HAL Id: hal-00885261
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Effet d’un déficit hydrique sur le trèfle blanc (Trifolium
repens L) I. Rôle d’un apport de potassium
L Shamsun-Noor, C Robin, A Guckert
To cite this version:
L Shamsun-Noor, C Robin, A Guckert. Effet d’un déficit hydrique sur le trèfle blanc (Trifolium repens
L) I. Rôle d’un apport de potassium. Agronomie, EDP Sciences, 1990, 10 (1), pp.9-14. �hal-00885261�
Agronomie
Effet d’un déficit hydrique sur le trèfle blanc
(Trifolium repens L) I. Rôle d’un apport
de potassium
L
Shamsun-Noor*
C Robin A GuckertINRA, Ecole Nationale
Supérieure d’Agronomie
et des Industries Alimentaires, laboratoire de phytotechnie, 2, avenue de la Forêt de Haye 54500 Vandœuvre, France(Reçu le 18 août 1988; accepté le 12 octobre 1989)
Résumé— Le
comportement
du trèfle blanc(Trifolium
repens L cvCrau)
est étudié en situation de contraintehydrique
et
après réhydratation
en liaison avec la fertilisationpotassique.
Le déficit en eau occasionne une décroissance pro-gressive importante
dupotentiel hydrique
des feuilles et une fermeturerapide
des stomates. Ces manifestations sontaccompagnées
d’une chute de l’activitéphotosynthétique
et de la fixationsymbiotique
de l’azote. Enprésence
depotassium,
la diminution de l’activité fixatrice estsignificativement
ralentie. L’action favorable dupotassium
estégale-
ment observée lors de la
réhydratation
desplantes
soumises au déficit. Le rétablissement dupotentiel hydrique
et dela fixation
symbiotique
d’azote estplus important
enprésence
depotassium.
La fertilisationpotassique
exerce un effetpositif
sur laproduction
de matière sèche aérienne aussi bien dans le cas desplantes
soumises au déficit que desplantes régulièrement
arrosées.Les résultats montrent
qu’un apport
depotassium
favorise la résistance du trèfle blanc au manque d’eau.trèfle blanc / sécheresse /
potassium
/potentiel hydrique
/ stomate /photosynthèse
/ azoteSummary —
Effect of water stress on white clover(Trifolium
repensL)
I. Role of a Ksupply.
The effects of successive water stress andirrigation
on white clover(Trifolium
repens L cvCrau) photosynthetic activity, nitrogen
fixation, predawn
leaf waterpotential
and stomatal resistance were studied in relation topotassium supply.
Waterdeficit induced a
gradual
decrease in thepredawn
leaf waterpotential
and arapid
stomatal closure(figs
1 and2).
Nitrogen
fixation andphotosynthetic activity
were also reduced(fig
4 and tableI).
The decrease innitrogen
fixationactivity
wassignificantly
lower with Ksupply (fig 4).
For the same waterpotential
and the same stomatalresistance,
nitrogen
fixationactivity (ARA’s method)
washigher
in presenceof potassium
fertilization(fig
5 a,b).
Thepositive
effect of K was also observed for the
rehydrated plants.
Waterpotential
andsymbiotic nitrogen
fixation recovery wasmore
significant
with Ksupply.
Potassium fertilization increaseddry
matterproduction
in stressedplants
as in controls(fig 3).
These results showed that Ksupply
increased white clover resistance to water stress.white clover /
drought / potassium
/ waterpotential
/ stomata/ photosynthesis
/nitrogen
INTRODUCTION
L’alimentation hydrique
constitue un facteuressentiel de la
productivité. L’activité fixatrice
d’azote
chez leslégumineuses dépend
de la dis-ponibilité
en eaudu sol (Sprent, 1972; Obaton
etal, 1982).
L’élément potassium
intervient aussi au niveau du statuthydrique
de laplante (Mengel, 1984).
* Correspondance et tirés à part.
De nombreux auteurs ont
souligné
le rôleimpor-
tant
joué
par lepotassium
dans larésistance à
la contraintehydrique (Raschke, 1975; Dhindsa
etal, 1975; Zimmerman, 1978; Saxena, 1985).
