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Traitement à l’ozone pour les bactéries et les champignons des semences

 

Une étude sur l’efficacité fongicide de l’ozonation

 

L’utilisation de semences ou de bulbes exempts de maladies est cruciale pour assurer une production agricole durable et rentable. Les agents pathogènes transmis par les semences qui sont responsables d’importantes pertes de rendement dans diverses cultures doivent être éliminés avec succès grâce à des traitements de semences appropriés. Dans cette étude, nous avons étudié l’efficacité des traitements à l’ozone gazeux (O 3 ) et à l’eau ozonée sur l’inactivation des pathogènes fongiques et bactériens transmis par les semences de semences de légumes et de céréales largement cultivées et de bulbes ornementaux. Nous avons démontré que l’application d’O 3 sur les graines de tomate et de concombre inactive Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici , Fusarium oxysporum f. sp. radicis – lycopersiciClavibacter michiganensis subsp. michiganensis , Pseuodomonas syringae pv. tomate et Pseudomonas syringae pv. lachrymans , respectivement, sans effet négatif sur le taux de germination des graines. La capacité de stérilisation de l’O 3 a considérablement augmenté lorsque les graines ont été trempées dans l’eau avant les traitements. La charge fongique saprophyte et le taux d’infection de Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum sur plusieurs espèces et cultivars de bulbes ornementaux ont été supprimés par un traitement à l’O 3 . Une forte diminution du taux d’infection des caries de Tilletiaa également été montré dans des graines de blé traitées à l’O 3 dans des conditions de terrain. Dans l’ensemble, l’étude actuelle a indiqué que le traitement à l’O 3 a un grand potentiel pour garantir l’utilisation de semences exemptes de maladies ou d’autres matériels de propagation, ce qui est indispensable au début de la production agricole.

 

Ozonation des semences et des bulbes dans le cadre d'une étude fongicide

Effets antimicrobiens du traitement O3 sur les bulbes ornementaux. (A) Nombre de colonies isolées des couches externes ou internes d’ampoules traitées avec 75 mg d’O3/Nm3 d’O3 gazeux pendant 10 min. (B) Effets du traitement de l’eau ozonée à une concentration de 8 g O3/Nm3 pendant 60 et 120 min sur le taux de décomposition des bulbes ornementaux inoculés au Pcc. (C) Images représentatives d’ampoules traitées avec O3 à 36 jours après le traitement. Des lettres différentes indiquent des différences statistiquement significatives entre les traitements. Les données représentent la moyenne ± SE (erreur standard). *P < 0,05 ; **P < 0,01, ***P < 0,001, ****P < 0,0001.

 

 

Les phytopathogènes peuvent attaquer les organes reproducteurs des plantes pendant la période de pré-récolte au champ, ou les produits pendant le stockage, réduisant ainsi la qualité et la quantité de semences récoltées ( Rennie et Cokerell, 2006 , Vega et al., 2019 , Gaur et al ., 2020 , Jagtap et al., 2020 ). La contamination des graines ou des bulbes par certains groupes de micro-organismes pathogènes, tels que les champignons et les bactéries, peut limiter la germination et provoquer des maladies chez les jeunes semis, entraînant une réduction significative des performances des plantes ( Chang et al., 2020 , Gitaitis et Ronald , 2007). La transmission d’agents pathogènes transmis par les semences lors des échanges ou du commerce local et international conduit à l’introduction de nouvelles souches d’agents pathogènes qui étaient auparavant absentes, ce qui peut par la suite entraîner l’émergence d’épidémies ( Elmer, 2001 , Gergerich et al . , 2015 , Chalam et al., 2020 ). De plus, certains champignons transmis par les semences tels que Fusarium sp. et Alternaria sp. constituent une menace notable pour la santé humaine et animale en produisant des mycotoxines dans les graines ( Lee et al., 2015 , Oldenburg et al., 2017 ). Par conséquent, le traitement des semences est considéré par les phytopathologistes comme une tentative extrêmement importante pour éradiquer ou minimiser les agents pathogènes transmis par les semences à partir des graines ou des bulbes.

