Allelopathie : Comment les plantes suppriment d’autres plantes1

Qu’est-ce que l’allélopathie ?

L’allélopathie désigne les effets bénéfiques ou nocifs d’une plante sur une autre plante, qu’il s’agisse d’espèces cultivées ou de mauvaises herbes, à partir de la libération de produits biochimiques, appelés produits allélochimiques, par les parties de la plante par lixiviation, exsudation racinaire, volatilisation, décomposition des résidus et autres processus dans les systèmes naturels et agricoles. Les produits allélochimiques sont un sous-ensemble de métabolites secondaires qui ne sont pas nécessaires au métabolisme (croissance et développement) de l’organisme allélopathique. Les produits allochimiques ayant des effets allélopathiques négatifs constituent une partie importante de la défense des plantes contre l’herbivorie (c’est-à-dire les animaux qui mangent des plantes comme nourriture principale) (Fraenkel 1959 ; Stamp 2003).

Le terme allélopathie provient des composés d’origine grecque allelo et pathy (signifiant  » dommage mutuel  » ou  » souffrance « ) et a été utilisé pour la première fois en 1937 par le scientifique autrichien Hans Molisch dans le livre Der Einfluss einer Pflanze auf die andere – Allelopathie (L’effet des plantes les unes sur les autres) (Willis 2010). D’abord largement étudiée dans les systèmes forestiers, l’allélopathie peut affecter de nombreux aspects de l’écologie végétale, notamment la présence, la croissance, la succession végétale, la structure des communautés végétales, la dominance, la diversité et la productivité des plantes. Au départ, un grand nombre des espèces forestières évaluées avaient des effets allélopathiques négatifs sur les cultures vivrières et fourragères, mais dans les années 1980, des recherches ont été entreprises pour identifier les espèces qui avaient des effets bénéfiques, neutres ou sélectifs sur les plantes des cultures compagnes (tableau 1). Les premières recherches sont nées de l’observation de la faible régénération des espèces forestières, des dommages causés aux cultures, des baisses de rendement, des problèmes de replantation des cultures arboricoles, de l’apparition de zones sans mauvaises herbes et d’autres changements connexes dans la structure de la végétation. Notre objectif ici est d’introduire le concept d’allélopathie, de citer des exemples spécifiques et de mentionner les applications potentielles en tant que stratégie alternative de gestion des mauvaises herbes.

Nature de l’allélopathie

Les effets couramment cités de l’allélopathie incluent une réduction de la germination des graines et de la croissance des semis. Comme les herbicides synthétiques, il n’y a pas de mode d’action commun ou de site cible physiologique pour tous les produits allélopathiques. Cependant, les sites d’action connus de certains produits allélopathiques comprennent la division cellulaire, la germination du pollen, l’absorption des nutriments, la photosynthèse et la fonction enzymatique spécifique. Par exemple, une étude qui a examiné l’effet d’un produit allochimique connu chez le velouté, la 3-(3′,4′-dihydroxyphényl)-l-alanine (l-DOPA), a indiqué que l’inhibition par ce composé est due à des effets néfastes sur le métabolisme des acides aminés et l’équilibre de la concentration en fer.

L’inhibition allélopathique est complexe et peut impliquer l’interaction de différentes classes de produits chimiques, tels que les composés phénoliques, les flavonoïdes, les terpénoïdes, les alcaloïdes, les stéroïdes, les glucides et les acides aminés, les mélanges de différents composés ayant parfois un effet allélopathique plus important que les composés individuels seuls. En outre, les stress physiologiques et environnementaux, les ravageurs et les maladies, le rayonnement solaire, les herbicides, ainsi que des niveaux de nutriments, d’humidité et de température non optimaux peuvent également affecter la suppression allélopathique des mauvaises herbes. Différentes parties de plantes, y compris les fleurs, les feuilles, la litière de feuilles et le paillis de feuilles, les tiges, l’écorce, les racines, le sol, les lixiviats du sol et leurs composés dérivés, peuvent avoir une activité allélopathique qui varie au cours d’une saison de croissance. Les produits chimiques allélopathiques ou allélochimiques peuvent également persister dans le sol, affectant aussi bien les plantes voisines que celles plantées successivement. Bien qu’ils soient dérivés de plantes, les produits chimiques allélopathiques peuvent être plus biodégradables que les herbicides traditionnels, mais les produits chimiques allélopathiques peuvent également avoir des effets indésirables sur les espèces non ciblées, ce qui nécessite des études écologiques avant une utilisation généralisée.

L’activité sélective des produits chimiques allélopathiques des arbres sur les cultures et d’autres plantes a également été signalée. Par exemple, Leucaena leucocephala, l’arbre miracle promu pour la revégétalisation, la conservation des sols et de l’eau, et la nutrition du bétail en Inde, contient un acide aminé non protéique toxique dans ses feuilles qui inhibe la croissance d’autres arbres mais pas celle de ses propres semis. Il a également été démontré que les espèces de Leucaena réduisent le rendement du blé mais augmentent celui du riz. Les lixiviats du gattilier ou du sureau peuvent retarder la croissance du pangolagrass mais stimuler celle du blueste m, une autre herbe de pâturage. L’allélopathie peut être une caractéristique de la réussite écologique de nombreuses plantes envahissantes. Une étude menée en Chine a révélé que 25 des 33 mauvaises herbes très nocives examinées avaient un potentiel allélopathique significatif.

