une conclusion générale.

18 1.1 INTRODUCTION Les symbioses mycorhiziennes sont omniprésentes dans notre environnement naturel, mais insasamment utilisées en agriculture moderne. Il y a près de 2000 ans, Théophraste avait déjà remarqué la curieuse disposition de certaines espèces de champignons au voisinage des racines d'essences forestières. Ce n'est cependant qu'en 1885 que Frank (d'après Boullard, 1968) décrit le complexe de la mycorhization, qu'il crée le mot «mycorhize n et qu'il explique les relations entre les deux organismes associés. Il ne faut pas oublier les écrits de Pfeffer (d'après Boullard, 1968) qui supposa le premier, en 1877, que les champignons associ6s aux racines de divers arbres devaient servir de convoyeurs de substances tirées de l'humus au bénéfice de la plante hôte. La connaissance des champignons mycorhiziens est donc relativement jeune. De grandes découvertes ont été faites, mais il demeure encore de très nombreux points à éclaircir au sujet de cette importante association. La symbiose mycorhizienne est donc une union intime entre les racines d'une plante et un champignon du sol. Le terme symbiose implique que les deux partenaires retirent un bénéfice de cette association. Ainsi, la plante foumit généralement des hydrates de carbone au champignon alors que ce dernier fournit un apport en eau ou en éléments minéraux par une augmentation de la surface d'absorption. Les relations et les échanges entre les deux hôtes peuvent varier selon le type de symbiose mycorhizienne présente.

19 Rappelons que plus de 90% des plantes terrestres présentent l'me ou l'autre des associations mycorhiziemes à l'état naturel. La majorité des plantes utilisées en horticulture ornementde font partie de ce nombre. Afin de déterminer comment nous pourrions utiliser les symbioses mycorhiziemes dans l'agriculture contemporaine, plus p~culièrement dans la production de plantes ligneuses ornementales, nous ferons d'abord un bref tour d'horizon des différentes associations mycorhiziennes. En effet, chaque type d'association mycorhizienne ne convient pas a chaque espèce de plantes. L'association dont il sera question dans ce mémoire est la symbiose endomycorhipe~e à vésicules et à arbuscules. Nous verrons les dieérents effets bénéfiques dont la plante peut retirer de cette association, ainsi que différentes expériences ayant déjà eu lieu en horticulture ornementale avec ce type de mycorhize. 1.2 BIOLOGIE DES SYMBIOSES MYCORHUENNES En conditions naturelles, nous retrouvons plusieurs types d'associations mycorhiziemes variant selon les espèces végétales et les écosystèmes. Nommons entre autres les ectomycorhizes, les ectoendomycorhizes, les endomycorhizes éncoïdes, les mycorhizes des orchidées et les endomycorhizes à vésicules et à arbuscules (Boullard, 1982). Il est important d'abord de bien saisir les différences qui existent entre ces diverses symbioses mycorhiziennes même si, dans ce travail, nous nous intéressons exclusivement aux endomycorhizes à vésicules et à arbuscules. Les ectomycorhizes (Kendrick, 1 992) Cette association mycorhizienne se rencontre chez près de 2000 espèces de plantes, dont certaines essences forestières a importance économique. Ces espèces appartiennent à diverses fdes botaniques dont les mieux connues sont les Pinacées (épinettes, sapins, pruches, etc), les Cupressacées (thujas, genévriers), les Fagacées (chênes, hêtres), les Bétulacées (bouleaux), les Salicacées (saules), les Acéracées (érables), les Tiliacées (tilleuls), les Ulmacées (ormes), les Myrtacées (eucalyptus) et plusieurs autres. Environ 5000 espèces de champignons, appartenant majoritairement aux Basidiomycètes et aux Ascomycètes, établissent des symbioses

