Abstract :
[fr] Résumé : Les bruches figurent parmi les principaux ravageurs des graines de légumineuses à l’échelle mondiale et constituent une sérieuse menace pour la sécurité alimentaire des populations tributaires de ces ressources de protéines végétales. Ces ravageurs constituent une contrainte majeure pour la production et la promotion durable des cultures de légumineuses en régions tempérées et tropicales, en raison de pertes importantes de production de graines qu’ils entraînent, accompagnées de répercussions économiques majeures pour les producteurs. La lutte chimique, principalement utilisée par les agriculteurs européens et des régions tropicales pour la gestion de ces ravageurs, est devenue obsolète et suscite de nombreuses controverses en raison de ses multiples conséquences néfastes.
La présente thèse porte sur le développement de méthodes innovantes de lutte contre les bruches, axées sur des stratégies de biocontrôle comme alternatives aux insecticides neurotoxiques, en se focalisant sur la bruche tempérée de féveroles, Bruchus rufimanus Boheman 1833 (Coleoptera : Chrysomelidae), et sur un modèle d’étude tropical, la bruche du niébé, Callosobruchus maculatus Fabricius 1775 (Coleoptera: Chrysomelidae). Plusieurs approches de lutte biologique ont été explorées. Elles portaient sur l’évaluation de l’efficacité des agents microbiens de biocontrôle (des champignons entomopathogènes) comme potentiels bioinsectides pour lutter contre les deux espèces ciblées de bruches, l’évaluation de l’efficacité des méthodes innovantes de pulvérisation pour contrôler les populations de B. rufimanus en cultures de féveroles, l’exploration du potentiel endophytique de champignons entomopathogènes et l’association synergique des bioinsecticides fongiques et des substances sémiochimiques (stratégie d’attraction-infection).
La littérature sur la présentation générale des bruches (la taxonomie, la distribution, les différences écologiques et physiologiques) est abordée au chapitre 1 ainsi que l’impact des bruches sur les cultures de légumineuses en régions tempérées et tropicales. Les stratégies de gestion existantes chez les agriculteurs et en développement sont également présentées, avec un accent particulier sur les deux espèces de bruches visées.
L’efficacité des champignons entomopathogènes (CEP) contre les adultes de B. rufimanus, dans le but d’identifier des biopesticides potentiels pour le biocontrôle du ravageur en cultures de féveroles, a été évaluée dans le cadre du chapitre 2. Trois souches ont été testées, parmi lesquelles B. bassiana (GHA) s’est révélée la plus virulente, provoquant une mortalité élevée de 96,6% après 10 jours chez les adultes et une inhibition de la ponte de 36%. Deux systèmes de pulvérisation, notamment un système innovant à buses droplegs et un pulvérisateur conventionnel, ont ensuite été comparés en culture de féverole, afin d’identifier le système ciblant efficacement les parties sensibles des plantes (gousses basales) sur lesquelles se réalisent les pontes de B. rufimanus en culture. Le système dropleg a assuré une meilleure couverture des pulvérisations sur les gousses basales, principales zones de ponte du ravageur. L’efficacité de B. bassiana (GHA) a ensuite été évaluée en conditions réelles de culture à l’aide de deux méthodes de pulvérisation. Les traitements fongiques et chimique ont fourni une protection limitée aux cultures contre les dommages causés aux graines par B. rufimanus, en réduisant le taux d’infestation de 7% et 14% respectivement. Ce résultat a démontré que la pulvérisation inondative de biopesticides fongiques dans les cultures de féveroles ne constitue pas une stratégie optimale pour lutter contre B. rufimanus, soulignant la nécessité d'explorer d'autres approches d’optimisation de leur efficacité.
