WO2003046156A2 - Bacterial biomasses, protocol for obtaining same, and uses thereof for bacterization of soils and crop residues - Google Patents

Bacterial biomasses, protocol for obtaining same, and uses thereof for bacterization of soils and crop residues Download PDF

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WO2003046156A2
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/20Bacteria; Culture media therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C05FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05FORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F11/00Other organic fertilisers
    • C05F11/08Organic fertilisers containing added bacterial cultures, mycelia or the like

Definitions

  • New bacterial biomasses their production protocol, and their use for the bacterization of soils and crop residues
  • the invention relates to new bacterial biomasses, their production protocol, and their use for the bacterization of soils and crop residues.
  • Bacterization of arable soils consists of supplying (micro) biological means to soils and agronomic crops, part of the nutrients, in particular diatomic nitrogen from the atmosphere, necessary for obtaining economic and sustainable yields.
  • bacteria have mainly been synonymous with the use of inocula of Rhizobhi.ni strains for the coating of seeds of Leguminosea species such as soybeans, alfalfa and red clover.
  • soluble and assimilable compounds resulting from the in situ degradation of cereal crop residues are poorly valued by all of the soil microflora, and more particularly its diazotrophic and non-symbiotic component called azotobacterial.
  • This lack of valuation largely explains the realization of three phenomena, sometimes harmful, well known ; (1) the continual presence of agronomic quantities of straw residues on the soil surface at the time of the agricultural work, (2) immobilization of nitrogen by non-diazotrophic microorganisms of the soil causing a "nitrogen hunger" in the culture in place, and, paradoxically, (3) an appreciable drop in carbon contents (soluble, labile and total) and microbiotic biomass.
  • the solution provided by the invention integrates these 3 approaches, and more particularly approach a), within the obtaining protocol defined below, which leads to the obtaining of the constituent bacterial strains and biomasses, in terms of adaptation, persistence and activity in situ, and this beyond a simple a posteriori conditioning of bacteria already isolated and / or cultivated according to approaches a), b) and / or c) di1 es more conventional.
  • the invention takes into account the process of formation of biofilms in an aqueous medium.
  • the inventors have considered that the most significant edaphic zone for soil bacteria corresponds to the hydrated zone (biofilm) adjacent to the clay-humic complexes (CAH) of the soil, and that the formation and functioning of this- this is probably subject to the same mechanisms as those involved in the formation and functioning of biofilms in the broad sense.
  • a matrix substrate (silica gels or agar for example)
  • the biofilm as such is mainly constituted by compartments 2, 3 and 4.
  • the bacterial microflora is also essentially made up of three components, the most rustic and oligotrophic native component. , the rather copiotrophic zymogenic component associated with this native component, and finally the very marginal but easily isolatable component, essentially zymogenic and t ⁇ y, s copiotrophic.
  • the invention is based on an original conceptual comparison between the descriptions of biofilms in the broad sense and the hydrated zone added to the soil CAHs.
  • APC agro-pedoclimatic
  • the invention further relates to the use of these bacterial biomasses and strains for the bacterization of soils and crop residues, in particular cereal crops.
  • the process for obtaining in vitro bacterial biomass of edaphic origin is characterized in that it comprises the steps of:
  • an inorganic and abiotic matrix substrate is used, in an aqueous medium, promoting the production of exopolysaccharides (EPS) and. other components of the bacterial glycocalyx, as well as the organization in a network of a sufficient number of cells capable of initiating the first steps of formation of a biofilm on the surface of the substrate.
  • EPS exopolysaccharides
  • Materials suitable as substrates include silica gel, polystyrene, clay, porous glass or even vermiculite.
  • the water in the aqueous suspension contains compounds present in the relative proportions characteristic of the original target soil, namely humic and fulvic substances, carbonaceous compounds and in particular mono-, oligo- and polysaccharides, of plant origin, animal, and bacteriofungal, nutrients.
  • the maturation of the biofilm is carried out by alternating a phase where the biofilm formed on the abiotic surface is not in the presence of a supernatant liquid phase, with a liquid phase comprising all of the bacterial cells supernatant the solid phase.
  • This maturation results in principle from the migration of native bacteria to the liquid phase of the biofilm formed on the matrix substrate.
  • the volumetric displacement takes place only during and after aging (maturation) of the biofilm (that is to say of the biofilm on the surface of the matrix substrate).
  • This maturation allows the release, in the aqueous phase supernatant of the matrix substrate, of the most constitutive bacterial cells of this biofilm.
  • the maturation of the biofilm can be facilitated / increased if the supernatant liquid phase is periodically dried, or at least removed, so as to promote the growth of the bacterial biomasses constituting the biofilm, which are for the most part aerobic. It is then restored by adding aseptic water. This addition can be carried out for example by microfiltration.
  • the invention thus makes it possible to reconcile the microbiological diversity (especially bacterial) of the soils with the microbiological purity of the biomass to be produced in conventional bioprocesses, which has never really been attempted until now.
  • the isolation of bacterial strains is in fact mainly carried out using relatively rich culture media and according to metabolic characteristics (eg resistance to certain antibiotics, in vitro diazotrophy, specific activities of certain enzymes, etc.) and / or genomics (eg using oligo-nucleotide probes specific to certain operons of agronomic or industrial interest) easily identifiable, but which have basically little or nothing to do with the adaptation and active persistence of these cells native bacteria rather than zymogens once (re) introduced into various edaphic environments.
  • metabolic characteristics eg resistance to certain antibiotics, in vitro diazotrophy, specific activities of certain enzymes, etc.
  • genomics eg using oligo-nucleotide probes specific to certain operons of agronomic or industrial interest
  • the protocol for obtaining bacterial biomasses of the invention thus promotes the microbiological dominance of bacterial strains with edaphic characters, and nevertheless ensures that these also remain sufficiently copiotrophic (i. Capable of growing in rich media) to be produced in industrial quantities by conventional bioprocesses.
  • bacteria obtained according to processes which do not integrate the foregoing provisions within the same protocol are ineffective. This is so: o bacterial biomasses 1) obtained from biotic surfaces but without the presence of a biofilm or a humic complement, and / or
  • a matrix substrate is pre-incubated with the soil suspension containing the bacteria.
  • the matrix substrate is inorganic and abiotic, such as silica gel, clay, polystyrene, porous glass, vermiculite.
  • the surface of the substrate is conditioned by bringing it into contact with a retention medium essentially modeled on the characteristics of the original target soil.
  • These characteristics include, but are not limited to: (1) the contents of humic and fulvic substances and their constitutions in terms of the various phenolic and benzoic compounds, (2) the contents of carbonaceous compounds, and in particular the mono-, oligo- and polysaccharides of vegetable, animal and / or bacteriofungal origin, (3) the particle size of the mineral part of the soil, and especially the finest, or at least excluding aggregates greater than 5 mm in diameter, (4) the immediate nutrient contents (nitrogen, phosphorus, sulfur, etc.) capable of influencing bacterial development in the short term.
  • the bacterial strains which gradually come to dominate on the surface of these substrates and within these biofilms, are thus more specifically adapted to APCs on which the constitution of these biofilms has been modeled and are therefore also more capable of actively persisting once reintroduced into these APCs.
  • the culture or retention media become de facto the source of any candidate bacterial biomasses.
  • Bacterial cells being good producers of exopolysaccharides (EPS) used for the formation of biofilms on the surface of the substrate, they can also be brought to dominate the liquid phase restored to its surface. Indeed, the biofilms thus formed can in this sense mature. It is during this maturation process that the multiplication of biofilm cells makes it possible to gradually move the bacterial cells towards the surface of the biofilm, by a process called volumetric displacement (Characklis 90 and Characklis and Marshall 90 above). These cells are therefore eventually found free in the liquid phase supernatant on the surface of the biofilm. Insofar as this liquid phase and the biofilm substrate are almost devoid of assimilable mineral nitrogen, the cells concerned will be mostly azotobacterial.
  • EPS exopolysaccharides
  • the culture medium is restored with an aliquot containing approximately 90% of cells originating from the phase supernatant the obtaining media and only approximately 10% of cells actually pre-incubated in order to promote, possibly the dominance of rather oligotrophic cells.
  • an aliquot of approximately 1 per 1000 of this latter preculture will be transferred to a conventional rich liquid medium with nitrogen, the cells which contain this aliquot can then be produced in mass and conventionally.
  • the candidate prototype inocula are formulated and packaged for use in the field.
  • Liquid and solid formulations not only ensure a satisfactory conservation period of a minimum of 6 months, ie. 4 ° C, i.e. at room temperature (i.e. from 18 to 27 ° C), but also to further ensure pre-adaptation of the bacterial cells already selected according to the present invention.
  • the invention also relates to isolated bacterial biomasses, characterized in that they comprise, as dominant strains, bacterial GRAM negative strains, of edaphic character, indigenous, oligotrophic, mainly aerobic, having metabolo-physiological characteristics of diazotrophy, fungistatic and / or phytosanitary activity.
  • these bacterial biomasses are capable of growing easily in liquid media, which makes it possible to produce them in industrial quantities by conventional bioprocesses.
  • these biomasses are characterized by the following phenotypes expressed in vitro and / or in situ: relative to isolated controls according to all or part of the conventional protocols 1), 2) and 3) recalled above, they are more mucoid than these controls, more encysted and more durably, less copiotrophic than said controls, and produce self-induction factors ( FAI) at higher rates than controls, for example octanoyl homoserine lactone.
  • FAI self-induction factors
  • Preferred bacterial biomasses of the invention are Azobacteriaceae, Pseudomonaceae, or Rhizobiaceae.
  • the genomic and molecular characterization of the isolated strains shows that they contain and express a genomic fragment analogous to characteristic fragments of algD and algU responsible for the production of EPS, as well as characteristic fragments of pobA and pobR responsible for the production of PHBH. , found in many Azoto bacteriaceae, Pseudomonaceae and Rhizobiaceae.
  • the bacterial biomasses obtained are particularly suitable for the microbiological bacterization of soils and crop residues, in particular residues of cereal crops, including those of grain corn.
  • the invention therefore relates to their use for such bacteria by introducing them in situ, near said residues, so as to exploit the soluble carbon released as a result of their degradation.
  • inoculas prepared from bacterial biomasses and isolated strains are advantageously sprayed on the crop residues, especially when they are buried in the soil. Inoculation rates of 100,000 to 1 million viable cells / g of residue, or 1 g / tonne of residue are used, for example.
  • FIGS. 1 to 8 represent, respectively:
  • FIG. 4 the ratio, as a function of the incubation time between the acetylene reduction activity in the presence of culture residues inoculated according to the invention or with controls, and not inoculated,
  • FIG. 6 the effect of an antibiotic on the treatment of culture residues and by controls
  • FIGS. 8A and 8B the effect of the particle size of soils reconstituted in microcosms on the properties of bacteria
  • Example 1 Isolation of candidate strains of the Azotobacteraceae type.
  • a soil / water suspension is brought into contact with an agar or silica gel matrix substrate.
  • the biofilm which is formed in contact with the matrix substrate meets the characteristics of the original target soil, with regard in particular to (1) the contents of humic and fulvic substances and their constitution in terms of the various phenolic and benzoic compounds, (2) the contents of carbon compounds, and in particular the mono-, oligo- and polysaccharides of vegetable, animal and / or bacteriofungal origin, (3) the particle size of the mineral part of the soil, and especially the finest, or at least the exclusion of aggregates greater than 5 mm in diameter, (4) the immediate nutrient contents (nitrogen, phosphorus, sulfur, etc.) capable of influencing bacterial development in the short term.
  • the immediate nutrient contents nitrogen, phosphorus, sulfur, etc.
  • the liquid phase is periodically restored, namely for example once a week, in order to avoid drying of the biofilm and to wait long enough between two restorations (eg around seven days), so as to give time to the most constitutive azotobacterial cells of the biofilm thus formed of migrate by volumetric displacement towards the surface of the biofilm.
  • the procedure is advantageously as follows.
  • an aliquot of 1 ml is placed in 1000 ml of liquid glucose medium (with 4th Winogradsky salts including those coming from a soil extract at a level of 10% w / v) without mineral nitrogen and / or assimilable, and left pre- incubate 1 to 2 days at 22-27 ° C.
  • This transfer is carried out from the culture thus obtained another two to three times, but using only 100 micro-liters (1/10 of ml) of this culture of "Rank I" and 9/10 of ml of a new aliquot coming directly from the liquid phase supernatant the original obtaining medium.
  • the bacteria were isolated on selective media devoid of mineral and / or organic nitrogen thus ensuring the dominance of these diazotrophic organisms at the expense of other heterotrophic organisms in the soil.
  • the organisms thus retained are Gram negative, aerobic, diazotrophic and in the form of rods of approximately 1 to 3 microns.
  • A. chroococcum is recognized as being the most adapted to living conditions édaphique. This strain was therefore retained as a reference for the strains of the invention. Indeed, the macro- and microscopic observations of the strains of the invention are in agreement with the descriptions of Azotobacter chraococcum Beiferinckii 1901 of ATCC, DMS and the Pasteur Institute. A genomic and molecular characterization of these strains has therefore been established using mechanisms known in Azotobacter.
  • the bacteria of the Azotobacieracea type obtained with the technology of the invention are capable of fixing diatomic nitrogen and of using carbonaceous substrates originating from the decomposition of crop residues in the field, and in particular those originating from the decomposition of straws from cereals and corn.
  • certain azotobacterial ecotypes are also capable of establishing rhizospheric associations and thus promoting the growth of the plant, but are not however virulent. They are not either, and unlike some Acetobacter, endophytes.
  • Azotobacteraceae bacteria are generally found in soils, they are Gram negative, and have a conventional and heterotrophic mode of growth and development. Under conditions of water or other stress, they can become encysted using exopolysacchanide (EPS) capsules and more particularly alginate. In this sense, this production of PS is essential for the survival and the hardiness in edaphic medium of these bacteria; the more or less fine characterization of this mechanism will therefore serve to identify these organisms as described below.
  • EPS exopolysacchanide
  • oligonucleotides were used capable of initiating the polymerization of conserved segments of a gene recognized as essential for the synthesis of exo-polysaccharides (EPS), in particular alginate, necessary for the survival of bacteria in the grounds.
  • EPS exo-polysaccharides
  • Oligonucleotides used for the functional characterization of AlgU and AlgD segments of candidate Azotobacteraceae strains are used for the functional characterization of AlgU and AlgD segments of candidate Azotobacteraceae strains.
  • the two regions considered to be the most conserved of the genomic segments aUU and algD have already been chosen as belonging to the genera Pseudomonas and Azoiobacter (information on Genebank concerning the segment AVU11240. AlgD Azobacter vinelandii ATCC 9046 Campos et al. Journal J. Bacteriol. 178 (7), 1793-1799 (1996)). Seven sets of oligonucleotide primers were developed from these regions to serve to amplify, by PCR, portions of a few hundred bases of these genes which can be easily identified by electrophoresis:
  • FIGS. 1A and 1B which represent:
  • the primers AlgUl and U2 appear to be the most discriminating, making it possible to obtain reproducible PCR products characteristic of the two candidate strains selected, and this vis-à-vis the strain used as control, Azotobacter chroococcum 76.116 from the CNCM of l 'Institut Pasteur (see Figure 1).
  • RAPD Random Amplified Polymorphism DNA
  • a choice of oligonucleotide primers used to amplify by DNA segments of DNA, a priori randomly arranged within the genome of the organism, can therefore serve as a QA € Q tool (Quality Assurance, Quality Control) during production and experimental deployment of bacterial organisms.
  • This choice is dictated by (i) the appearance of a “PCR band. » Firstly, (ii) the systematic re-appearance of this band during successive PCRs, and (iii) the relationship that this community of bands will establish between the various strains that we are trying to distinguish others.
  • the .candidate strains having been characterized as being of the Azotobacteraceae type and probably ecotypes of A. chroococcum Berjerinclâi, Gram negative, aerobic, diazotrophs, in the form of rods, sometimes ovoid, and of size from 1 to 3 microns depending on the stage of development of the culture and the composition of the medium, it was above all a question of distinguishing the various candidate strains TF31 and GR86, from a type culture strain, in particular A. chroococcum Berjerinkcii 76.116 from the CNCM of the Institut Pasteur.
  • Table 2 Synopsis of all the primers (decamers) tested within the framework of the RAPD analysis of the three strains and bio-masses azotobacterial, including the reference strain Azotobacter chroococcum 76.116 from the CNCM of the Institut Pasteur.
  • Vt6-10b GGA AGT AGT G? -? - 7-1 ACC TCG AGC A? -? -
  • RAPD RAPD.
  • the six primers which are decamers, ensured that the candidate strains were actually related to. AT. chroococcum 1901 / 76.116 from the Institut Pasteur (see bands a2 and a5 in Figure 2), while being distinguished from them (see bands al, a3, a4 and a6 in Figure 2).
  • This PCR-RAPD profile also makes it possible to distinguish between the candidate strains TF31 and GR86, which corroborates the more functional analysis of these two strains as a function of the gene segments alg (see FIG. 1).
  • FIG. 2 represents the bands produced by RAPD, according to a series of six primers (n10) characteristic of the candidate strains of the Azotobacteraceae type, compared to a strain of A. chroococcum 76.1 12 witness.
