|
Notre problématique scientifique a évolué de façon importante depuis 2004 pour aboutir aujourd'hui à une vision plus intégrative. Celle-ci demeure centrée sur l'écologie de la reproduction sexuée des cultures entomophiles et notre finalité reste l'acquisition de connaissances sur les mécanismes, caractéristiques et conséquences des flux polliniques efficaces – c'est-à-dire les flux de pollen que reçoivent les stigmates réceptifs –avec un souci de maîtrise (échelle spatiale pour les flux de gènes associés) et d'optimisation (rendement et qualité des productions agricoles). Mais il nous est aussi apparu essentiel de replacer nos recherches dans un contexte d'agriculture durable et de préservation de l'environnement. Cette nouvelle exigence nous a demandé une ouverture intellectuelle et une remise en cause parfois profonde des acquis pour appréhender l'ensemble de la faune pollinisatrice dans l'espace agricole et ses interactions avec la culture cible à différentes échelles spatiales (fleur, plante, mais aussi parcelle et contexte paysager) et temporelles (longévité du pollen, période effective de pollinisation d'une fleur, cycle de la culture, mais aussi période d'activité des populations de pollinisateurs). Il ne s'agit cependant pas de renier les travaux réalisés jusqu'à ce jour sur des systèmes simplifiés combinant une seule espèce de plante avec une seule espèce d'insecte pollinisateur dans un environnement artificialisé. L'étude de tels systèmes reste absolument nécessaire pour approfondir certaines questions (par exemple l'impact de l'état nutritionnel des colonies d'abeilles domestiques sur leur activité pollinisatrice ou le suivi d'une molécule marqueur du nectar dans la ruche). Et, sur le plan agronomique, de tels systèmes simplifiés sont largement répandus et même tendent à s'étendre avec l'utilisation d'abris ‘insectproof' dans le sud de la France et dans beaucoup de pays tropicaux pour les cultures entomophiles maraîchères (tomate, melon, courgette par exemple) afin d'éviter les dégâts de certains ravageurs, comme l'aleurode Bemisia tabaci , et du cortège de virus qu'ils peuvent transmettre (TYLC virus sur la tomate par exemple). Les cultures sous abri clos restent aussi des dispositifs fort complexes au regard des expérimentations en chambre de vol sur des individus isolés et des fleurs artificielles, dispositifs mieux contrôlés auxquels nous n'excluons pas non plus le recours. Mais nos travaux en plein air et surtout notre participation au programme intégré européen 2004-2008 ALARM ( A ssessing LA rge-scale environmental R isks for biodiversity with tested M ethods ; http://www.alarmproject.net ) nous ont aussi montré les limites de l'approche réductionniste. Notre prise de conscience de la nécessité d'intégrer ces contextes d'agriculture durable et de préservation de la biodiversité dans notre problématique scientifique a commencé lors d'études antérieures sur la biodiversité et l'écologie des pollinisateurs (travaux réalisés avec Richard Rust , professeur à l'Université du Névada à Reno qui a effectué deux séjours sabbatiques avec nous – Rust et al . 2003 & 2004a et b). Mais c'est surtout notre participation au module Pollinisateurs d'ALARM dans lequel nous sommes la seule équipe sur 11 partenaires à avoir des compétences agronomiques, ce qui nous a conduits à une remise en question afin de composer avec nos collègues écologues. En tant qu'agronomes, la pollinisation d'une culture nous apparaissait d'abord comme un élément de conduite qui devait donc faire partie intégrante de l'itinéraire technique de la culture ou du moins de l'exploitation. Mais nos travaux sur les interactions plantes-pollinisateurs sont ancrées dans l'écologie, et l'évolution générale de cette science depuis une quinzaine d'années fait que la pollinisation entomophile est aujourd'hui considérée comme un service écologique à part entière (elle est même d'ailleurs souvent citée en exemple de tels services – e.g. Steffan-Dewenter et al . 2005 TREE 20: 651-652 ). S'ajoute à cette vision le postulat qu'un écosystème, y compris un agro-écosystème, devrait pouvoir assurer ce service de pollinisation en totalité et de façon optimale si ce système est en bonne santé. Il nous appartient de vérifier la validité de ce postulat, et les visions ‘agronomiques' et ‘écologiques' ne sont pas incompatibles dès lors que l'on accepte de prendre en compte la faune pollinisatrice locale et de la complémenter, lorsque nécessaire, avec des colonies d'insectes pollinisateurs endémiques dans la région considérée, ce qui est le cas de l'abeille domestique et du bourdon terrestre Bombus terrestris en Europe. Notre évolution s'est aussi faite dans un cadre institutionnel favorable puisqu'elle a coïncidé avec le nouveau schéma stratégique 2004-2007 du département SPE qui proposait un nouveau champ thématique NCT3 – Ecologie des communautés inféodés aux agrosystèmes : effet de l'évolution des pratiques agricoles et plus particulièrement l'objectif prioritaire OP2 – Etude des échanges entre les compartiments cultivés et semi-naturels d'un agro-écosystème, ces deux constituant d'ailleurs à peu près les seuls NCT et OP dans lesquels nos recherche sur la pollinisation entomophile pouvait s'intégrer sous réserve d'une approche plus intégrative. Nos recherches de ces dernières années ont donc porté sur 4 thèmes suivants : • Interactions pollen-insectes vecteurs-pistil et conséquences sur la fécondation • Ecologie du butinage et activité pollinisatrice • Pollinisation et agriculture • Biodiversité des abeilles et paysages A côté de notre évolution thématique, nous avons conservé les cucurbitacées comme principal modèle d'étude végétal car les espèces de cette famille sont strictement entomophiles et certaines sont cultivées (citrouille, courgette, melon, pastèque, potiron) tandis que d'autres sont sauvages et endémiques (bryone dioïque, concombre d'âne). On y trouve aussi une large gamme de systèmes de reproduction (gynoécie, monoécie, andromonoécie, dioécie) que nous mettons à profit pour appréhender l'étude de mécanismes variés. Enfin la production de nectar est importante et ce nectar est attractif pour de nombreux insectes, l'anthèse des fleurs ne dure qu'une seule journée et leur pollen de grande taille possède une morphologie bien spécifique, ce qui facilite sa reconnaissance et le dénombrement des charges polliniques sur les stigmates et les pollinisateurs. Nous avons aussi conservé l'objectif de valoriser dans nos travaux nos acquis méthodologiques originaux, en particulier l'analyse du butinage par vidéo-surveillance numérique (système développé par Nicolas Morison qui permet le suivi simultané de 16 fleurs en continu, mais avec enregistrement uniquement des séquences de visite par les insectes). Et nos travaux ont permis au LPE d'acquérir de nouveaux outils, comme une chromatographie ionique pour l'analyse des sucres du nectar (Séverine Suchail) et un scanner pour l'analyse des charges en pollen de melon par traitement numérique des images (Nicolas Morison & Gabriel Carré). I. Interactions pollen - insectes vecteurs - pistil et conséquences sur la fécondation La problématique est ici d'analyser les mécanismes et les modalités des transferts de pollen entre plantes et vecteurs, et d'étudier les interactions qui en découlent et leurs conséquences possibles sur le devenir du pollen jusqu'à la fécondation. Nos travaux ont été poursuivis selon deux axes : 1. Interaction abeilles-pollen (M. El-Maataoui, G. Rouault, B. Vaissière) Les pollinisateurs, et en particulier les abeilles, ne sont pas des vecteurs neutres, et nous avons déjà démontré que la viabilité du pollen sur le corps des abeilles domestiques varie en fonction de leur comportement de butinage. Cette étude a été étendue ici en milieu naturel pour déterminer l'influence de l'espèce pollinisatrice sur la qualité et la viabilité du pollen transporté. L'examen de la bibliographie montre en effet que ces aspects fondamentaux de la reproduction sexuée des plantes entomophiles restent très peu explorés. L'étude a été réalisée en 2006 sur deux cucurbitacées sauvages Bryonia dioïca et Ecballium elaterium . La bryone dioïque est une plante sauvage commune dont les fleurs des deux sexes sont portés par des individus différents et produisent du nectar. Ces fleurs sont visitées et pollinisées principalement par une abeille eusociale très généraliste (polylectique), l'abeille domestique Apis mellifera , et une abeille solitaire, Andrena florea , monolectique sur la bryone, c'est-à-dire récoltant le pollen pour la nourriture de ses larves exclusivement sur les plantes du genre Bryonia . Au contraire, le concombre d'âne est une espèce monoïque visitée et pollinisée par une large guilde d'insectes car la fleur femelle ne produit pas de nectar et elle constitue un leurre pour ses visiteurs (pollinisation par déception). Les premiers résultats indiquent que le pollen transporté par les abeilles renferme une proportion élevée de grains anormaux et vides. Ces derniers proviennent d'aberrations méiotiques qui se mettent en place lors de la microsporogenèse du fait d'anomalies affectant la ségrégation des chromosomes. Ceci se traduit par une variabilité du niveau de ploïdie des grains de pollen avec des effets potentiels importants sur leur capacité à assurer la fécondation. Ce travail va être approfondi pour mieux comprendre les processus impliqués et la distribution de ces grains anormaux dans les étamines ainsi que les conséquences en termes de fécondation et de qualité des semences. Un attaché temporaire d'enseignement et de recherche a été engagé (septembre 2005, Gaëlle Rouault ) pour développer les aspects relatifs à l'incidence de l'espèce pollinisatrice sur la viabilité du pollen transporté et ces travaux seront publiés en 2007. 2. Interaction pollen-abeilles-pistil (B. Vaissière, N. Morison) Plusieurs auteurs ont signalé chez différentes espèces une fructification plus importante des fleurs exposées aux insectes pollinisateurs comparée à celle de fleurs isolées, même lorsque ces dernières étaient pollinisées manuellement à saturation. La question est donc de savoir si les visites répétées des abeilles sur les fleurs pourraient avoir un effet positif sur le devenir du pollen déposé sur le stigmate et les processus qui aboutissent à la fécondation. Une expérimentation réalisée en 2005 avec une lignée de melon gynoïque (collaboration avec Michel Pitrat du GAFL) et des pollinisations manuelles saturantes effectuées successivement sur plusieurs fleurs par plante a donné des résultats peu probants du fait de plusieurs facteurs confondants. Une nouvelle expérimentation a été réalisée en 2006 avec la même lignée et dans deux tunnels « insectproof » de 120 plantes conduites sur deux bras et une colonie d'abeilles domestiques dans chaque tunnel. Chaque plante a constitué une unité expérimentale sur laquelle on repérait