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Suivi de la croissance et des échanges gazeux foliaires de
deux génotypes de peuplier noirs et deux génotypes de
peuplier euraméricain en serre, réponse à la sécheresse
Marietou Diouf
To cite this version:
Marietou Diouf. Suivi de la croissance et des échanges gazeux foliaires de deux génotypes de peuplier noirs et deux génotypes de peuplier euraméricain en serre, réponse à la sécheresse. Sciences du Vivant [q-bio]. 2016. �hal-02796006�
FACULTE DES SCIENCES ET TECHNOLOGIES
RAPPORT DE STAGE
Présenté pour l’obtention du Master 1, mention Forêt, Agronomie, Gestion de l’environnement Par Mariétou Diouf
Suivi de la croissance et des échanges gazeux foliaires de deux génotypes de peuplier
noirs et de deux génotypes de peuplier euraméricains cultivés en serre, réponse à la
sécheresse
Soutenance le 7 juillet 2016
Résumé :
Nous avons étudié la réponse à la sécheresse de deux génotypes de peuplier euraméricain (Carpaccio et I214) et deux génotypes de peuplier noir (6J29 et N38). Nos mesures des paramètres de croissance ainsi que des échanges gazeux foliaires, nous ont permis de voir les facteurs déterminant l’efficience d’utilisation de l’eau intrinsèque au sein de ces génotypes mais également d’estimer l’effet de la sécheresse sur leur croissance. Nos résultats ont montré que les peupliers euraméricains croissent mieux que les peupliers noirs et que le génotype Carpaccio alliait à la fois une bonne croissance et une bonne efficience d’utilisation de intrinsèque.
Tuteur de stage :
Dr LE THIEC Didier Directeur de Recherche, INRA, Nancy
UMR1137 INRA/UL Ecologie et Ecophysiologie Forestières
Faculté des Sciences & Technologies - 54500 Vandœuvre-lès-Nancy
Ce stage s’inscrit dans le cadre d'un vaste projet européen lancé en novembre 2012, le projet WatBio (Developing drought-tolerant biomass crops for Europe) qui regroupe les compétences de nombreux laboratoires de recherche. Il est axé sur l’amélioration de trois espèces pérennes : le peuplier, le miscanthus (appelé aussi herbe à éléphant) et l'arundo (ou canne de Provence). Ce projet a été monté pour faire face aux grandes problématiques de l'agriculture moderne, c'est à dire la fourniture de biomasse non alimentaire sans entrer en compétition avec la production alimentaire, protéger les ressources en eau, etc.
Les espèces choisies l'ont été par leur capacité à tolérer la sécheresse. Le but final étant de produire de la biomasse de manière efficace sur des terres impropres à la production alimentaire. L'unité EEF (Ecologie et Ecophysiologie Forestières) de l'INRA (Institut National de Recherche Agronomique) a en charge de réaliser des expérimentations de sécheresse sur le peuplier.
Remerciement
Je témoigne ma profonde gratitude à mon tuteur Didier pour sa gentillesse, sa pédagogie mais surtout pour sa bienveillance et ses inquiétudes lors de mes disparitions soudaines.
Je remercie également Maxime Durand pour sa disponibilité, ses cours d’informatique qui me seront bien utiles mais également pour patience sans faille.
Merci à Cyril Douthe pour sa disponibilité et son bon humeur
Merci Thibault pour ton aide précieuse sur le terrain
Merci à Oliver Brendel pour la formation en statistique
Et enfin, un grand merci à toute l’équipe pour votre accueil ainsi que votre gentillesse ; vous me manquez déjà !
Liste des abréviations
A : assimilation nette de CO2CO2: Dioxyde de carbone DS : Drought stress E : Evapotranspiration gs : Conductance stomatique gw : Conductance stomatique H2O : Eau HR : Humidité relative HV : Humidité volumique JJ : Jour Julien TE : Efficience de transpiration TU : Temps Universel
VPD : Déficit de pression de vapeur d’eau Wi : Efficience d’utilisation de l’eau intrinsèque Winst : Efficience instantanée d’utilisation de l’eau WUE : Efficience d’utilisation de l’eau
Table des matières
1. INTRODUCTION ... 1
2. MATERIELS ET METHODES ... 2
2.1. Matériel végétal ... 2
2.2. Dispositif expérimental... 3
2.3. Mise en place et suivi de la sécheresse ... 3
2.4. Mesure des paramètres de croissance ... 3
2.4.1. Hauteur et diamètre ... 4
2.4.2. Volume... 4
2.5. Mesure des échanges gazeux ... 4
2.6. Traitement des données ... 4
3. RESULTATS ... 5 3.1. Etablissement de la sécheresse ... 5 3.2. Suivi de la croissance ... 5 3.2.1. La croissance en hauteur ... 7 3.2.2. La croissance en diamètre ... 7 3.2.3. La croissance en volume ... 7
3.3. Suivi des échanges gazeux foliaires ... 8
3.3.1. Cinétiques journalières ... 8
3.3.2. Suivi hebdomadaires des échanges gazeux foliaires ... 10
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1. INTRODUCTION
Le réchauffement climatique annoncé comme « d'une intensité sans précédent depuis 1000 ans » par le GIEC (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat) pourrait s'accompagner d’une transformation des régions humides en zones arides d’ici quelques décennies car modifiant peu à peu les modèles de précipitation. Ces changements pourraient avoir d’importantes répercussions sur l’agriculture en général et entraîner une chute substantielle de la production de bois des espèces à courtes rotations telles que les peupliers. En effet, ces derniers, particulièrement inféodés aux milieux humides, n’échappent pas aux menaces qui pèsent sur leur habitat naturel. Selon Brignolas et al., (2015), plus de 90 % des peupliers commercialisés seraient cultivés sur des terrains bien alimentés en eau et leur sélection porterait uniquement sur 2 critères: leur niveau de productivité et leur niveau de tolérance à certains agents pathogènes tels que les rouilles foliaires. Or le peuplier étant particulièrement sensible à la sécheresse (Soulères, 1992; Pinon et Valadon, 1997), un stress hydrique pourrait rapidement limiter la productivité, la qualité de bois mais aussi favoriser les maladies dans les peupleraies (Marçais et al., 1993 ; Pinon et Valadon, 1997). Il apparaît donc plus que nécessaire de sélectionner dès maintenant des hybrides qui allieront productivité et tolérance aux contraintes hydriques afin de répondre aux besoins d’un marché en pleine expansion.