20 ectomycorhiziennes. Ces champignons forment un manchon fongique autour de la racine et un important réseau de mycélium (réseau de Hartig) autour des cellules corticales. Notons que les hyphes de ces champignons ne pénètrent jamais à l'intérieur des cellules. Les ectomycorhizes dominent en forêts boréales fioides et sont très rares en contrées tropicales. Les ectoendomycorhizes Cette association se rapproche des ectomycorhizes par la présence d'un important mycélium superficiel externe, mais possède en plus certaines formations intracellulaires. Le pin présente souvent ce genre d'association. Chez Arctostuphylos uva-ursi, le champignon forme un véritable manchon fongique mais son réseau de Hartig est peu développé. De ce réseau, des hyphes pénètrent à l'intérieur des cellules corticales vivantes où le champignon développe des pelotons doués d'organites cytoplasmiques (Scannerini et Bonfante-Fasolo, 1982). L'appellation «mycorhizes arbutoïdes» est souvent utilisée pour nommer cette association. Une autre association ectoendomycorhizienne porte le nom de «mycorhizes monotropoïdes» et est présente chez le genre Monotropa. Les complexes constitués par les Arbutoidées et les Monotropacées seraient dus à des Basidiomycètes par ailleurs aptes à I'ectomycorhization d'essences feuillues (Boullard, 1982). Les endomycorhizes éricoïdes Ce type d'association mycorhizieme est présente sur les plantes de la famille des Éricacées, plus spécifiquement chez les sous-familles Ericoideae (Erica, Calluna), Rhododendroideae (Rhododendron), Vaccinioideae (bleuet, canneberge), Epachridaceae et Empetraceae (Isaac, 1992). La plupart de ces associations sont formées par un Ascomycete du genre Pezizella. Après pénétration, l'hyphe intracellulaire forme des pelotons remplissant les cellules corticales. Cette association est active pendant une courte période de temps (3 à 4 semaines), après quoi la membrane cytoplasmique de l'hôte perd son intégrité et meurt. Ce processus semble lié a la croissance et au développement de nouvelles racines (Isaac, 1992). Les endomycorhizes éricoïdes se retrouvent dans les sols froids, humides et acides, comme les tourbières, où il y a peu de dégradation de la matière organique.

21 Les mycorhizes des orchidées (Isaac, 1992) La famille des Orchidacées regroupe des millien d'espèces à travers le monde. Toutes les orchidées forment une association symbiotique avec des champignons au moment des premières étapes de leur développement. Les semences d'orchidées sont extrêmement petites et presque dépourvues de réserves nutritives. L'infection des semences par le champignon est alors essentielle en milieu naturel pour assurer une germination. Les champignons impliqués sont membres de l'ordre des Basidiomycotina et appartiennent souvent au genre Rhizocionia. Ce sont d'ailleurs des parasites fréquemment retrouvés chez certaines plantes cultivées. À 1' âge adulte, certaines orchidées élimineront complètement le champignon alors que d'autres le garderont toute leur vie. Les endomycorhizes à vésicules et à arbuscules Ce type de symbiose mycorhizienne est le mieux connu et celui qui a été le plus étudié. Les champignons endomycorhiziens à vésicules et a arbuscules appartiennent à l'ordre des Glomales de la classe des Zygomycètes. Les genres les plus communs sont les Glomus, les Gigaspora et les Acaulospora (Toney, 1992). Ce sont des champignons montrant très peu de spécificité envers leurs hôtes. En effet, plus de espèces de plantes sont mycorhizées par seulement 130 espèces de champignons endornycorhiziens (Kendrick, 1992). Ils sont présents chez les Bryophytes, les Ptéridophytes, les Gymnospermes et les Angiospermes (Torrey, 1992). Le cycle de reproduction sexuée des membres de cet ordre reste pour l'instant inconnu. Leur reproduction n'est donc assurée que par des spores asexuées (conidies). Ces spores sont souvent très grosses ( pm) et se rencontrent fréquemment dans la plupart des sols (Kendrick 1992). Le mycélium du champignon est fomé d'hyphes non-septées et ramifiées (Annexe A, photo 1) qui peuvent développer deux structures importantes, les arbuscules et les vésicules. Les arbuscules (Annexe A, photo 2) sont des hyphes trés ramifiées, ayant l'apparence d'un arbre, et se forment uniquement à L'intérieur des cellules, entre la paroi et la membrane cytoplasmique. La membrane des ultimes digitations est fine, sa perméabilité est grande et sa surface développée est considérable. Les arbuscules sont le site d'échange de minéraux et de nutriments entre la plante hôte et le champignon (Boullard, 1968). La plante fournit des hydrates de carbone au champignon alors que ce dernier donne en échange de l'eau et divers éléments minéraux, dont le