à une seule date une fleur en début d'anthèse sur chacun des deux bras. Ces fleurs étaient pollinisées manuellement avec un cil et une quantité fixe et limitée de pollen similaire à celle déposée par une seule visite d'abeille (résultat d'études préliminaires). Ensuite, l'une de ces fleurs choisie au hasard sur chaque plante était exposée aux abeilles tandis que l'autre était isolée sous tulle. Chaque jour durant 7 jours consécutifs pour chaque tunnel, 16 plantes ont été ainsi traitées. Le butinage de chaque fleur exposée aux abeilles a été suivi par vidéo-surveillance numérique et les stigmates des fleurs ont été récoltés 10 jours après pollinisation afin de vérifier l'homogénéité des quantités de pollen déposées sur toutes les fleurs sans interférer avec la fécondation . On a suivi le devenir de chaque fleur traitée et les fruits obtenus ont été récoltés et analysés. La fructification et le contenu en graines pleines des fruits ont été homogènes dans les deux tunnels et il n'y avait pas d'interaction avec le traitement. Sur les 86 plantes ayant donné un seul fruit, c'est la fleur exposée aux abeilles qui a fructifié chez deux fois plus de plantes (57 vs 29 ; P = 0,0025 d'après un test de McNemar) et les fruits issus des fleurs visitées par les abeilles contenaient significativement plus de graines pleines que ceux issus des fleurs sous tulle. Ceci malgré les dizaines de visites reçues par chaque fleur qui auraient pu se traduire au contraire par un retrait du pollen déposé sur les stigmates. Ces résultats sont cohérents avec l'hypothèse d'un effet positif des visites d'abeilles sur la germination du pollen et/ou les processus de fécondation, et ce indépendamment de la charge en pollen sur les stigmates qui était ici constante. Il reste cependant à analyser tous les enregistrements vidéo et à dénombrer les effectifs de pollen sur les stigmates pour mesurer précisément l'efficacité fécondante du pollen pour chaque traitement et pouvoir conclure de façon définitive quant à un effet des visites d'abeilles. Si cet effet est confirmé, cela ouvrira de nouvelles pistes d'étude pour déterminer les mécanismes possibles de cette action et ces pistes seront étudiées plus spécifiquement au niveau histologique (Mohamed El-Maataoui) et biochimique (Séverine Suchail). II. Ecologie du butinage des insectes pollinisateurs et activité pollinisatrice. Il s'agit ici d'étudier les composantes quantitatives et qualitatives de l'activité pollinisatrice des insectes, en particulier les caractéristiques et les interactions possibles entre activité de butinage et efficacité pollinisatrice individuelle. Ces travaux ont été réalisés avec le soutien financier des programmes FEOGA d'aide à l'apiculture Biochimie des interactions abeilles-fleurs (axe 1) et Conduite des colonies en pollinisation (axes 2 et 3). Les travaux ont été poursuivis selon trois axes : 1. Mise en évidence et quantification de substances marqueurs spécifiques du nectar d'un groupe d'espèces végétales (S. Suchail). Les études palynologiques peuvent permettre de connaître l'étendue du régime alimentaire pollinique et l'importance des différentes sources de pollen récolté par les abeilles. Mais c'est le nectar qui constitue la ressource énergétique principale qu'elles butinent et les plantes utilisées pour la récolte de pollen sont souvent sensiblement différentes de celles exploitées pour le nectar. Ainsi, l'abeille domestique butine certaines plantes exclusivement pour leur nectar car la morphologie de leur pollen ne lui permet pas sa récolte. De plus, le nectar peut provenir de fleurs dépourvues de pollen (fleurs d'hybride mâle-stérile comme le lavandin ou fleurs femelles des cucurbitacées monoïques ou dioïques par exemple) ou de nectaires extrafloraux. Dans ces deux cas, le pollen sera largement dépourvu de pollen de l'espèce productrice de sorte que l'analyse palynologique du nectar rapporté au nid ou des réserves (miel) ne pourra pas renseigner sur son origine botanique. Le nectar contient des acides aminés comme l'aspartate, le glutamate, la méthionine, la sérine et la leucine, des protéines (enzymes), des ions (cations : K + , Na + et anions : Cl - ), des composés secondaires comme des phénols et même parfois des alcaloïdes. Mais ce sont de loin les glucides qui constituent les principales substances du nectar puisqu'ils peuvent représenter jusqu'à 70% de son poids frais. Trois sucres sont majoritaires, deux monosaccharides en C6, le glucose et le fructose, et un disaccharide, le saccharose. Il existe aussi de nombreux autres sucres en moindre quantité et plus spécifiques. Ce sont donc la nature de ces glucides et leur proportion relative qui peuvent être caractéristiques d'espèces florales et aussi jouer un rôle dans la fidélité – positive ou négative – des abeilles à une espèce de plante. Une première étude a démarré pour caractériser le nectar de cucurbitacées cultivées en se concentrant plus particulièrement sur l'analyse du stacchyose, un sucre de transport intermédiaire qui n'intervient dans cette fonction que dans cette famille végétale. Les fleurs ont été préalablement ensachées sous tulle afin d'empêcher la collecte du nectar par les abeilles et le nectar a été prélevé par capillaires, stocké dans des tubes Eppendorf et conservé à –20°C jusqu'à son analyse. La présence de stacchyose et sa concentration dans le nectar ont ensuite été étudiées par HPIC-PAD, une technique qui permet la détection et le