L’efficience d’utilisation de l’eau (WUE) permet d’intégrer ces deux paramètres par conséquent de lier les cycles du carbone et de l’eau à différentes échelles. Au niveau du plant, WUE est définie comme le rapport entre la biomasse accumulée et la quantité d’eau consommée par la plante durant une période donnée. A l’échelle foliaire, on peut déterminer l’efficience instantanée d’utilisation de l’eau (Winst) qui est le rapport de l’assimilation nette de CO2 (A, μmol CO2 m-2 s-1) et la transpiration (E, mmol H2O m-2 s-1). L’évapotranspiration (E) étant le
produit de la conductance stomatique (gs, mmol H2O m-2 s-1) et du déficit de pression de vapeur
d’eau (VPD) entre la feuille et l’air, on définit l’efficience intrinsèque (Wi) d’utilisation de l’eau comme le rapport entre A et la conductance stomatique à la vapeur d’eau (gs) (Farquhar et Richards, 1984) afin d’éliminer l’influence environnementale. L’efficience de transpiration (TE) quant à elle est définie comme étant une mesure intégrée dans le temps de l'efficience d'utilisation de l'eau à l'échelle de la plante entière. Cependant le passage d’une efficience foliaire instantanée à TE au niveau plante n’est pas évident car les deux mesures sont effectuées à des échelles temporelles et spatiales différentes. L’utilisation des techniques de mesures de la discrimination isotopique du carbone a permis de généraliser les estimations des Wi intégrées
2 (Farquhar et Richards, 1984) sur une période plus longue. Elles ont également permis de mettre en évidence des variabilités intra et interspécifique des efficiences d’utilisation de l’eau aussi bien chez des plantes annuelles (Ritchie et al, 1987; Yang et al., 2005) que pérennes (Guehl et al., 1995; Bonal et al., 2000; Lauteri et al., 2004). Pour comprendre ces différences, il est nécessaire par exemple d’effectuer des études des variations journalières (cinétiques) de Wi afin de déterminer l’influence du déterminisme phénotypique ou génotypique sur l’assimilation et la conductance stomatique des plantes.
L’objet de cette étude porte sur le suivi en serre de la variabilité de la croissance et des échanges gazeux foliaires chez deux génotypes de peuplier noir (6J29 et N38) et deux génotypes de peuplier euraméricain (Carpaccio et I214) en réponse à une sécheresse. Pour cela, nous avons mesuré les paramètres de croissance (hauteur, diamètre, surface foliaire…), quantifié les échanges gazeux et estimé l’efficience d’utilisation de l’eau (WUE) sur deux groupes d’individus représentatifs de chaque génotype, l’un régulièrement arrosé et l’autre mis en situation de contrainte hydrique. Les objectifs du stage sont de comparés les résultats sur les croissances et échanges gazeux foliaires entre génotypes et de voir si les génotypes se comportent différemment en situation de sécheresse.
2. MATERIELS ET METHODES
Matériel végétal
Les peupliers sont des Angiospermes Eucotylédones pérennes de la famille des Salicacée composée de deux genres : le genre Salix et le genre Populus qui regroupe une trentaine d’espèces de peupliers réparties en 6 sections botaniques (Abaso, Aigeiros, Leucoides, Populus, Tacamahaca et Turanga). Cette étude a été réalisée à partir de quatre génotypes dont deux variétés de peuplier noir (Populus nigra N38 et Populus nigra 6J29) et deux peupliers hybrides euraméricains (Carpaccio et I214) issus du croisement entre Populus nigra et Populus deltoides.