Les méthodes de traitement des semences à base de produits chimiques, telles que l’application de désinfectants, de fongicides et de bactéricides, sont fréquemment utilisées pour réduire l’incidence des agents pathogènes dans les semences ( Errampalli et al., 2006 , Scott et al., 2020 , Lamichhane et al . , 2020 ; Molin et al., 2021 ). En plus de cela, des traitements physiques alternatifs tels que le plasma contenant des atomes énergisés, la lumière UV et l’eau chaude (thermothérapie), qui sont considérés comme beaucoup plus respectueux de l’environnement, ont également été tentés ( Scott et al., 2019 , Mangwende et al . , 2020 , Waskow et al., 2021 ). Ozone ( O3) le traitement est une méthode rapide et économique pour diminuer la pression des micro-organismes pathogènes dans la boisson et les eaux usées, les produits alimentaires tels que les légumes, les fruits et la viande, et les équipements de transformation des aliments ( Sopher et al., 2009 , Miller et al. , 2013 , Pandiselvam et al., 2019 , Ding et al., 2019 , Dong et al., 2018 ; Khanashyam et al., 2022 ). L’O 3 ne laisse aucun résidu dans les produits car il peut facilement se décomposer en produits non toxiques, principalement de l’oxygène diatomique, et a une durée de vie très courte, ce qui en fait un traitement vert alternatif aux produits chimiques conventionnels généralement utilisés dans la désinfection des semences et d’autres pratiques agricoles ( Guo et Wang, 2017, Mohan et al., 2005 ). La Food and Drug Administration des États-Unis a approuvé l’ozone pour la stérilisation de l’eau comme traitement sûr en 1982 ( FDA, 1982 ). En outre, son utilisation dans les aliments frais et transformés est autorisée dans différents pays ( Tiwari et Rice, 2012 ). Les applications agricoles de l’O 3 pour la gestion des maladies pendant la période de stockage post-récolte, la décomposition des résidus de pesticides et des mycotoxines en produits non toxiques et l’amélioration de la croissance des plantes ont récemment attiré l’attention ( García-Martín et al., 2018 , Chen et al., 2020 , Pandiselvam et al., 2020 , Liu et al., 2021 , Sujayasree et al., 2022). L’3 peut être appliqué aux produits agricoles ou aux matériels de propagation de plusieurs manières sous forme de gaz ou d’eau ozonée, qui présentent des avantages et des inconvénients selon le cas dans le procédé et les conditions expérimentales.

Le fort potentiel de l’O 3 dans l’élimination ou la réduction des bactéries et champignons d’origine alimentaire dans les graines a été démontré ces dernières années. Escherichia coli , Listeria monocytogenes et Salmonella spp. ont été éliminés des graines de luzerne avec un traitement à l’eau ozonée sans aucun effet négatif sur la capacité germinative des graines ( Sharma et al., 2002 , Kwack et al., 2014 , Adhikari et al., 2019 ). Trinette et al. (2011) ont montré l’applicabilité potentielle de l’O 3 gazeux pour réduire S. enterica et E. coliContamination par O157:H7 sur des graines de tomates, de laitues et de cantaloup pré-inoculées. Bien que le potentiel de désinfection des semences de l’O 3 soit assez élevé, il existe encore peu d’études sur l’efficacité des traitements à l’O 3 sur les semences hébergeant des phytopathogènes. Cicarese et al. (2007) ont rapporté que les graines de blé, d’orge et de pois imbibées exposées à l’O 3 gazeux ont montré une réduction substantielle de la population de Penicillium spp., Aspergillus spp., Alternaria spp. et Rhizoctonia spp. sans effet significatif sur la germination des graines. Il a été démontré que le traitement des graines de tournesol avec de l’O 3 gazeuxréduit la viabilité de certains micro-organismes fongiques, notamment Alternaria sp., Fusarium sp., Aspergillus sp. et Penicillium sp. ( Rodrigues et al., 2015 ). O 3 s’est également avéré efficace pour inactiver Xanthomonas oryzae pv. oryzae ( Mohan et al., 2005 ) et les spores de Fusarium fujikuroi ( Kang et al., 2015 ) dans les graines de riz. Le traitement à l’O 3 a servi de puissant désinfectant pour réduire le virus de la marbrure légère du poivre ( Stommel et al., 2021 ), le virus du fruit rugueux brun de la tomate (Samarah et al., 2021 ) et le virus de la mosaïque de la tomate ( Paylan et al., 2014 ) dans les graines de poivron et de tomate, respectivement.