  • biomasses can indeed be identified and distinguished in relation to a range of control biomasses produced more or less conventionally (traditionally) and / or according to a variant of the said protocol integrating only two, or even only one, of said concepts. More precisely, a series of tests in microcosms, or even in micro-plots incorporating one or more of the inoculated controls (azb and / or Azb) listed below, and the candidate biomass (AZB) can demonstrate, a posteriori, the implementation of the said protocol;
  • s TM1 - Azb Type I control These biomasses are isolated from agar gels or other conventional organic and biotic matrix surfaces on which an earth extract is modeled on the edaphic situation of the original / target soil. Due to the presence of a relatively rich matrix substrate, they are therefore in principle especially oligotrophic in nature and contrary to the principle of active persistence as targeted by the invention;
  • TM2 - Azb Type II control These biomasses are isolated in the presence of silicic gels by alternating the liquid and solid phases by gradual drying of the supply of distilled water on the surface of gels which have not received any earth extract. , or having received an earth extract (ie glucido - humic supplement modeled on the target soil) from a soil of different origin from that of the target soil.
  • an earth extract ie glucido - humic supplement modeled on the target soil
  • o TM3 - Azb Type III control As with the Azb Type I control, these biomasses are isolated from gels, but silicic and / or inorganic and abiotic, on which an earth extract is modeled on the soil condition of the original soil / target. An earth extract is brought to the surface of the silica gel (installation of a first and last liquid phase), but this is not restored once it has dried.
  • TM4 - Azb control 1 These candidate bacterial biomasses are obtained according to the protocol of Pochon (1954), Pochon and Tchan (1948), Pochon et al. (1958) and Sasson (1967). However, and according to the present definition, these biomasses are obtained without the impregnation of silicic gels, and / or other inorganic and abiotic matrix surfaces, with any soil extract. . o TM5 - Witness azb 2: These biomasses are obtained by means of protocols for obtaining edaphic characters but strictly with regard to the carbohydrate and humic complement of the original / target soil; this supplement (“soil extract”) is either brought to the surface of an organic / biotic matrix surface (eg.
  • This presentation makes it possible to demonstrate the effectiveness of the bacterial biomasses obtained according to the invention with respect to their various control inocula. This representation also makes it possible to easily identify the relatively effective inoculating preparations which can serve as candidate strains for the manufacture of inocula intended for marketing.
  • FIGS. 9C, 9D and 9E 3 sets of experimental data have been reported and are illustrated respectively in FIGS. 9C, 9D and 9E:
  • Figure 9C (a) Relative efficacy of various inoculating preparations from azotobacterial biomasses isolated from two types of soil (F4 and 19);
  • Figure 9D (b) Relative effectiveness of various inoculating preparations from azotobacterial biomasses isolated from two types of soil (F4 and 19) according to the results obtained during incubation in microcosms with and without intact soil aggregates; o Figure 9E: (c) Relative efficacy of various inoculating preparations obtained and tested during a series of experimental tests (Exp 17, 18, 19, 20 and 21). Relative AZB / control efficiencies greater than 1.00 indicate inoculating preparations more effective than conventional preparations. This improvement in efficiency is necessarily attributable to the implementation of the invention.
  • Table 3 indicates the mineral nitrogen contents (Nm) of the microcosm soils incubated in the presence of 1% w / w of corn culture residues inoculated with bacterial preparations according to the invention (AZB) and their ' TM6 and TM1 cookies (ie internal cookies).
  • the isolation protocol of the invention promotes the in vitro retention on the surface of abiotic materials conditioned so as to house biofilms conducive to the evolution of bacterial strains (azoto) with edaphic characters.
  • azoto bacterial strains
  • One of the main characteristics of these edaphic bacterial biomasses thus retained is in principle their oligotrophy which is associated with their greater hardiness and efficiency in situ.
  • the experimentation res m ed in table 4 below was carried out: Table 4
  • FIG. 3 gives the mineral nitrogen contents (Nm) / kg of soil by inoculating various controls and candidate strains, in microcomes and on microparcels.
  • Table 5
  • this pre-incubation should have favored the proliferation of rather zymogenic and less oligotrophic bacteria and thus made them more easily, or at least more probably, isolable given their greater number.
  • the strains obtained by the protocol of the invention should be little or no more effective than conventional azobacterial biomasses (Azb).
  • a 1% glucose solution sufficient to destroy the oligotrophic conditions in principle present on the retention media according to the invention was added.
  • Three negative controls canceling the action of the candidate strains could be established at the time of retention of the most oligotrophic and rustic bacterial biomass (azoto) (see table).
  • Phase II from January 98 to December 99
  • Figure 5 gives the mineral nitrogen contents (mg Nm / kg sol) of two series of microcosms in parallel, with and without the contribution of the equivalent of about fifty units of mineral nitrogen per hectare, according to the type of bacterial inocula (azoto) used (azb - conventional control inocula consisting of conventionally isolated azotobacterial strains; silicic gels (GS) conditioned according to the invention plus various parahumic substances (SpH i, 2 and 3), a polycondensate catechol (PC) and SpH).
  • azoto bacterial inocula
  • GS silicic gels
  • SpH i, 2 and 3 various parahumic substances
  • PC polycondensate catechol
  • Table 13 gives the results obtained concerning the increase in the ratio between the vegetative (aerial) and root parts (Vegetative Index, IV) of the seedlings cultivated on soils incubated in the presence of cereal crop residues (wheat straw) and not treated with the inocula according to the invention and their controls TM6 and TM2.
  • TM6 tell-tales 0.85 na na 0.85 TM2 tell-tale na na na TF3i (AZB TF31) 0.90 na na 0.90
  • Indicator TM6 1.02 0.90 1.03 0.98 (0.03) 9 Indicator T 2 na 1.03 1.09 1.06 (0.04) GR86 (AZB GF86) 1.05 0.92 1.36 1.11 (0.09)
  • Figure 6 gives a graphic representation of three NB5 experiments with the use of ampicillin as an antibiotic control. It will be observed that ampicillin is more favorable to vegetative growth than the inoculated controls azb and Azb, while AZB is more favorable than ampicillin.
  • FIGS. 8A and 8B The results relating to the study of the relative effectiveness of the bacterial (nitrogen) biomass of the invention in maintaining the mineral nitrogen content of soils are reported in FIGS. 8A and 8B. reconstituted in microcosms according to the particle size fraction (> 3 mm in (A), and less than 1 mm in (B)) of these fractions. It will be noted that only the AZB biomasses are effective and that this efficiency with respect to the inoculated controls (azb and Azb) and non-inoculated (control) is no longer observed when the biomasses evolve within the 1 mm fraction.
  • Biofilm a basis for an interdisciplinary approach. In: "Biofilms” (Characklis and Marshall, eds.), John Wiley and Sons, NY, NY.

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Abstract

The invention concerns a method for obtaining in vitro bacterial biomasses of edaphic origin comprising steps which consist in: contacting an aqueous soil suspension with a matrix substrate, so as to form a hydrated zone, or biofilm, at the surface of the substrate, similar to the one adjacent to the clay-humus complex of the soil, essentially containing the internal bacterial constituent of the soil, so as to retain at the surface of the matrix substrate, the essential part of the bacterial flora endogenous to the original edaphic media; maturing the biofilm providing oligotrophic conditions enabling the cells which constitute most of the edaphic biofilm which have colonized the matrix substrate to migrate to the supernatant liquid phase of the matrix substrate, and gradually to prevail over it; recovering and culturing the bacterial strains most prolific in rich liquid culture media, with internal character, rustic and persistent in situ, capable of being cultured in liquid environment, hence capable of industrial production. The resulting bacterial biomasses and strains are useful for microbiological bacterization of soils and crop residues, in particular cereal crop residues, including those of corn.

Description

Nouvelles biomasses bactériennes, leur protocole d'obtention, et leur utilisation pour la bactérisation de sols et de résidus de cultures New bacterial biomasses, their production protocol, and their use for the bacterization of soils and crop residues
L'invention concerne de nouvelles biomasses bactériennes, leur protocole d'obtention, et leur utilisation pour la bactérisation de sols et de résidus de cultures.The invention relates to new bacterial biomasses, their production protocol, and their use for the bacterization of soils and crop residues.
La bactérisation des sols arables consiste à apporter, par voies (micro)biologiques aux sols et aux cultures agronomiques, une partie des éléments nutritifs, notamment l'azote diatomique provenant de l'atmosphère, nécessaires pour l'obtention de rendements économiques et durables.Bacterization of arable soils consists of supplying (micro) biological means to soils and agronomic crops, part of the nutrients, in particular diatomic nitrogen from the atmosphere, necessary for obtaining economic and sustainable yields.
Traditionnellement, la bactérisation a surtout été synonyme d'utilisation d'inocula de souches Rhizobhi.ni pour le pelliculage des semences d'espèces Leguminosea comme le soja, la luzerne et le trèfle rouge.Traditionally, bacteria have mainly been synonymous with the use of inocula of Rhizobhi.ni strains for the coating of seeds of Leguminosea species such as soybeans, alfalfa and red clover.
Il a également été proposé d'utiliser des endomycorrhizes, des acétobacters diazotrophes endophytes, des rhizobactéries PGPB (Plant Growth Promoting Bacteria) des micro - algues et des cyanobactéries, ou encore des bactéries diazotrophes non-symbiotiques en association avec des résidus de cultures.It has also been proposed to use endomycorrhizae, endophytic diazotrophic acetobacter, rhizobacteria PGPB (Plant Growth Promoting Bacteria) microalgae and cyanobacteria, or non-symbiotic diazotrophic bacteria in association with crop residues.
L'utilisation de bactéries en agronomie, et plus particulièrement en production céréalière, s'est heurtée toutefois au problème de leur non persistance, une fois réintroduites dans les sols. De ce fait, elles ne peuvent pas assurer la réalisation de l'effet agronomique recherché, à savoir l'augmentation et la stabilité des rendements en grains, leurs teneurs en protéines, et/ou la réduction des niveaux d'intrants, notamment l'azote minéral.The use of bacteria in agronomy, and more particularly in cereal production, came up against the problem of their non-persistence, once reintroduced into the soil. Therefore, they cannot ensure the achievement of the desired agronomic effect, namely the increase and the stability of the grain yields, their protein contents, and / or the reduction of the levels of inputs, in particular the mineral nitrogen.
Il s'ensuit que les biomasses bactériennes proposées à ce jour ne permettent pas une exploitation satisfaisante des composés issus de la dégradation in situ (i.e. au champ) des résidus de cultures agronomiques, notamment les résidus de la culture céréalière intensive, y compris celle du maïs-grain.It follows that the bacterial biomasses proposed to date do not allow a satisfactory exploitation of the compounds resulting from the in situ degradation (ie in the field) of the residues of agronomic crops, in particular the residues of intensive cereal cultivation, including that of grain corn.
Les composés solubles et assimilables issus de la dégradation in situ des résidus de cultures céréalières sont mal valorisés par l'ensemble de la microflore du sol, et plus particulièrement sa composante diazotrophe et non-symbiotique dite azotobactérienne. Ce manque de valorisation explique en bonne partie la réalisation de trois phénomènes, parfois nuisibles, bien connus ; (1) la présence continuelle de quantités agronomiques de résidus pailleux à la surface des sols au moment des travaux aratoires, (2) une immobilisation de l'azote par les microorganismes non - diazotrophes du sol entraînant une « faim d'azote » chez la culture en place, et, paradoxalement, (3) une baisse appréciable des teneurs en carbone (soluble, labile et total) et des biomasses microbiotiques.The soluble and assimilable compounds resulting from the in situ degradation of cereal crop residues are poorly valued by all of the soil microflora, and more particularly its diazotrophic and non-symbiotic component called azotobacterial. This lack of valuation largely explains the realization of three phenomena, sometimes harmful, well known ; (1) the continual presence of agronomic quantities of straw residues on the soil surface at the time of the agricultural work, (2) immobilization of nitrogen by non-diazotrophic microorganisms of the soil causing a "nitrogen hunger" in the culture in place, and, paradoxically, (3) an appreciable drop in carbon contents (soluble, labile and total) and microbiotic biomass.
Un autre problème rencontré avec les bactéries est lié à leur isolement et leur production en masse traditionnellement effectués par dilution en série d'une suspension de sol et la mise en culture d'un aliquote d'une même dilution de cet aliquote sur un milieu gélose riche. Les souches ainsi isolées, une fois suffisamment caractérisées, servent par la suite à ensemencer des fermenteurs bioindustriels conventionnels. La capacité des inocula ainsi produits à augmenter durablement l'activité in situ des organismes concernés, la diazotrophie dans un sol arable amendé avec des résidus de culture par exemple, est de ce fait aujourd'hui très faible et/ou aléatoire. Le recours à divers supports poreux, solides ou organiques, afin de protéger ces bactéries une fois ré(introduites) dans les sols, ne semble pas avoir pu permettre une plus grande efficacité de ce type d'inoculation.Another problem encountered with bacteria is linked to their isolation and their mass production traditionally carried out by serial dilution of a soil suspension and the cultivation of an aliquot of the same dilution of this aliquot on an agar medium. rich. The strains thus isolated, once sufficiently characterized, are then used to seed conventional bioindustrial fermenters. The capacity of the inocula thus produced to durably increase the in situ activity of the organisms concerned, diazotrophy in arable soil amended with crop residues for example, is therefore very weak and / or uncertain today. The use of various porous supports, solid or organic, in order to protect these bacteria once re (introduced) in the grounds, does not seem to have been able to allow a greater effectiveness of this type of inoculation.
L'étude de ces problèmes par les inventeurs les a conduits à mettre au point des conditions d'isolement de bactéries du sol à l'aide de protocoles et de milieux d'isolement, ou rétention, in vitro, capables d'assurer l'entretien et la survie des souches bactériennes les plus capables de persistance active en milieux édaphiques, et une bactérisation satisfaisante des sols une fois (réintroduites, grâce à leurs propriétés de persistance in situ.The study of these problems by the inventors led them to develop conditions for the isolation of bacteria from the soil using protocols and isolation media, or retention, in vitro, capable of ensuring the maintenance and survival of the bacterial strains most capable of active persistence in edaphic environments, and satisfactory bacterification of soils once (reintroduced, thanks to their properties of persistence in situ.
Historiquement, on peut relever trois approches à l'obtention de souches bactériennes d'origine édaphique (c'est-à-dire de sols arables) en principe les mieux adaptées à la persistance active in situ une fois réintroduites : a. l'isolement sur matrices abiotiques : avec utilisation de milieux à caractères édaphiques (i.e. gels siliciques avec ou sans extraits de terre), sans pour autant faire l'intégration des principales composantes (siliciques, humiques, carbonés, et hydrologique) de ces milieux ; b. la pré-incubation sur supports abiotiques : il s'agit d'une pré-incubation en milieu édaphique, ou au sein d'une fraction plus ou moins fine de celui-ci, de cellules bactériennes déjà isolées et cultivées conventionnellement ; c. la culture en milieux appauyris : on procède à un appauvrissement volontaire, notamment en carbone, des milieux de culture de cellules bactériennes isolées conventionnellement.Historically, there are three approaches to obtaining bacterial strains of edaphic origin (that is to say from arable soils) in principle best suited to active persistence in situ once reintroduced: a. isolation on abiotic matrices: with the use of media with edaphic characters (ie silica gels with or without earth extracts), without however integrating the main components (silicic, humic, carbonaceous, and hydrological) of these environments; b. pre-incubation on abiotic supports: this is a pre-incubation in an edaphic medium, or within a more or less fine fraction thereof, of bacterial cells already isolated and conventionally cultivated; vs. culture in impoverished media: a voluntary depletion, in particular in carbon, of culture media of bacterial cells isolated conventionally is carried out.
La solution apportée par l'invention intègre ces 3 approches, et plus particulièrement l'approche a), au sein du protocole d'obtention défini ci-après, qui conduit à l'obtention des souches et biomasses bactériennes constitutives, en termes d'adaptation, de persistance et d'activité in situ, et cela au-delà d'un simple conditionnement a posteriori des bactéries déjà isolées et/ou cultivées selon les approches a), b) et/ou c) di1 es plus conventionnelles.The solution provided by the invention integrates these 3 approaches, and more particularly approach a), within the obtaining protocol defined below, which leads to the obtaining of the constituent bacterial strains and biomasses, in terms of adaptation, persistence and activity in situ, and this beyond a simple a posteriori conditioning of bacteria already isolated and / or cultivated according to approaches a), b) and / or c) di1 es more conventional.
De plus, l'invention prend en compte le processus de formation des biofilms en milieu aqueux. A cet égard, les inventeurs ont considéré que la zone édaphique la plus conséquente pour les bactéries du sol correspond à la zone hydratée (biofilm) adjacente aux complexes argilo-humique (CAH) du sol, et que la formation et le fonctionnement de celle-ci est probablement sujette aux mêmes mécanismes que ceux impliqués dans la formation et le fonctionnement de biofilms au sens large.In addition, the invention takes into account the process of formation of biofilms in an aqueous medium. In this regard, the inventors have considered that the most significant edaphic zone for soil bacteria corresponds to the hydrated zone (biofilm) adjacent to the clay-humic complexes (CAH) of the soil, and that the formation and functioning of this- this is probably subject to the same mechanisms as those involved in the formation and functioning of biofilms in the broad sense.
