Potentiel de production protéique par les variétés de légumineuses à graines

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Thierry Chabot
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1 Potentiel de production protéique par les variétés de légumineuses à graines Isabelle Chaillet, ARVALIS Judith Burstin, Gérard Duc, INRA UMR LEG Dijon Avec le concours de JM. Retailleau, GEVES

2 Place des protéagineux en bio Attente différente des céréales Pas de problème de teneur en protéines en général Mais un problème de production car les rendements sont moins stables L attente en protéagineux : développer la production Forte demande de protéines pour l alimentation animale Les protéagineux souvent cultivés en association : un bilan azoté amélioré, mais des difficultés de maîtrise du mélange et de sa valorisation Un programme d essais protéagineux (surtout en cultures pures) a redémarré en bio depuis 2010 (Casdar Proteab ) La génétique a évolué : par exemple, les variétés de pois de printemps récentes produisent beaucoup plus de biomasse et sont plus concurrentes des adventices Un atout des protéagineux = pas d apport d azote en culture

difficultés de maîtrise du mélange et de sa valorisation Un programme d essais protéagineux (surtout en cultures pures) a redémarré en bio depuis 2010 (Casdar Proteab 2011-2013) La génétique a

3 Graines riches en protéines Composition des graines de légumineuses Selon les espèces, des réserves carbonées sous forme d amidon ou de lipides Des graines de bonne valeur nutritionnelle pour l homme ou l animal Constituant/ espèce Amidons % MS Fibres % MS Lipides % MS Protéines % MS Lysine (g/16g N) Méthionine + Cystéine (g/16g N) Pois ,1 2,4 Féverole ,5 2,1 Lupin blanc ,3 2 Soja ,2 2,8 Blé , ,3 4,0 Complémentarité aux céréales en alimentation animale ou humaine par la teneur en protéines et la composition en acides aminés

N) Méthionine + Cystéine (g/16g N) Pois 50 15 2 22-25 7,1 2,4 Féverole 43 18 2 28-32 6,5 2,1 Lupin blanc 1 22 10 35-39 4,3 2 Soja 2 20 20 36-40 6,2 2,8

4 Un bon bilan d azote, résultant de la symbiose fixatrice d azote Forte contribution de la fixation symbiotique de l azote de l air dans les nodules N e H + > 2 NH3 + H2 (via une nitrogénase des rhizobia) pas de fertilisation azotée en général 40 à 90 % du N de la plante est d origine symbiotique inhibition de la fixation de N 2 par les nitrates populations d espèces de rhizobia co-adaptées - présentes pour le pois et la féverole - inoculation du soja, et dans certaines conditions des lupins Bilan : 160 à 240 kg d N / ha sont exportées par les graines Reliquats pour la culture suivante : 40 à 60 kg d N / ha En culture associée (ex. : pois + céréale) : complémentarité des systèmes racinaires pour l acquisition d N et réduction du risque de lessivage. Bilan positif énergie fossile et GES : en agriculture conventionnelle, -11% d énergie fossile et -14% de GES dans une rotation incluant un protéagineux (Nemececk et al. 2008) Bonne adaptation de la ressource azotée aux besoins de la plante Le fonctionnement du consortium plante symbiotes a un coût pour la plante : besoins en C et d énergie pour construire les nodules, sensibilité aux stress abiotiques

rhizobia co-adaptées - présentes pour le pois et la féverole - inoculation du soja, et dans certaines conditions des lupins Bilan : 160 à 240 kg d N / ha sont exportées par les graines Reliquats pour

5 Variétés de pois, féverole, lupins : des produits de qualité Pois, féverole, lupin : réduction de facteurs antinutritionnels majeurs : antitrypsiques (éliminatoire à l inscription des pois si trop élevés), tanins sur la majorité des variétés (sauf des pois fourragers et certaines féveroles), alcaloïdes des lupins Féverole, une diversité de produits La vicine-convicine : diminue les performances pondeuses et poulets de chair, et induit le favisme chez l homme. Des variétés à faible teneur et rendement élevé Le caractère fevita = faible teneurs en tanins, vicine/convicine Protéines : une gamme variétale resserrée Car un seuil éliminatoire à l inscription : sécurisation pour les filières aval Mais une variabilité observée en fonction du milieu Règlement inscription : évolution vers la VATE

performances pondeuses et poulets de chair, et induit le favisme chez l homme.