Le potentiel entomotoxique de trois souches de CEP contre les adultes de C. maculatus a été évalué au chapitre 3, en examinant deux méthodes d’application : le traitement direct des adultes avec des solutions sporales et leur exposition aux semences de niébé traitées. Le résultat obtenu met en évidence une efficacité élevée de B. bassiana (GHA) contre les adultes de C. maculatus, en termes de mortalité et d’inhibition des pontes sur les semences, quelle que soit la méthode d’inoculation. Beauveria bassiana (GHA) s’est montrée plus virulente chez les adultes traités aux solutions sporales et exposés aux semences de niébé traitées avec des TL50 plus courts de cinq jours, et 100 % de mortalité des adultes en sept et neuf jours. Deux autres souches de M. brunneum (USDA 4556 et V275) testées ont montré des résultats prometteurs, soit des TL50 de six jours et des taux de mortalité de 86,6 % à 98,3 %, respectivement. Le traitement fongique des semences a réduit partiellement les dégâts causés aux graines par C. maculatus. Ces résultats mettent en lumière le potentiel de B. bassiana (GHA) et de deux souches de M. brunneum pour contrôler efficacement les adultes de C. maculatus. Ils suggèrent que ces agents entomopathogènes constituent des alternatives potentielles aux insecticides neurotoxiques pour la gestion du ravageur.
Le potentiel endophytique de B. bassiana (GHA) chez les plantes de féveroles, ainsi que son impact sur le profil de composés organiques volatils floraux et sur le comportement des adultes de B. rufimanus, ont été évalués (chapitre 4). Les composés organiques volatils (COVs) sont des signaux olfactifs permettant aux adultes de B. rufimanus de localiser leur plante hôte et de coloniser les cultures de féveroles. Les résultats obtenus mettent en évidence la capacité de B. bassiana (GHA), appliquée sous sa formulation disponible dans le commerce, à coloniser et à se maintenir en tant qu’endophyte dans les plantes de féveroles. Des taux de colonisation endophytique de portions foliaires de V. faba par B. bassiana (GHA) variant de 51,9 ± 20,6 % à 85,2 ± 3,7 % ont été enregistrés entre sept et vingt et un jours après l’inoculation fongique des plantes. Les COVs floraux ont été piégés sur des tiges en fleurs de plantes de féverole traitées ou non avec B. bassiana (GHA) à l’aide de fibres SPME durant 24 h, et directement sur des plantes vivantes à l’aide de cartouches Tenax durant 3 h. Les COVs piégés sur les plantes traitées ou non au champignon B. bassiana (GHA) ont été soumis à une analyse GC-SPME (chromatographie en phase gazeuse couplée à la micro-extraction en phase solide) pour l’identification des profils volatils. Un total de 32 et 35 COVs émis respectivement par les tiges en fleurs de plantes témoins ou traitées avec le champignon a été identifié. Deux à dix COVs ont été émis par les plantes traitées ou non. Les résultats obtenus mettent en évidence une modification des profils volatils de plantes par le traitement fongique, sans effet sur le comportement des adultes de B. rufimanus.
Au chapitre 5, l’efficacité de la stratégie d’attraction-infection, basée sur une utilisation synergique de bioinsecticide fongique (spores sèches de B. bassiana (GHA)) et de substances sémiochimiques dans un dispositif d’auto-inoculation, afin de contrôler les populations de B. rufimanus, a été évaluée. Un dispositif expérimental d’auto-dissémination de spores fongiques a été développé en laboratoire, et sa capacité à disséminer des quantités létales de spores sèches de B. bassiana (GHA) chez les adultes attirés dans les dispositifs a été mise en évidence. Un taux de mortalité de 100 % après 7 jours et un TL50 de 4,5 jours ont été enregistrés chez les adultes passés à travers les dispositifs activés par des spores fongiques. La charge sporale moyenne capturée par un adulte en traversant les pièges contaminés aux spores sèches de B. bassiana (GHA) était de 2,80 ± 0,63 x 106 spores. La capacité des adultes infectés, dans les dispositifs, à transmettre horizontalement l’inoculum fongique aux adultes sains a également été mise en évidence. Ces adultes ont provoqué une mortalité de 88,8 % après 10 jours et un TL50 de 5 jours chez leurs congénères non infectés après 24 h d’appariement. Deux essais d’évaluation de l’efficacité du dispositif développé ont ensuite été mis en place en cultures de féverole d’hiver et de printemps à grande échelle. L'utilisation des pièges d'attraction-infection a permis de réduire de manière respective les pontes de B. rufimanus sur les gousses de 49,2 % et 17,1 % en féverole d'hiver et de printemps, ainsi que les infestations de graines de 20 % et 33 % par rapport aux parcelles non traitées. Les résultats des essais de terrain mettent en évidence le potentiel du dispositif d’attraction-infection développé pour réduire la ponte et les dommages causés aux graines de féveroles par les populations de B. rufimanus au champ.