Au cours de cette expérience soixante-quatre boutures de peupliers ont été utilisées : 16 individus pour chacun des génotypes. Ces boutures ont été transférées dans des pots contenant un mélange tourbe-sable (50/50 v/v) et du nutricot NPK (13-13-13 + 2 oligoéléments) puis recouvertes de graviers pour limiter les pertes en eau du sol. Deux pots contenant du maïs (pour mesurer la composition isotopique de l'air, le maïs étant un plant C4) ainsi que quatre autres pots vides ont été rajoutés à titre comparatif, ce qui a donné un total de 70 pots. Les plants sont cultivés en serre climatisée.
3
Dispositif expérimental
Le dispositif comprend une serre automatisée équipée d'un robot d'irrigation : Castor et Pollux. Les conditions environnementales sont celles du milieu extérieur ; toutefois la température est programmée pour être toujours comprise entre 15° C (minimum) et 25° C (maximum). L’arrosage ainsi que les pesées avant et après chaque arrosage sont effectués par le robot avec comme consigne une capacité au champ de 80% au début de l’expérience. Ce dispositif est basé sur un convoyeur transportant les plants à travers la serre. Le robot achemine automatiquement les plants vers une balance où ils seront pesés et irrigués suivant la consigne. L'irrigation peut être répétée 16 fois par jour et permet donc un enregistrement précis de la perte en eau due à la transpiration.
Plan de la serre
Mise en place et suivi de la sécheresse
Le 31 mai 2016, une sécheresse a été induite par arrêt d’arrosage pour six boutures de chaque génotype afin d’atteindre une humidité volumique du sol de 12%. Ce pourcentage a été établi selon d'autres expériences; il est à noter que nous avons dû rétablir cette valeur à 20 % du fait que les plants étaient trop stressés à 12 %; 20 % faisant que les stomates se fermaient. Vingt-quatre autres boutures constituées également de six individus de chaque génotype ont été maintenues en régime hydrique normal et utilisées comme témoins.
L’appareil TRIME-FM fabriqué par IMKO (Ettlingen, Allemagne) a été utilisé pour suivre régulièrement l’humidité volumique du sol dans les pots.
Mesure des paramètres de croissance
VI I61 J62 N63 C64 I65 J66 C67 N68 C69 I70 J71 N72
Mesure
V I60 J59 N58 C57 N56+
I55+ N54+TDR J53 I52+TDR C51 J50 N49
IV Vide C47 I46+TDR N45 C44 Maïs J42+TDR I41 N40 J39 C38 I37+TDR
III C36+TDR I35 Vide N33 J32 N31+TDR J30 I29 C28+TDR I27 C26 N25
II J24 I23+TDR N22 C21 Vide J19+TDR I18 C17 J16 N15+TDR I14 Vide
I C12 J11+TDR N10 C9+TDR N8 I7 J6 Maïs I4 J3 N2+TDR C1 Balance N a v e tt e 1 N a v e tt e 2
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Hauteur et diamètre
Du 26 avril 2016 au14 juin 2016, les croissances en hauteur et en diamètre de tous les individus ont été suivies à fréquence hebdomadaire. Les hauteurs des plants ont été mesurées au niveau de la bouture jusqu’au bourgeon terminal avec une règle graduée. Les diamètres ont été relevés grâce à un pied à coulisse sur la tige du jeune plant à la base de la bouture: deux mesures ont été effectuées à un angle de 90° l’une de l’autre pour calculer un diamètre moyen.
Volume
Les croissances moyennes en volume de chaque génotype ont été estimées à partir des mesures de diamètre et de hauteur obtenues en appliquant la formule suivante :
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 = (( 𝑑𝑖𝑎𝑚è𝑡𝑟𝑒 2 ) 2 100 ) × ( 𝜋 3) × (𝐻𝑎𝑢𝑡𝑒𝑢𝑟)
Mesure des échanges gazeux
L'assimilation nette de CO2 (μmol CO2 m-2 s-1) et la conductance stomatique pour la vapeur d'eau (mol H2O m-2 s-1) ont été déterminées par l’intermédiaire d'un analyseur de photosynthèse portable appelé LI-Cor 6200. Cet appareil permet de réaliser des mesures de photosynthèse et de conductance stomatique à l’échelle de la feuille dans une chambre en plexiglass transparente. La chambre est équipée de 2 ventilateurs afin de maintenir un mouvement d’air autour de la feuille, des capteurs d’humidité et de température et un capteur de lumière externe. Ce système est dit « fermé » car c’est le même air qui circule durant toute la mesure.
Le principe de la technique repose sur la mesure différentielle du CO2 et de la vapeur d’eau contenus dans un flux d’air avant et après mise en contact avec une portion de feuille. Les variations de teneur en CO2 sont captées par un analyseur à infrarouge ou IRGA (Infra Red Gaz Analyzer).
