Développement d'un biotest rapide pour confirmer les cas de résistance à l'isoproturon

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s tation fédérale de recherches en production végétale

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Directeur: André Stâubli http://www.admin.ch/sar/rac

Développement d'un biotest rapide pour confirmer les cas de résistance à l'isoproturon

chez le jouet-du-vent (Apera spicamventi)

N. DELABAYS et G. MERMILLOD, Station fédérale de recherches en production végétale de Changins, CH-1260 Nyon

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Introduction

Les cas de résistance aux herbicides se multiplient actuellement à travers le monde, menaçant l'utilité de plusieurs désherbants largement utilisés. Dans sa dernière édition, l'«International Survey of Herbicide-Resistant Weeds» rapporte la description de 183 biotypes résis- tants à travers le monde, chez 124 es- pèces différentes (HEAP, 1997). La pro- portion des plantes ne réagissant plus aux triazines représente actuellement 32% des cas répertoriés, suivies par les biotypes résistants aux inhibiteurs de l'acétolactate synthétase (18%), aux bi- pyridyles (15%) et aux urées substi- tuées (9%). En Suisse, on dénombre aujourd'hui 16 biotypes résistants aux herbicides, dont 13 vis-à-vis des triazi- nes (MAYOR et MERMILLOD, 1992) et 3 à des urées substituées (BEURET, 1989a et 1989b; MAYOR et MAILLARD, 1997).

Ces derniers mois, les témoignages rapportant des pertes d'efficacité de

l'isoproturon se multiplient en Suisse, notamment contre des graminées im- portantes telles que le jouet-du-vent (Apera spica-venti). En règle générale, le premier indice qui amène à suspecter un cas de résistance provient d'une ob- servation au champ: un traitement ha- bituellement couronné de succès se ré- vèle inefficace. Une telle observation ne suffit pas à établir l'existence d'une réelle résistance. En effet, de nombreux autres facteurs peuvent être à l'origine de l échec d'une application d'herbici- de: dosage inadéquat, lessivage, condi- tions météorologiques, nature du sol, stade des adventices, etc. Classique- ment, pour confirmer la résistance, on récolte les semences sur les plantes suspectes, on les sème en serre et les plantules sont traitées en conditions contrôlées avec différentes doses de l'herbicide, en parallèle avec un biotype reconnu sensible. Ce protocole est rela- tivement long à exécuter, car il faut at- tendre la maturation des graines. Il est

également entaché d'imprécision, car ce ne sont pas les plantes suspectées de résistance qui sont testées, mais leur descendance. Pour pallier ces inconvé- nients et pour permettre une confirma- tion rapide des cas de résistance qui nous sont soumis, nous avons développé un biotest utilisant la mesure de la fluo- rescence émise par des feuilles traitées à l'isoproturon. En effet, une plante dont la photosynthèse est inhibée par cet herbicide émet, lorsqu'elle est pla- cée à la lumière, une fluorescence dont la cinétique d'induction est caractéris- tique (DUCRUET et al., 1993). En mesu- rant régulièrement cette cinétique après un traitement herbicide, on peut suivre l' évolution de l' inhibition de la photo- synthèse. Une technique comparable, appliquée sur des feuilles isolées, a déjà été utilisée pour mettre en évidence la détoxication des urées substituées chez le blé (DUCRUET et al., 1993), ainsi que pour diagnostiquer des cas de résistance au chlorotoluron chez le vulpin (VAN OORSCHOT et VAN LEEUWEN, 1992).

Matériel et méthode

Origine du matériel végétal

Trois lots de semences d'Apera spica-venti ont été utilisés dans le cadre de cette étude.

Le premier (MAR) a été récolté sur des plantes d'un champ de la commune de Mar- chissy (VD) et constitue notre population sensible de référence. Le deuxième (P20) est issu du premier biotype résistant à l'iso- proturon décrit en Suisse, découvert à Chan- gins (VD) en 1996 (MAYOR et MAILLARD, 1997). Enfin, le troisième lot (YEN) a été récolté en 1998 dans une parcelle de blé si- Résumé

Un biotest utilisant des mesures d'induction de la fluorescence a été dé- veloppé pour confirmer les cas de résistance à l'isoproturon chez Apera spica-venti. Rapide à mettre en oeuvre, il s'applique sur des feuilles iso- lées, prélevées directement sur les plantes suspectes. Ce biotest a per- mis de mettre en évidence un biotype d'Apera spica-venti résistant à l'isoproturon, le deuxième décrit en Suisse à ce jour. La résistance, de type métabolique, est apparemment liée à une détoxication progressive de l'herbicide dans la plante.