Selon Characklis (1990) et Characklis et Marshall (1990) l'accumulation d'un biofilm à la surface d'une matrice, biotique ou abiotique, est le résultat de huit processus physico- chimiques et biologiques distincts :According to Characklis (1990) and Characklis and Marshall (1990) the accumulation of a biofilm on the surface of a matrix, biotic or abiotic, is the result of eight distinct physicochemical and biological processes:
1. Conditionnement de la matrice1. Conditioning of the matrix
2. Transport des cellules bactériennes (planctoniques) vers la matrice2. Transport of bacterial cells (plankton) to the matrix
3. Adsorption d'une portion de ces cellules3. Adsorption of a portion of these cells
4. Désorption d'une portion de ces cellules4. Desorption of a portion of these cells
5. Adsorption irréversible de cellules complémentaires5. Irreversible adsorption of complementary cells
6. Croissance des cellules bactériennes constituant le biofilm aux dépens de la phase aqueuse surnageante6. Growth of the bacterial cells constituting the biofilm at the expense of the supernatant aqueous phase
7. Attachement de cellules et de particules en suspension dans la phase aqueuse7. Attachment of cells and particles in suspension in the aqueous phase
8. Libération de cellules constituant le biofilm par voie de déplacement volumétrique, érosion, usure, etc. La réalisation de ces processus permet en principe la formation d'un biofilm à deux phases (solide et liquide), et plus précisément à cinq compartiments :8. Release of cells constituting the biofilm by volumetric displacement, erosion, wear, etc. The realization of these processes allows in principle the formation of a biofilm with two phases (solid and liquid), and more precisely with five compartments:
1. Un substrat matriciel (gels siliciques ou agar par exemple)1. A matrix substrate (silica gels or agar for example)
2. Le biofilm de base contenant l'essentiel des cellules bactériennes2. The basic biofilm containing most of the bacterial cells
3. Le biofilm de surface contenant pour l'essentiel les cellules complémentaires3. The surface biofilm essentially containing complementary cells
4. La phase liquide surnageante4. The supernatant liquid phase
5. La phase aqueuse ultime5. The ultimate aqueous phase
Or, il s'avère que le biofilm en tant que tel est surtout constitué par les compartiments 2, 3 et 4.However, it turns out that the biofilm as such is mainly constituted by compartments 2, 3 and 4.
Selon le modèle édaphique le plus reconnu (Davies et ai. 1998 ; Gordienko 1990 ; Pochon et Tchan 1948 ; Pochon et De Barjac 1958), la microflore bactérienne est elle aussi constituée d'essentiellement trois composantes, la composante autochtone la plus rustique et oligotrophe, la composante zymogène plutôt copiotrophe associée à cette composante autochtone, et enfin la composante, très marginale mais facilement isolable, essentiellement zymogène et tιy,s copiotrophe.According to the most recognized edaphic model (Davies et al. 1998; Gordienko 1990; Pochon and Tchan 1948; Pochon and De Barjac 1958), the bacterial microflora is also essentially made up of three components, the most rustic and oligotrophic native component. , the rather copiotrophic zymogenic component associated with this native component, and finally the very marginal but easily isolatable component, essentially zymogenic and tιy, s copiotrophic.
L'invention repose sur un rapprochement conceptuel original entre les descriptions des biofilms au sens large et la zone hydratée adjointe aux CAHs des sols.The invention is based on an original conceptual comparison between the descriptions of biofilms in the broad sense and the hydrated zone added to the soil CAHs.
Elle a alors pour but de fournir un procédé d'obtention de biomasses bactériennes essentiellement formées de souches persistantes et actives, une fois réintroduites dans un sol cible d'origine, caractérisées par l'intégration de caractéristiques APC (agro-pédoclimatique), notamment en interagissant avec les CAHs et ISL (interface sol- lignocellulosique) d'une zone édaphique identifiable.It therefore aims to provide a process for obtaining bacterial biomasses essentially formed from persistent and active strains, once reintroduced into an original target soil, characterized by the integration of APC (agro-pedoclimatic) characteristics, in particular by interacting with the CAHs and ISL (solignocellulosic interface) of an identifiable edaphic zone.
Elle vise aussi les biomasses bactériennes et les nouvelles souches de ces biomasses possédant les caractéristiques métabolo-physiologiques couramment recherchées, comme la diazotrophie, l'activité fongi-statique et/ou phytosanitaire, la production et la sécrétion de régulateurs de croissance, le catabolisme de xénobiotiques, etc).It also targets bacterial biomasses and new strains of these biomasses having the metabolophysiological characteristics commonly sought, such as diazotrophy, fungistatic and / or phytosanitary activity, the production and secretion of growth regulators, the catabolism of xenobiotics, etc.).
L'invention vise en outre l'utilisation de ces biomasses bactériennes et souches pour la bactérisation de sols et de résidus de cultures, en particulier de cultures céréalières. Le procédé d'obtention in vitro de biomasses bactériennes d'origine édaphique est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de :The invention further relates to the use of these bacterial biomasses and strains for the bacterization of soils and crop residues, in particular cereal crops. The process for obtaining in vitro bacterial biomass of edaphic origin is characterized in that it comprises the steps of:
- mise en contact d'une suspension aqueuse de sol avec un substrat matriciel, de manière à former une zone hydratée, ou biofilm, à la surface du substrat, analogue à celle adjointe au CAH du sol, abritant pour l'essentiel la composante bactérienne autochtone du sol, afin de retenir, à la surface du substrat matriciel, l'essentiel de la microflore bactérienne endogène aux milieux édaphiques d'origine.- bringing an aqueous soil suspension into contact with a matrix substrate, so as to form a hydrated zone, or biofilm, on the surface of the substrate, similar to that attached to the soil HAC, essentially sheltering the bacterial component native to the soil, in order to retain, on the surface of the matrix substrate, most of the bacterial microflora endogenous to the original edaphic environments.
- maturation du biofilm avec établissement de conditions oligotrophiques permettant aux cellules les plus constitutives du biofilm édaphique qui ont colonisé le substrat matriciel, de migrer vers la phase liquide surnageant ledit substrat, et progressivement à la dominer,- maturation of the biofilm with establishment of oligotrophic conditions allowing the most constitutive cells of the edaphic biofilm which have colonized the matrix substrate, to migrate towards the liquid phase supernatant said substrate, and gradually to dominate it,
- récupération et culture des souches bactériennes les plus prolifiques en milieux de cultures liquides riches, à caractère autochtone, rustiques et persistantes in situ, cultivables en milieux liquides et donc aptes à être produites industriellement- recovery and culture of the most prolific bacterial strains in rich liquid culture media, of an indigenous character, rustic and persistent in situ, cultivable in liquid media and therefore suitable for industrial production
On utilise dans ce procédé un substrat matriciel inorganicue et abiotique, en milieu aqueux, favorisant la production d'exopolysaccharides (EPS) et des. autres composantes du glycocalyx bactérien, ainsi que l'organisation en réseau d'un nombre suffisant de cellules capables d'initier les premières étapes de formation d'un biofilm à la surface du substrat.In this process, an inorganic and abiotic matrix substrate is used, in an aqueous medium, promoting the production of exopolysaccharides (EPS) and. other components of the bacterial glycocalyx, as well as the organization in a network of a sufficient number of cells capable of initiating the first steps of formation of a biofilm on the surface of the substrate.
Des matériaux appropriés en tant que substrats comprennent le gel de silice, le polystyrène, l'argile, le verre poreux ou encore la vermiculite.Materials suitable as substrates include silica gel, polystyrene, clay, porous glass or even vermiculite.
L'eau de la suspension aqueuse renferme des composés présents dans les proportions relatives caractéristiques du sol cible d'origine, à savoir des substances humiques et fulviques, des composés carbonés et notamment des mono-, oligo- et polysaccharides, d'origine végétale, animale, et bactério-fongique, des éléments nutritifs.The water in the aqueous suspension contains compounds present in the relative proportions characteristic of the original target soil, namely humic and fulvic substances, carbonaceous compounds and in particular mono-, oligo- and polysaccharides, of plant origin, animal, and bacteriofungal, nutrients.
La maturation du biofilm est réalisée en alternant une phase où le biofilm formé sur la surface abiotique n'est pas en -présence d'une phase liquide surnageante, avec une phase liquide comprenant l'ensemble des cellules bactériennes surnageant la phase solide. Cette maturation résulte en principe de la migration des bactéries autochtones vers la phase liquide du biofilm formé sur le substrat matriciel. Le déplacement volumétrique n'a lieu qu'au cours et après vieillissement (maturation) .du biofilm (c'est-à-dire du biofilm à la surface du substrat matriciel). Cette maturation permet la libération, dans la phase aqueuse surnageant le substrat matriciel, des cellules bactériennes les plus constitutives de ce biofilm.The maturation of the biofilm is carried out by alternating a phase where the biofilm formed on the abiotic surface is not in the presence of a supernatant liquid phase, with a liquid phase comprising all of the bacterial cells supernatant the solid phase. This maturation results in principle from the migration of native bacteria to the liquid phase of the biofilm formed on the matrix substrate. The volumetric displacement takes place only during and after aging (maturation) of the biofilm (that is to say of the biofilm on the surface of the matrix substrate). This maturation allows the release, in the aqueous phase supernatant of the matrix substrate, of the most constitutive bacterial cells of this biofilm.
La maturation du biofilm peut être facilitée/augmentée si la phase liquide surnageante est périodiquement asséchée, ou du moins retirée, de façon à favoriser la croissance des biomasses bactériennes constituant le biofilm, qui sont pour la plupart aérobiques. Elle est ensuite restaurée en ajoutant de l'eau aseptique. Cette addition peut être réalisée par exemple par microfîltration.The maturation of the biofilm can be facilitated / increased if the supernatant liquid phase is periodically dried, or at least removed, so as to promote the growth of the bacterial biomasses constituting the biofilm, which are for the most part aerobic. It is then restored by adding aseptic water. This addition can be carried out for example by microfiltration.
L'invention permet ainsi de réconcilier la diversité microbiologique (surtout bactérienne) des sols avec la pureté microbiologique des biomasses devant être produites en bioprocédés conventionnels, ce qui n'a jamais véritablement été tenté jusqu'à présent. L'isolement de souches bactériennes est en effet surtout réalisé à l'aide de milieux de cultures relativement riches et selon des caractères métaboliques (eg. résistance à certains antibiotiques, diazotrophie in vitiv, activités spécifiques de certaines enzymes, etc.) et/ou génomiques (eg. à l'aide de sondes oligo-nucléotidiques spécifiques de certains opérons d'intérêt agronomique ou industriel) facilement identifiables, mais qui n'ont fondamentalement peu, ou rien à voir avec l'adaptation et la persistance active de ces cellules bactériennes autochtones plutôt que zymogènes une fois (ré)introduites dans divers milieux édaphiques.The invention thus makes it possible to reconcile the microbiological diversity (especially bacterial) of the soils with the microbiological purity of the biomass to be produced in conventional bioprocesses, which has never really been attempted until now. The isolation of bacterial strains is in fact mainly carried out using relatively rich culture media and according to metabolic characteristics (eg resistance to certain antibiotics, in vitro diazotrophy, specific activities of certain enzymes, etc.) and / or genomics (eg using oligo-nucleotide probes specific to certain operons of agronomic or industrial interest) easily identifiable, but which have basically little or nothing to do with the adaptation and active persistence of these cells native bacteria rather than zymogens once (re) introduced into various edaphic environments.
Le protocole d'obtention de biomasses bactériennes de l'invention favorise ainsi la dominance microbiologique de souches bactériennes à caractères édaphiques, et assure néanmoins que celles-ci demeurent aussi suffisamment copiotrophes (i. . capables de croître en milieux riches) pour être produites en quantités industrielles par voies de bioprocédés conventionnels.The protocol for obtaining bacterial biomasses of the invention thus promotes the microbiological dominance of bacterial strains with edaphic characters, and nevertheless ensures that these also remain sufficiently copiotrophic (i. Capable of growing in rich media) to be produced in industrial quantities by conventional bioprocesses.
Tout au contraire, des bactéries obtenues selon des procédés n'intégrant pas les dispositions qui précèdent au sein d'un même protocole sont inefficaces. Il en est ainsi : o des biomasses bactériennes 1) obtenues de surfaces biotiques mais sans la présence d'un biofilm ou d'un complément humique, et/ouOn the contrary, bacteria obtained according to processes which do not integrate the foregoing provisions within the same protocol are ineffective. This is so: o bacterial biomasses 1) obtained from biotic surfaces but without the presence of a biofilm or a humic complement, and / or
» des biomasses bactériennes 2) obtenues de surfaces abiotiques selon le protocole en question, mais a) avec un complément humique non-calqué sur celui du sol cible et/ou b) avec un substrat carboné apporté en quantité supérieure aux concentrations normalement présentes dans le sol, .et/ou • des biomasses bactériennes 3) obtenues de surfaces abiotiques non conditionnées (i.e. sans le développement d'une pellicule hydratée ou biofilm).»Bacterial biomass 2) obtained from abiotic surfaces according to the protocol in question, but a) with a humic complement not modeled on that of the target soil and / or b) with a carbonaceous substrate provided in an amount greater than the concentrations normally present in the soil,. and / or • bacterial biomass 3) obtained from unconditioned abiotic surfaces (ie without the development of a hydrated film or biofilm).
Pour illustrer cette démonstration, une série d'inocula témoins n'intégrant pas au moins l'une des notions envisagées ci-dessus a été produite, à savoir notion 1: adhérence à des surfaces inorganiques et abiotiques; notion 2: croissance oligotrophique à partir de compléments glucidiques et humiques; notion 3: expression de caractères benthiques et planctoniques, la comparaison directe des effets obtenus avec les biomasses de l'invention et avec ces témoins permet d'interférer que l'intégration des 3 notions (1,2,3) évoquées ci-dessus est possible pour obtenir les résultats recherchés et constituent un moyen d'identification des biomasses de l'invention comme exposé dans les exemples.To illustrate this demonstration, a series of control inocula not integrating at least one of the concepts envisaged above was produced, namely notion 1: adhesion to inorganic and abiotic surfaces; concept 2: oligotrophic growth from carbohydrate and humic supplements; notion 3: expression of benthic and planktonic characters, the direct comparison of the effects obtained with the biomasses of the invention and with these witnesses makes it possible to interfere that the integration of the 3 notions (1,2,3) mentioned above is possible to obtain the desired results and constitute a means of identifying the biomasses of the invention as set out in the examples.
Selon un mode de réalisation préféré du procédé de l'invention d'isolement progressif de biomasses bactériennes rustiques et persistantes in situ, on a avantageusement recours aux étapes suivantes :According to a preferred embodiment of the process of the invention for the progressive isolation of rustic and persistent bacterial biomasses in situ, the following steps are advantageously used:
a) - rétention immédiate et temporaire de l'essentiel de la microflore bactérienne endogène aux milieux édaphiques d'origine :a) - immediate and temporary retention of most of the endogenous bacterial microflora in the original soil media:
Afin de rendre cette étape de rétention moins draconienne en termes d'élimination et de pertes des souches moins copiotrophes, on procède à une pré-incubation du substrat matriciel avec la suspension de sol renfermant les bactéries.In order to make this retention step less drastic in terms of elimination and loss of the less copiotrophic strains, a matrix substrate is pre-incubated with the soil suspension containing the bacteria.
Le substrat matriciel est inorganique et abiotique, tel que gel de silice, argile, polystyrène, verre poreux, vermiculite. La surface du substrat est conditionnée par mise en contact avec un milieu de rétention essentiellement calqué sur les caractéristiques du sol cible d'origine. Ces caractéristiques comprennent, non-exclusivement : (1) les teneurs en substances humiques et fulviques et leurs constitutions en termes des divers composés phénoliques et benzoïques, (2) les teneurs en composés carbonés, et notamment les mono-, oligo- et polysaccharides de provenance végétale, animale et/ou bactério-fongique, (3) la granulométrie de la partie minérale du sol, et surtout la plus fine, ou du moins à l'exclusion des agrégats supérieurs à 5 mm de diamètre, (4) les teneurs immédiates en éléments nutritifs (azote, phosphore, soufre, etc.) capables d'influencer le développement bactérien à court terme.The matrix substrate is inorganic and abiotic, such as silica gel, clay, polystyrene, porous glass, vermiculite. The surface of the substrate is conditioned by bringing it into contact with a retention medium essentially modeled on the characteristics of the original target soil. These characteristics include, but are not limited to: (1) the contents of humic and fulvic substances and their constitutions in terms of the various phenolic and benzoic compounds, (2) the contents of carbonaceous compounds, and in particular the mono-, oligo- and polysaccharides of vegetable, animal and / or bacteriofungal origin, (3) the particle size of the mineral part of the soil, and especially the finest, or at least excluding aggregates greater than 5 mm in diameter, (4) the immediate nutrient contents (nitrogen, phosphorus, sulfur, etc.) capable of influencing bacterial development in the short term.
Cette pré-incubation en présence d'eau des milieux de rétention permet la formation de manière satisfaisante d'une pellicule hydratée ou biofilm à la surface des substrats matriciels solides.This pre-incubation in the presence of water of the retention media allows the satisfactory formation of a hydrated film or biofilm on the surface of solid matrix substrates.