Les performances de stérilisation de l’O 3 et ses effets sur la germination des graines dépendent étroitement de la concentration et de la durée du traitement, du type et de la structure de la graine, ainsi que du pathogène cible ( Mohan et al., 2005 , Pascual et al., 2007 ) . Par conséquent, il est nécessaire de déterminer avec précision la concentration requise d’O 3 et le temps d’exposition pour chaque espèce végétale en fonction de l’agent pathogène cible ( Pandiselvam et al., 2019 ). Sinon, les traitements à l’O 3 peuvent entraîner une stérilisation infructueuse et, plus important encore, une perte de germination. Ici, nous avons cherché à étudier l’effet de différentes concentrations d’O 3 gazeuxet des traitements à l’eau ozonée sur l’inactivation des pathogènes fongiques et bactériens transmis par les semences dans les graines de bulbes de légumes (tomate, concombre) et de céréales (blé) et d’ornement (tulipe, jacinthe, narcisse) largement cultivés.

 

Le trempage préalable des graines dans l’eau a augmenté l’efficacité de l’O 3 dans la désinfection des agents pathogènes transmis par les graines dans les graines de légumes

 

L’application d’3 gazeux pendant 1 h à une concentration de 5 ou 10 mg O 3 /Nm 3 a été efficace pour éliminer les champignons saprophytes sur les graines qui n’étaient pas stérilisées en surface ( Fig. 1 A). Il y a eu une diminution significative du nombre de Penicillium sp., Aspergillus sp., Mucor sp. et Rhizopus sp. colonies sur la graine en fonction de la concentration en O 3 . Le traitement des semences avec de l’eau ozonée à une concentration de 8 g O 3 /Nm 3 pendant 15, 30 et 45 min n’a pas affecté la survie des champignons et bactéries pathogènes transmis par les semences ( Fig. 1 B). O gazeux3 le traitement à une concentration de 150 mg O 3 /Nm 3 pendant 90 et 120 min n’a pas significativement affecté la survie de Fol , Forl et Cmm ; cependant, cela a entraîné une légère réduction de la survie de Psl (  10 %) et une réduction frappante de la survie de Pst (51,7 % pendant 90 min et 75 % pendant 120 min) ( Fig. 1 C). La germination des graines n’a été affectée ni par l’eau ozonée ni par le traitement à l’O 3 gazeux . Trempage des graines de tomates et de concombres dans de l’eau pendant 12 h à température ambiante suivi d’un traitement avec de l’eau ozonée ou de l’O 3 gazeuxa considérablement amélioré l’efficacité de la désinfection des bactéries et des champignons transmis par les semences ( Fig. 2 ). Le traitement de 8 g O 3 /Nm 3 d’eau ozonée pendant 60 min a donné une réduction de 66,7 %, 86,7 %, 46,7 %, 43,4 % et 100 % de Cmm , Pst , Fol , Forl et Psl dans les graines, respectivement, sans effet négatif sur le taux de germination des graines ( Fig. 2 A, B). Lorsque de l’O 3 gazeux à une concentration de 150 mg O 3 /Nm 3 pendant 90 min ou 120 min a été appliqué aux semences, toutes les semences ont été considérablement désinfectées des bactéries et champignons testés transmis par les semences (Fig. 2C , E).