Le temps, les conditions environnementales et les tissus végétaux sont autant de facteurs qui font varier les concentrations allélopathiques dans la plante productrice. Les lixiviats foliaires et de la litière des espèces d’Eucalyptus, par exemple, sont plus toxiques que les lixiviats d’écorce pour certaines cultures alimentaires. Le potentiel allélopathique de la vigne « mile-a-minute » (Ipomoea cairica) est significativement plus élevé à des températures environnementales plus élevées. Une étude a indiqué que le biote du sol réduisait le potentiel allélopathique de l’amélanchier (Ageratina adenophora). La fétuque rouge infectée par un endophyte fongique a produit plus de produits allélopathiques que les plantes qui n’étaient pas infectées.

Stratégies de recherche et applications potentielles

L’approche de base utilisée dans la recherche allélopathique pour les cultures agricoles a été de cribler à la fois les plantes cultivées et la végétation naturelle pour leur capacité à supprimer les mauvaises herbes. Pour démontrer l’allélopathie, il faut établir l’origine, la production et l’identification des produits allochimiques par les plantes, ainsi que leur persistance dans l’environnement au fil du temps à des concentrations suffisantes pour affecter les espèces végétales. En laboratoire, les extraits de plantes et les lixiviats sont généralement analysés pour leurs effets sur la germination des graines, puis les substances allélomimiques sont isolées et identifiées à partir de tests en serre et de sols de terrain, ce qui confirme les résultats obtenus en laboratoire. Les interactions entre les plantes allélopathiques, les cultures hôtes et les autres organismes non ciblés doivent également être prises en compte. En outre, l’allélochimie peut fournir des structures de base ou des modèles pour le développement de nouveaux herbicides synthétiques. Des études ont permis d’élucider des substances allélochimiques spécifiques impliquées dans la suppression des mauvaises herbes, notamment les benzoxanoïdes dans le seigle, les momilactones diterpénoïdes dans le riz, la tabanone dans le cogongrass, les alcaloïdes et les flavonoïdes dans la fétuque ; l’anthratectone et la naphtotectone chez le teck (Tectona grandis) ; l’ester bêta-d-glucopyranosylique de l’acide abscissique chez le pin rouge ; le cyanamide chez la vesce velue ; et un acide gras cyclopropénique chez le sterculia du noisetier (Sterculia foetida).

L’incorporation de traits allélopathiques de plantes sauvages ou cultivées dans les plantes cultivées par des méthodes traditionnelles de sélection ou de génie génétique pourrait également améliorer la biosynthèse et la libération de produits allélopathiques. La base génétique de l’allélopathie a maintenant été démontrée chez le blé d’hiver et le riz. Des cultivars spécifiques avec un potentiel allélopathique accru sont connus dans ces deux cultures.

Une culture allélopathique peut potentiellement être utilisée pour contrôler les mauvaises herbes en plantant une variété avec des qualités allélopathiques, soit comme une culture d’étouffement, dans une séquence de rotation, ou lorsqu’elle est laissée comme un résidu ou un paillis, en particulier dans les systèmes de travail réduit du sol, pour contrôler la croissance ultérieure des mauvaises herbes. Par exemple, dans une étude, le paillis de seigle a eu des effets suppressifs sur l’amarante et le pourpier commun, mais n’a eu aucun effet sur l’abutilon et le chénopode blanc. Une culture de couverture automnale de radis fourrager a eu des effets de suppression des mauvaises herbes sur la culture de la saison suivante. Dans une étude sur le terrain portant sur plusieurs saisons, lorsqu’elle était appliquée comme amendement du sol, la farine de graines de moutarde dérivée de la moutarde blanche (Sinapis alba) était efficace pour la suppression des mauvaises herbes dans l’oignon doux biologique, mais les dommages à la culture étaient également significatifs.

Alternativement, l’application de composés allélopathiques avant, avec ou après les herbicides synthétiques pourrait augmenter l’effet global des deux matériaux, réduisant ainsi les taux d’application des herbicides synthétiques. Certaines tentatives ont été rapportées sur l’application d’extraits aqueux de plantes allélopathiques sur les cultures pour la suppression des mauvaises herbes. Dans une étude, un extrait de brassica (Brassica napus), de sorgho et de tournesol a été utilisé sur du blé cultivé sous pluie pour réduire avec succès la pression des mauvaises herbes. Lorsqu’un extrait aqueux de plante allélopathique a été mélangé en cuve avec de l’atrazine, un degré significatif de contrôle des mauvaises herbes a été atteint dans le blé avec une dose réduite d’herbicide. Les résidus de tournesol avec un herbicide de préplantation (Treflan®) ont amélioré la suppression des mauvaises herbes dans la fève.

Littérature citée

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