Les souches bactériennes;, qui progressivement viennent à dominer à la surface de ces substrats et au sein de ces biofilms, sont ainsi plus spécifiquement adaptées aux APC sur lesquels la constitution de ces biofilms a été calquée et sont donc aussi plus aptes à persister activement une fois réintroduites dans ces APC.The bacterial strains, which gradually come to dominate on the surface of these substrates and within these biofilms, are thus more specifically adapted to APCs on which the constitution of these biofilms has been modeled and are therefore also more capable of actively persisting once reintroduced into these APCs.
b) - dominance progressive des souches bactériennes recherchées, diazotrophes et/ou fongi- statiques par exemple, sur ces milieux de rétention spécifiques et caractéristiques des milieux édaphiques d'origine :b) - progressive dominance of the desired bacterial strains, diazotrophs and / or fungistats for example, over these specific retention media and characteristics of the original edaphic media:
Les milieux de culture, ou de rétention, deviennent de facto la source des éventuelles biomasses bactériennes candidates Les cellules bactériennes étant de bonnes productrices d'exo- polysaccharides (EPS) servant à la formation de biofilms à la surface du substrat, elles peuvent aussi être amenées à dominer la phase liquide restaurée à sa surface. En effet, les biofilms ainsi formés peuvent en ce sens maturer. C'est pendant ce processus de maturation que la multiplication de cellules du biofilm permet de déplacer graduellement les cellules bactériennes vers la surface du biofilm, par voie d'un processus appelé déplacement volumétrique (Characklis 90 et Characklis et Marshall 90 ci-dessus). Ces cellules se retrouvent donc éventuellement libres dans la phase liquide surnageant à la surface du biofilm. Dans la mesure où cette phase liquide et le substrat du biofilm sont quasi dépourvus d'azote minéral assimilable, les cellules concernées seront pour la plupart azotobactériennes.The culture or retention media become de facto the source of any candidate bacterial biomasses. Bacterial cells being good producers of exopolysaccharides (EPS) used for the formation of biofilms on the surface of the substrate, they can also be brought to dominate the liquid phase restored to its surface. Indeed, the biofilms thus formed can in this sense mature. It is during this maturation process that the multiplication of biofilm cells makes it possible to gradually move the bacterial cells towards the surface of the biofilm, by a process called volumetric displacement (Characklis 90 and Characklis and Marshall 90 above). These cells are therefore eventually found free in the liquid phase supernatant on the surface of the biofilm. Insofar as this liquid phase and the biofilm substrate are almost devoid of assimilable mineral nitrogen, the cells concerned will be mostly azotobacterial.
c) - isolement, par dominance micro-biologique, des souches bactériennes recherchées les plus prolifiques en milieux de cultures liquides riches et plus conventionnels : Les biomasses et souches de l'invention, bien que relativement plus oligotrophes que des souches plus conventionnelles, doivent néanmoins rester cultivables en milieux riches conventionnels, tels qu'on les utilise au cours de bio-procédés industriels. Cependant, et puisque les aliquotes provenant des phases liquides surnageant les milieux d'obtention de ces souches ne sont pas nécessairement d'une pureté microbiologique absolue, il existe un risque que les souches candidates recherchées qu'ils contiennent soient déplacées (i.e. dominées en nombre) par des contaminations plus copiotrophes et contraires au but recherché. Pour éviter autant que possible de telles contaminations, on restaure le milieu de culture avec un aliquote contenant à 90% environ des cellules provenant de la phase surnageant les milieux d'obtention et seulement 10% environ de cellules effectivement pré-incubées afin de favoriser, éventuellement, la dominance de cellules plutôt oligotrophes. Suite au troisième, voire quatrième, cycle de pré-incubation, un aliquote de 1 pour 1000 environ de cette dernière pré-culture sera transféré vers à un milieu liquide riche conventionnel, avec azote, les cellules qui contiennent cet aliquote pourront alors être produites en masse et de façon conventionnelle.c) - isolation, by micro-biological dominance, of the most prolific bacterial strains sought in rich and more conventional liquid culture media: The biomasses and strains of the invention, although relatively more oligotrophic than more conventional strains, must nevertheless remain cultivable in conventional rich environments, such as they are used during industrial bio-processes. However, and since the aliquots coming from the liquid phases supernatant the media for obtaining these strains are not necessarily of absolute microbiological purity, there is a risk that the desired candidate strains which they contain are displaced (ie dominated in number) by more copiotrophic contaminations and contrary to the desired goal. To avoid as much as possible such contamination, the culture medium is restored with an aliquot containing approximately 90% of cells originating from the phase supernatant the obtaining media and only approximately 10% of cells actually pre-incubated in order to promote, possibly the dominance of rather oligotrophic cells. Following the third, even fourth, pre-incubation cycle, an aliquot of approximately 1 per 1000 of this latter preculture will be transferred to a conventional rich liquid medium with nitrogen, the cells which contain this aliquot can then be produced in mass and conventionally.
Il est recommandé de procéder à un suivi et contrôle de la pureté de ces biomasses et souches en plus d'une série de profils génomiques non-fonctionnels de type RAPD, et plus fonctionnels selon l'expression particulière de certains mécanismes les plus importants en terme d'adéquation édaphique (eg. alg, mue, eps, pob, rhl, etc.).It is recommended to carry out a monitoring and control of the purity of these biomasses and strains in addition to a series of non-functional genomic profiles of the RAPD type, and more functional according to the particular expression of certain most important mechanisms in terms of edaphic adequacy (eg. alg, moult, eps, pob, rhl, etc.).
Les inocula prototypes candidats sont formulés et conditionnés pour leur utilisation au champ.The candidate prototype inocula are formulated and packaged for use in the field.
Des formulations liquides et solides permettent non-seulement d'assurer un délai © conservation satisfaisant d'un minimum de 6 mois, soit à. 4°C, soit à température ambiante (i.e. de 18 à 27°C), mais aussi d'assurer encore plus une pré-adaptation des cellules bactériennes déjà sélectionnées selon la présente invention.Liquid and solid formulations not only ensure a satisfactory conservation period of a minimum of 6 months, ie. 4 ° C, i.e. at room temperature (i.e. from 18 to 27 ° C), but also to further ensure pre-adaptation of the bacterial cells already selected according to the present invention.
L'invention vise également les biomasses bactériennes isolées, caractérisées en ce qu'elles comportent, comme souches dominantes, des souches bactériennes GRAM négatif, à caractère édaphique, autochtones, oligotrophes, en majeure partie aérobiques, présentant des caractéristiques métabolo-physiologiques de diazotrophie, activité fongi-statique et/ou phytosanitaire.The invention also relates to isolated bacterial biomasses, characterized in that they comprise, as dominant strains, bacterial GRAM negative strains, of edaphic character, indigenous, oligotrophic, mainly aerobic, having metabolo-physiological characteristics of diazotrophy, fungistatic and / or phytosanitary activity.
Avantageusement ces biomasses bactériennes sont capables de croître aisément en milieux liquides, ce qui permet de les produire en quantités industrielles par voie de bioprocédés conventionnels.Advantageously, these bacterial biomasses are capable of growing easily in liquid media, which makes it possible to produce them in industrial quantities by conventional bioprocesses.
Comme illustré par les exemples donnés ci-après, ces biomasses sont caractérisées par les phénotypes suivants exprimés in vitro et/ou in situ : par rapport à des témoins isolés selon tout ou partie des protocoles conventionnels 1), 2) et 3) rappelés ci-dessus, elles sont plus mucoïdes que ces témoins, plus enkystées et de manière plus durable, moins copiotrophes que lesdits témoins, et produisent des facteurs d'auto-induction (FAI) selon des taux plus élevés que les témoins, par exemple de l'octanoyl homosérine lactone.As illustrated by the examples given below, these biomasses are characterized by the following phenotypes expressed in vitro and / or in situ: relative to isolated controls according to all or part of the conventional protocols 1), 2) and 3) recalled above, they are more mucoid than these controls, more encysted and more durably, less copiotrophic than said controls, and produce self-induction factors ( FAI) at higher rates than controls, for example octanoyl homoserine lactone.
Par rapport auxdits témoins, elles sont capables de maintenir la teneur en azote minéral des sols reconstitués en microcosmes selon une fraction granulométrique > 3mm, sur une période de plus de 28 jours d'incubation.Compared to said controls, they are capable of maintaining the mineral nitrogen content of soils reconstituted in microcosms according to a particle size fraction> 3mm, over a period of more than 28 days of incubation.
Des biomasses bactériennes préférées de l'invention sont des Azobacteriaceae, des Pseudomonaceae, ou des Rhizobiaceae.Preferred bacterial biomasses of the invention are Azobacteriaceae, Pseudomonaceae, or Rhizobiaceae.
La caractérisation génomique et moléculaire des souches isolées montre qu'elles renferment et expriment un fragment génomique analogue à des fragments caractéristiques de algD et algU responsables de la production d'EPS, ainsi que des fragments caractéristiques de pobA et pobR responsables de la production de PHBH, trouvés chez bon nombre d'Azoto bacteriaceae, Pseudomonaceae et Rhizobiaceae.The genomic and molecular characterization of the isolated strains shows that they contain and express a genomic fragment analogous to characteristic fragments of algD and algU responsible for the production of EPS, as well as characteristic fragments of pobA and pobR responsible for the production of PHBH. , found in many Azoto bacteriaceae, Pseudomonaceae and Rhizobiaceae.
Les biomasses bactériennes obtenues sont particulièrement appropriées pour la bactérisation microbiologique de sols et de résidus de cultures, en particulier de résidus de cultures céréaliers, y compris ceux du maïs-grain.The bacterial biomasses obtained are particularly suitable for the microbiological bacterization of soils and crop residues, in particular residues of cereal crops, including those of grain corn.
Grâce à la persistance de leur activité in situ une fois (ré)introduites dans le sol, durant la période de mise en culture des cultures agronomiques concernées, elles peuvent utiliser les résidus en voie de décomposition comme substrats énergétiques et structurels.Thanks to the persistence of their activity in situ once (re) introduced into the soil, during the period of cultivation of the agronomic crops concerned, they can use the residues in the process of decomposition as energy and structural substrates.
L'invention vise donc leur utilisation pour une telle bactérisation en les introduisant in situ, à proximité desdits résidus, de manière à exploiter le carbone soluble libéré par suite de leur dégradation.The invention therefore relates to their use for such bacteria by introducing them in situ, near said residues, so as to exploit the soluble carbon released as a result of their degradation.
A cet effet, des inoculas préparés à partir des biomasses bactériennes et souches isolées sont avantageusement pulvérisés sur les résidus de culture, notamment au moment de leur enfouissement dans les sols. On utilise par exemple des taux d'inoculation de 100.000 à 1 million de ceflules viables/g de résidus, ou encore 1 g/tonne de résidus. Au niveau édapho-agronomique, on observe in situ ou en microcosmes, une plus grande persistance in situ et dans le temps de l'activité de la nitrogénase, dans le cas de biomasses azotabactériennes capables de diazotrophie, une augmentation de l'accumulation de l'azote minéral, notamment sous forme ammoniacal, une augmentation des biomasses végétales, du rapport entre les parties végétatives et racinaires, un retard initial de la dégradation des résidus de culture aîtribuable à l'activité fongi-statique des bactéries (ré)introduites.To this end, inoculas prepared from bacterial biomasses and isolated strains are advantageously sprayed on the crop residues, especially when they are buried in the soil. Inoculation rates of 100,000 to 1 million viable cells / g of residue, or 1 g / tonne of residue are used, for example. At the edapho-agronomic level, there is observed in situ or in microcosms, greater persistence in situ and over time of the activity of nitrogenase, in the case of azotabacterial biomasses capable of diazotrophy, an increase in the accumulation of l mineral nitrogen, in particular in the ammoniacal form, an increase in plant biomass, of the ratio between the vegetative and root parts, an initial delay in the degradation of the crop residues attributable to the fungistic activity of the (re) introduced bacteria.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention sont donnés dans les exemples qui suivent, avec référence aux figures 1 à 8, qui représentent, respectivement :Other characteristics and advantages of the invention are given in the examples which follow, with reference to FIGS. 1 to 8, which represent, respectively:
- les figures 1 A et 1B, les bandes PCR produites par des amorces AlgU V2 selon le type de matrices utilisées ;- Figures 1 A and 1B, the PCR bands produced by AlgU V2 primers according to the type of matrices used;
- la figure 2, les bandes produites par RAPD, selon une série de six amorces (nlO) caractéristiques des souches de type Azotobacteraceae candidates, comparées à une souche ά'A. chroococcum 76.112 témoin,- Figure 2, the bands produced by RAPD, according to a series of six primers (nlO) characteristic of candidate strains of the Azotobacteraceae type, compared to a strain ά'A. witness chroococcum 76,112,
- la figure 3, les teneurs en azote minéral mesurées, sur des microcosmes et des microparcelles inoculés avec divers témoins et des souches candidates, -,_- Figure 3, the measured mineral nitrogen contents, on microcosms and microparcels inoculated with various controls and candidate strains, -, _
- la figure 4, le rapport, en fonction du temps d'incubation entre l'activité de la réduction de l'acétylène en présence de résidus de culture inoculés selon l'invention ou avec des témoins, et non inoculés,FIG. 4, the ratio, as a function of the incubation time between the acetylene reduction activity in the presence of culture residues inoculated according to the invention or with controls, and not inoculated,
- la figure 5. les teneurs en azote minéral de 2 séries de microcosmes traités selon l'invention ou par des témoins, avec addition de composés para-humiques ;- Figure 5. the mineral nitrogen contents of 2 series of microcosms treated according to the invention or by controls, with addition of para-humic compounds;
- la figure 6, l'effet d'un antibiotique sur le traitement de résidus de culture et par des témoins,FIG. 6, the effect of an antibiotic on the treatment of culture residues and by controls,
- les figures 7A et 7B, la décomposition de résidus de culture en fonction du temps d'incubation (laboratoire et au champ) ;- Figures 7A and 7B, the decomposition of crop residues as a function of the incubation time (laboratory and in the field);
- les figures 8À et 8B, l'effet de la granulométrie ds sols reconstitués en microcosmes sur les propriétés des bactéries, etFIGS. 8A and 8B, the effect of the particle size of soils reconstituted in microcosms on the properties of bacteria, and
- les figures 9A à 9E, les effets de biomasses de l'invention par rapport à des témoins. Exemple 1 : Isolement de souches candidates de type Azotobacteraceae.- Figures 9A to 9E, the effects of biomass of the invention compared to controls. Example 1: Isolation of candidate strains of the Azotobacteraceae type.
. sols utilisés pour les prélèvements. soils used for sampling
On rapporte les résultats obtenus sur 2 sites (Terrefort et Groies) dont les caractères APC sont les suivants :The results obtained are reported on 2 sites (Terrefort and Groies) whose APC characters are as follows:
Tableau la : Analyses physico-chimiques des sols F4 et 19 (« Terrefort ») sur le domaine expérimental de l'Inra-ToulouseTable la: Physico-chemical analyzes of soils F4 and 19 (“Terrefort”) on the experimental area of Inra-Toulouse
ParcelleParcel
F4 19F4 19
Granulométrie Argile 230 260 Limon fin 242 227 Limon grossier 139 165 Sable fin 167 207 Cable grossier 222 141Granulometry Clay 230 260 Fine silt 242 227 Coarse silt 139 165 Fine sand 167 207 Coarse cable 222 141
Carbone organique 8.5 9.2Organic carbon 8.5 9.2
Matières organique 14.6 15.8Organic matter 14.6 15.8
Azote organique 1.07 1.13 pH eau 5.9 6.6Organic nitrogen 1.07 1.13 pH water 5.9 6.6
CaCO 0 0CaCO 0 0
P2O5 0.11 0.06P 2 O 5 0.11 0.06
Ca échangeable 1.91 2.75Exchangeable 1.91 2.75
Ma échangeable 0.014 0.015My exchangeable 0.014 0.015
Mg échangeable 0.173 0.187Exchangeable mg 0.173 0.187
K échangeable 0.183 0.134K exchangeable 0.183 0.134
Humidité à 105 C 24 28 Humidity at 105 C 24 28
Tableau l.b : Caractéristiques édaphique des sols Groies à proximité de Poitiers (86)Table lb: Edaphic characteristics of Groies soils near Poitiers (86)
TERRES ... Séchantes o Principalement au nord du départementLANDS ... Dry o Mainly north of the department
CARACTÈRES o Couleur brune Argile limoneuse o Substrat : calcaireCHARACTERISTICS o Brown color Loamy clay o Substrate: limestone
PROPRIÉTÉS o Sol calcaire, peu profond, caillouteux (calcaires)PROPERTIES o Limestone, shallow, stony soil (limestone)
• Sol sain• Healthy soil
» Réserve en eau faible (opportunité de l'irrigation) o Fertilité bonne à moyenne»Low water reserve (irrigation opportunity) o Good to medium fertility
VARIANTE : Grosse groie ou argilo-calcaire o Sol profond, plus argileux c bonne réserve en eauALTERNATIVE: Large groie or clay-limestone o Deep soil, more clayey c good water reserve
. protocole d'isolement. isolation protocol
On met en contact une suspension sol/eau avec un substrat matriciel d'agar ou de gel silicique. Le biofilm qui se forme au contact du substrat matriciel répond aux caractéristiques du sol cible d'origine, en ce qui concerne notamment (1) les teneurs en substances humiques et fulviques et leur constitution en termes des divers composés phénoliques et benzoïques, (2) les teneurs en composés carbonés, et notamment les mono-, oligo- et polysaccharides de provenance végétale, animale et/ou bactério-fongique, (3) la granulométrie de la partie minérale du sol, et surtout la plus fine, ou du moins à l'exclusion des agrégats supérieurs à 5 mm de diamètre, (4) les teneurs immédiates en éléments nutritifs (azote, phosphore, soufre, etc.) capables d'influencer le développement bactérien à court terme.A soil / water suspension is brought into contact with an agar or silica gel matrix substrate. The biofilm which is formed in contact with the matrix substrate meets the characteristics of the original target soil, with regard in particular to (1) the contents of humic and fulvic substances and their constitution in terms of the various phenolic and benzoic compounds, (2) the contents of carbon compounds, and in particular the mono-, oligo- and polysaccharides of vegetable, animal and / or bacteriofungal origin, (3) the particle size of the mineral part of the soil, and especially the finest, or at least the exclusion of aggregates greater than 5 mm in diameter, (4) the immediate nutrient contents (nitrogen, phosphorus, sulfur, etc.) capable of influencing bacterial development in the short term.