22 phosphore. La durée de vie des arbuscuies est courte. Après 4 à 15 jours, l'arbuscule dégénère et la celiule de l'hôte retrouve son état normal (Kendrick, 1992). Les vésicules (Annexe A, photo 3) sont plutôt des renflements sphériques ou ovoïdes et peuvent être intra- ou inter-cellulaires. Ils ont un rôle d'entreposage de Lipides, de potassium, de calcium et de magnésium (Werner, 1992). On y retrouve également des noyaux en abondance et un protoplasme très dense. Les vésicules peuvent servir d'organes de réserve ou d'organes de survie. Une seule vésicule peut en effet redonner un organisme complet et fonctiomel (Boullard, 1968). À l'extérieur de la racine se développe un fin réseau d'hyphes explorant le sol. Ces hyphes peuvent s'étendre jusqu'à 8 cm de la racine hôte (Kendrick, 1992). C'est pourquoi une plante mycorhwe peut exploiter un plus grand volume de sol qu'une plante non-mycorbizée. 13 ÉTABLISSEMENT DE LA SYMBIOSE ENDOMYCORHIZIENNE L'établissement d'une association endomycorhizieme à vésicdes et à arbuscuies se fait en une série d'étapes précises qui ont été largement étudiées. Après inoculation, les premiers signes d'infection apparaissent, selon les espèces, au cours des 3 à 12 jours qui suivent (Afek et al., 1990). En premier lieu., le champignon mycorhizien, sous forme de spore ou d'hyphe, doit reconnaître une racine pouvant lui servir d'hôte. Il est accepté que cette reconnaissance s'effectue à l'aide de divers composés exsudés par la racine et présents dans la rhizosphère. Notons qu'une plante déficiente en phosphore produit ces composés en plus grande quantité (Graham et al., 1981). Aucun composé précis n'a cependant été identifié jusqu'à maintenant. Le champignon établit alors un appressorium à la surface de la cellule et pénètre la racine (Kendrick, 1992). Le mycélium peut ainsi passer de cellule en cellule et former des vésicules et des arbuscules. Le champignon ne pénètre jamais dans le cytoplasme des cellules de l'hôte. Des hyphes extracellulaires se développent pour suivre la croissance de la racine ou établir d'autres foyers d'infection dans la racine. Un réseau d'hyphes extra-racinaires se forme dans le but de recueillir de l'eau et des éléments minéraux, comme le phosphore, lesquels sont ensuite échangés avec la plante en retour d'hydrates de carbone. Notons que certaines espèces végétales, qualifiées de nonmycotrophes, n'établissent pas de symbiose endomycorhizie~e à vésicules et à arbuscules. Ce

23 sont généralement des plantes appartenant à certaines familles botaniques dont les Brassicacées, les Commélinacées, les Cypéracées, les Éricacées, les Juncacées, les Protéacées, les Polygonacées, les Résédacées, les Urticacées, les Chénopodiacées, les Arnaranthacées, les CaryophyIIacées, les Portulacacées (Kendrick, 1992 ; Schreiner et Koide, I993), ainsi que Ia plupart des 2000 espèces iigneuses qui forment des associations ectomycorhiziennes. Ces plantes peuvent être non-reconnues comme hôtes par le champignon ou peuvent produire des composés anti-fongiques nomidentifiés empêchant la colonisation (Schreiner et Koide, 1993). 1.4 EFFETS BÉNÉFTQUES DES CHAMPIGNONS ENDOMYCORHZIENS SUR LES VÉGÉTAUX Le champignon endomycorbizien à vésicules et à arbuscules établit différentes structures à Ilintérieur de la racine, mais également à l'extérieur. 11 a été évalué que Les hyphes de ce dernier peuvent atteindre une Longueur totale de 125 km pour un volurne d'un mètre cube de substrat, lorsqu'associées à une plante hôte (Premier, 1997). Puisque ces hyphes sont directement branchées sur le système racinaire de la plante, on peut les considérer comme une extension de ce système racinaire. En effet, ce qui est absorbé par les hyphes extra-racinaires sera transloqué en grande partie vers les racines de la plante hôte. Grâce à cet dlié, la plante retirera de nombreux effets bénéfiques comme une meilleure résistance aux stress hydriques, une meilleure absorption du phosphore et de plusieurs autres éléments ainsi qu'une meilleure résistance à certains pathogènes. Résistance aux stress hydriques Les champignons endomycorhiziens entraînent une augmentation de la résistance de la piante au manque d'eau (Sylvia et al., 1993). Le mycélium du champignon d'une plante mycorhizée explore un volume de sol beaucoup plus important qu'une plante normale. Les fines hyphes du champignon peuvent aller chercher l'eau à des endroits inaccessibles par les grosses racines de la plante. Une expérience réalisée sur Rosa hybrida L. cv Sarnantha a montré que les champignons endomycorhiziens Glornus inparadices Schenk et Smith et Glomus deserticola