 

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Efficacité de désinfection des semences potagères par les traitements à l’O 3 . ( A ) Nombre de colonies isolées à partir de graines de tomates traitées avec 5 et 10 mg O 3 /Nm 3 pendant 60 min. ( B ) Pourcentage de graines infectées après traitement avec de l’eau ozonée à une concentration de 8 g O 3 /Nm 3 pendant 15, 30 et 45 min. ( C ) Pourcentage de graines infectées après traitement avec O 3 gazeux à une concentration de 150 mg O 3 /Nm 3 pendant 90 et 120 min. Des lettres différentes indiquent des différences statistiquement significatives entre les traitements. Les données représentent la moyenne ± SE (erreur standard). Cmm ;Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis , Pst ; Pseudomonas syringae pv. tomate , Fol ; Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici , Forl ; Fusarium oxysporum f. sp. radicis – lycopersici , Psl ; Pseudomonas syringae pv. lacrymans .

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Efficacité de désinfection des semences potagères pré-trempées dans l’eau par des traitements à l’O 3 . ( A ) Pourcentage de graines infectées après traitement avec de l’eau ozonée à une concentration de 8 g O 3 /Nm 3 pendant 30 et 60 min. ( B ) Taux de germination des graines infectées après traitement avec de l’eau ozonée à une concentration de 8 g O 3 /Nm 3 pendant 30 et 60 min. ( C ) Pourcentage de graines infectées après traitement avec O 3 gazeux à une concentration de 150 mg O 3 /Nm 3 pendant 90 et 120 min. ( D ) Taux de germination des graines infectées après traitement avec O 3 gazeuxà une concentration de 150 mg O 3 /Nm 3 pendant 90 et 120 min. ( E ) Images représentatives des graines témoins et traitées à l’ozone après 5 jours de post-traitement. Des lettres différentes indiquent des différences statistiquement significatives entre les traitements. Les données représentent la moyenne ± SE (erreur standard). Cmm ; Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis , Pst ; Pseudomonas syringae pv. tomate , Fol ; Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici , Forl ; Fusarium oxysporum f. sp. radical -lycopersici , Psl ; Pseudomonas syringae pv. lacrymans .

 

L’ozone a montré un fort potentiel pour contrôler les pathogènes bactériens et fongiques dans les bulbes

 

La plupart des bulbes de tulipes et de narcisses déposés dans des conditions défavorables présentaient une sporulation abondante de Penicillium et d’Aspergillus . Trois tulipes différentes et un cultivar de narcisse ont été directement exposés à 75 mg d’O 3 /Nm 3 d’O 3 gazeux pendant 10 minutes et le nombre d’ Aspergillus et de Penicillium isolés des couches externes et internes des tissus du bulbe a été compté. La croissance d’Aspergillus et de Penicillium sur les tissus externes de différents bulbes de tulipes et de narcisses a été inhibée avec un taux de réussite de près de 100 % ( Fig . 3 A). Cependant, l’O 3le traitement à la concentration testée ne s’est pas avéré efficace pour éliminer la croissance fongique sur les tissus internes des bulbes ( Fig. 3 A). Nous avons également testé le potentiel de l’eau ozonée à une concentration de 8 g O 3 /Nm 3 pendant 60 et 120 min pour contrôler la dégradation du bulbe causée par l’infection de Pcc . Le traitement à l’O 3 pendant 60 min a diminué le nombre de bulbes de narcisses, de jacinthes et de tulipes pourris de 95,5 %, 64 % et 53,8 %, respectivement. De plus, lorsque la durée du traitement est passée de 60 min à 120 min, la diminution des taux de décomposition du narcisse, de la jacinthe et de la tulipe est passée à 99, 6%, 95, 3% et 97, 6%, respectivement (Fig. 3 B, C ) .