Pour obtenir la maturation du biofilm, on restaure périodiquement la phase liquide, à savoir par exemple une fois-par semaine, afin d'éviter l'assèchement du biofilm et d'attendre suffisamment longtemps entre deux restaurations (e.g. environ sept jours), de manière à laisser le temps aux cellules azotobactériennes les plus constitutives du biofilm ainsi formé de migrer par déplacement volumétrique vers la surface du biofilm. Afin d'éviter la dominance de cellules azotobactériennes copiotrophes aux dépens des cellules azotobactériennes recherchées, qui sont plutôt oligo- ou méso-trophes, plus autochtones et persistantes une fois (réintroduites, mais aussi donc facilement dominées en milieux in vitro riches, il faut éviter de charger les gels et les phases liquides qui les surnagent avec des substrats carbonés, notamment des sucres simples tel que le glucose, et/ou des éléments nutritifs minéraux. On utilise de préférence de l'eau distillée aseptique (en particulier par micro-filtration). Il faut aussi éviter de rompre ou de perturber excessivement le biofilm au moment de la restauration en utilisant un jet d'eau trop brusque ou dirigé au moment de la restauration de la phase liquide. En général, il est suffisant d'utiliser 1 ml d'eau sur gels contenus dans des boîtes de Pétri de 10 mm de diamètre et 5 ml pour les boîtes de 33 mm de diamètre. Après environ sept jours d'incubation à 22-27°C, la dernière restauration, soit généralement la troisième, des aliquotes de ces phases liquides serviront à ensemencer une série de milieux de cultures liquides conventionnels.To obtain the maturation of the biofilm, the liquid phase is periodically restored, namely for example once a week, in order to avoid drying of the biofilm and to wait long enough between two restorations (eg around seven days), so as to give time to the most constitutive azotobacterial cells of the biofilm thus formed of migrate by volumetric displacement towards the surface of the biofilm. In order to avoid the dominance of copiotrophic azotobacterial cells at the expense of the desired azotobacterial cells, which are rather oligo- or meso-trophes, more native and persistent once (reintroduced, but also therefore easily dominated in rich in vitro environments), it is necessary to avoid to load the gels and the liquid phases which float them with carbon substrates, in particular simple sugars such as glucose, and / or mineral nutrients. Preferably aseptic distilled water is used (in particular by micro-filtration You should also avoid excessively breaking or disturbing the biofilm when restoring by using a too sudden or directed jet of water when restoring the liquid phase. In general, it is sufficient to use 1 ml of water on gels contained in 10 mm diameter petri dishes and 5 ml for 33 mm diameter dishes After approximately seven days of incubation 22-27 ° C, the final restoration, generally the third, aliquots of these liquid phases used to inoculate a series of conventional liquid culture media.
Pour l'isolement des souches candidates recherchées, on procède avantageusement comme suit . on place un aliquote de 1 ml dans 1000 mL de milieu liquide glucose (avec sels 4e Winogradsky comprenant ceux provenant d'un extrait de terre à hauteur de 10% p/v) sans azote minéral et/ou assimilable, et on laisse pré-incuber 1 à 2 jours à 22-27°C. Ce transfert est effectué à partir de la culture ainsi obtenue encore deux à trois fois, mais en n'utilisant que 100 micro-litres (1/10 de mL) de cette culture de « Rang I » et 9/10 de mL d'un nouvel aliquote provenant directement de la phase liquide surnageant le milieu d'obtention d'origine. On réduit la probabilité, sans pour autant l'éliminer, de voir une biomasse candidate plutôt moins oligotrophe prendre le dessus, en terme de nombre de cellules par mL de milieu de culture, sur les biomasses candidates encore plus oligotrophes, persistantes et actives in situ.For the isolation of the candidate strains sought, the procedure is advantageously as follows. an aliquot of 1 ml is placed in 1000 ml of liquid glucose medium (with 4th Winogradsky salts including those coming from a soil extract at a level of 10% w / v) without mineral nitrogen and / or assimilable, and left pre- incubate 1 to 2 days at 22-27 ° C. This transfer is carried out from the culture thus obtained another two to three times, but using only 100 micro-liters (1/10 of ml) of this culture of "Rank I" and 9/10 of ml of a new aliquot coming directly from the liquid phase supernatant the original obtaining medium. We reduce the probability, without eliminating it, of seeing a candidate biomass rather less oligotrophic gaining the upper hand, in terms of number of cells per ml of culture medium, over the candidate biomass even more oligotrophic, persistent and active in situ .
- identité des organismes- identity of organizations
Les bactéries ont été isolées sur des milieux sélectifs dépourvus d'azote minéral et/ou organique assurant ainsi la dominance de ces organismes diazotrophes aux dépens des autres organismes hétérotrophes du sol. Les organismes ainsi retenus sont Gram négatifs, aérobiques, diazotrophes et en forme de bâtonnets d'environ 1 à 3 microns.The bacteria were isolated on selective media devoid of mineral and / or organic nitrogen thus ensuring the dominance of these diazotrophic organisms at the expense of other heterotrophic organisms in the soil. The organisms thus retained are Gram negative, aerobic, diazotrophic and in the form of rods of approximately 1 to 3 microns.
On sait que A. chroococcum est reconnue comme étant la plus adaptée aux conditions de vie édaphique. Cette souche a donc été retenue comme référence pour les souches de l'invention. En effet, les observations macro- et microscopique des souches de l'invention sont en accord avec les descriptions à'Azotobacter chraococcum Beiferinckii 1901 de l'ATCC, de la DMS et de l'Institut Pasteur. Une caractérisation génomique et moléculaire de ces souches a donc été établie à partir de mécanismes connus chez Azotobacter.We know that A. chroococcum is recognized as being the most adapted to living conditions édaphique. This strain was therefore retained as a reference for the strains of the invention. Indeed, the macro- and microscopic observations of the strains of the invention are in agreement with the descriptions of Azotobacter chraococcum Beiferinckii 1901 of ATCC, DMS and the Pasteur Institute. A genomic and molecular characterization of these strains has therefore been established using mechanisms known in Azotobacter.
- propriétés biologiques des organismes- biological properties of organisms
Les bactéries de type Azotobacieracea obtenues avec la technologie de l'invention sont capables de fixer de l'azote diatomique et d'utiliser les substrats carbonés provenant de la décomposition des résidus de culture au champ, et notamment ceux provenant de la décomposition des pailles de céréales et de maïs. En principe, certains écotypes azotobactériens sont aussi capables d'établir des associations rhizosphériques et de promouvoir ainsi la croissance de la plante, mais ne sont pas pour autant virulentes. Elles ne sont pas non plus, et cela contrairement à certaines Acetobacter, endophytes.The bacteria of the Azotobacieracea type obtained with the technology of the invention are capable of fixing diatomic nitrogen and of using carbonaceous substrates originating from the decomposition of crop residues in the field, and in particular those originating from the decomposition of straws from cereals and corn. In principle, certain azotobacterial ecotypes are also capable of establishing rhizospheric associations and thus promoting the growth of the plant, but are not however virulent. They are not either, and unlike some Acetobacter, endophytes.
Les bactéries de type Azotobacteraceae sont généralement trouvées dans les sols, elles sont Gram négatives, et ont un mode de croissance et dis développement conventionnel et hétérotrophe. Dans des conditions de stress hydrique ou autre, elles peuvent s'enkyster à l'aide de capsules d'exopolysacchanides (EPS) et plus particulièrement d'alginate. En ce sens, cette production dΕPS est primordiale pour la survie et la rusticité en milieu édaphique de ces bactéries; la caractérisation plus ou moins fine de ce mécanisme servira donc à l'identification de ces organismes comme décrit ci-après.Azotobacteraceae bacteria are generally found in soils, they are Gram negative, and have a conventional and heterotrophic mode of growth and development. Under conditions of water or other stress, they can become encysted using exopolysacchanide (EPS) capsules and more particularly alginate. In this sense, this production of PS is essential for the survival and the hardiness in edaphic medium of these bacteria; the more or less fine characterization of this mechanism will therefore serve to identify these organisms as described below.
Ces bactéries sont responsables de la fixation d'azote diatomique dans les sols par voie non symbiotique. Elles sont aérobiques, contrairement aux Clostridium, et sont généralement reconnues comme ne pouvant, selon les circonstances, fixer par diazotrophie que quelques kg, voire quelques dizaines de kg d'azote par hectare et par an. Or, ces taux de fixation biologique sont surtout limités par la (non)disponibilité des substrats carbonés suite à la (non)persistance des souches diazotrophes (ré)introduites dans des sols particuliers.These bacteria are responsible for the fixation of diatomic nitrogen in soils by a non-symbiotic route. They are aerobic, unlike Clostridium, and are generally recognized as being unable, depending on the circumstances, to fix by diazotrophy only a few kg, even a few tens of kg of nitrogen per hectare per year. However, these biological fixation rates are above all limited by the (non) availability of carbon substrates following the (non) persistence of diazotrophic strains (re) introduced into particular soils.
On notera que, conformément à l'invention, ces taux globaux par hectare peuvent être au moins triplés,--voire quintuplés. Il a en effet été démontré à l'aide de données expérimentales obtenues en laboratoire, en serre, en chambre de culture et en parcelles expérimentales au champ que l'invention permet effectivement une plus grande efficacité relative des souches azotobactériennes isolées, une fois celles-ci (ré)introduites dans leur agro-pédo-climat (APC) d'origine.It will be noted that, in accordance with the invention, these overall rates per hectare can be at least tripled, or even quintupled. It has indeed been demonstrated using experimental data obtained in the laboratory, in the greenhouse, in a culture chamber and in experimental plots in the field that the invention effectively allows greater relative efficiency of the isolated azotobacterial strains, once these (re) introduced into their agro-pedo-climate ( APC) of origin.
- méthodes d'analyse- methods of analysis
. établissement de l 'identité des organismes. establishment of the identity of organizations
L'identité des organismes a été établie en fonction de leur adaptation aux APC. Les résultats rapportés ci-après concernent les 2 APC à partir desquels les souches ont été isolées, et dans lesquels elles seront ré-introduites sous la forme d' inocula bactérien : un dans la région Toulousaine (31) (Terrefort ou « TF31 », voir Tableau La) et l'autre dans la région de Poitiers (86) (Groies ou « GR86 », voir Tableau l.b).The identity of the organizations was established based on their adaptation to the CPAs. The results reported below relate to the 2 APCs from which the strains were isolated, and into which they will be re-introduced in the form of bacterial inocula: one in the Toulouse region (31) (Terrefort or "TF31", see Table La) and the other in the Poitiers region (86) (Groies or "GR86", see Table lb).
Aux fins de caractérisation, on a utilisé des oligonucléotides capables d'amorcer la polymérisation de segments conservés d'un gène reconnu comme essentiel à la synthèse d'exo - polysaccharides (EPS), notamment l'alginate, nécessaire à la survie des bactéries dans les sols.For the purpose of characterization, oligonucleotides were used capable of initiating the polymerization of conserved segments of a gene recognized as essential for the synthesis of exo-polysaccharides (EPS), in particular alginate, necessary for the survival of bacteria in the grounds.
. Oligonucléotides utilisés pour la caractérisation fonctionnelle de segments AlgU et AlgD des souches Azotobacteraceae candidates.. Oligonucleotides used for the functional characterization of AlgU and AlgD segments of candidate Azotobacteraceae strains.
On a choisi les deux régions considérées comme les plus conservées des segments génomiques aigU et algD déjà rapportés comme appartenant aux genres Pseudomonas et Azoiobacter (information sur Genebank concernant le segment AVU11240. AlgD Azobacter vinelandii ATCC 9046 Campos et al. Journal J. Bacteriol. 178 (7), 1793-1799 (1996)). Sept séries d'amorces oligonucléotidiques ont été élaborées à partir de ces régions pour servir à amplifier par voie de PCR des portions de quelques centaines de bases de ces gènes facilement repérables par électrophorèse :The two regions considered to be the most conserved of the genomic segments aUU and algD have already been chosen as belonging to the genera Pseudomonas and Azoiobacter (information on Genebank concerning the segment AVU11240. AlgD Azobacter vinelandii ATCC 9046 Campos et al. Journal J. Bacteriol. 178 (7), 1793-1799 (1996)). Seven sets of oligonucleotide primers were developed from these regions to serve to amplify, by PCR, portions of a few hundred bases of these genes which can be easily identified by electrophoresis:
PourAlsDPourAlsD
> Amorce AlgDl TGG GCT ATG TMG GTG CAG T> AlgDl TGG GCT ATG TMG GTG CAG T primer
> Amorce AJgD2 ACS ACC ACG GTG TGG CGA A Amorce ÂlgD3 GGT GTA CTT GAT CAT CTC GGC Pour AlgU> Primer AJgD2 ACS ACC ACG GTG TGG CGA A Primer ÂlgD3 GGT GTA CTT GAT CAT CTC GGC For AlgU
> Amorce AlgUl TGGTYGQRC GRGTRC AGC G> AlgUl TGGTYGQRC GRGTRC AGC G primer
> Amorce AlgU2 ACGRTAKGC TYY GAT GAA Amorce AlgU3 TTYTAT ACMTGGCTGTAT C> AlgU2 primer ACGRTAKGC TYY GAT GAA AlgU3 primer TTYTAT ACMTGGCTGTAT C
> Amorce AlgU4 GAC CCYACS GTY CCMAC> Primer AlgU4 GAC CCYACS GTY CCMAC
Les résultats obtenus sont donnés sur les figures 1A et 1B qui représentent :The results obtained are given in FIGS. 1A and 1B which represent:
A. Les bandes PCR produites par les amorces AlgU 1/2 selon le type de matrices utilisées. L'expression des bandes PCR-AlgU dénote selon toute vraisemblance des segments de masses différentes et donc caractéristiques des souches candidates TF31 et R86, respectivement;A. The PCR bands produced by the AlgU 1/2 primers according to the type of templates used. The expression of the PCR-AlgU bands in all likelihood denotes segments of different masses and therefore characteristic of the candidate strains TF31 and R86, respectively;
B. La. mise en évidence de la différence entre les bandes PCR AlgU 1/2 pour les souches candidates TF31 et GR86.B. The demonstration of the difference between the AlgU 1/2 PCR bands for the candidate strains TF31 and GR86.
Les amorces AlgUl et U2 se révèlent les plus discriminantes, permettant d'obtenir de façon reproductible des produits PCR caractéristiques des deux souches candidates retenues, et cela vis-à-vis de la souche utilisée comme témoin, Azotobacter chroococcum 76.116 de la CNCM de l'Institut Pasteur (voir figure 1).The primers AlgUl and U2 appear to be the most discriminating, making it possible to obtain reproducible PCR products characteristic of the two candidate strains selected, and this vis-à-vis the strain used as control, Azotobacter chroococcum 76.116 from the CNCM of l 'Institut Pasteur (see Figure 1).
. contrôle de la pureté microbiologique de la souche candidate et de la préparation La technique dite « RAPD » (Random Amplified Polymorphism DNA) est la plus généralement utilisée pour obtenir rapidement un profil génétique d'un organisme bactérien. Un choix d'amorces oligonucléotidiques servant à amplifier par PCR des segments d'ADN, a priori disposés aléatoirement au sein du génome de l'organisme, peut donc servir d'outil d'AQ€Q (Assurance Qualité, Contrôle Qualité) au cours de la production et du déploiement expérimental d'organismes bactériens. Ce choix est dicté par (i) l'apparition d'une « bande PCR. », dans un premier temps, (ii) la ré-apparition systématique de cette bande au cours de PCR successives, et (iii) le rapport qu'établira cette communauté de bandes entre les diverses souches que l'on cherche à distinguer les unes des autres.. control of the microbiological purity of the candidate strain and of the preparation The so-called “RAPD” technique (Random Amplified Polymorphism DNA) is most generally used to rapidly obtain a genetic profile of a bacterial organism. A choice of oligonucleotide primers used to amplify by DNA segments of DNA, a priori randomly arranged within the genome of the organism, can therefore serve as a QA € Q tool (Quality Assurance, Quality Control) during production and experimental deployment of bacterial organisms. This choice is dictated by (i) the appearance of a “PCR band. », Firstly, (ii) the systematic re-appearance of this band during successive PCRs, and (iii) the relationship that this community of bands will establish between the various strains that we are trying to distinguish others.
Les souches .candidates ayant été caractérisées comme étant de type Azotobacteraceae et probablement des écotypes d'A. chroococcum Berjerinclâi, Gram négatifs, aérobiques, diazotrophes, en forme de bâtonnets, parfois ovoïdes, et de dimension de 1 à 3 microns selon le stade de développement de la culture et la composition du milieu, il s'agissait surtout de distinguer les diverses souches candidates TF31 et GR86, d'une souche de culture type, notamment A. chroococcum Berjerinkcii 76.116 de la CNCM de l'Institut Pasteur.The .candidate strains having been characterized as being of the Azotobacteraceae type and probably ecotypes of A. chroococcum Berjerinclâi, Gram negative, aerobic, diazotrophs, in the form of rods, sometimes ovoid, and of size from 1 to 3 microns depending on the stage of development of the culture and the composition of the medium, it was above all a question of distinguishing the various candidate strains TF31 and GR86, from a type culture strain, in particular A. chroococcum Berjerinkcii 76.116 from the CNCM of the Institut Pasteur.