24 Trappe, Bloss et Menge permettent un maintien de la turgescence au niveau du feuillage lors de déficits hydriques (Augé et al., 1986). Plusieurs expériences portant sur un large éventail de plantes vivrières ou fourragères, comme le maïs (Sylvia et al., 1993), le blé (Allen et Boosaiis, 1983), l'oignon (Nelsen et Safir, 1982)' le poivron (Waterer et Coltman, 1989), le soya (Busse et Eh, 1985) ou le trèfle (Fitter, 1988), démontrent que les plantes mycorhizées ont une bien meilleure résistance aux stress hydriques. Meilleure absorption du phosphore Le champignon mycorhizien est capable d'absorber plus efficacement certaines formes de phosphore et de les transloquer vers la plante (Werner, 1992). À L'instar des microorganismes solubilisateurs de phosphore présents dans la rhizosphère tels les clones de Pseudornonas sp., d7enterobacter sp. ou de Rhizopus sp. (Chabot et al., 1993), les champignons endomycorhiziens à vésicdes et à arbuscules peuvent solubiliser le phosphore présent dans le sol par l'émission de divers composés (Jakobsen, 1992). Ce phosphore solubilisé peut ensuite être absorbé soit par le champignon, soit directement par la plante. S'il est absorbé par le champignon, il sera par Ia suite transloqué vers la plante. Une expérience réalisée sur une plante ornementale a par ailleurs démontré qu'il était possible de diminuer l'application de phosphore de moitié et d'obtenir la même croissance en présence d'endomycorhizes (Yeager et al., 1990). Ce sont surtout les plantes ayant une faible efficacité d'utilisation du phosphore qui réagissent le plus a la mycorhization (Manjunath et Habte, 1991). Plusieurs auteurs considèrent que l'application de fortes quantités de phosphore diminuait l'infection par le champignon endomycorhizien (Arnijee et al., 1992). Cette diminution peut apparaître dès que la dose de phosphore appliquée dépasse 25 ppm pour un substrat tourbeux (Parent, 1997 ; communication personnelle). Meilleure absorption de certains autres éléments Outre le phosphore, la symbiose mycorhkienne peut faciliter l'absorption de divers autres éléments minéraux. Le cuivre (Li et al., 1991 ; Sylvia et al., 1993), le zinc (Xinshu et Runjin, 1990) et le fer (Runjin et Xinshu, 1990) sont quelques-uns des éléments mineurs souvent

25 présents en plus fortes concentrations dans les plantes mycorhizées. L'absorption de ces éléments souvent difficilement assimilables par la plante est améliorée par l'association mycorhizieme. En outre, les endomycorhizes sont beaucoup moins influencées par certaines interactions entre les éléments du sol. En effet, à de fortes concentrations en phosphore, une plante a de la difficulté à absorber le cuivre. Cependant, la présence de la mycorhize diminue i'interaction négative entre P et Cu et rend le cuivre beaucoup plus disponible à la plante (Xhhu et Runjin, 1990). Par ailleurs, il a été démontré que les hyphes d'un champignon mycorhizien peuvent être à la fois connectées sur Ie système racinaire d'un plant de maïs et sur celui d'un plant de trèfle. Les hyphes étaient alors capables de transporter directement l'azote fixés par la Iégumineuse vers les racines du plant de maïs (Frey et Schuepp, 1992). Résistance aux maladies De nombreux chercheurs ont découvert que, parfois, la présence du champignon endomycorhizien procure une meilleure résistance envers les pathogènes racinaires. En effet, une plante ayant une meilleure nutrition minérale est souvent plus résistante envers les pathogènes. De part l'absorption accrue d'éléments minéraux, les racines mycorhizées peuvent aussi compenser les pertes de racines causées par le pathogène (Linderman, 1994). La rhizosphère subit aussi d'importants changements, entraînant des modifications des populations bactériennes pouvant favoriser la plante (Meyer et Linderman, 1986). Par ailleurs, comme bien souvent le champignon mycorhizien et le pathogène occupent les mêmes sites dans la racine, une compétition s'établit entre eux, autant pour l'espace que pour la nourriture (Cordier et al., 1996). Ces divers mécanismes peuvent donc entraîner une meilleure résistance envers les pathogènes. Les champignons endomycorhiziens peuvent aussi jouer un rôle éliciteur important. Il faut en effet considérer que lors des premières phases de L'établissement de la symbiose, le champignon mycorhizien attaque la plante enzymatiquement afin de pénétrer jusqu'à travers la paroi primaire. Cette agression entraîne l'activation de divers mécanismes de défense chez la plante comme une augmentation de la PAL et de la chalcone isomérase (Volpin et al., 1995), une accumulation de phytoalexines (Morandi, 1996), de chitinases (Dumas-Gaudot et al.,

