Optimizing nitrogen and phosphorus nutrition of rapeseed for a sustainable production through the utilization of biointrants, improving phytobiome functioning | Optimiser la nutrition azotée et phosphorée du colza pour une production durable via l'utilisation de biointrants améliorant le fonctionnement du phytobiome

Francés. Le colza est une oléoprotéagineuse exigeante en azote (N) et en phosphore (P) mais qui estcaractérisé par une faible efficience d’usage du N (NUE), liée essentiellement à une remobilisation médiocre du N des organes sources vers les organes puits en croissance. Ces mécanismes de recyclage étant ATP-dépendants, une amélioration des conditions nutritionnelles en P est susceptible d’améliorer les performances agronomiques du colza vis-à-vis des apports en N. Faiblement disponible dans la solution du sol, le P pourrait être rendu plus accessible pour la nutrition végétale par l’usage de microorganismes solubilisateurs de P (Phosphate-Solubilizing Bacteria ou PSB). Déjà déployés aux champs, ces solutions, plus respectueuses de l’environnement se révèlent néanmoins peu efficaces. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse sont d’étudier en conditions contrôlées l’impact de différentes stratégies de fertilisation N et P (i) sur les performances agronomiques du colza, le rendement et la qualité des graines, (ii) sur la capacité des plantes et de PSB isolés de sols Normands à interagir pour stimuler la croissance végétale et (iii) caractériser les effets propres et allélopathiques de l’introduction d’un microorganisme PSB allochtone dans un nouvel environnement liés à une amélioration de la croissance du colza (cv. Aviso). Cette étude a montré qu’un ajustement du ratio de fertilisation N et P permettant d’abaisser les apports de N peut conduire à une optimisation de l’efficience d’usage du N et du P, sans pénaliser le rendement et les critères de qualité. Il ressort également que des pratiques culturales impactant le statut N et P des plantes en fin de stade végétatif permettraient de piloter la culture de manière précoce pour modifier la qualité de la graine et l'orienter vers les filières huiles ou protéines végétales. La disponibilité du P a été améliorée par l’application de la souche bactérienne F23 (du genre Pseudomonas) isolée sous couvert de féverole par nos soins. En effet, en culture sur sol, l’application de cette souche a permis de diminuer de 50% la fertilisation P. L’analyse métagénomique effectuée sur les communautés microbiennes associées à l’environnement racinaire du colza a également montré une augmentation de l’abondance relative de genres bactériens impliqués dans les cycles biogéochimiques des nutriments ainsi qu’une diminution des genres liés à la lutte contre des pathogènes telluriques, indiquant un changement de spécialisation du microbiote. Enfin, testée dans des conditions axéniques, la souche F23 a confirmé son potentiel d’amélioration de la croissance végétale lorsque le niveau de N disponible n’est pas limitant. L’ensemble de ces résultats révèle les bénéfices de recourir à des pratiques innovantes de raisonnement de la fertilisation N et P et à l’utilisation le potentiel des biointrants afin d’améliorer les performances agro-environnementales du colza dans une logique d’ingénierie écologique.

Inglés. Rapeseed is an oleoproteaginous crop with high nitrogen (N) and phosphorus (P) requirements but characterized by a low N Use Efficiency (NUE) largely due to a weak remobilization of N from sources organs to growing organs during senescence. As recycling processes are ATP-dependent, improving P nutrition could improve agronomic performances related to N utilization. Considering that P is scarce in soil solution, Phosphate Solubilizint Bacteria (PSB) utilization could improve P availability for plant nutrition. Such biointrants are already use in fields but often show disappointing results. In this context, the aims of this thesis were to study under controlled conditions the effects of several N:P fertilization ratios on (i) agronomic performances of rapeseed, seed yield and quality, (ii) on plants and PSB isolated from Normandy soils to interact and succeed in plant growth stimulation and (iii) to characterize allelopathics and proper effects of a PSB application in a new biome, correlated with the improvement of rapeseed growth. This study has shown that an adjustment of the N and P fertilization ratio allowing a reduction in N inputs, can lead to an optimization of the N and P efficiencies, without penalizing the seed yield and the quality criteria. It also emerges that cultivation practices impacting the N and P status of plants at the end of the vegetative stage would make it possible to control cultivation at an early stage in order to modify the quality of the seed and direct it towards the vegetable oils or proteins sectors. Improving P availability in soils has been possible by the use of a PSB strain named F23 (belonging to Pseudomonas genus), allowing a 50% decrease of P fertilization. Metagenomic analysis revealed an increase in relative abundance of bacterial genera implied in nutrients cycles and a decrease in relative abundance of genera implied in pests control. These results highlight a change in the specialization of microbial communities associated to rapeseed. In axenic conditions, F23 confirmed its potential in sustaining plant growth under non-limiting N conditions. Overall results reveal the benefits of using innovative N and P fertilization reasoning practices and the potential of biointrants in order to improve the agro-environmental performances of rapeseed through ecological engineering.