Enfin, quelques approches potentielles d’optimisation de l’efficacité des bioinsecticides sont discutées au chapitre 6 dans le contexte d’une lutte intégrée contre les bruches, en général et, en particulier, les deux espèces de bruches ciblées par cette étude. Ce chapitre soulève quelques perspectives pour des études futures. Les résultats de cette thèse fournissent des informations précieuses aux agriculteurs sur des stratégies prometteuses pour le biocontrôle des bruches en général, et plus spécifiquement de deux espèces de bruches susmentionnées, ainsi que des indications sur des méthodes adéquates d’application de biopesticides dans des conditions de culture de féverole à grande échelle et de stockage de graines de niébé.
[en] Abstract :
Bruchids are among the main pests affecting legume seeds worldwide and pose a serious threat to the food security of populations dependent on these plant protein resources. These pests are a major constraint to the sustainable production and promotion of legume crops in temperate and tropical regions, due to the significant losses in seed production they cause, accompanied by major economic repercussions for producers. Chemical control, mainly used by farmers in Europe and tropical regions to manage these pests, has become obsolete and is highly controversial due to its many adverse effects.
This thesis focuses on the development of innovative methods for controlling bruchids, based on biocontrol strategies and alternatives to chemical insecticides, with a focus on the faba bean bruchid B. rufimanus Boheman 1833 (Coleoptera: Chrysomelidae), and on a tropical study model, the cowpea bruchid Callosobruchus maculatus Fabricius 1775 (Coleoptera: Chrysomelidae). Several biological control approaches were explored : the effectiveness of microbial biocontrol agents (entomopathogenic fungi) as potential bioinsecticides for controlling both species of bruchids, evaluating the effectiveness of innovative methods of spraying biopesticides on faba bean crops to control B. rufimanus populations, exploring the endophytic potential of bioinsecticides, and the development of an innovative method to control B. rufimanus based on a synergistic combination of fungal biopesticides and semiochemicals (attraction-infection strategy).
Chapter 1 correponds to a review of literature on the general presentation of bruchids (taxonomy, distribution, and ecological differences), the impact of bruchids on legume crops in temperate and tropical regions, and existing and developing management strategies used by farmers, with a particular focus on the two target bruchids species.
In the laboratory, the effectiveness of entomopathogenic fungi against adult B. rufimanus was evaluated (chapter 2) in order to identify potential bioinsecticides for biocontrol of faba bean crop pests. Three strains were tested, of which B. bassiana (GHA) proved to be the most virulent, causing high mortality among adults of 96.6% after 10 days and 36% inhibition of egg laying. Two spraying systems, including an innovative dropleg nozzle system and a conventional sprayer, were then compared in faba bean crops to identify the system that most effectively targeted the sensitive parts of faba bean plants (basal pods) where B. rufimanus lays eggs in crops. The dropleg system ensured better spray coverage on basal pods, the main egg-laying areas for the pest. The efficacy of B. bassiana (GHA) was then evaluated under crop conditions using two spraying methods. Fungal and chemical treatments provided limited protection to crops against seed damage caused by B. rufimanus, reducing the infestation rate by 7% and 14%, respectively. This result demonstrated that flooding spraying of fungal biopesticides in faba bean crops is not an optimal strategy for controlling B. rufimanus, highlighting the need to explore other approaches to optimize the effectiveness of fungal biopesticides.
