Seuils d`invasion spatiale : de la théorie à la mise en pratique dans

Seuils d’invasion spatiale : de la théorie à la mise en pratique dans les systèmes
de production de plants.
V. Deytieux (1), W. Otten (2) A. Bates (3), C.A. Gilligan (3), D. J. Bailey (4)
(1) INRA - Domaine Expérimental d'Epoisses, 21 110 Breteniere, France
(2) University of Abertay, SIMBIOS, Dundee, DD1 1HG, UK
(3) Department of Plant Sciences, University of Cambridge, Downing Street, Cambridge, CB2
3EA, UK
(4) INRA - Agrocampus Rennes, UMR BiO3P BP 35327 F - 35653 Le Rheu Cedex, France.
La production de légumes de plein champ est un secteur majeur de l’industrie horticole ; elle couvre
246156 ha en France. L’importance de cette production est soulignée par la nouvelle initiative
PicLeg (Production intégrée des cultures légumières). En Angleterre, ce secteur représente
actuellement £690 millions et couvre une surface de 130 000 ha. La production de légumes de plein
champ nécessite habituellement la production de jeunes plants dans des plateaux composés de
cellules dont la taille dépend essentiellement de l’espèce cultivée et de la saison à laquelle les jeunes
plants doivent être transplantés en plein champ. Parmi les problèmes phytosanitaires rencontrés
dans ces systèmes, on note (i) la diffusion invasive des pathogènes du sol et (ii) l’infestation
masquée sans symptôme visibles de maladie. La densité de semis dans les plateaux de production
de plants est une caractéristique importante pour l’épidémiologie de ces maladies telluriques. En
effet, la théorie de la percolation, introduite récemment en épidémiologie pour expliquer la
diffusion des maladies du sol, démontre clairement l’existence d’un lien mécaniste entre la
croissance d’un champignon à partir d’un individu hôte, la densité des hôtes et la capacité de l’agent
pathogène à envahir la population. L’application de cette théorie aux systèmes de production de
plants prédit l’existence d’un seuil de densité en-deçà duquel la diffusion de l’agent pathogène reste
restreinte et au-delà duquel la diffusion est invasive. Ce travail examine la validité de cette théorie
dans le cas de la « fonte des semis » causée par R. solani. Deux expérimentations ont été conduites
afin d’étudier l’effet de la densité de semis sur la diffusion de la maladie (symptômes) et le risque
d’infestation de plantes apparemment saines (test ELISA ou transplantation et incubation des
plantes). Le comportement épidémiologique de R. solani a montré une similitude remarquable avec
les prédictions de la théorie de la percolation. En particulier, un effet seuil a été démontré en
réponse aux changements de densité de semis. Dans le cas des plus grandes densités de semis, la
maladie s’est développée de manière invasive dans toutes les répétitions. Pour les densités
intermédiaires, seuls certains patchs de maladies ont été invasifs tandis que pour les densités les
plus faibles, aucun patch de maladie invasif n’a été observé. Un front d’infestation a été détecté; il
s’étend à une ou deux plantes au-delà du front de maladie, indépendament de la nature invasive ou
non du patch de maladie. Après transplantation des plants en parcelle agricole, ces infestations
masquées auront d’importantes conséquences sur le développement de la maladie et la
contamination du sol. La théorie de la percolation peut donc être adaptée et utilisée pour l’analyse
du risque et la gestion des maladies telluriques dans les systèmes de production de plants.

Spatial invasion thresholds: From theory towards exploitation in plant propagation.
V. Deytieux (1), W. Otten (2), A. Bates, (3), C. A. Gilligan (3), D. J. Bailey (4)
(1) INRA - Domaine Expérimental d'Epoisses, 21 110 Breteniere, France
(2) University of Abertay, SIMBIOS, Dundee, DD1 1HG, UK
(3) Department of Plant Sciences, University of Cambridge, Downing Street, Cambridge, CB2
3EA, UK
(4) INRA - Agrocampus Rennes, UMR BiO3P BP 35327 F - 35653 Le Rheu Cedex, France.
Field vegetables represent one of the largest crop production sectors of the horticultural industry. In
France, the field vegetable sector covers 246156 ha for which the importance of this production
system is reflected in a new initiative, PicLeg (IPM of vegetables) and in the UK the field vegetable
sector is currently valued at approximately £690 million and covers an area of over 130,000 ha.
Field vegetable production involves routinely the growth, or propagation, of seedlings in trays
composed of units of varying size depending on the crop species and the season in which the crop is
to be planted-out into the field. The main identifying characteristic of seedling propagation is,
therefore, the unit size of propagation trays and thus, the planting density at which the seedlings are
grown. Recent epidemiological (percolation) theory for the spread of soil-borne disease
demonstrates a clear mechanistic link between fungal growth from an individual host, the density of
hosts and the invasive spread of the pathogen in a population of hosts. Translation of this theory for
disease risk in the propagation of vegetable seedlings suggests a switch from the restricted spread of
the pathogen at low planting density to the invasive spread of the pathogen higher planting
densities. The main risks to these systems are (i) the invasive spread of soil-borne pathogens and (ii)
hidden infestation without visible symptoms of disease. This work examined the consistency of this
theory for the spread and infestation of damping-off disease caused by R. solani in commercial
propagation trays. Epidemic behaviour of R. solani showed a striking similarity with expectations
from percolation theory. In particular, threshold-like behaviour was demonstrated in response to
changes in planting density. For propagation systems with the highest planting densities disease was
invasive for all replicates. At intermediate planting density some disease patches were invasive
whilst other were not and at low planting densities no patches were invasive. An infestation-front
was detected (using ELISA) extending one or two plants beyond the disease front. The extent of the
infestation-front did not depend on the invasive nature of the disease patch. As well as the risk of
disease, the ‘hidden’ infestation of seedlings has important consequences for the development of
disease after planting-out and the contamination of field soil. The implications of this work for the
control of disease risk are considered. We conclude that percolation theory can be adapted and used
as the basis for the analysis and management of disease risk in plant propagation.