 

Le traitement à l’O 3 des semences de blé contaminées a réduit la carie commune dans les conditions de terrain

 

Pour tester si l’O 3 gazeux comme traitement des semences peut réduire la carie commune, de l’O 3 gazeux à différentes concentrations (25, 50, 75 mg O 3 /Nm 3 ) a été appliqué sur des graines de blé contaminées par T. caries avant la plantation. Aucun effet négatif des concentrations d’O3 testées sur la germination des graines n’a été trouvé ( Fig. 4A ). Nous avons évalué l’incidence de la carie commune en comptant le nombre d’épis infectés dans chaque rangée à la récolte. Il y avait une différence significative ( P  < 0,05) dans l’incidence de la carie commune entre la plupart des traitements par rapport au contrôle ( Fig. 4B, 4C). La valeur moyenne obtenue pour le témoin non traité sur cv. Cumhuriyet-75 étaient de 22,3 (± 2,59) et 29,5 (± 3,31) aux sites de Bornova et Menemen, respectivement. Le traitement à l’ozone des graines de Cumhuriyet-75 à une concentration de 25 et 50 mg O 3 /Nm 3 a entraîné une réduction de 17,9 % (18,3 ± 1,75) et de 52,6 % (10,58 ± 2,16) du nombre d’épis infectés à Bornova, et de 24,6 % (22,2 ± 2,12) et 32,7 % (19,8 ± 1,97) de réduction de Menemen, respectivement. Incidence de la maladie dans les plantes témoins non traitées sur cv. Gönen-98 était de 34,9 (±2,47) à Bornova et de 38,3 (±3,02) à Menemen. 25 et 50 mg O 3 /Nm 3-traitées ont montré une incidence moins fréquente de la carie par rapport au témoin, de 52,7 % (16,5 ± 2,05) et 56,3 % (15,2 ± 2,30), respectivement, à Bornova, et de 36,5 % (24,3 ± 2,61) et 49,7 (19,3 ± 1,68 ), respectivement à Menemen. Les résultats ont indiqué que le traitement des semences avec 75 mg d’O 3 /Nm 3 réduisait significativement le nombre de plantes infectées dans les emplacements testés et les cultivars avec un taux de réussite similaire du traitement fongicide. Nous avons également évalué les caractéristiques agronomiques de plants de blé dont les graines ont été traitées à l’ozone. Le rendement et le poids de 1000 grains ont augmenté de manière significative chez les deux cultivars lorsque les graines ont été traitées avec 75 mg d’O 3 /Nm 3 d’O 3 gazeuxdans les localités de Bornova et de Menemen par rapport au témoin non traité ( tableau 1 ).

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Les effets du traitement des semences sur l’incidence de la carie commune chez le blé. ( A ) Taux de germination des graines (cv. Cumhuriyet-75 et cv. Gönen-98) après traitement avec de l’O 3 gazeux à une concentration de 25, 50 et 75 mg O 3 /Nm 3 pendant 60 min, ou de l’eau chaude à 52 °C pendant 10 min, ou Tébuconazole à une dose de 150 g/100 kg de semences. ( B ) Nombre d’ épis infectés par T. caries par rangée au stade de la récolte à l’emplacement de Bornova. ( C ) Nombre d’ épis infectés par T. caries par rangée au stade de la récolte à Menemen. Des lettres différentes indiquent des différences statistiquement significatives entre les traitements. Les données représentent la moyenne ± SE (erreur standard).

 

 

Les fongicides et désinfectants synthétiques sont utilisés de manière intensive pour le traitement des semences depuis plusieurs décennies afin de lutter contre les champignons et les bactéries transmis par les semences. Outre les conséquences négatives des produits chimiques de synthèse sur la santé humaine et environnementale, la demande croissante d’aliments durables et moins risqués ces dernières années a conduit les chercheurs à rechercher des techniques agricoles innovantes et durables pour une production efficace et un contrôle des maladies. La stérilisation à l’ozone est une technique écologique, efficace, relativement bon marché et à action rapide. Nous avons montré dans cette étude que O 3 peut éventuellement remplacer les traitements fongicides. Cependant, comme il ne s’agit pas d’un désinfectant sélectif, il comporte le risque d’endommager le matériel biologique non ciblé comme les graines ou les bulbes comme notre cas. Il convient de noter que la réaction de la graine cible et de l’agent pathogène à l’O 3 doit être très bien examinée, et les conditions d’application doivent être optimisées avec précision pour une stérilisation réussie de l’O 3 .