À partir de deux séries de neuf amorces aléatoires composées chacune de dix bases nucléiquesFrom two series of nine random primers each composed of ten nucleic bases
(voir Tableau 2), six amorces ont été choisies selon les trois critères de choix mentionnés plus haut (Voir Buaicoa et al. 1999).(see Table 2), six primers were chosen according to the three selection criteria mentioned above (See Buaicoa et al. 1999).
Tableau 2 : Synopsis de l'ensemble des amorces (décamères) essayés dans le cadre de l'analyse par RAPD des trois souches et bio masses azotobactériennes, y compris la souche de référence Azotobacter chroococcum 76.116 de la CNCM de l'Institut Pasteur.Table 2: Synopsis of all the primers (decamers) tested within the framework of the RAPD analysis of the three strains and bio-masses azotobacterial, including the reference strain Azotobacter chroococcum 76.116 from the CNCM of the Institut Pasteur.
Production de Bandes PCR-RAPDProduction of PCR-RAPD bands
Séquence Azotobacter souches SouchesAzotobacter Sequence Strain Strains
Décamère Oligonucl éotidiques chroococcum candidates candidates TF31 GR86Decamera Oligonucl eotidiques chroococcum candidates candidates TF31 GR86
Vtl-3 TCG TAG CCA A ? — ? —Vtl-3 TCG TAG CCA A? -? -
Vt2-4a TCA CGA TGG A ? — **Vt2-4a TCA CGA TGG A? - **
Nt3-4c TCT CGA TGC A ? — ? —Nt3-4c TCT CGA TGC A? -? -
Nt4-5a CTG TTG CTA C ? — ? —Nt4-5a CTG TTG CTA C? -? -
Vt5-8 TGG TCA CTG A ? — ? —Vt5-8 TGG TCA CTG A? -? -
Vt6-10b GGA AGT AGT G ? — ? — 7-1 la ACC TCG AGC A ? — ? —Vt6-10b GGA AGT AGT G? -? - 7-1 ACC TCG AGC A? -? -
Vt8-12b CGG CGC CTG T . . ****Vt8-12b CGG CGC CTG T. . ****
Nt9-13 ATT GCG TCC A ? — ? —Nt9-13 ATT GCG TCC A? -? -
Azrl GGC CCG ATC G ? -- ? --Azrl GGC CCG ATC G? -? -
Azr2 TAC CCC GAG G ? -- ? -Azr2 TAC CCC GAG G? -? -
AzrS TGC GGC TCA G ? #** ***AzrS TGC GGC TCA G? # ** ***
Azr4 TCC CAG CGC G ? - ? --Azr4 TCC CAG CGC G? -? -
Azr5 GCA TGC ACG G * ** **Azr5 GCA TGC ACG G * ** **
Azrδ GCC AGT CCC G ? ** ? -Azrδ GCC AGT CCC G? **? -
Azr7 GCT GCC CGA G ? ? - ? .Azr7 GCT GCC CGA G? ? -? .
AzrS GTG CGA CCA C ? ** #*AzrS GTG CGA CCA C? ** # *
Azr9 TTC GGC GCG A * ** **Azr9 TTC GGC GCG A * ** **
Notes ? : amorce utilisée mais aucune bande PCR - : amorce abandonnée en raison de l'absence de bande PC R.. * : bande PCR réalisée ** : bande PCR non-réalisée Les résultats obtenus sont rapportés sur la figure 2, qui représente les bandes produites parNotes? : primer used but no PCR band -: primer abandoned due to the absence of a PC R .. band *: PCR band carried out **: PCR band not carried out The results obtained are reported in FIG. 2, which represents the bands produced by
RAPD. Les six amorces, qui sont des décamères, ont permis de s'assurer que les souches candidates étaient effectivement apparentées à. À. chroococcum 1901 / 76.116 de l'Institut Pasteur (voir les bandes a2 et a5 sur la Figure 2), tout en se distinguant de celles-ci (voir les bandes al, a3, a4 et a6 sur la Figure 2). Ce profil PCR-RAPD permet aussi de distinguer entre les souches candidates TF31 et GR86, ce qui vient corroborer l'analyse plus fonctionnelle de ces deux souches en fonction des segments de gènes alg (voir Figure 1).RAPD. The six primers, which are decamers, ensured that the candidate strains were actually related to. AT. chroococcum 1901 / 76.116 from the Institut Pasteur (see bands a2 and a5 in Figure 2), while being distinguished from them (see bands al, a3, a4 and a6 in Figure 2). This PCR-RAPD profile also makes it possible to distinguish between the candidate strains TF31 and GR86, which corroborates the more functional analysis of these two strains as a function of the gene segments alg (see FIG. 1).
Les résultats obtenus sont rapportés sur la figure 2, qui représente les bandes produites par RAPD, selon une série de six amorces (nlO) caractéristiques des souches de type Azotobacteraceae candidates, comparées à une souche d'A. chroococcum 76.1 12 témoin.The results obtained are reported in FIG. 2, which represents the bands produced by RAPD, according to a series of six primers (n10) characteristic of the candidate strains of the Azotobacteraceae type, compared to a strain of A. chroococcum 76.1 12 witness.
Identification de biomasses de l'invention par rapport à des témoinsIdentification of biomasses of the invention in relation to controls
On rappelle que, de manière générale, le protocole de rétention in vitro de biomasses bactériennes à caractères édaphiques les mieux adaptées à la survie, la persistance et l'activité au cours de la périodes de mise en culture des cultures agronomiques concernés intègre les trois (3) notions suivantes au sein du protocole, à savoir :It is recalled that, in general, the in vitro retention protocol of bacterial biomasses with edaphic characters best suited to survival, persistence and activity during the period of cultivation of the agronomic crops concerned integrates the three ( 3) following concepts within the protocol, namely:
© Notion 1 : Adhérence à des surfaces inorganiques et abiotiques© Concept 1: Adhesion to inorganic and abiotic surfaces
- Notion 2 : Croissance oligotrophique à partir de compléments glucidiques et humiques- Concept 2: Oligotrophic growth from carbohydrate and humic supplements
-• Notion 3 : Expression de caractères benthiques et p'anctoniques- • Concept 3: Expression of benthic and p ' anctonic characters
Ces biomasses peuvent être en effet repérées et distinguées par rapport à une gamme de biomasses témoins produites plus ou moins conventionnellement (traditionnellement) et/ou selon une variante du dit protocole n'intégrant que deux, voire une seule, desdites notions. Plus précisément, une série d' essais en microcosmes, voire en micro-parcelles incorporant un ou plusieurs des témoins inoculés (azb et/ou Azb) listés ci -dessous, et la biomasse candidate (AZB) peut mettre en évidence, a posteriori, la mise en œuvre du dit protocole ;These biomasses can indeed be identified and distinguished in relation to a range of control biomasses produced more or less conventionally (traditionally) and / or according to a variant of the said protocol integrating only two, or even only one, of said concepts. More precisely, a series of tests in microcosms, or even in micro-plots incorporating one or more of the inoculated controls (azb and / or Azb) listed below, and the candidate biomass (AZB) can demonstrate, a posteriori, the implementation of the said protocol;
Figure imgf000020_0001
s TM1 - Témoin Azb Type I : Ces biomasses sont isolées de gels agar ou autres surfaces matricielles organiques et biotiques conventionnels sur lesquels un extrait de terre calqué sur la situation édaphique du sol d'origine/cible. De par la présence d'un substrat matriciel relativement riche, elles sont donc en principe surtout à caractère oligotrophe et contraires au principe de la persistance active tel que visé par l'invention ;
Figure imgf000020_0001
s TM1 - Azb Type I control: These biomasses are isolated from agar gels or other conventional organic and biotic matrix surfaces on which an earth extract is modeled on the edaphic situation of the original / target soil. Due to the presence of a relatively rich matrix substrate, they are therefore in principle especially oligotrophic in nature and contrary to the principle of active persistence as targeted by the invention;
» TM2 - Témoin Azb Type II : Ces biomasses sont isolées en présence de gels siliciques en alternant les phases liquides et solides par assèchement graduel de l'apport d'eau distillée à la surface des gels n'ayant pas reçu d'extrait de terre, ou encore ayant reçu un extrait de terre (i.e. complément glucido - humique calqué sur le sol cible) d'un sol d'origine différent de celui du sol cible. o TM3 - Témoin Azb Type III : Comme avec les témoins Azb de Type I, ces biomasses sont isolées de gels, mais siliciques et/ou inorganiques et abiotiques, sur lesquels un extrait de terre est calqué sur la situation édaphique du sol d'origine / cible. Un extrait de terre est apporté à la surface du gel silicique (Le. installation d'une première, et dernière phase liquide), mais celle-ci n'est pas restaurée une fois asséchée.»TM2 - Azb Type II control: These biomasses are isolated in the presence of silicic gels by alternating the liquid and solid phases by gradual drying of the supply of distilled water on the surface of gels which have not received any earth extract. , or having received an earth extract (ie glucido - humic supplement modeled on the target soil) from a soil of different origin from that of the target soil. o TM3 - Azb Type III control: As with the Azb Type I control, these biomasses are isolated from gels, but silicic and / or inorganic and abiotic, on which an earth extract is modeled on the soil condition of the original soil / target. An earth extract is brought to the surface of the silica gel (installation of a first and last liquid phase), but this is not restored once it has dried.
TM4 - Témoin azb 1 : Ces biomasses bactériennes candidates sont obtenues selon le protocole de Pochon (1954), Pochon et Tchan (1948), Pochon et al. (1958) et Sasson (1967). Cependant, et selon la présente définition, ces biomasses sont obtenues sans l'imprégnation des gels siliciques, et/ou autres surfaces matricielles inorganiques et abiotiques, avec un quelconque extrait de terre. . o TM5 - Témoin azb 2 : Ces biomasses sont obtenues, par voie de protocoles d'obtention à caractères édaphiques mais strictement en ce qui concerne le complément glucidique et humique du sol d'origine/cible ; ce complément (« extrait de terre ») est soit apporté à la surface d'une surface matricielle organique/biotique (eg. gel agar) ou dans un milieu de culture liquide riche et plus ou moins conventionnel. o TM6 - Témoin azb 3 : Ces biomasses sont déjà répertoriées dans les diverses collections bactériennes (ATCC, UTEX, Institut Pasteur, DMZM, etc.) et ont été isolées conventionnellement, ou du moins sans considération particulière cherchant à reproduire in vifro, au cours de leur isolement, le caractère édaphique, au sens de la présente invention. Il est aussi possible de distinguer deux type de Témoins azb 3 ; (a) d'une" part les Témoins azb 3 « endogènes » (azb3a), c'est-à-dire ces biomasses bactériennes obtenues de façon conventionnelle, mais directement à partir d'un échantillon du sol d'origine / cible, et (b) d'autre part les Témoins azb 3 « exogènes » (azb3b). c'est-à-dire ces biomasses bactériennes déjà répertoriées dans les collections.TM4 - Azb control 1: These candidate bacterial biomasses are obtained according to the protocol of Pochon (1954), Pochon and Tchan (1948), Pochon et al. (1958) and Sasson (1967). However, and according to the present definition, these biomasses are obtained without the impregnation of silicic gels, and / or other inorganic and abiotic matrix surfaces, with any soil extract. . o TM5 - Witness azb 2: These biomasses are obtained by means of protocols for obtaining edaphic characters but strictly with regard to the carbohydrate and humic complement of the original / target soil; this supplement ("soil extract") is either brought to the surface of an organic / biotic matrix surface (eg. agar gel) or in a rich and more or less conventional liquid culture medium. o TM6 - Witness azb 3: These biomasses are already listed in the various bacterial collections (ATCC, UTEX, Institut Pasteur, DMZM, etc.) and have been isolated conventionally, or at least without particular consideration seeking to reproduce in vifro, during of their isolation, the edaphic character, within the meaning of the present invention. It is also possible to distinguish two types of azb 3 cookies; (a) "hand Witnesses azb 3" endogenous "(azb3a), that is to say these biomasses bacteria obtained conventionally, but directly from a sample of the original / target soil, and (b) on the other hand the "exogenous" azb 3 controls (azb3b). that is to say, these bacterial biomasses already listed in the collections.
Représentation Graphique de l'Effet AZB par rapport aux Inocula TémoinsGraphical representation of the AZB effect compared to control inocula
On a représenté graphiquement la réalisation de cet effet «.AZB » en ordonnant les rapports des résultats agronomiques obtenus soit en microcosmes, soit en serre, soit en micro-parcelles aux champs suivants (voir Figure 9À et B) : β Rapports AZB/Témoins Azb (I, II et III) versus Rapport AZB/Témoins Azb (1, 2 et 3) o Rapports AZB/Témoins Azb (I, II et III) versus Rapport AZB en condition favorables/défavorables à l'expression du l'effet «ÀZB » provenant de la mise en œuvre de l'invention.The realization of this ".AZB" effect has been represented graphically by ordering the reports of the agronomic results obtained either in microcosms, or in a greenhouse, or in micro-plots in the following fields (see Figure 9A and B): β AZB / Witness reports Azb (I, II and III) versus AZB report / Azb controls (1, 2 and 3) o AZB report / Azb controls (I, II and III) versus AZB report under conditions favorable / unfavorable for the expression of the effect "ÀZB" from the implementation of the invention.
Cette présentation permet de mettre en évidence l'efficacité des biomasses bactériennes obtenues selon l'invention par rapport à leurs divers inocula témoins. Cette représentation permet aussi de facilement identifier les préparations inoculantes relativement efficaces pouvant servir de souches candidates à la fabrication d'inocula destinés à la commercialisation.This presentation makes it possible to demonstrate the effectiveness of the bacterial biomasses obtained according to the invention with respect to their various control inocula. This representation also makes it possible to easily identify the relatively effective inoculating preparations which can serve as candidate strains for the manufacture of inocula intended for marketing.
A titre d'exemple, 3 jeux de données expérimentales ont été rapportés et sont illustrés respectivement par les figures 9C, 9D et 9E :By way of example, 3 sets of experimental data have been reported and are illustrated respectively in FIGS. 9C, 9D and 9E:
Figure 9C : (a) Efficacité relative de diverses préparations inoculantes provenant de biomasses azotobactériennes isolées de deux types de sols (F4 et 19) ;Figure 9C: (a) Relative efficacy of various inoculating preparations from azotobacterial biomasses isolated from two types of soil (F4 and 19);
« Figure 9D : (b) Efficacité relative de diverses préparations inoculantes provenant de biomasses azotobactériennes isolées de deux types de sols (F4 et 19) selon les résultats obtenus au cours d'incubation en microcosmes avec et sans des agrégats de sols intacts; o Figure 9E : (c) Efficacité relative de diverses préparations inoculantes obtenues et essayées au cours d'une série d'essais expérimentaux (Exp 17, 18, 19, 20 et 21). Les efficacités relatives AZB/témoins supérieures à 1.00 dénotent des préparations inoculantes plus efficaces que les préparations conventionnelles. Cette amélioration de l'efficacité est nécessairement attribuable à la mise en œuvre de l'invention.“Figure 9D: (b) Relative effectiveness of various inoculating preparations from azotobacterial biomasses isolated from two types of soil (F4 and 19) according to the results obtained during incubation in microcosms with and without intact soil aggregates; o Figure 9E: (c) Relative efficacy of various inoculating preparations obtained and tested during a series of experimental tests (Exp 17, 18, 19, 20 and 21). Relative AZB / control efficiencies greater than 1.00 indicate inoculating preparations more effective than conventional preparations. This improvement in efficiency is necessarily attributable to the implementation of the invention.
Do néss expérimentales comprenant des témoins Azb conventionnels et des témoins Azb de Type 1 :Experimental samples including conventional Azb controls and Type 1 Azb controls:
Teneurs en azote/kg de solNitrogen content / kg of soil
On indique dans le tableau 3 ci-dessous, les teneurs en azote minéral (Nm) des sols en microcosmes incubés en présence de 1% p/p de résidus de culture de maïs inoculés avec des préparations bactériennes selon l'invention (AZB) et leurs 'témoins TM6 et TM1 (i.e. des témoins internes).Table 3 below indicates the mineral nitrogen contents (Nm) of the microcosm soils incubated in the presence of 1% w / w of corn culture residues inoculated with bacterial preparations according to the invention (AZB) and their ' TM6 and TM1 cookies (ie internal cookies).
Tableau 3Table 3
,-, . 1, -,. 1
Essais Témoin TM6 Témoin TM1 AZB AZB / TM1 AZB / TM6Tests TM6 indicator TM1 indicator AZB AZB / TM1 AZB / TM6
Val 2 54 57 71 1.25 1.31Val 2 54 57 71 1.25 1.31
Val 3 58 62 64 1.03 1.10Val 3 58 62 64 1.03 1.10
Val 4 57 55 71 1.29 1.25Val 4 57 55 71 1.29 1.25
Val 5 62 62 62 1.00 1.00Val 5 62 62 62 1.00 1.00
Val 6 60 62 63 1.02 1.05 loyenne 59 62 68 1.10 1.16Val 6 60 62 63 1.02 1.05 loyenne 59 62 68 1.10 1.16
1 Phase II : de janvier 98 à décembre 1999 1 Phase II: from January 98 to December 1999
2 Témoin Azb Type I 2 Azb Type I warning light
. accumulation de l'azote minéral (Nm) par kg de sol selon les conditions de rétention sur milieux tels qu'utilisés dans l'invention.. accumulation of mineral nitrogen (Nm) per kg of soil according to the retention conditions on media as used in the invention.