dosage de traces de l'ordre du ng/L. Six sucres ont été détectés dans le nectar de la courge musquée de Provence Cucurbita moschata : glucose, fructose, saccharose, isomaltose, raffinose et stacchyose. Le saccharose est le sucre majeur, avec une concentration de 1239 mmol/L, le fructose avec 222 mmol/L et enfin le glucose avec 216 mmol/L. Les trois autres sucres sont détectés en très faible quantité, mais l a présence de stacchyose a été confirmée dans le nectar de courge musquée avec une concentration de 1,4 mmole/L. Ce premier résultat nous conforte dans notre axe de travail pour identifier et quantifier la contribution de différentes espèces ou groupes d'espèces végétales dans la récolte de nectar par les abeilles sur un plan individuel (analyse du contenu du jabot des individus à leur retour au nid) ou à l'échelle d'une colonie d'abeilles domestiques ou de bourdons (analyse des réserves de miel). En 2006, ce travail a été poursuivi et étendu au nectar d'une large gamme de cucurbitacées cultivées (collaboration avec Michel Pitrat du GAFL) et sauvages. Par ailleurs, on a effectué une étude de cinétique de la teneur en stacchyose dans le nectar au fil de sa récolte et de son traitement par les abeilles domestiques. Un sirop de nourrissement a été mis à disposition d'une colonie dans un milieu clos sans autre ressource et des prélèvements ont été effectués depuis le contenu du jabot des butineuses à leur retour à la ruche jusqu'au miel operculé dans la ruche. Ces travaux feront l'objet d'une publication scientifique en 2007. Cette approche s'appuyant sur les techniques analytiques les plus récentes sera poursuivie sur le nectar d'autres familles de plantes (Astéracées, Lamiacées) et en utilisant d'autres marqueurs potentiels (acides aminés, acides organiques). À terme, elle devrait permettre de mieux caractériser la distribution spatiale des butineuses d'une colonie d'abeilles domestiques ou de bourdons en fonction de l'environnement végétal. De plus, elle permettra de déterminer la contribution relative et absolue d'une surface de plantes d'une espèce ou d'une famille donnée dans un paysage, que ce soit au niveau des récoltes effectuées par des individus à un moment donné (échantillonnage des individus à leur retour au nid) ou des récoltes sur l'ensemble d'une période (réserves d'une colonie). Ces résultats contribueront à mieux comprendre l'écologie du butinage des abeilles à l'échelle du paysage et aussi de mieux cerner le rôle des différentes espèces d'abeilles dans la conservation de la biodiversité végétale. 2. Incidence de l'environnement lumineux sur l'activité pollinisatrice des abeilles (B. Vaissière, N. Morison) L'impact de l'environnement lumineux sur l'activité de butinage et la pollinisation a été étudié sous serre en 2004. En effet, de nouveaux matériaux de couverture, en particulier des films opaques aux ultraviolets (UV), sont aujourd'hui disponibles sur le marché pour lutter contre les ravageurs des cultures comme les pucerons, thrips et aleurodes. Mais le rayonnement UV est essentiel pour l'orientation des abeilles et leur localisation des fleurs. Notre étude a été réalisée en collaboration avec Jacques Lagier (SAD Alénya) dans 2 tunnels identiques et adjacents dont l'un était recouvert d'un film plastique totalement opaque au rayonnement UV tandis que l'autre était recouvert d'un film standard transparent aux UV avec pour les deux films un coefficient de transmission similaire dans le spectre visible et infrarouge. Les deux tunnels étaient plantés avec une culture de tomate conduite de façon similaire et l'étude a consisté en 3 répétitions avec pour chacune 2 colonies de bourdons B . terrestris dont tous les individus avaient été préalablement marqués avec une étiquette de couleur numérotée afin de pouvoir identifier leur origine. L'incidence des plastiques photo-sélectifs a été mesurée avec les méthodes standards d'étude de la pollinisation et aussi avec notre système de vidéo-surveillance numérique qui a donné ici d'excellents résultats. L'activité de butinage des bourdons a été très supérieure dans le tunnel standard comparé à celle du tunnel anti-UV. Sur l'ensemble de l'essai, 94 bourdons ont butiné dans le tunnel témoin et 4 bourdons seulement dans le tunnel anti-UV, soit une diminution d'activité de près de 96% avec des résultats similaires lors des 3 répétitions (Pichon et al . 2005). Des traitements de pollinisation effectués sur des fleurs individuelles ont révélé que, sous le film opaque aux UV, la fructification des fleurs en pollinisation libre était similaire à celle des fleurs ensachées sous tulle avant l'anthèse, mais significativement plus faible que celle des fleurs pollinisées manuellement. Sous le film standard au contraire, la fructification des fleurs en pollinisation libre était similaire à celle des fleurs pollinisées manuellement, et significativement plus élevée que celle des fleurs sous tulle. Sur un plan agronomique, ces résultats sont intéressants pour les maraîchers et les producteurs de semence. Sur un plan scientifique, la réponse d'une colonie de bourdons dans une structure sans UV s'est avérée très différente de celle d'individus isolés butinant sur des fleurs artificielles en présence et en l'absence d'UV pour lesquels Dyer & Chittka (2004 J. Exp. Biol. 207: 1683-1688 ) n'ont pas observé d'effet significatif. Cette différence illustre l'intérêt des travaux réalisés sur des colonies entières et en situation