Afin de déterminer « l'effet génotype » sur la photosynthèse, des mesures d’échanges gazeux ont été effectuées sur une portion de la première feuille mature (en partant de la cime) de chacune des boutures de peuplier. Ces portions ont été par la suite décalquées sur une feuille blanche avant d’être découpées puis passées sur un planimètre pour déterminer leurs surfaces. Chaque mesure d’échange gazeux précédemment obtenu a été rapportée à la surface foliaire correspondante.
5 Les données récoltées ont été organisées sous forme de tableaux sur Excel. Deux tableaux dynamiques croisés ont été créées respectivement pour les hauteurs et diamètre afin de suivre la croissance de chaque génotype. Les mesures des échanges gazeux sont organisées et des paramètres tels que Wi sont calculés grâce aux formules d’une macro pré-écrite.
Les analyses statistiques ont été réalisées à l’aide du logiciel R. Les moyennes sont présentées avec leur erreur standard et tous les tests statistiques ont été considérés significatifs à P < 0.05. Pour chaque variable, la normalité a été testée à l’aide du test de Shapiro-Wilk. Des t-tests et tests de Wilcoxon ont été faits pour comparer les croissances en hauteur et en diamètre entre espèces, génotypes et traitements.
Des ANOVA ont été appliquées afin de tester les différences entre les groupes et lorsque les ANOVAs ont révélé des effets significatifs, les moyennes ont été comparées à l’aide d’un test de Tukey sur les variables génotype, Jour julien, traitement et leurs interactions.
3. RESULTATS
3.1. Etablissement de la sécheresse
Au début de la sécheresse, les quatre génotypes présentent une même humidité volumique (HV) du sol qui tourne autour de 30%. L’évolution de cette humidité volumique au cours des heures diffèrent cependant en fonction du génotype : les premières 24h suivant le début la sécheresse, le génotype Carpaccio montre la plus grande perte en humidité volumique du sol atteignant les 20% de la consigne au bout de 23h tandis le génotype N38 a affiché une HV supérieure à celles des autres durant les 23h premières heures avant de chuter pour rejoindre celle des génotypes I214 et 6J29 tournant autour de 22% après 24h.
Figure 1 : Courbe représentative de l’évolution de l’humidité en fonction du temps
6 Figure 2 : Courbes représentatives de la croissance en hauteur, en diamètre et volume de Carpaccio, I214, 6J29 et N38
7
La croissance en hauteur
Dès la première semaine de mesure (JJ 117), les hauteurs moyennes des plants différaient déjà en fonction du génotype : Carpaccio étant le plus grand avec 24 cm de hauteur, suivi de I214 (18,30 cm), de 6J29 (16,75 cm) et enfin de N38 (13,33 cm). Cette différence de croissance sera maintenue tout au long de l’expérience. En 5 semaines, Carpaccio et les I214 ont eu une croissance importante atteignant respectivement les hauteurs moyennes de 149 cm et 132cm alors que 6J29 et N38 mesuraient 98 et 93cm.
Après l’instauration de la sécheresse (de JJ 152 à JJ 166), les résultats montrent un ralentissement de la croissance en hauteur des individus « DS» (mis en stress hydrique) comparés aux témoins « WW ». Au jour Julien 166, les Carpaccio « DS » mesuraient en moyenne 10 cm de moins que les Carpaccio « WW », les I214 et les N38 « DS » 11cm de moins que leurs témoins respectifs. Le génotype 6J29 est celui qui affiche une plus grande différence de croissance en hauteur entre ses individus « WW » et témoins : 19 cm d’écart.
Les tests statistiques ont permis de mettre en évidence un effet très hautement significatif du génotype et de la sécheresse sur la croissance en hauteur (p < 0,05 pour les 2 facteurs).
La croissance en diamètre
La croissance en diamètre a donné des résultats similaires à la croissance en hauteur. Les diamètres moyens au début des mesures étaient pratiquement égaux pour tous les génotypes à l’exception de 6J29 qui présentait un diamètre moyen légèrement inférieur. Comme pour la hauteur, les croissances de Carpaccio et I214 sont devenues supérieures à celles de 6J29 et N38 dès la première semaine. Au jour julien 152, les diamètres moyens de Carpaccio et I214 mesuraient respectivement 11,42 et 11,23 mm tandis que les génotypes 6J29 et N38 avaient des diamètres moyens de 9,03 et 9,52 mm soit 2 mm de moins.
A partir du jour Julien 152, date de la mise en place de la sécheresse, on observe une différence de croissance entre les diamètres des plants secs « DS » et ceux des plants témoins des quatre génotypes.
L’analyse statistique sur l’ensemble des données confirment un effet hautement significatif (P < 2e-16) du génotype. Une analyse sur mesures prises en sécheresse montre un effet significatif du régime hydrique sur la croissance en diamètre des plants de peupliers.
8 Les diamètres augmentent avec le temps pour les quatre génotypes. Conformément aux résultats précédemment obtenus, le génotype Carpaccio est celui qui présente la croissance en volume la plus impressionnante et ce, dès la première semaine avec un gain de plus de 109 cm3 entre la première et dernière mesure soit plus de 100 fois son volume initial. Le génotype I214 arrive en deuxième position avec une hausse de plus 97 cm3 soit plus de 98 fois son volume lors de la première mesure. Les génotypes 6J29 et N38 connaissent également une croissance importante en multipliant par plus de 50 leurs volumes initiaux cependant leurs volumes moyens restent deux fois plus petits que ceux de Carpaccio et I214 après 7 semaines.