6 Des variations de composition protéique des graines Sous l effet des variétés, des environnements et de leurs interactions (Burstin et al., 2011, chapitre ouvrage CABI sous presse) Des mécanismes importants : Tolérance aux stress biotiques et abiotiques Développement des parties racinaires et aériennes Développement et fonctionnement des symbioses racinaires Une variabilité génétique importante, encore à mieux caractériser et élargir

, 2011, chapitre ouvrage CABI sous presse) Des mécanismes importants : Tolérance aux stress biotiques et

7 Chez le pois de printemps, dans le catalogue variétal au CTPS Très faible liaison rendement - teneurs en protéines Teneur protéines en % des témoins Variétés de pois de printemps en dépôt dans le réseau CTPS de 1993 à 2008 R² = Rendement en % des témoins En sélection : Liaisons % protéines-rendement variables selon les populations étudiées et les milieux Des exemples avec absence de corrélation génétique significative : soja (Cober & Voldeng 2000), pois (Burstin et al. 2007)

03 94 98 102 106 110 114 Rendement en % des témoins En sélection : Liaisons % protéines-rendement variables selon les populations

8 Chez le pois, des zones du génome communes aux caractères de composition de la graine et de la nutrition azotée de la plante LGI LGIII Fractions proteiques LGIIA LGIIB LGIV % N graines Digestibilité N Plante total N fixé LGV LGVII LGVI Bourgeois et al proteomics

LGI LGIII Fractions proteiques LGIIA LGIIB LGIV % N graines

9 Une variabilité génétique qui permettrait d orienter la sélection vers des compositions de graines particulières Richesse en amidons ou protéines chez le pois et la féverole (Bastianelli et al. 1998, Duc et al. 1999) 55 Féverole (60 génotypes) Action UE- eclair Pois à graines lisses (40 génotypes) Action UE-eclair ,0 % protéines y = -0,6994x + 64,332 R 2 = 0,4094 ** % proteines 55,0 50,0 45,0 40,0 35,0 y = -0,8863x + 70,881 R 2 = 0,5686 ** % amidons 18,0 20,0 22,0 24,0 26,0 28,0 30,0 % amidons Richesse en lipides ou protéines chez le soja (Maier et al. 1998)

1999) 55 Féverole (60 génotypes) Action UE- eclair 1993-1995 Pois à graines lisses (40 génotypes) Action UE-eclair 1993-1995 50 60,0 % protéines 45 40 35

10 Teneurs en protéines : une variabilité entre sites liée aux stress Le climat La sécheresse : les nodosités, présentes surtout dans les 20 premiers cm fonctionnent mal si le sol est très sec Excès d eau : asphyxie des nodosités et racines Forte attaque de sitones en début de végétation La larve de ce ravageur détruit les nodosités Pas de moyen de lutte en bio Faible disponibilité d azote minéral dans le sol La minéralisation fournit aussi de l azote aux plantes Etat structural du sol Un sol très tassé pénalise le fonctionnement des nodosités NB : Ces stress pénalisent aussi le rendement

de ce ravageur détruit les nodosités Pas de moyen de lutte en bio Faible disponibilité d azote minéral dans le sol La minéralisation fournit aussi

11 Priorité en protéagineux : stabiliser la production tout en maintenant une qualité constante 1er levier : la génétique (la sélection) Des types hiver en pois, féverole et lupin : éviter en partie le stress «chaud et sec» de fin de cycle et allonger le cycle Résistance à Aphanomyces en pois et Ascochyta Résistance à la bruche en féverole NB : une bonne tenue de tige, c est acquis en pois. Actions systèmes de culture Action CASDAR ProteaB & associations, RMT SDCi, Besoin de qualité fiable et régulière Une forte demande de protéines en alimentation animale (monogastriques, pisciculture ) Alimentation humaine en graines entières Des usages à haute valeur (extraits de protéines de pois)

une bonne tenue de tige, c est acquis en pois.

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