de production. Les résultats de cette étude feront l'objet de publications scientifiques sur (i) l'effet de l'environnement lumineux sur l'activité pollinisatrice des bourdons et (ii) les conséquences de cette activité (nous disposons d'un bon échantillon de fleurs pour lesquelles nous avons à la fois le nombre et les caractéristiques de toutes les visites reçues et la taille du fruit que chaque fleur a produit ainsi que son contenu en graines pleines). Cette étude ne sera pas poursuivie sauf dans le cadre d'une collaboration avec une équipe compétente sur la vision des abeilles (comme par exemple l'unité de Martin Giurfa à Toulouse) car la plupart des films anti-UV ne bloquent pas totalement l'ensemble du rayonnement UV et il resterait donc à affiner nos conclusions pour déterminer précisément si c'est tout ou partie du rayonnement UV qui est essentiel au butinage et jusqu'à quel seuil de transmission minimum il est possible de descendre sans entraver le butinage d'une colonie. 3. Incidence de l'état nutritionnel des colonies d'abeilles domestiques sur leur activité pollinisatrice (B. Vaissière, N. Morison) Depuis 2002, nous étudions l'effet du nourrissement au pollen sur l'activité pollinisatrice des colonies d'abeilles domestiques introduites dans des abris insectproof car celles-ci se retrouvent souvent très rapidement en manque de pollen et l'impact de cet état nutritionnel sur leur activité pollinisatrice est inconnu. Nous avons d'abord mis en évidence un effet important du nourrissement au pollen sur l'efficacité pollinisatrice individuelle des butineuses mesurée par le taux de fructification après une seule visite. Ces mesures sont cependant biaisées parce que les fleurs doivent être isolées sous tulle jusqu'à ‘la' visite de sorte qu'il y a accumulation de nectar et la durée des visites qui en résulte est de ce fait beaucoup plus longue que pour les fleurs exposées aux insectes, comme l'on montré des suivis vidéos. Ce premier essai avait aussi été réalisé dans deux tunnels de 22 x 8 m 2 et avec des colonies très populeuses au regard de la petite taille de ces abris. En 2004, nous avons étudié deux colonies constituées avec une cohorte de 1200 abeilles naissantes marquées et numérotées individuellement. Le suivi des fleurs par vidéo-surveillance numérique a montré que le nourrissement au pollen se traduisait par un changement du comportement de la plupart des ouvrières qui poursuivent leur butinage mais qui, après nourrissement, ne récoltent alors plus que du nectar et plus du tout de pollen. En 2006, nous avons conduit une expérimentation sur ce nourrissement au pollen dans des tunnels ‘insectproof' de taille commerciale ( 80 m de long) toujours avec une culture de melon monoïque, mais avec des colonies d'abeilles de taille commerciale adaptée à ce type de structure ( 1 kg d'abeilles, soit environ 10 000 ouvrières). Huit jours après l'introduction des colonies, le nourrissement au pollen dans la ruche s'est traduit par une augmentation significative de 43% de l'activité pollinisatrice mesurée par la charge en pollen des stigmates des fleurs exposées pendant toute la journée aux abeilles (moyennes de 4140 et 6170 grains de pollen/stigmate 3 jours avant et 3 jours après le nourrissement, respectivement). Il apparaît donc que l'activité pollinisatrice d'une colonie d'abeilles peut varier de façon importante en fonction de son état nutritionnel . Le premier objectif maintenant est la publication de ces résultats qui présentent un intérêt fondamental mais aussi appliqué (production de semences hybrides sous abri clos et cultures entomophiles sous abri insectproof). Il est à noter qu'à l'occasion de ce travail, nous avons mis au point une nouvelle méthode basée sur le traitement d'images numériques pour dénombrer la charge en pollen des stigmates secs de melon. En termes de perspectives, il reste à vérifier le mécanisme supposé (augmentation de la charge en pollen de melon sur les butineuses – des ouvrières ont été capturées en 2006 pour vérifier cette hypothèse) et à déterminer les facteurs qui conditionnent la taille de la charge en pollen sur le corps d'une butineuse. Sur le plan agronomique, il faudra évaluer d'autres méthodes pour réduire la récolte de pollen, comme le confinement de la reine, quant à leur impact sur l'activité pollinisatrice des colonies sous abri mais aussi en plein air. 4 - Caractérisation et mesures du butinage chez l'abeille domestique (G. Rodet, N. Morison) Nous travaillons sur la caractérisation et les mesures directes du butinage chez l'abeille domestique. Nous avons d'abord développé un test pour quantifier l'activité de butinage d'une colonie sous tunnel grillagé. Sur la base de ce test, les principaux facteurs qui déterminent le butinage, évalué en niveau d'activité à l'entrée de la ruche et sur les fleurs, ont été identifiés, en particulier le niveau des ressources disponibles et une valeur d'inertie de l'activité de la colonie. Depuis 2002, nous avons utilisé de nouvelles techniques de mesures (vidéosurveillance des fleurs, analyses du nectar et du contenu du jabot des butineuses) à l'aide desquelles nous travaillons à la caractérisation des conditions de notre test, particulièrement les perturbations engendrées par la claustration d'une colonie dans un tunnel grillagé. Nous avons ainsi mis en évidence un effet de la limitation des ressources totales disponibles sur la vitesse de visite des inflorescences de trèfle