A partir du jour Julien 152, les graphiques montrent une différence de croissance entre les individus « DS » et « WW » pour les quatre génotypes. En effet, durant les deux semaines qui ont suivies la sécheresse, les individus témoins du génotype Carpaccio ont gagné 60,3 cm3 de volume contre 44,89 cm3 pour les « secs », les I214 témoins ont gagné 51,69 cm3 contre 38,47 cm 3 pour les individus en sécheresse, les 6J29 « WW », 43,81 cm3 contre 28,31 cm 3 pour les « DS » et les témoins N38 ont cru de 30,92 cm3 de volume contre 27,7 cm3 pour les individus « secs » (DS). Les analyses statistiques montrent un effet génotype et traitement hydrique sur le volume des plants.
3.3. Suivi des échanges gazeux foliaires 3.3.1. Cinétiques journalières
Les cinétiques journalières ont été mesurées le 09 juin 2016 de 03h30 à 16h30 TU dans les conditions environnementales moyennes suivantes :
3.3.1.1. Evolution journalière de l’assimilation nette de CO2
Les cinétiques journalières de l’assimilation nette de CO2 des quatre génotypes suivent la même dynamique. Nulle au début de la journée, l’assimilation croit rapidement pour atteindre son maximum entre 07h45- 08h45 (TU) en fonction du génotype et du régime hydrique puis décroit avant de se stabiliser vers 12h15 (TU) et redescendre progressivement jusqu’en fin de journée. Les génotypes 6J29 et N38 semblent augmenter leurs assimilations plus rapidement en début de journée mais également présentent les amplitudes les plus élevées tout au long de la journée. Ils sont suivis par I214 et Carpaccio qui arrive en dernière position. Ces différences sont confirmées par les tests statistiques qui montrent un fort « effet génotype » sur les capacités d’assimilation nette de CO2. Par contre le régime hydrique semble ne pas avoir d’influence sur cette dernière.
9 Figure 3 : Cinétiques journalières de l’assimilation nette de CO2 (A), de la conductance stomatique (gw) et de l’efficience d’utilisation de l’eau intrinsèque (Wi) des quatre génotypes
10
3.3.1.2. Evolution journalière de la conductance stomatique
La dynamique de la conductance stomatique au cours de la journée est similaire pour tous les génotypes. Au début de la journée, on observe une augmentation importante de la conductance qui atteint un niveau maximum et plus ou moins stable vers 07h45-08h45 (TU) avant de décroitre progressivement jusqu’à la fin de la journée.
La conductance stomatique semble globalement moins élevée chez les individus en stress hydrique (courbe rouge) à partir de 05h45 (TU) pour Carpaccio et 6J29, et 06h45 (TU) pour I214 et N 38. Les génotypes Carpaccio, 6J29 et N38 montrent d’importants écarts entre traitements « DS » et « WW ». N38 et 6J29 affichent les plus grandes conductances stomatiques tout au long de la journée. Statistiquement, on relève une forte influence du génotype et du traitement hydrique sur l’évolution de la conductance stomatique.
3.3.1.3. Evolution journalière de l’efficience d’utilisation de l’eau intrinsèque (Wi)
Conformément aux résultats obtenus précédemment, les quatre graphiques ont la même allure : Wi croit avec le temps avant d’atteindre son maximum entre 14h30 et 15h30 (TU). Les résultats statistiques ont montré une différence significative de l’évolution de Wi entre les plants (WW) et les « secs » mais également une faible influence de l’interaction génotype-traitement sur cette évolution. Ces différences entre traitements sont visibles sur les résultats ci-dessous sauf pour le génotype I214.
3.3.2. Suivi hebdomadaires des échanges gazeux foliaires
Trois campagnes de mesure ont été effectuées le 25 mai, 2 juin et 9 juin 2016 de 8 à 10h (TU) dans les conditions environnementales moyennes suivantes :
Date Jour Julien HR (%) PAR
(µmol.m-1.s-1) Température (° C) 25 mai 2016 146 52,8 1128 25 2 juin 2016 154 70 248 28,8 9 juin 2016 161 55,2 1140 25,1
11 Les résultats montrent une forte variabilité de A en fonction des conditions environnementales. En effet, les assimilations les plus faibles pour tous les génotypes ont été enregistrées le jour julien 154 où l’éclairement était particulièrement faible et les plus importantes, le jour le plus éclairé (jour Julien 161). Lors de la première mesure, la sécheresse n’était pas encore établie par conséquent tous les plants étaient humides (WW).