The entomotoxic potential of three strains of entomopathogenic fungi against C. maculatus adults was evaluated in Chapter 3, examining two methods of application : direct treatment of adults with spore solutions and their exposure to treated cowpea seeds. The results obtained highlight the high efficacy of B. bassiana (GHA) against C. maculatus adults in terms of mortality and inhibition of egg laying on seeds, regardless of the inoculation method. Beauveria bassiana (GHA) was more virulent in adults treated with spore solutions and exposed to treated cowpea seeds, with shorter LT50 values of five days and 100% adult mortality in seven and nine days. Two other strains of M. brunneum (USDA 4556 and V275) tested showed promising results, with LT50s of six days and mortality rates of 86.6% to 98.3%, respectively. Fungal seed treatment partially reduced the damage caused to seeds by C. maculatus. These results highlight the potential of B. bassiana (GHA) and two strains of M. brunneum to effectively control C. maculatus adults. They suggest that these entomopathogenic agents are potential alternatives to neurotoxic insecticides for pest management.
The endophytic potential of B. bassiana (GHA) in faba bean plants and its impact on the profile of floral volatile organic compounds in plants and the behavior of B. rufimanus adults were evaluated (Chapter 4). Volatile organic compounds (VOCs) are olfactory signals that enable B. rufimanus adults to locate their host plant and colonize faba bean crops. The results obtained highlight the ability of B. bassiana (GHA), applied in its commercially available form, to colonize and maintain itself as an endophyte in faba bean plants. Endophytic colonization rates of V. faba leaf portions by B. bassiana (GHA) ranging from 51.9 ± 20.6% to 85.2 ± 3.7% were recorded between seven and twenty-one days after fungal inoculation of the plants. Floral VOCs were collected from flowering stems taken from live faba bean plants treated and untreated with B. bassiana (GHA) using SPME fibers for 24 hours and directly from living plants using Tenax cartridges for 3 hours. The VOCs trapped on plants treated or untreated with the fungus B. bassiana (GHA) were subjected to GC-SPME (gas chromatography coupled with solid-phase microextraction) analysis to identify the volatile profiles. A total of 32 and 35 VOCs emitted by the flowering stems of control plants and plants treated with the fungus, respectively, were identified. Two to ten VOCs were emitted by treated and untreated plants. The results obtained highlight a change in the volatile profiles of plants due to fungal treatment, with no effect on the behavior of B. rufimanus adults.
In Chapter 5, the effectiveness of the attraction-infection strategy, based on the synergistic use of a fungal bioinsecticide (dry spores of B. bassiana (GHA)) and semiochemicals in a self-inoculation device to control B. rufimanus populations, was evaluated. An experimental device for the self-dispersal of fungal spores was developed in the laboratory, and its ability to disperse lethal quantities of dry spores of B. bassiana (GHA) among adults attracted to the devices was demonstrated. High mortality of 100% of adults after 7 days and a TL50 of 4.5 days were recorded in adults that passed through the devices activated with fungal spores. The average spore load captured by an adult passing through traps contaminated with dry spores of B. bassiana (GHA) was 2.80 ± 0.63 x 106 spores. The ability of infected adults in the devices to horizontally transmit the fungal inoculum to healthy adults was also demonstrated. These adults caused 88.8% mortality after 10 days and a TL50 of 5 days in their uninfected counterparts after 24 hours of pairing. Two trials to evaluate the effectiveness of the device developed were then set up in large-scale winter and spring faba bean crops. The use of attraction-infection traps reduced B. rufimanus egg laying on pods by 49.2% and 17.1% in winter and spring field beans, respectively, as well as seed infestations by 20% and 33% compared to untreated plots. The results of the field trials highlight the potential of the attraction-infection device developed to reduce egg laying and damage to field bean seeds by B. rufimanus populations in the field.
Finally, some potential approaches for optimizing the effectiveness of bioinsecticides are discussed in Chapter 6 in the context of integrated pest management against bruchids in general and, in particular, the two species of bruchids targeted by this study. This chapter reveals some prospects for further studies. The results of this thesis provide valuable information to farmers on promising strategies for the biocontrol of bruchids in general and, more specifically, of the two species of bruchids mentioned above, as well as guidance on appropriate methods for applying biopesticides in large-scale faba bean cultivation and cowpea seed storage conditions.