blanc par comparaison avec les vitesses enregistrées sur les mêmes fleurs en environnement ouvert. Parallèlement, nous avons augmenté la pertinence de nos mesures sur le butinage des fleurs de trèfle blanc par l'abeille domestique par (i) l'étude de la production de nectar des fleurons et des inflorescences (une partie des fleurons d'une inflorescence ne produisent rien), et (ii) l'étude des récoltes individuelles de nectar et d'eau en plein air et sous tunnel grillagé. Cette dernière étude nous a amené à constater un niveau important de contamination des récoltes des butineuses par des sucres dissouts. En 2004 et 2005, nous nous sommes attachés à mettre en relation cette contamination des récoltes avec le contenu du jabot des butineuses à la sortie de la ruche. Une collaboration avec Séverine Suchail a débuté en 2006 pour préciser la composition chimique du nectar de trèfle blanc et du contenu du jabot des butineuses. III. Pollinisation et agriculture Il s'agit ici d'établir un lien quantitatif clair entre l'activité pollinisatrice de l'entomofaune, évaluée d'un point de vue quantitatif et qualitatif (origine du pollen déposé sur les stigmates et cinétique de dépôt) et les rendements et la qualité des productions en termes agronomiques et économiques. Cette évaluation constitue une thématique scientifique à part entière car la plupart des résultats à ce jour ont été obtenus en conditions de pollinisation libre sans mesure précise de l'activité pollinisatrice et sur des échantillons de fleurs et non sur des plantes entières, de sorte que les extrapolations en termes de rendement ne sont pas valides et même leur marge de validité n'est pas connue. Ce travail avait été initié en 2001 dans le cadre du programme CTPS 1999-2001 Les flux polliniques comme facteur déterminant de la pureté génétique des semences: cas de l'oignon porte-graine et il a été repris avec le programme ALARM (2004-2008), en particulier avec les thèses de Gabriel Carré (2005-2007) et Nicola Gallai (2006-2008). Les travaux ont été menés selon deux axes : 1. Evaluation de l'impact du déclin des populations de pollinisateurs sur les cultures en milieu méditerranéen (G. Carré, N. Morison, B. Vaissière). Dans le cadre d'ALARM, c'est le LPE à l'INRA d'Avignon qui a la responsabilité d'étudier cet impact sur les espèces cultivées en Europe. En 2005, une étude a été réalisée avec 4 partenaires sur une culture entomophile de plein champ commune et caractéristique de chaque région : Allemagne – fraise, France – melon, Pologne – sarrasin, Royaume-Uni – féverole et Suède – colza de printemps. Les objectifs de cette étude étaient (1) de mesurer l'effet de la pollinisation par l'entomofaune sur le rendement et la qualité des cultures en termes agronomiques et économiques, et (2) d'évaluer l'impact du paysage sur l'abondance et la diversité des pollinisateurs (voir IV-2). L'incidence de l'activité pollinisatrice des insectes en terme agronomique a été évaluée à l'aide de différents traitements réalisés à l'échelle de la plante entière (ensachage de toutes les fleurs sous plastique hydrophile ou sous tulle laissant passer 75% des flux polliniques atmosphériques). Ces traitements nous ont permis de mesurer l'importance relative des trois principaux modes de pollinisation que sont l'autopollinisation passive (pollinisation par gravité ou contact direct entre étamines et stigmate), le vent et les insectes. En France, l'étude a été conduite en Provence sur melon avec des variétés andromonoïques (plante avec des fleurs hermaphrodites et des fleurs mâles) ou monoïques. Chaque fruit a été récolté, pesé et ses graines ont été extraites et analysées pour évaluer l'intensité de la pollinisation. En terme économique, les prix des fruits payés au producteur ont été relevés en fonction des critères quantitatifs et qualitatifs. L'effet positif de l'activité pollinisatrice des insectes sur les rendements et la qualité des productions a été démontré sur les 5 modèles de culture . En France, nous avons confirmé que l'action des pollinisateurs est essentielle pour obtenir des fruits commercialisables, et ce même pour les variétés hermaphrodites. L'analyse de ces données est en cours et elles feront l'objet de publications sur l'ensemble du jeu de données et aussi pour chacune des cultures en collaboration avec nos partenaires. 2. Evaluation économique de l'impact de l'entomofaune pollinisatrice dans l'agriculture européenne (N. Gallai, B. Vaissière). Les évaluations économiques de l'incidence d'une baisse de l'activité pollinisatrice sur l'agriculture sont peu nombreuses et très grossières. Elles reposent principalement sur des approximations dans lesquelles des coefficients moyens de dépendance de quelques productions vis-à-vis de l'activité des pollinisateurs sont multipliés à la valeur de ces productions et ces coefficients sont sans fondement scientifique. Aucune dynamique de changement des cultures ou des usages des produits face à la baisse de cette activité pollinisatrice n'est envisagée, pas plus qu'une évolution des possibilités de substitution (pollinisation artificielle) à grande échelle à moyen terme, ni même différentes formes de déclin de la population des pollinisateurs (quantité vs diversité). L'élaboration d'une base scientifique pour évaluer l'impact économique d'un déclin de la faune pollinisatrice implique un travail en plusieurs étapes. La première sera d'établir un lien quantitatif clair entre pollinisateurs et production. C'est cette relation même et le niveau de dépendance aux pollinisateurs des principales cultures à l'échelle mondiale qui ont fait l'objet d'une revue bibliographique qui vient juste de paraître en ligne ( Klein AM, Vaissière BE et al . 