De façon générale, le protocole d'isolement de l'invention favorise la rétention in vitro à la surface de matières abiotiques conditionnées de façon à abriter des biofilms propices à l'évolution de souches (azoto) bactériennes à caractères édaphiques. L'une des principales caractéristiques de ces biomasses bactériennes édaphiques ainsi retenues est en principe leur oligotrophie qui est associée à leur plus grande rusticité et efficacité in situ. Pour mettre en évidence cette oligotrophie rustique, quelquefois appelée zymogénie, l'expérimentation rés més dans le tableau.4 ci-dessous a été effectuée : Tableau 4In general, the isolation protocol of the invention promotes the in vitro retention on the surface of abiotic materials conditioned so as to house biofilms conducive to the evolution of bacterial strains (azoto) with edaphic characters. One of the main characteristics of these edaphic bacterial biomasses thus retained is in principle their oligotrophy which is associated with their greater hardiness and efficiency in situ. To highlight this rustic oligotrophy, sometimes called zymogeny, the experimentation res m ed in table 4 below was carried out: Table 4
Accumulation de l'azote minéral (Nm) par. kg de sol selon les conditions de rétention sur des milieux de l'invention. Les conditions d'obtention des biomasses (azoto)bactériennes en italique annulent l'efficacité du protocole de l'invention, en instaurant des conditions de rétention trop riches en substrats carbonés.Accumulation of mineral nitrogen (Nm) by. kg of soil according to the retention conditions on media of the invention. The conditions for obtaining bacterial biomass (azoto) in italics cancel out the effectiveness of the protocol of the invention, by establishing retention conditions which are too rich in carbon substrates.
Pré-incubation Présence de glucose Par rapport es sols sur les milieux de azb, témoin Avec cellulose rétention conventionnel mg Nm / kg sol3 Pre-incubation Presence of glucose Compared to soils on azb media, control With conventional cellulose retention mg Nm / kg sol 3
oui OUI 1.02 26(3) non oui 0.99 26(1) oui non 1.14 29(2)yes YES 1.02 26 (3) no yes 0.99 26 (1) yes no 1.14 29 (2)
non non 1.38 36(2)no no 1.38 36 (2)
Microcosmes de 25 g de sol Terrefort reconstitué sur 28 jours d'incubation à 22°CMicrocosms of 25 g of Terrefort soil reconstituted over 28 days of incubation at 22 ° C
Données expérimentales témoins Azb de Type II (TM2):Azb Type II (TM2) control experimental data:
. Efficacité du protocole de l'invention pour favoriser l'obtention de biomasses (azoto) actériennes selon la nature édaphique du sol d'origine et « cible ».. Effectiveness of the protocol of the invention for promoting the production of aerobic biomass (azoto) according to the edaphic nature of the original and "target" soil.
Les résultats obtenus sont résumés dans le tableau 5 ci-dessous :The results obtained are summarized in Table 5 below:
On donne sur la figure 3, les teneurs en azote minéral (Nm) /kg de sol en inoculant divers témoins et des souches candidates, en microcomes et sur des microparcelles. Tableau 5FIG. 3 gives the mineral nitrogen contents (Nm) / kg of soil by inoculating various controls and candidate strains, in microcomes and on microparcels. Table 5
Biomasse Nature édaphique Nature édaphique Rapport AZB /Azb Type II (TM2) candidates du sol d'origine du sol « cible » Première série Deuxième sérieBiomass Edaphic nature Edaphic nature AZB / Azb Type II (TM2) ratio candidates of the soil of origin of the "target" soil First series Second series
Témoin TM2 Argilo-limoneux Argile 1.52 1.07 Témoin TM2 Limon Argile 0.75 0.89 Témoin TM2 Sableux A.rgile 0.63 1.31Control TM2 Argilo-silty Clay 1.52 1.07 Control TM2 Limon Clay 0.75 0.89 Control TM2 Sandy A. clay 0.63 1.31
AZB Argile Argile 2.02 2.81AZB Clay Clay 2.02 2.81
On a procédé à la pré-incubation de deux séries d'un même sol à partir duquel on souhaite isoler selon le protocole de l'invention les bactéries AZB candidates avec et sans 2% P/N de cellulose.Two series of the same soil were pre-incubated, from which it is desired to isolate, according to the protocol of the invention, the candidate AZB bacteria with and without 2% P / N of cellulose.
En principe cette pré-incubation aurait dû favoriser la prolifération des bactéries plutôt zymogéniques et les moins oligotrophes et les rendre ainsi plus facilement, ou du moins plus probablement, isolables vu leur plus grand nombre.In principle, this pre-incubation should have favored the proliferation of rather zymogenic and less oligotrophic bacteria and thus made them more easily, or at least more probably, isolable given their greater number.
LX ns de telles conditions, les souches obtenues par voie du protocole de l' invention (« AZB ») devraient être peu ou pas plus efficaces que les biomasses azobactériennes conventionnelles (Azb). De plus, on a ajouté une solution à 1% de glucose suffisante pour anéantir les conditions oligotrophiques en principe présentes sur les milieux de rétention selon l'invention. Trois témoins négatifs annulant l'action des souches candidates ont pu être instaurés au moment de la rétention des biomasses (azoto) bactériennes les plus oligotrophes et rustiques (voir tableau).Under such conditions, the strains obtained by the protocol of the invention ("AZB") should be little or no more effective than conventional azobacterial biomasses (Azb). In addition, a 1% glucose solution sufficient to destroy the oligotrophic conditions in principle present on the retention media according to the invention was added. Three negative controls canceling the action of the candidate strains could be established at the time of retention of the most oligotrophic and rustic bacterial biomass (azoto) (see table).
A noter que seule l'absence complète de substrats carbonés apportés permet d'obtenir selon le protocole décrit ci-dessus des biomasses (azoto) bactériennes AZB véritablement plus efficaces que les biomasses azotobactériennes azb isolées de façon plus conventionelle.It should be noted that only the complete absence of carbon substrates provided makes it possible to obtain, according to the protocol described above, AZB bacterial (azoto) biomasses truly more effective than the azb azotobacterial biomasses more conventionally isolated.
Cette expérimentation met parfaitement en évidence les rôles de l' oligotrophie au cours de la rétention de biomasses (azoto)bactériennes les plus rustiques et efficaces une fois réintroduites dans les zones édaphiques en tant qu'inocula. Il faut rappeler que cette condition d'obtention qu'est l' oligotrophie est nécessaire mais "non suffisante pour assurer l'isolement des souches bactériennes les plus édaphiques. En effet, la rusticité et la résistance au stress nutritionnel ne correspond pas exclusivement aux seules bactéries du sol, mais restent néanmoins ici primordiales compte tenu de la recrudescence des conditions oligotrophes en zones édaphiques.This experiment perfectly highlights the roles of oligotrophy during the retention of the most rustic and effective bacterial biomass (azoto) once reintroduced in the edaphic zones as an inocula. It should be remembered that this condition of obtaining that is oligotrophy is necessary but " not sufficient to ensure the isolation of the most edaphic bacterial strains. Indeed, the hardiness and resistance to nutritional stress does not correspond exclusively to soil bacteria but remain nevertheless essential here, given the upsurge in oligotrophic conditions in edaphic zones.
Autres données expérimentales :Other experimental data:
. Etude de l'augmentation de la teneur des microcosmes en mg d'azote minéral (Nm) par kg de sol reconstitué, et de la persistance de l'activité de la nitrogénase dans le temps mesurée selon le rapport de l'activité de la réduction de l'acétylène (ARA) au temps t2 et au temps tl. Les résultats obtenus sont résumés dans le tableau 6 ci-dessous .. Study of the increase in the content of microcosms in mg of mineral nitrogen (Nm) per kg of reconstituted soil, and of the persistence of the activity of nitrogenase over time measured according to the ratio of the activity of reduction acetylene (ARA) at time t2 and time tl. The results obtained are summarized in Table 6 below.
Tableau 6Table 6
Essai 1 Essai 2 Essai 3Trial 1 Trial 2 Trial 3
Microcosme Nm ARA3 Nm ARA4 Nm ARA5 Microcosm Nm ARA 3 Nm ARA 4 Nm ARA 5
Résidus de culture 28 3.87 10.8 22 60 1.6Crop residues 28 3.87 10.8 22 60 1.6
Résidus de culture avec témoin TM5 29 4.42 14.8 45 66 2.1Culture residues with TM5 control 29 4.42 14.8 45 66 2.1
Résidus de culture avec AZB 40 6.67 15.3 112 72 2.7Crop residues with AZB 40 6.67 15.3 112 72 2.7
. Teneurs en azote minerai (Nm) des sols en microcosmes incubés en présence de 1% p/p de,_ résidus de culture de maïs inoculés avec des préparations bactériennes AZB et leurs témoins azb et Azb (i.e. témoins « internes »). Mineral nitrogen content (Nm) of microcosm soils incubated in the presence of 1% w / w of, _ corn crop residues inoculated with AZB bacterial preparations and their azb and Azb controls (ie "internal" controls)
J t2 = 26 h après début d'incubation des microcosmes ; tl = 22 h ^ t2 = 72 Ii après début d'incubation des microcosmes : tl = 24 h D t2 = 66 h après début d'incubation des microcosmes ; tl - 16h J t2 = 26 h after the start of incubation of the microcosms; tl = 22 h ^ t2 = 72 Ii after the start of incubation of the microcosms: tl = 24 h D t2 = 66 h after the start of incubation of the microcosms; tl - 4 p.m.
Les résultats sont résumés dans le tableau 7 ci-dessousThe results are summarized in Table 7 below
• Tableau 7• Table 7
ng Nm / kg sol -ng Nm / kg soil -
Essais Phase 1 témoin TM6 témoin TM1 AZB AZB / TM1 AZB / TM6Tests Phase 1 witness TM6 witness TM1 AZB AZB / TM1 AZB / TM6
119 51 Na 56 Na 1.10119 51 Na 56 Na 1.10
III 46 Na 61 Na 1.33III 46 Na 61 Na 1.33
IV 53 na 54 Na 1.02IV 53 na 54 Na 1.02
Eai 53 na 54 Na 1.02Eai 53 na 54 Na 1.02
Ea2 51 na 56 Na 1.10Ea2 51 na 56 Na 1.10
Ea3F4 51 na 56 Na 1.10Ea3F4 51 na 56 Na 1.10
Ea3I9 52 na 55 Na 1.06Ea3I9 52 na 55 Na 1.06
Ea4 49 na 58 Na 1.18 ea4bis 52 na 55 Na 1.06
Figure imgf000027_0001
Ea4 49 na 58 Na 1.18 ea4bis 52 na 55 Na 1.06
Figure imgf000027_0001
Moyenne 51 na 56 Na 1.10Average 51 na 56 Na 1.10
Essais Phase II7 Témoin TM6 témoin TM1 AZB AZB / TMl AZB /TM6Phase II trials 7 Control TM6 control TM1 AZB AZB / TMl AZB / TM6
Val 2 54 57 71 1.25 1.31Val 2 54 57 71 1.25 1.31
Val 3 58 62 64 1.03 1.10Val 3 58 62 64 1.03 1.10
Val 4 57 55 71 1.29 1.25Val 4 57 55 71 1.29 1.25
Val 5 62 62 62 1.00 1.00Val 5 62 62 62 1.00 1.00
Val 6 60 62 63 1.02 1.05 ~*Val 6 60 62 63 1.02 1.05 ~ *
Moyenne 59 62 68 1. 10 1.16Average 59 62 68 1. 10 1.16
6 Phase I . de scpcembre 96 à décembre 97 η Phase II : de janvier 98 à décembre 99 6 Phase I. from September 96 to December 97 η Phase II: from January 98 to December 99
La figure 5 donne les teneurs en azote minéral (mg Nm / kg sol) de deux séries de microcosmes en parallèles, avec et sans l'apport de l'équivalent d'une cinquantaine d'unités d'azote minéral par hectare, selon le type d'inocula (azoto )bactériens utilisés (azb - inocula témoin conventionnel constitué de souches azotobactériennes isolées conventionnellement ; gels siliciques (GS) conditionnés selon l'invention plus diverses substances para-humiques (SpH i, 2 et 3), un polycondensat de catéchol (PC) et une SpH).Figure 5 gives the mineral nitrogen contents (mg Nm / kg sol) of two series of microcosms in parallel, with and without the contribution of the equivalent of about fifty units of mineral nitrogen per hectare, according to the type of bacterial inocula (azoto) used (azb - conventional control inocula consisting of conventionally isolated azotobacterial strains; silicic gels (GS) conditioned according to the invention plus various parahumic substances (SpH i, 2 and 3), a polycondensate catechol (PC) and SpH).
Cinétique de dégradation des résidus de culture au champ sur un période de 5 mois (d'octobre 2000 à mars 2001) sur sol de type « Terres rouge de châtaignier », Domaine expérimental Inra, Lusignan (86). On rapporte dans le tableau 8 ci-dessous les résultats obtenusKinetics of degradation of crop residues in the field over a period of 5 months (from October 2000 to March 2001) on "Chestnut red soil" type soil, INRA experimental domain, Lusignan (86). The results obtained are reported in table 8 below.
Tableau 8Table 8
Figure imgf000028_0001
Figure imgf000028_0001
8 Selon la cinétique de dégradation dRC =A x e'1", où dRC représente la quantité de résidus de culture dégradés au temps t, et A la quantité de résidus au temps 0, soit 4.00 g de matière sèche. 8 According to the degradation kinetics dRC = A xe '1 ", where dRC represents the quantity of crop residues degraded at time t, and A the quantity of residues at time 0, ie 4.00 g of dry matter.
. Bactérisation selon l'invention des résidus de culture (RC) - effet d'une mouture plus fine sur l'utilisation des substrats provenant de leur dégradation et en principe utilisables par les biomasses (azoto)bacté iennes ainsi apportées à la surface de ces résidus. Les résultats obtenus sont résumés dans le tableau 9 ci-dessous. Bacterization according to the invention of crop residues (CR) - effect of finer grinding on the use of substrates resulting from their degradation and in principle usable by bacterial biomass (azoto) thus brought to the surface of these residues . The results obtained are summarized in Table 9 below
Tableau 9Table 9
mg Nm / kg Sol m g N m / kg Soil
Inocula Mouture Fine des RC Mouture Grossière des RCInocula Fine CR milling Coarse CR grinding
Témoin TM6 58 52 Témoin TMl 52 48 AZB 82 55TM6 indicator 58 52 TMl indicator 52 48 AZB 82 55
On observera que le mouture plus grossière (3 mm) de ces même résidus ne permet vraisemblablement pas aux biomasses AZB de contribuer à l'augmentation relative des teneurs en azote minérale (Nm) des microcosmes par rapport aux témoins inoculés TM6 (i.e. biomasse azotobactérienne isolée conventionnellement) et TMl (i.e. biomasse azotobactérienne isolée selon une variante inefficace de l'invention. . Augmentation de la biomasse : les résultats obtenus sont rapportés dans les tableaux 10,11 et 12 ci- après :It will be observed that the coarser grinding (3 mm) of these same residues probably does not allow the AZB biomass to contribute to the relative increase in the mineral nitrogen contents (Nm) of the microcosms compared to the inoculated controls TM6 (ie isolated azotobacterial biomass conventionally) and TMl (ie isolated azotobacterial biomass according to an ineffective variant of the invention. . Increase in biomass: the results obtained are reported in Tables 10, 11 and 12 below:
A) Augmentation de la production de biomasse végétale (aérienne) par les espèces Lolium muliiflorum et Triticum aestivum selon le mode de culture en pot (serre) au cours de l'incubation de résidus de cultures céréalières (pailles de blé) sur une période de 28 à 56 jours (Essai 5) avec et sans les divers inocula de l'invention et leurs témoins TM6 et TMl .A) Increase in the production of plant biomass (aerial) by the species Lolium muliiflorum and Triticum aestivum according to the mode of cultivation in pots (greenhouse) during the incubation of residues of cereal crops (wheat straw) over a period of 28 to 56 days (Trial 5) with and without the various inocula of the invention and their controls TM6 and TM1.
Tableau 10Table 10
ma de biomassemy biomass
Mode de culture en pot Essai'i" 1 Essai2a Essai3b Essai4D Essai5b Method of growing in pots Test'i " 1 Test2 a Test3 b Test4 D Test5 b
Résidus de culture 9.1 7.1 33 37 35Crop residues 9.1 7.1 33 37 35
Résidus de culture avec témoin TWI6 8.7 5.9 39 32 37Crop residues with control TWI6 8.7 5.9 39 32 37
Résidus de culture avec témoin TM1 na 8.1 39 32 37Culture residues with TM1 control na 8.1 39 32 37
Résidus de culture avec témoin T 2 na na 39 32 37 Résidus de culture avec AZB 10.0 8.7 40 41 39Culture residues with control T 2 na na 39 32 37 Culture residues with AZB 10.0 8.7 40 41 39
Note : a ; g de biomasseZ,o/πw) ffπ//ft ?oπ/ par pot b ; mg de biomasse Triticum aestivum par plantuleNote: a; g of biomassZ, o / πw) ffπ // ft? oπ / per pot b; mg of biomass Triticum aestivum per seedling
B) Pourcentage (%) d'augmentation des rendements en grains (Rdt à 15% humidité) et des PMG (Poids de mille grains) au cours d'essais agronomiques au champ (campagne 1999-2000 à Toulouse 31 sur sol Terrefort, et campagne 2000-2001 à Lusignan sur sol Terre rouge de châtaignier) par rapport aux témoins non-inoculés jumelés à TM6, TMl et AZB.B) Percentage (%) of increase in grain yields (yield at 15% humidity) and of PMG (weight of a thousand grains) during agronomic field trials (1999-2000 campaign at Toulouse 31 on Terrefort soil, and 2000-2001 campaign in Lusignan on red chestnut soil) compared to non-inoculated witnesses combined with TM6, TMl and AZB.