Mots-clés: résistance, herbicide, isoproturon, Apera spica-venti, induc- tion de fluorescence.

Revue suisse Agric. 31 (5): 245-248, 1999 245

tuée sur le territoire de la commune de Yens (VD). Cette parcelle, très fortement infestée d'Apera Spica-venti en dépit d'un traitement à l' isoprotoron, nous avait été signalée par la Station cantonale de protection des plan- tes du canton de Vaud.

Essai de traitement en conditions contrôlées

Les semences des trois lots ont été semées en serre dans un terreau horticole préalable- ment désinfecté à la vapeur. Après 12 jours, 5 plantules au stade 2-3 feuilles ont été re- piquées dans des pots de 6 cm de diamètre.

Une semaine plus tard, soit au stade 3-4 feuil- les des plantules, des applications d'isopro- turon ont été réalisées dans un tunnel de traitement avec cinq dosages s' échelonnant entre 0 et 3000 g m.a./ha. Pour chaque do- sage, trois pots par population ont été trai- tés. Les pots ont été installés dans une case climatisée avec 90% d'humidité et un cycle comprenant 14 heures de lumière à 21 °C et 10 heures d'obscurité à 18 °C. Vingt-cinq jours après le traitement, les plantes survi- vantes ont été décomptées et les taux de mortalité analysés à l'aide du programme POLO-PC (1987) pour estimer la dose d'herbicide provoquant une mortalité de 50% (= DL50).

Mesure de la cinétique

d'induction de la fluorescence

La cinétique d'induction de la fluorescence est mesurée directement sur des feuilles d'Apera spica-venti avec un fluorimetre Hansatech, selon la méthode décrite par DUCRUET et al. (1993). Avec cette tech- nique, le degré d'inhibition de la photosyn- thèse est indiqué par le rapport (Fi-Fo)/Fv:

plus celui-ci est élevé, c'est-à-dire proche de 1, plus la photosynthèse est inhibée.

Sur des plantes cultivées en serre et âgées de 8 semaines, 2 feuilles de 7 cm sont pré- levées sur 5 plantes de chacune des trois populations. Une des feuilles est mise à trem- per dans une solution à 0,05 mmol d' iso- proturon et l'autre dans de l'eau (fig. 1).

Toutes les feuilles sont placées pendant une

quinzaine d'heures à 18 °C et à l'obscurité.

A ce stade, une mesure de la cinétique d'in- duction de la fluorescence est effectuée sur chacune des feuilles pour confirmer le blo- cage de la photosynthèse chez les feuilles mises en contact avec l'herbicide. Ces der- nières sont alors transférées dans de l'eau et l'ensemble des feuilles est installé dans une case climatisée avec 90% d'humidité et un cycle comprenant 14 heures de lumière à 21 °C et 10 heures d'obscurité à 18 °C. Sur chacune des feuilles, une mesure de la ciné- tique d'induction de la fluorescence est réa- lisée 24, 48 et 72 heures après le transfert de l'ensemble des feuilles dans de l'eau.

Résultats et discussion

L'essai de traitement en conditions con- trôlées fait ressortir des différences si- gnificatives entre la DL50 estimée pour la population sensible de référence (MAR), qui s'élève à 660 g m.a./ha, et celles obtenues pour la population ré- sistante de référence (P20) et la popu- lation suspecte (YEN), qui s'élèvent à respectivement 2090 et 3230 g m.a./ha.

La perte d'efficacité de l'herbicide ob- servée sur la parcelle de Yens est donc confirmée.

En ce qui concerne les mesures de la ci- nétique d'induction de la fluorescence, la figure 2 présente l' évolution de l'inhi- bition de la photosynthèse offerte par les trois populations d'Apera spica-vend.