2007. Importance of pollinators in changing landscapes for world crops . Proc. R. Soc. B. - doi:10.1098/rspb.2006.3721 ). La deuxième étape consistera à quantifier les impacts globaux à l'échelle européenne pour les principales cultures et cette étape est bien avancée avec un manuscrit qui sera soumis avant la fin de l'année. Il nous suffira, par la suite, d'appliquer notre méthode pour chiffrer en unité monétaire les gains ou pertes qui résulteraient d'une évolution des populations de pollinisateurs. Enfin, la troisième étape visera à réaliser une véritable évaluation économique de l'impact de l'entomofaune pollinisatrice et pourra donc servir de base à des exercices de prospective. Pour cela, les évaluations technico-économiques issues des étapes précédentes seront introduites dans un modèle en équilibre général mettant en relation les producteurs agricoles, la dynamique de la faune pollinisatrice et les solutions techniques alternatives, ainsi que les consommateurs et leurs comportements sur les marchés de substitution. Notre modèle servira ensuite pour étudier, sous différentes hypothèses techniques et de comportements, quelles seraient les conséquences d'un déclin des pollinisateurs sur les prix et le bien être des consommateurs. Ce travail vise à aider les autorités politiques, comme la communauté européenne, à mieux percevoir les enjeux économiques de l'évolution actuelle de la faune pollinisatrice. En donnant une évaluation quantitative de sa contribution à la formation de la valeur ajoutée agricole, il fournira une mesure de l'étendue des enjeux. En remettant ces effets dans une représentation modélisée de la contribution des productions agricoles au produit national, voire au bien-être des consommateurs, il permettra de simuler les conséquences selon plusieurs scénarios de politique qui devront être précisés avec les interlocuteurs adéquats. IV. Biodiversité des abeilles et paysages. La problématique est ici d'étudier les liens entre les caractéristiques du contexte paysager d'une parcelle de culture sur la base de relevés effectués dans un rayon de 1 km au minimum et l'abondance et la biodiversité de la faune pollinisatrice sur cette parcelle d'étude. Ce travail a été initié dans le cadre du programme ALARM (2004-2008) et il est développé avec la thèse de Gabriel Carré (2005-2007). Les travaux ont été menés selon deux axes : 1. Evaluation des méthodes d'échantillonnage de la faune pollinisatrice en milieu méditerranéen (B. Vaissière, N. Morison, G. Carré). Cette étude a été réalisée en 2004 suivant un protocole uniforme dans 5 pays européens (Allemagne, France, Pologne, Royaume-Uni, Suède) avec comme objectif d'évaluer les méthodes les plus courantes pour mesurer l'abondance et la diversité des insectes pollinisateurs (nichoirs, piégeage avec coupelles colorées, et capture directe au filet sur une série de placettes, ou selon un transect fixe ou un transect aléatoire). Afin de tester la fiabilité de ces méthodes, les relevés ont été effectués dans différents environnements dans chaque pays avec 4 sites de milieu naturel et 4 sites cultivés. Pour chaque type de sites, deux sites étaient entourés de cultures et deux sites étaient entourés de milieu naturel pour un total de 4 modalités avec 2 répétitions pour chacune. Notre étude a été menée dans le Parc naturel régional du Luberon sur 8 parcelles = 1 ha: 4 parcelles de végétation semi-naturelle situées dans le massif du Luberon ou sur des îlots de milieu naturel dans la plaine de la Durance, et 4 parcelles de melon, deux dans la plaine entourées de cultures intensives, et deux dans les contreforts du Luberon avec beaucoup de milieu naturel. Sur l'ensemble des relevés, nous avons capturé un total de 6446 spécimens dont 1654 abeilles domestiques, 4452 abeilles sauvages et 340 mouches syrphes. La préparation de ces spécimens – en particulier ceux piégés dans le liquide des coupelles colorées qu'il a fallu trier et sécher – et leur mise en collection avec un étiquetage normalisé a représenté un travail important. Mais c'est surtout l'identification des abeilles sauvages qui a représenté un travail considérable. En effet, les syrphes ont toutes pu être identifiées en collaboration avec Jean-Pierre Sarthou (ENSAT Toulouse). Mais pour les abeilles, il n'existe aucun spécialiste en poste en France et nous avons donc dû faire appel à un ensemble de 15 spécialistes, professionnels ou amateurs, des différents genres d'abeilles dispersés dans 5 pays européens pour identifier tous nos spécimens au niveau de l'espèce. Ce travail s'est achevé en septembre 2006 et la richesse de la faune d'abeilles méditerranéenne s'est confirmée puisqu'en deux mois de relevés nous avons recueilli 198 espèces (sur un total estimé à 1000 espèces en France) alors que les autres pays ont trouvé entre 127 espèces (Allemagne pour 10659 spécimens collectés) et 72 espèces (Royaume Uni pour 4266 spécimens collectés). Pour les syrphes au contraire, l'abondance et la diversité spécifique étaient plus faible en région méditerranéenne que dans les contrées plus nordiques avec 27 espèces en France au lieu de 34 espèces en Suède (mais seulement 161 spécimens) jusqu'à 58 en Allemagne (4832 spécimens). En termes méthodologiques, les captures au filet selon un parcours fixe combinées avec les piégeages par coupelles colorées sont apparues comme la méthode d'échantillonnage la plus efficace et la plus fiable pour évaluer l'abondance et la biodiversité des pollinisateurs dans tous les pays et quel que soit le site d'étude et son environnement. Maintenant que notre fichier d'identification est enfin bouclé, nos résultats ont été intégrés à l'ensemble des données des 4 autres pays et ils font l'objet d'une analyse statistique qui doit déboucher sur plusieurs publications dont la première, sur les aspects méthodologiques, sera soumise en décembre 2006 (collaboration avec Catrin Westphal, Université de Göttingen, coordinatrice de cette étude). 