26 l996), B-1,3-glucanases (Dumas-Gaudot et al., 1996) et de peroxydases (Gianinazzi et Gianinazzi-Pearson, 1992, d'après Azcon-Aguilar et Barea, 1997). Le fait d'être mycorhizée constituerait donc une sorte de «vaccin )) qui sensibiliserait Ia plante (Benhamou et al., 1994). Des dépôts de lignine (Dehne, 1982) et d'hrgps (Balestrini et al., 1994) ont également été détectés. Cependant, la plupart de ces mécanismes de défense sont présents seulement au début de la colonisation. La plante semble ensuite reconnaître le champignon mycorhizien et cesse de lutter contre lui (Azcon-Aguilar et Barea, 1997). D'autres résultats suggèrent aussi que la diminution de l'infection par un pathogène racinaire peut être due à une stimulation rapide des mécanismes de résistance de la plante, avant même qu'il y ait colonisation par le champignon mycorhizien, ou encore par une interaction entre les champignons du sol (St-Arnaud et al., 1994). 1.5 UTILISATION DE CHAMPIGNONS ENDOMYCOREIIWlENS LORS DE LA MULTIPLICATION DE PLANTES LIGNEUSES ORNEMENTALES Pour la production de plantes ornementales mycorhizées, plusieurs chercheurs ont favorisé l'inoculation par le champignon au moment de la mise en contenant. Les racines de la jeune bouture sont alors trempées dans une boue contenant I'inoculurn, ce dernier étant composé de morceaux de racines infectées (Momson et al., 1993). Ce type d'inoculation donne de bons résultats mais nécessite une coûteuse manipulation supplémentaire pour le producteur. Des chercheurs ont donc suggéré d'inoculer la plante au moment du bouturage. Ceci permet d'infecter une grande quantité de plantes en peu de temps et avec une faible quantité d'inoculum. La densité des plants n'est en effet jamais aussi élevé à tout autre moment du cycle de production, permettant ainsi une efficacité maximale de l'inoculum (Verkade et Hamilton, 1987). Dans certains cas, l'utilisation d'inoculum endomycorhizien lors du bouturage semble améliorer l'enracinement. Des boutures de Viburnum dentarum ont présenté une masse racinaire supérieure lorsque mycorhizées (Verkade et Hamilton, 1987). Dans le cas d'une plante à enracinement lent comme le pin parasol (Sciadopitys verticillata Sieb & Zucc.), le champignon Glomus inparadices a causé une augmentation du pourcentage d'enracinement, de la grosseur du cal et de