L'ensemble des feuilles placées et con- servées dans de l'eau indique une pho- tosynthèse active et stable, caractérisée par un rapport (Fi-Fo)/Fv proche de 0,5. Les feuilles mises en contact avec l'herbicide pendant 15 heures présen- tent toutes un rapport (Fi-Fo)/Fv de plus de 0,9, indiquant un blocage de la photosynthèse. Sur les feuilles issues de la population sensible (MAR), l'in- hibition persiste encore 72 heures après

le transfert des feuilles dans de l'eau. A l'inverse, tant les feuilles de la popula- tion P20, notre population résistante de référence, que celles de la population YEN présentent une baisse progressive de l'inhibition de la photosynthèse, qui se rapproche de celle des témoins après 72 heures. Une telle évolution corro- bore l'hypothèse d'une détoxication progressive de l'herbicide dans les feuil- les, cause probable de sa perte d'effica- cité. La population d'Apera spica-venti récoltée sur la parcelle de Yens pré- sente donc certainement une résistance métabolique à l'isoproturon, compara- ble à celle qui a déjà été décrite pour le biotype P20 (MAYOR et MAiLLARD, 1997).

A l'instar des triazines, les urées subs- tituées, famille d'herbicides à laquelle appartient l' isoproturon, sont des inhi- biteurs de la photosynthèse. Pourtant, les mécanismes de résistance dévelop- pés par les plantes vis-à-vis de ces deux familles d'herbicides diffèrent no- tablement (DUCRUET, 1991).

La résistance aux triazines résulte gé- néralement d'une mutation dans le gé- nome chloroplastique qui modifie la composition en acides aminés (une se- rine est remplacée par une glycine) de la protéine-cible de l'herbicide (la pro- téine 32 kD). Cette dernière, qui parti- cipe au transfert d'électrons accompa- gnant le processus de la photosynthèse, change de configuration et l'herbicide ne peut plus s'y fixer: il n'interfère plus avec la photosynthèse et perd toute efficacité. La plante ne réagit plus à l'herbicide, même appliqué à très hautes concentrations, jusqu'à plus de cent fois la dose normale. Monogeni- que — résultat de la mutation d'un seul gène — une telle résistance apparaît brusquement; elle est totale et très visi- ble lors du traitement (BEURET, 1982).

Fig. 1. Feuilles d'Apera spica-venti trempées durant 15 heures dans une solution à 0,05 mmol d'isoproturon avant leur transfert dans de l'eau.

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Dans le cas des urées substituées, la ré- sistance est certainement liée à une dé- toxication progressive de l'herbicide, probablement par des enzymes à cyto- chromes P-450 (DURST, 1991). Dans un premier temps, la plante réagit à l'appli- cation de l'herbicide, commence à dé- périr, mais récupère progressivement et finalement survit. Peu visible au mo- ment du traitement, une telle résistance ne surmonte que quelques fois la dose normale d'herbicide. De plus, d'origine probablement polygénique, elle n'appa- raît que progressivement, faisant suite à un usage répété de l'herbicide.

Dans un premier temps, lors de l'appa- rition de ces résistances métaboliques, il peut paraître tentant d' augmenter pro-

gressivement les doses d' isoproturon pour retrouver une efficacité satisfai- sante. Cependant, une telle démarche risque de favoriser l'apparition de bio- types de plus en plus difficiles à maîtri- ser. Il est également utile de rappeler ici que l' isoproturon fait partie des her- bicides que l'on retrouve encore trop fréquemment dans les eaux souterrai- nes et de surface de notre pays. Si l'on tient à conserver l' usage de cette molé- cule, intéressante dans de nombreuses situations malherbologiques, il est re- commandé de l'appliquer de manière raisonnée et parcimonieuse, d'autant que d'autres herbicides sont actuelle- ment disponibles pour lutter contre Apera spica-venti dans les céréales.

Conclusions generales ,

Trais cons%siens prinxpales peuvent être tirées de nette étude.

❑ Un nouveau cas de résistance â I'isoproturon a été -mis en évi- dence chez Apera spica-venti. Il s'agit du deuxième cas avéré en Suisse et -on peut légitimement craindre, d'après les multiples té- moignages rapportés ce printemps, que de nouveaux cas soient con- firmés cette année encore'.