Tableau 11Table 11
Rdt 15% hurn PMGYield 15% hurn PMG
Mode de culture au champ Toulouse Lusignan Toulouse LusisnanMode of cultivation in the field Toulouse Lusignan Toulouse Lusisnan
Résidus de culture avec témoin TM6 4 % 0.73 % 5 % 0.08 % Résidus de culture avec témoin TM1/2a 13 % 0.86 % 4 % 0.02 % Résidus de culture avec AZB 20 % 1.47 % 6 % 0.94 %Culture residues with TM6 control 4% 0.73% 5% 0.08% Culture residues with TM1 / 2 control at 13% 0.86% 4% 0.02% Culture residues with AZB 20% 1.47% 6% 0.94%
Note : a ; Témoins TMl pour Toulouse, TM2 pour LusignanNote: a; TMl witnesses for Toulouse, TM2 for Lusignan
C) Coïncidence des augmentations de rendements et de PMG au cours des essais agronomiques au champ de la campagne 2001-2001 à Lusignan sur sol Terre rouge de châtaigner et, les divers indices de valorisation des résidus de culture obtenus de façon parallèle sur ces même parcelles. Tableau 12C) Coincidence of increases in yields and PMG during the agronomic trials in the 2001-2001 campaign field in Lusignan on red chestnut soil soil, and the various indices of crop residue recovery obtained in parallel on these same plots . Table 12
Mode de culture au champ Rdt" PMGb -k dRCd dRCe Cultivation method in field Yield "PMG b -k dRC d dRC e
Résidus de culture avec témoin TM6 63 0.08 % 41 2.10 0.70 Résidus de culture avec témoin T 2 71 0.02 % 37 2.02 0.81 Résidus de culture avec AZB 126 0.94 % 47 2.42 1.19Culture residues with control TM6 63 0.08% 41 2.10 0.70 Culture residues with control T 2 71 0.02% 37 2.02 0.81 Culture residues with AZB 126 0.94% 47 2.42 1.19
Note : a ; augmentation des rendements en kg grain / ha à 15% humidité b ; poids mille grains de blé par rapport aux témoins non-inoculés jumelés aux témoins TM2/6 et AZB c , coefficient de dégradation x I0'i selon dRC = A*e- t d ; dégradation des résidus de culture (4,00 g àtO) sur 164 jours e ; dégradation des résidus de culture par rapport aux témoins non-inoculés jumelés aux témoins TM2/6 et AZBNote: a; increased yields in kg grain / ha at 15% humidity b; weight thousand grains of wheat compared to the non-inoculated controls combined with the controls TM2 / 6 and AZB c, degradation coefficient x I0 ' i according to dRC = A * e- t d; degradation of crop residues (4.00 g at tO) over 164 days e; degradation of the culture residues compared to the non-inoculated controls combined with the TM2 / 6 and AZB controls
. Augmentation du rapport biomasses végétales/biomasses macitaires attribuables à l'action rhizosphérique des bactéries (ré)introduites.. Increase in the plant biomass / macitary biomass ratio attributable to the rhizospheric action of (re) introduced bacteria.
Le tableau 13 ci-après donne les résultats obtenus concernant l'augmentation du rapport entre les parties végétatives (aériennes) et racinaires (Index Végétatif, IV)des plantules cultivés sur sols incubés en présence de résidus de culture céréalières (pailles de blé) traités et non-traités avec les inocula selon l'invention et leurs témoins TM6 et TM2.Table 13 below gives the results obtained concerning the increase in the ratio between the vegetative (aerial) and root parts (Vegetative Index, IV) of the seedlings cultivated on soils incubated in the presence of cereal crop residues (wheat straw) and not treated with the inocula according to the invention and their controls TM6 and TM2.
Traitement des résidus de culture -rapport végétation/racines (Index Végétatif)Treatment of crop residues - vegetation / roots report (Vegetative Index)
Essai 1 Essai 2 Essai 3 MoyenneTrial 1 Trial 2 Trial 3 Average
Témoins TM6 0.85 na na 0.85 Témoin TM2 na na na TF3i (AZB TF31) 0.90 na na 0.90TM6 tell-tales 0.85 na na 0.85 TM2 tell-tale na na na TF3i (AZB TF31) 0.90 na na 0.90
Témoin TM6 1.02 0.90 1.03 0.98(0.03)9 Témoin T 2 na 1.03 1.09 1.06 (0.04) GR86 (AZB GF86) 1.05 0.92 1.36 1.11 (0.09)Indicator TM6 1.02 0.90 1.03 0.98 (0.03) 9 Indicator T 2 na 1.03 1.09 1.06 (0.04) GR86 (AZB GF86) 1.05 0.92 1.36 1.11 (0.09)
(ccartype)(Ccartype)
. Retard de l'effet de l'immobilisation de l'azote comparé à celui obtenu sur des résidus de culture témoins traités avec un antibiotique.. Delay in the immobilization effect of nitrogen compared to that obtained on control culture residues treated with an antibiotic.
On étudie l'effet du traitement des résidus de culture céréalière (pailles de blé) avec un antibiotique (ampicilline) à un taux agronomique (de 10C0 kg / 10 Mg de résidus / hectare (soit environ 1000 Mg de sol)). Les résultats obtenus sont résumés dans le tableau 14 ci-dessous.The effect of treating cereal crop residues (wheat straw) with an antibiotic (ampicillin) is studied at an agronomic rate (10 kg kg / 10 mg of residue / hectare (approximately 1000 mg of soil)). The results obtained are summarized in Table 14 below.
Tableau 14Table 14
Mode de culture en pot Essai 1 Essai 2 Essai 3 MoyenneMethod of growing in pots Trial 1 Trial 2 Trial 3 Medium
Résidus de culture 33 37 35 35 (2)10 Crop residues 33 37 35 35 (2) 10
Résidus de culture avec antibiotique11 37 39 38 38 (1 )Crop residue with antibiotic 11 37 39 38 38 (1)
Résidus de culture avec AZB 40 41 39 40 (1 )Crop residues with AZB 40 41 39 40 (1)
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Figure imgf000031_0001
L'effet observé est attribuable au retard inculqué aux bactéries impliquées dans la dégradation des résidus de culture, et donc accessoirement à l'immobilisation de l'azote minéral assimilable du sol. Cette atténuation de l'immobilisation de l'azote assimilable permet une plus grande croissance végétale des plantules testés en place ; cette augmentation de la croissance végétative est analogue à celle observée en présence de résidus de culture traités selon l'invention. Ce traitement peut donc aussi être conçu comme une bonne alternative (micro)biologique à un éventuel traitement aux antibiotiques des résidus de cultures.The observed effect is attributable to the delay instilled in the bacteria involved in the degradation of crop residues, and therefore incidentally to the immobilization of assimilable mineral nitrogen in the soil. This reduction in the immobilization of assimilable nitrogen allows greater plant growth of the seedlings tested in place; this increase in vegetative growth is analogous to that observed in the presence of crop residues treated according to the invention. This treatment can therefore also be conceived as a good (micro) biological alternative to a possible treatment with antibiotics of crop residues.
La figure 6 donne une représentation graphique de trois expérimentations NB5 avec l'utilisation de l'ampicilline comme témoin antibiotique. On observera que l'ampicilline est plus favorable à la croissance végétative que les témoins inoculés azb et Azb, tandis que AZB est plus favorable que l'ampicilline.Figure 6 gives a graphic representation of three NB5 experiments with the use of ampicillin as an antibiotic control. It will be observed that ampicillin is more favorable to vegetative growth than the inoculated controls azb and Azb, while AZB is more favorable than ampicillin.
. Dégradation des résidus de culture. Degradation of crop residues
On étudie la décomposition en microcosmes au laboratoire et au champ, en sachets de nylon, des résidus de culture céréalières traités selon l'invention par rapport à leurs témoins jumelés non inoculés.The decomposition into microcosms in the laboratory and in the field, in nylon sachets, of the cereal crop residues treated according to the invention is compared with their uninoculated twin controls.
Les résultats obtenus sont donnés sur les figures 7 A ET 7B.The results obtained are given in FIGS. 7 A AND 7B.
. effet de la granulométrie des sols. effect of the granulometry of soils
On rapporte sur lés figures 8A et 8B les résultats concernant l'étude de l'efficacité relative des biomasses (azoto)bactériennes de l'invention pour maintenir la teneur en azote minéral de sols reconstitués en microcosmes selon la fraction granulométrique (> 3 mm en (A), et moins de 1 mm en (B)) de ces fractions. On notera que seules les biomasses AZB sont efficaces et que cette efficacité par rapport aux témoins- inoculés (azb et Azb) et non inoculés (témoin), n'est plus observée lorsque les biomasses évoluent au sein de la fraction 1 mm. The results relating to the study of the relative effectiveness of the bacterial (nitrogen) biomass of the invention in maintaining the mineral nitrogen content of soils are reported in FIGS. 8A and 8B. reconstituted in microcosms according to the particle size fraction (> 3 mm in (A), and less than 1 mm in (B)) of these fractions. It will be noted that only the AZB biomasses are effective and that this efficiency with respect to the inoculated controls (azb and Azb) and non-inoculated (control) is no longer observed when the biomasses evolve within the 1 mm fraction.
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Sasson, A. 1967. Recherches éco - physiologiques sur la flore bactérienne de sols de régions arides du Maroc. Thèse doctorale, Faculté des Sciences de Paris, soutenue le 26 juin 1967. Sasson, A. 1967. Eco-physiological research on the bacterial flora of soils in arid regions of Morocco. Doctoral thesis, Faculty of Sciences of Paris, defended on June 26, 1967.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'obtention in vitro de biomasses bactériennes d'origine édaphique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de :1. Method for obtaining in vitro bacterial biomasses of edaphic origin, characterized in that it comprises the steps of:
- mise en contact d'une suspension aqueuse de sol avec un substrat matriciel, de manière à former une zone hydratée, ou biofilm, à la surface du substrat, analogue à celle adjointe au CAH du sol, abritant pour l'essentiel la composante bactérienne autochtone du sol, afin de retenir à la surface du substrat matriciel, l'essentiel de la microflore bactérienne endogène aux milieux édaphiques d'origine.- bringing an aqueous soil suspension into contact with a matrix substrate, so as to form a hydrated zone, or biofilm, on the surface of the substrate, similar to that attached to the soil HAC, essentially sheltering the bacterial component native to the soil, in order to retain on the surface of the matrix substrate, most of the bacterial microflora endogenous to the original edaphic environments.
- maturation du biofilm avec établissement de conditions oligotrophiques permettant aux cellules les plus constitutives du biofilm édaphique qui ont colonisé le substrat matriciel, de migrer vers la phase liquide surnageant le substrat matriciel, et progressivement à la dominer,- maturation of the biofilm with establishment of oligotrophic conditions allowing the most constitutive cells of the edaphic biofilm which have colonized the matrix substrate, to migrate towards the liquid phase supernatant the matrix substrate, and gradually to dominate it,
- récupération et culture des souches bactériennes les plus prolifiques en milieux de cultures liquides riches, à caractère autochtone, rustiques et persistantes in situ, cultivables en milieux liquides, et donc aptes à être produites industriellement.- recovery and culture of the most prolific bacterial strains in rich liquid culture media, of an indigenous character, rustic and persistent in situ, cultivable in liquid media, and therefore suitable for industrial production.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat matriciel est un substrat matriciel inorganique et abiotique, en milieu aqueux, favorisant la production d'exopolysaccharides (EPS) et des autres composantes d~ι glycocalyx bactérien, ainsi que l'organisaiion en réseau d'un nombre suffisant de cellules capables d'initier les premières étapes de formation d'un biofilm à la surface du substrat.2. Method according to claim 1, characterized in that the matrix substrate is an inorganic and abiotic matrix substrate, in aqueous medium, promoting the production of exopolysaccharides (EPS) and other components of ~ ι bacterial glycocalyx, as well as network organization of a sufficient number of cells capable of initiating the first stages of biofilm formation on the surface of the substrate.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'eau de la suspension aqueuse renferme des composés présents dans les proportions relatives caractéristiques du sol cible d'origine, à savoir des substances humiques et fulviques, des composés carbonés et notamment des mono-, oligo- et polysaccharides, d'origine végétale, animale, et bactério- fongique, des éléments nutritifs.3. Method according to claim 2, characterized in that the water of the aqueous suspension contains compounds present in the relative proportions characteristic of the original target soil, namely humic and fulvic substances, carbonaceous compounds and in particular mono -, oligo- and polysaccharides, of vegetable, animal and bacteriofungal origin, nutrients.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la maturation dir biofilm est réalisée en alternant une phase où le biofilm formé sur la surface abiotique n'est pas en présence d'une phase liquide surnageante, avec une phase liquide comprenant l'ensemble des cellules bactériennes surnageant la phase solide.4. Method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the ripening biofilm dir is carried out by alternating a phase where the biofilm formed on the surface abiotic is not in the presence of a supernatant liquid phase, with a liquid phase comprising all of the bacterial cells supernatant the solid phase.
5. Biomasses bactériennes isolées, caractérisées en ce qu'elles comportent, comme souches dominantes à caractère édaphique, autochtones, oligotrophes, en majeure partie aérobiques, présentant des caractéristiques métabolo-physiologiques de diazotrophie, activité fonti- statique et/ou phytosanitaire.5. Isolated bacterial biomasses, characterized in that they comprise, as dominant edaphic, indigenous, oligotrophic, mainly aerobic, strains having metabolophysiological characteristics of diazotrophy, fonti-static and / or phytosanitary activity.
6. Biomasses selon la revendication 5, caractérisé par les phénotypes suivants exprimés in vitro et in situ par rapport à des biomasses bactériennes témoins obtenues de surfaces biotiques, mais sans la présence d'un biofilm ou d'un complément humique et/ou obtenues de surfaces abiotiques, mais a) avec un complément humique non-calqué sur celui du sol cible et/ou b) avec un substrat carboné apporté en quantité supérieure aux concentrations normalement présentes dans le sol, et/ou obtenues de surfaces abiotiques non conditionnées, lesdites biomasses bactériennes sont plus mucoïdes que ces témoins, plus enkystées et de manière plus durable, moins copiotrophes que lesdits témoins, et produisent des facteurs d'auto-induction selon des taux plus élevés que les témoins, par exemple 4e l'octanoyl homosérine lactone.6. Biomass according to claim 5, characterized by the following phenotypes expressed in vitro and in situ with respect to control bacterial biomasses obtained from biotic surfaces, but without the presence of a biofilm or a humic supplement and / or obtained from abiotic surfaces, but a) with a humic complement not modeled on that of the target soil and / or b) with a carbonaceous substrate provided in an amount greater than the concentrations normally present in the soil, and / or obtained from unconditioned abiotic surfaces, said said Bacterial biomasses are more mucoid than these controls, more encysted and more durably, less copiotrophic than said controls, and produce self-induction factors at higher rates than controls, for example 4th octanoyl homoserine lactone.
7. Biomasses bactériennes selon la revendication 6, caractérisées en ce que, par rapport auxdits témoins, elles sont capables de maintenir la teneur en azote minéral des sols reconstitués en microcosmes sur une période plus de 28 jours d'incubation d'Azobacteriaceae, des Pseudomonaceae, ou des Rhizobiaceae.7. Bacterial biomass according to claim 6, characterized in that, with respect to said controls, they are capable of maintaining the mineral nitrogen content of the soils reconstituted in microcosms over a period of more than 28 days of incubation of Azobacteriaceae, of Pseudomonaceae , or Rhizobiaceae.
8. Biomasses bactériennes selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisées en ce qu'il s'agit d'Azobacteriaceae, de Pseudomonaceae, ou de Rhizobiaceae.8. Bacterial biomass according to any one of claims 5 to 7, characterized in that it is Azobacteriaceae, Pseudomonaceae, or Rhizobiaceae.
9. Souches bactériennes isolées à partir des biomasses bactériennes selon l'une quelconque des revendications 5 à 8.9. Bacterial strains isolated from bacterial biomass according to any one of claims 5 to 8.
10. Souches bactériennes selon la revendication 9, en ce qu'il s'agit de d'écotypes de A chroococcum Berjerinkcii. 10. Bacterial strains according to claim 9, in that they are ecotypes of A chroococcum Berjerinkcii.
11. Application des biomasses bactériennes selon l'une quelconque des revendications 5 à 9 et des souches bactériennes selon la revendication 10, à la bactérisation microbiologique de sols et de résidus de cultures, en particulier de résidus de cultures céréalières, y compris ceux du maïs-grain.11. Application of the bacterial biomasses according to any one of claims 5 to 9 and of the bacterial strains according to claim 10, to the microbiological bacterization of soils and crop residues, in particular residues of cereal crops, including those of maize -grain.
12. Application selon la revendication 11, caractérisée par inoculation desdites biomasses bactériennes et souches par pulvérisation de formulations les contenant sur les résidus de culture. 12. Application according to claim 11, characterized by inoculation of said bacterial biomasses and strains by spraying formulations containing them on the culture residues.
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