27 la survie des boutures (Douds et al., 1995). Par contre, dans une expérience pratiquée sur une quinzaine d'espèces ligneuses, la mycorhization a réduit la vitesse de développement des racines de certaines espèces au moment de Pinfection bien que ce retard ait été rapidement comblé par la suite (Nelson, 1987). Ce retard serait atûibuable à une utilisation des hydrates de carbone par le champignon alors que la jeune bouture arrive tout juste à combler ses propres besoins (Abbott et Robson, 1984, d'après Nelson, 1987). Vingt semaines après le traitement, toutes les espèces utilisées montrait un pourcentage d'enracinement voisin de 100%. C'est los de la transplantation en contenant qu'une différence importante est apparue sur les plants mycorhizés qui se sont dévéloppés plus vigoureusement (Nelson, 1987). Si on compare les modes de production par semis ou par boutures de Cornus stulonifer, ce sont les boutures qui réagissent le plus à la symbiose mycorhizienne en obtenant des augmentations de croissance de 100%. Pour leur part, les semis colonisés n'ont pas démontré d'augmentation sipficative de croissance (Verkade et al., 1988). Ces résultats peuvent varier avec d'autres espèces et sous d'autres conditions de croissance. De jeunes semis de Fraxinus americana (Furlan et al., 1983) et de pommiers (Runjin et Xinshu, 1990) ont en effet montré d'importantes augmentations de croissance en étant mycorhizés. 1.6 HYPoTH~sE ET OBJECTIF DE RECHERCHE Dans le secteur de production des plantes ornementales, l'utilisation de substrats reconstitués lors de la multiplication et lors de la culture en contenant empêche toute inoculation naturelle (Crews et al., 1978). Or, la majorité des plantes utilisées en horticulture ornementale sont mycorhuées en conditions naturelles et plusieurs études décrivent les effets bénéfiques qu'aurait l'utilisation de champignons endomycorhiziens en pépinière (Furlan et al., 1983; Momson et al., 1993). Ces effets ne seraient pas seulement avantageux pour la plante, mais aussi pour le producteur. Un pépiniériste soucieux de produire des végétaux de haute qualité le plus rapidement possible et au plus faible coût aurait avantage a recourir à cette technique. L'usage de champignons mycorhiziens permettrait une meilleure croissance, une utilisation réduite d'engrais phosphaté et une meilleure absorption de certains autres éléments. En outre, le consommateur recevrait une

28 plante mieux adaptée aux conditions de stress qui accompagnent la transpiantation et qui nécessiterait moins de soins après la mise en terre (Johnson et Crews, 1979). L'utilisation de champignons mycorhizateurs en productions ornementales ne peut par contre avoir lieu sans la disponibilité d'un inoculum. Au Québec, la compagnie Premier Tech ~tée' une filide d'entreprises Premier CDN Ltée, produit maintenant commercialement un inoculum endomycorhizien, le ~ ~corise~~. Tenant compte des expériences réalisées antérieurement, des effets des endomycorhizes sur les végétaux et de la disponibilité récente d'un inoculum de qualité à un coût abordable, l'hypothèse de recherche a été formulée comme suit : «L'utilisation de l'inoculum commercial ~~corise~~, constitué d'un champignon endomycorhizien à vésicules et à arbuscules (Glomus inparadices), Iors du bouturage d'espèces ligneuses ornementales devrait permettre une meilleure reprise des boutures ainsi qu'une meilleure croissance des plants pendant la période de production en contenants.» Afin de vérifier cette hypothèse, l'objectif principal a consisté à déterminer pour trois espèces ligneuses ornementales les effets de différentes doses de cet inocuiurn mycorhizien sur : l'enracinement des boutures, la colonisation racinaire des boutures et des plants, la croissance des boutures et des plants, la teneur en éléments minéraux des boutures et des plants. ' Premier Tech Ltee., Division des Biotechnologies, Horticulture et Agriculture, 1 avenue Premier. C.P. 3500, Riviére-du-Loup, Qc, Canada, G5R 4C9. Tel fax

29 L'inoculum endomycorhizien utilisé, le ~~corise~~, est produit par la compagnie Premier Tech Ltée de Rivière-du-Loup. Il est composé de propagules de Glomus intraradices introduites dans un mélange constitué principalement de perlite et de tourbe de sphaigne. La compagnie garantit la viabilité d'une propagule de Glomus intruradices par gramme de substrat, le champignon étant présent dans des portions de racines de poireaux. Dès sa réception, les sacs d'inoculum ont été entreposés en chambre fioide (10 C) jusqu'à leur utilisation. Un inoculum frais a été utilisé pour chacune des expériences menées au cours de ce travail de recherche dans le but de s'assurer d'une vigueur maximale du champignon. La compagnie recommande d'ailleurs d'utiliser un inoculum dont l'âge ne dépasse pas une année. Un substrat témoin, identique à celui du MycorkeMc mais ne contenant pas le champignon mycorhizien, a été employé pour les traitements non inoculés ou pour diluer l'inoculurn commercial. Afin de vérifier la qualité constante de chacun des inoculums Grais, des graines de poireaux (Allium cepa cv 'Monstrous Carentan' de A.E. McKenzie Co. Inc.) ont été semées au début de chacune des expériences. Ce semis se faisait dans les mêmes substrats et dans les mêmes conditions de culture que les plants a L'étude. Le poireau a été choisi parce que ce dernier est reconnu comme fortement mycotrophique. L'analyse de la colonisation racinaire des poireaux