2. Effet des éléments du paysage sur l'abondance et la biodiversité des abeilles en milieu méditerranéen (G. Carré, N. Morison, B. Vaissière). Dans le cadre de l'étude ALARM réalisée en 2005 avec 4 partenaires sur une culture entomophile de plein champ (Allemagne - fraise, France - melon, Pologne – sarrasin, Royaume-Uni – féverole et Suède – colza de printemps), le deuxième objectif était d'évaluer l'effet du contexte paysager sur l'abondance et la diversité des pollinisateurs. Pour cela, dans chaque pays, 8 à 10 parcelles d'étude ont été choisies dans un gradient paysager d'habitats naturels, c'est-à-dire allant d'un paysage dominé par l'agriculture intensive jusqu'à un paysage dominé par des zones de milieu naturel. L'abondance et la diversité des pollinisateurs ont été étudiées selon le protocole mis au point dans VI-1 dans chaque parcelle d'étude. Au total 2140 spécimens ont été capturés en Provence dans 8 parcelles d'étude dont 616 abeilles domestiques, 1453 abeilles sauvages (identifiées à >99% avec 77 espèces) et 71 syrphes (toutes identifiées avec 20 espèces) – ces résultats confirment la biodiversité de l'entomofaune pollinisatrice des cultures de melon et suggère aussi que cette culture entomophile pourrait jouer un rôle important dans la dynamique des populations de ces espèces. De plus nos résultats ont confirmé qu'en milieu méditerranéen aussi, un paysage dominé par des cultures intensives s'accompagne d'une diminution de l'abondance et de la diversité des pollinisateurs. Cette étude sera la première en Europe à mettre en relation la biodiversité et le paysage avec les rendements des cultures dans des conditions naturelles. Les résultats sur l'abondance et la diversité des abeilles obtenus selon un protocole commun en 2004 et 2005 (voir IV-1) sur les cultures de melon feront l'objet d'une analyse approfondie en relation avec les caractéristiques du contexte paysager de chaque parcelle pour déterminer l'importance de ces paramètres en milieu méditerranéen. Sur la base d'orthophotoplans couplés avec des relevés sur le terrain, l'environnement dans un rayon de 1 km autour de chaque parcelle a été numérisé et les éléments classés selon deux nomenclatures définies (CORINE landcover et BIOHAB). Ensuite les valeurs des variables du contexte paysager sont calculées à partir des relevés numérisés : valeurs absolues et proportions relatives de surfaces de chaque classe (milieu naturel, cultures entomophiles, prairies, etc.), de linéaire (bordures de champs, haies, talus) et de structure (disposition, éloignement et connectivité des éléments au regard de la parcelle d'étude). Ces analyses sont en cours et les hypothèses avancées à l'issu de l'analyse des données de 2005 seront testées sur le jeu de données de 2004 pour déterminer les éléments clés du contexte paysager qui affectent les différentes groupes taxonomiques ou fonctionnels de pollinisateurs et pouvoir ainsi déboucher sur des recommandations précises de gestion du territoire en vue d'enrayer le déclin des populations de pollinisateurs. V. Conclusions Les recherches menées depuis 2004 ont permis une évolution très sensible de la problématique scientifique du LPE avec un tournant majeur pour mieux intégrer les approches écologiques dans nos travaux, de l'échelle moléculaire (écologie chimique avec la recherche de composés spécifiques du nectar en relation avec l'écologie du butinage) à celle du paysage (relations entre le contexte paysager et l'abondance et la biodiversité des pollinisateurs). Ces travaux ont déjà permis d'avancer dans la compréhension et la gestion des interactions entre faune pollinisatrice et cultures en milieu méditerranéen dans une double optique de production intégrée et de gestion de la biodiversité de la faune pollinisatrice. Ces nouvelles orientations et l'ampleur des travaux réalisés ont mobilisés tous les membres – INRA et enseignants-chercheurs confondus – du LPE qui ont su saisir l'opportunité qu'a constitué la possibilité de participer à un grand projet européen comme ALARM (plus grand projet européen sur la biodiversité à ce jour avec 52 partenaires). Mais au terme de ce programme en 2008, nous espérons que la qualité des résultats obtenus en particulier dans le domaine biodiversité des abeilles et paysages permettront d'envisager le recrutement d'un CR en écologie du paysage pour pouvoir poursuivre ces travaux et développer certains aspects particulièrement innovants, comme l'étude de la structure des réseaux de pollinisateurs en relation avec le paysage et l'effet des cultures entomophiles sur la dynamique des populations d'abeilles sauvages, travaux qui n'ont pas encore pu être abordés faute de personnel et de moyens. |