3.3.2.1. Evolution de l’assimilation nette de CO2
L’analyse statistique des données prises par date montrent qu’il n’y a pas d’effet « sécheresse » sur l’assimilation de CO2 pour les trois dates et que l’effet « génotype » n’est significatif (P= 0.000152) que pour le jour Julien 161. Toutefois une analyse sur l’ensemble des données révèle une influence hautement significative du régime hydrique ainsi qu’une influence très hautement significative du génotype et du jour Julien. Carpaccio assimile moins que les autres génotypes qui ont des assimilations similaires selon les statistiques. Néanmoins N38 et 6J29 affichent les plus fortes assimilations.
3.3.2.2. Evolution de la sécheresse sur la conductance stomatique
I214 et 6J29 affichent les conductances stomatiques plus importante que celles de N38 et Carpaccio. Les conductances stomatiques des individus «WW » supérieures aux « DS » et les plus grandes différences entre témoins et « secs » sont observées chez Carpaccio et 6J29. Statistiquement, les données traitées par jour Julien confirment un effet très hautement significatif de la sécheresse sur la conductance stomatique pour les jours Julien 154-161 et un effet très significatif du génotype pour le jour Julien 146. L’analyse globale des conductances indifféremment des dates révèle elle, un très fort effet génotype, régime hydrique et jour Julien sur le comportement de la conductance stomatique.
3.3.2.3. Evolution de l’efficience d’utilisation de l’eau intrinsèque
Les plants en sécheresse ont une plus grande efficience d’utilisation de l’eau pour tous les génotypes et à toutes dates. Carpaccio et 6J29 montrent les plus grandes différences de Wi entre leurs traitements secs et témoins. Les résultats statistiques sur l’ensemble des données soulignent un effet hautement significatif du génotype et des effets très hautement significatifs de la sécheresse, de la date et de l'interaction génotype-sécheresse. Au jour Julien 154, nous observons un effet significatif génotype sur l’efficience d’utilisation de l’eau.
12 Figure 4 : A, gw et Wi de chaque génotype en fonction du jour Julien et du régime hydrique
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4. DISCUSSION ET PERSPECTIVES
Dans le continuum sol-plante-atmosphère, la feuille est à l’interface entre la plante et l’atmosphère. Les échanges de CO2 et H2O qui s’effectuent au niveau des stomates foliaires, sont nécessaires à la photosynthèse et à la circulation de l’eau dans la plante, par conséquent liés à la productivité et à l’efficience d’utilisation de l’eau. Cette étude, nous a permis de suivre le comportement de ces échanges gazeux face au stress hydrique chez quatre génotypes de peuplier. Quel que soit le paramètre étudié, nous observons des variabilités liés au génotype, au régime hydrique ainsi qu’aux conditions environnementales selon l’heure de la journée et le jour considéré.
Les peupliers euraméricains, Carpaccio et I214 ont des valeurs de conductance stomatique similaires en l’absence de contrainte hydrique ; respectivement 0,38 et 0,39 (mol H2O m-2 s-1) au jour Julien 154; 0,54 et 0,59 (mol H2O m-2 s-1) au jour Julien 161. Par ailleurs, des différences conséquentes de conductance stomatique allant de l’ordre de 0,2 (mol H2O m-2 s-1) en faveur de I214, ont été relevées entre ces deux génotypes lorsqu’ils étaient soumis à une sécheresse. Les plants induits en stress hydrique ont globalement une conductance stomatique inférieure à celle des plants témoins. Chez les peupliers noirs, le génotype N38 a montré des conductances moindres que 6J29 en régime normal, alors qu’en sécheresse, sa conductance devient supérieure à celle de 6J29. Il est établi que les conductances des peupliers noirs stressés sont en moyennes supérieures à celles des euraméricains stressés. Cette variabilité des conductances entre espèces, génotypes mais également traitements hydriques dépend principalement du degré d’ouverture des stomates, de leur taille et de leur densité (Vialet-Chabrand, 2013).