❑ Un biotest rapide à mettre en oeuvre et s'appliquant directe- ment sur les plantes suspectes a été mis au point. En moins d'une semaine, ce test a permis de con- firmer les observations réalisées au champ et les conclusions issues de l'essai de traitement en condi- tions contrôlées. Outre la confir- mation rapide des cas de résistance qui nous sont rapportés, ce biotest va considérablement faciliter notre étude en cours sur la génétique de la résistance à l' isoproturon chez Apera spica-venti.

❑ La résistance mise en évidence est de nature métabolique, liée à la détoxication progressive de l'herbicide dans la plante. Peu visible de prime abord, ce type de résistance ne se développe que pro- gressivement, après un usage ré- pété de l'herbicide. Une augmen- tation des doses appliquées risque de favoriser l'apparition de bioty- pes de plus en plus résistants.

D'une manière générale, on peut rap- peler que pour limiter l'apparition de résistances, il est judicieux de désher- ber avec des herbicides ayant des modes d'action différents. A cet égard, une rotation équilibrée permet d'intervenir avec un large spectre de produits.

Depuis la rédaction de cet article, deux nouveaux cas d'Apera spica-menti résis- tants à l' isoproturon ont été confirmés dans notre laboratoire.

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ANPP-COLUMA, Dijon, 277-286.

MAR: population sensible de référence 1,0

3 0,8

u

> o,s -4- I P U

LL

Ô 0,4 -fl- H2O

LL

Ü. 0,2 0,0

0 24 48 72

Temps (heures)

P20: population résistante de référence 1,0

3 0,8

u > o,s -0- I P U

U.

Ô 0,4 Il~~~~11,11~~~~~~~~~~~~~~~~~~~11,11,11~~11,11~~~

-~- H2O LL

LL

0 24 48 72

Temps (heures)

YEN: population testée

1,0 0,8

u

> o,s -O- I P U

LL

Ô 0,4 -f:'- H2O

Ü. 0,2 .MOI

0,0

0 24 48 72

Temps (heures)

Fig. 2. Evolution de l'activité photosynthétique de feuilles d'Apera spica-venti prélevées sur trois populations (MAR, P20, YEN) et conservées dans de l'eau. Comparaison entre des feuilles préalablement gardées pendant 15 heures dans une solution d' isoproturon à 0,05 mmol (IPU) ou dans de l'eau (H2O). L'activité photosynthétique exprimée en unités ar- bitraires (u.a.) est indiquée par le rapport (Fi-Fo)/Fv (Fi = fluorescence induite, Fo = fluores- cence de base, Fv = fluorescence maximale). Ce rapport est établi à partir de mesures de la cinétique d'induction de la fluorescence; il tend vers 1 lorsque la photosynthèse est inhibée.

(Moyennes et écarts standard, n = 5.)

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Summary

Development of a quick bioassay using fluorescence induction to assess isoproturon-resistance in wind bent grass (Apera spica-venti)

A quick bioassay, using measurement of the fluorescence induction on excised leaves, has been developed to diagnose resistance to isoproturon in Apera spica-venti. With this bioassay, a new biotype of Apera spica-venti, the second one in Switzerland, has been assessed. The resistance is apparently due to the detoxification of the herbicide in the plant.

Key words: herbicide-resistance, isoproturon-resistance, Apera spica-venti, fluores- cence induction.

Zusammenfassung

Entwicklung eines Biotests zur Bestimmung der Resistenz von Windhalm (Apera spica-venti) gegenüber Isoproturon

Ein Biotest ist entwickelt worden, um die Resistenz von Apera spica-venti gegenüber Isoproturon zu bestimmen. Dieser Test basiert auf Fluoreszenz-Induktionsmessungen an einzelnen Bldttern. Damit wurde ein neuer isoproturon-resistenter Biotyp entdenkt.

Dies ist der zweite solche Biotyp, der in der Schweiz beschrieben wurde. Da das Herbizid in der Pflanze rasch abgebaut wird, handelt es sich um eine metabolische Resistenz.

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