30 par le champignon endomycorken a permis de vérifier la viabilité et le potentiel infectieux de ce dernier sous les conditions de culture (températures, substrats, fertilisants, etc.) prévalant au cours des diverses expériences. Cette analyse permet également de détecter la présence de champignons endomycorhinens naturels ou d'éventuelles contaminations dans les témoins. 2.2 CHOIX DES ESPÈCES MULTIPLIÉES Le choix des espèces utilisées dépendait premièrement de la disponibilité d'un nombre suflisant de boutures homogènes provenant de plants sains et dont l'identification était certaine. De plus, il était important d'utiliser des espèces produites en grande quantité par les pépiniéristes du Québec. Finalement, il était intéressant d'utiliser des espèces provenant de familles différentes dans le but d'obtenir une vision plus générale du potentiel d'utilisation des endomycorhizes. Les espèces et cultivars choisis sont donc les suivants : Juniperus sabina L. 'Blue Danube' Cornus stolonfera var coloradensis (Koehne) Schneid. Prunus x cistena Hansen Le Juniperur sabina 'Blue Danube' appartient à la famille des Cupressasée. Les plants-mères de ce genévrier sont situés près du Pavillon de 17Envirotron, dans le Jardin Roger-Van den Hende de l'université Laval. Ils sont âgés de plus de 20 ans. Le Cornus stolonifru var coloradensis, aussi appelé Cornus stolonifra var coloradensis, est une variante de l'espèce indigène. Cet arbuste de la famille des Comacée, souvent utilisé pour revégétaiiser les abords de cours d'eau, présente une croissance très rapide. Les boutures ont été prélevés sur trois plants âgés de plus de 20 ans situés à l'extrémité nord du Jardin Roger- Van den Hende.

31 Les boutures de Prunus x cistena (cerisier pourpre des sables) ont été prélevées sur des plants âgés de deux ans et cultivés en contenants sur le site de la pépinière expérimentale de 17Universit6 Laval. C'est un membre de la famille des Rosacées. Daris le but d'évaluer l'effet de diverses doses d'inoculum sur L'enracinement de boutures de plantes ligneuses ornementales et sur leur croissance subséquente, cinq traitements, correspondant à cinq doses d'inoculum, ont été utilisés. Ces cinq traitements ont été à la base de toutes les expériences qui ont suivi, c'est-à-dire que les boutures ont été placées dans les divers substrats (traitements) pour l'enracinement puis transférées dans un substrat et sous des conditions uniformes pour déterminer l'effet à long terme des traitements initiaux. Les quantités d'inoculurn (~~corise~~) ont été choisies de façon à permettre une analyse statistique a l'aide de contrastes polynorniaux à espacements inégaux, la structure des traitements d'inocuium étant du type O, 1,2,4,8 : Traitement 1 : Traitement 2 : Traitement 3 : Traitement 4 : Traitement 5 : 20% Tourbe, O % MycoriseMC, 80 % Témoin 20% Tourbe, 10 % MycoriseMcl 70 % Témoin 20% Tourbe, 20 % MyconseMcJ 60 % Témoin 20% Tourbe. 40 % MyconseMCJ 40 % Témoin 20% Tourbe, 80 % MycoriseMCl O % Témoin Les caractéristiques des divers matériaux entrant dans la composition de chacun des cinq mélanges sont les suivantes : la tourbe correspond à une tourbe blonde commerciale (Les Tourbières Premier Ltée), le ~ ycorise~~ correspond à l'inoculum commercial (Premier Tech Ltée), le témoin correspond au substrat utilisé pour produire le ~ycorise~~, mais sans le champignon (produit par Premier Tech Ltée pour les besoins de notre expérience).