Nos résultats ont montré que l’assimilation nette de CO2 suit sensiblement la même évolution que la conductance stomatique ; les moments où la photosynthèse est la plus importante correspondent aux ceux où la feuille a la plus grande perte en eau due à l’ouverture des stomates. Au début linéaire, la courbe de l’assimilation forme un plateau au milieu de la journée lorsque les stomates sont ouverts au maximum avant de décroître avec la perte de luminosité du soir : cette dynamique est similaire pour tous les génotypes. Statistiquement, on relève un déterminisme génétique sur la capacité photosynthétique mais aucune variabilité liée à la sécheresse. Les assimilations nettes de CO2 intra-spécifiques sont similaires alors que les peupliers noirs (N38 et 6J29) synthétisent plus que les euraméricains (Carpaccio et I214). Les résultats montrent également une forte variabilité de l’efficience d’utilisation de l’eau intrinsèque entre les Carpaccio et les I214 stressés: Carpaccio est en moyenne deux plus
14 efficient que I214 en situation de stress hydrique. L’efficience d’utilisation de l’eau intrinsèque étant le rapport entre l’assimilation nette de CO2 et la conductance stomatique, on peut alors en déduire au vue des résultats précédents que Wi est principalement contrôlée par les variations de
g
s chez les euraméricains conformément aux résultats obtenus par Monclus et al., (2006). Au sein des peupliers noirs, 6J29 présente la plus forte efficience d’utilisation de l’eau intrinsèque face à une contrainte hydrique. Cette réponse est probablement due à une diminution de sa conductance stomatique, une réaction classique observée chez Populus nigra quand la disponibilité en eau diminue (Chamaillard, 2011).Enfin, l’un des objectifs de cette étude était le suivi des paramètres de la croissance. Les résultats obtenus sur les hauteurs, les diamètres ainsi que les volumes montrent une variabilité liée au génotype et au régime hydrique. Carpaccio affiche la plus grande croissance pour tous les paramètres mesurés et ce, indépendamment du régime hydrique. Le génotype I214 arrive en seconde position avec une croissance assez proche de celle de Carpaccio. Au sein des peupliers noirs, 6J29 a une croissance en hauteur, diamètre et volume supérieure en régime hydrique normal alors qu’en sécheresse, N38 a une meilleure croissance pour tous ces paramètres. Les individus euraméricains ont en moyenne 1,5 à 2 fois plus de croissance que les peupliers noirs. Nos résultats n’ont montré aucun lien entre la croissance et l’efficience d’utilisation de l’eau intrinsèque tant chez Populus nigra x Populus deltoides que chez Populus nigra. Des résultats similaires ont été rapportés par Marron (2003) et Chamaillard (2011) suggérant ainsi la possibilité de sélectionner des génotypes à la fois efficients pour l’utilisation de l’eau et productif. Toutefois, il serait important de comparer les résultats obtenus sur les feuilles avec ceux d’un plant entier : efficience d’utilisation de l’eau intrinsèque vs efficience de transpiration.
Aucun lien entre la croissance et l’assimilation nette de CO2 n’a été également démontré puisque les peupliers noirs ont une plus petite croissance malgré leur assimilation nette de CO2 supérieure à celle des euraméricains. Ces résultats suggèrent la nécessité de prendre en compte l’existence d’autres facteurs génétiquement contrôlés déterminant la productivité notamment la surface foliaire totale qui est étroitement corrélée à la production de biomasse chez le peuplier (Larson et Isebrands 1972, Gifford et Jenkins 1982).
15
Bibliographie
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16 Monclus R, Dreyer E, Villar M, Delmotte F, Delay D, Petit J, Barbaroux C, Le Thiec D, Bréchet C, Brignolas F. 2006. Impact of drought on productivity and water use efficiency in 29 genotypes of Populus deltoides × Populus nigra. New Phytologist. 169, 765-777.
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Annexe 1
Résultats statistiques :
Trait
Génotype
Traitement
Jour Julien
Hauteur
***
***
***
Diamètre
***
/
***
Volume
***
**
***
A
***
**
***
gs
***
***
***
Wi
**
***
***
Tableau 2 : Tableau récapulatifs des résultats statistiques sur l’ensemble des données de suivi decroissance et d’échanges gazeux ;*** < 0.001; **< 0.01; * <0.05
Trait
Génotype Traitement TimeA
***
/
***
gs
***
***
***
Wi
***
***
***
Tableau 3 : Tableau récapulatifs des résultats statistiques sur l’ensemble des données de cinétique ; *** < 0.001; **< 0.01; * <0.05
18
Annexe 2
Script R
.libPaths("C:/Users/Mariétou Diouf/Documents/R/win-library") library(car) library(lsmeans)library(multcomp)#c'est pour analyse de covariance library(ade4)
## Séparation par traitement
Humide=Croissance[Croissance$TTT=='H',] Sec=Croissance[Croissance$TTT=='S',] ## Séparation par génotype
C=Croissance[Croissance$GTP=='Carpaccio',] I=Croissance[Croissance$GTP=='I214',] J=Croissance[Croissance$GTP=='6J29',] N=Croissance[Croissance$GTP=='N38',]
Suivi de croissance
## Pour la hauteur Jourjulien1=as.factor(Croissance$Jourjulien)Haut= lm(Hauteur~GTP + TTT+ Jourjulien1 + GTP:TTT, data=Croissance) summary(aov(Haut))
lsmeans(Haut,"GTP")
TukeyHSD(aov(Haut), "GTP:TTT")
## Pour le diamètre
Diam= lm(Diamètre~GTP + TTT+ Jourjulien1 + GTP:TTT, data=Croissance) summary(aov(Diam))
lsmeans(Diam,"GTP")
TukeyHSD(aov(Diam), "GTP:TTT")
## Pour le Volume
Vol= lm(Volume~GTP + TTT+ Jourjulien1 + GTP:TTT, data=Croissance) summary(aov(Vol))
lsmeans(vol,"GTP")
TukeyHSD(aov(Vol), "GTP:TTT")
Suivi échanges gazeux
## Pour A
A=lm(A~génotype + traitement + JJ1 + génotype:traitement, data=Echange1) summary(aov(A))
19 ## Pour gs
Echanges$JJ1=as.factor(Echange1)
gw=lm(gw~génotype + traitement + JJ1 + génotype:traitement, data=Echange1) summary(aov(gw))
TukeyHSD(aov(gw),"génotype")
## Pour Wi
Wi=lm(A.gw~génotype + traitement + JJ1 + génotype:traitement, data=Echange1) summary(aov(Wi))
TukeyHSD(aov(Wi),"génotype")
Cinétique journalière
## Pour A cinétique
A=lm(A~génotype + Traitement + Time + génotype:Traitement, data=Cinetique) summary(aov(A))
TukeyHSD(aov(A), "génotype")
## Pour gs cinétique
gw=lm(gw~génotype + Traitement + Time + génotype:Traitement, data=Cinetique) summary(aov(gw))
TukeyHSD(aov(gw),"génotype")
## Pour Wi cinétique
Wi=lm(A.gw~génotype + Traitement + Time + génotype:Traitement, data=Cinetique) summary(aov(Wi))
TukeyHSD(aov(Wi),"génotype")
Boxplot cinétique
Assimilation
boxplot(C$A~C$traitement*C$JJ, col=c("dodgerblue3", "dodgerblue3", "red", "dodgerblue3", "red"), main="Carpaccio", xlab="Jour Julien [JJ]",ylab="A [µmol.m-².s^(-1)]", ylim=c(0,35), at=c(1,2,4,3,6,5))
boxplot(I$A~I$traitement*I$JJ, col=c("dodgerblue3", "dodgerblue3", "red", "dodgerblue3", "red"), main="I214", xlab="Jour Julien [JJ]",ylab="A [µmol.m-².s^(-1)]", ylim=c(0,35), at=c(1,2,4,3,6,5))
boxplot(J$A~J$traitement*J$JJ, col=c("dodgerblue3", "dodgerblue3", "red", "dodgerblue3", "red"), main="6J29", xlab="Jour Julien [JJ]",ylab="A [µmol.m-².s^(-1)]", ylim=c(0,35), at=c(1,2,4,3,6,5))
boxplot(N$A~N$traitement*N$JJ, col=c("dodgerblue3", "dodgerblue3", "red",
"dodgerblue3", "red"), main="N38", xlab="Jour Julien [JJ]",ylab="A [µmol.m-².s^(-1)]", ylim=c(0,35), at=c(1,2,4,3,6,5))
20
Conductance stomatique
boxplot(C$gw~C$traitement*C$JJ, col=c("dodgerblue3", "dodgerblue3", "red", "dodgerblue3", "red"), main="Carpaccio", xlab="Jour Julien [JJ]",ylab="gw [mol.m-².s^(-1)]", ylim=c(0,1.2), at=c(1,2,4,3,6,5))
boxplot(I$gw~I$traitement*I$JJ, col=c("dodgerblue3", "dodgerblue3", "red", "dodgerblue3", "red"), main="I214", xlab="Jour Julien [JJ]",ylab="gw [mol.m-².s^(-1)]", ylim=c(0,1.2), at=c(1,2,4,3,6,5))
boxplot(J$gw~J$traitement*J$JJ, col=c("dodgerblue3", "dodgerblue3", "red", "dodgerblue3", "red"), main="6J29", xlab="Jour Julien [JJ]",ylab="gw [mol.m-².s^(-1)]", ylim=c(0,1.2), at=c(1,2,4,3,6,5))
boxplot(N$gw~N$traitement*N$JJ, col=c("dodgerblue3", "dodgerblue3", "red", "dodgerblue3", "red"), main="N38", xlab="Jour Julien [JJ]",ylab="gw [mol.m-².s^(-1)]", ylim=c(0,1.2), at=c(1,2,4,3,6,5))
Efficience d’utilisation de l’eau intrinséque
boxplot(C$A.gw~C$traitement*C$JJ, col=c("dodgerblue3", "dodgerblue3", "red", "dodgerblue3", "red"), main="Carpaccio", xlab="Jour Julien [JJ]",ylab="Wi [µmol(CO2)/mol (H2O)]",ylim=c(0,140), at=c(1,2,4,3,6,5))
boxplot(I$A.gw~I$traitement*I$JJ, col=c("dodgerblue3", "dodgerblue3", "red", "dodgerblue3", "red"), main="I214", xlab="Jour Julien [JJ]",ylab="Wi [µmol(CO2)/mol (H2O)]", ylim=c(0,140), at=c(1,2,4,3,6,5))
boxplot(J$A.gw~J$traitement*J$JJ, col=c("dodgerblue3", "dodgerblue3", "red", "dodgerblue3", "red"), main="6J29", xlab="Jour Julien [JJ]",ylab="Wi [µmol(CO2)/mol (H2O)]", ylim=c(0,140), at=c(1,2,4,3,6,5))
boxplot(N$A.gw~N$traitement*N$JJ, col=c("dodgerblue3", "dodgerblue3", "red", "dodgerblue3", "red"), main="N38", xlab="Jour Julien [JJ]",ylab="Wi [µmol(CO2)/mol (H2O)]", ylim=c(0,140), at=c(1,2,4,3,6,5))