Cet élément
intervient en effet dans lesphases primaires de l’assimilation du CO 2 par les
organes chlorophylliens, par action
directe sur lesmécanismes osmotiques
d’ouverture des sto- mates(Humble
etRaschke, 1971).
Au-delà de ces
acquis
relatifs à larégulation
stomatique,
peu de travaux ont concerné le rôle dupotassium
sur l’évolution de l’activiténitrogé-
nase au cours d’un déficit
hydrique
chez leslégu-
mineuses pérennes. Guckert
etLaperrière (1987)
ont
mis
enévidence
uneffet
favorable de cetélé-
ment sur lepotentiel hydrique
et surl’activité fixa-
trice dutrèfle blanc
en situation dedéficit
en eau.La
présente étude
vise àapprofondir
ces pre-miers résultats
et àdéterminer
l’effetcombiné
desfacteurs :
alimentationhydrique
et fertilisa-tion
potassique.
Dans
cebut,
on acultivé
letrèfle
blanc sur unsol déficient
en K(amendé
ou non en cet élé-ment)
etcomparé
différentes fonctionsphysiolo-
giques,
en situation dedéficit hydrique :
-
potentiel hydrique
de base et résistance stoma-tique;
-
photosynthèse;
- fixation symbiotique de l’azote.
L’évolution des biomasses aériennes
aégale-
ment été
observée.
Le rétablissement ou ledegré d’altération
de ces fonctions a ensuite étéévalué après
une réalimentation en eau desplantes ayant
subi laphase
dedessèchement.
MATÉRIEL
ETMÉTHODES
Conditions de croissance
L’ensemble de
l’expérimentation
s’est déroulée envases de
végétation,
en conditions contrôlées. Le culti-var de trèfle blanc étudié est
Crau;
ilappartient
autype
Ladino. Ce choixs’appuie
sur les résultats antérieurs(Shamsun-Noor et al, 1989)
d’uncriblage
de cultivarspour leurs
performances
en condition de déficithydrique.
Crau est apparu comme le cultivar leplus
tolérant
parmi
les 4 testés.Les
plantes
sont semées enpots
de 4kg;
leur den-sité est
progressivement
ramenée à 15plantules
par
pot.
Lesol,
fourni par le centre de recherches d’As-pach (Société
commerciale despotasses
et del’azote)
a été
prélevé
àWeisslingen
dans le nord de l’Alsace. Ils’agit
d’un sol surgrès vosgien
dont laparticularité
intéressante réside dans sa faible teneur en
potassium
(16,8% d’argiles,
32,3% de limonsfins,
29% de limonsgrossiers, 19,1%
desable, potassium (K 2 O)
= 0,012%,pH
=6,2, capacité
auchamp
= 36,6% d’humidité pon-dérale).
Les
pots
de trèfle sontrépartis
en 2 lots:- lot
K 0 correspondant
au sol sansapport
deK;
- lot
K 1
solayant
reçu avant le semisl’équivalent
de300 U de
K 2 O
sous forme deK 2 SO 4 .
Pendant toute la
période
de croissanceprécédant
les mesures, la culture est conduite en serre. L’humidi- té du sol est maintenue à 70% de la
capacité
auchamp (soit 25,6%
d’humiditépondérale),
niveau com-patible
avec une activité maximale de la fixation sym-biotique
de l’azote(Laperrière, 1984)
sur cetype
de substrat limono-sableux. Une semaine avantl’expé-
rience,
les 2 lots sont transférés en chambrephytotro-
nique [photopériode
de 14h,thermopériode
21 °C lejour/18
°C lanuit,
intensité lumineuse voisine de 300μmol (photons)·m -2 ·s -1 ,
humidité relative76%].
Ledéficit est établi par
suppression
del’arrosage quoti-
dien.
Chaque
lot(K 0
etK 1 ) présente
donc 2 traite-ments :
- témoin
(maintenu
à 70% de laCC)=K 0Tém , K 1Tém ;
- déficit
(par
arrêt del’arrosage)
=K 0
Déf,K 1Déf .
Méthodes
La
plupart
des méthodes utilisées ont été décritespré-
cédemment
(Shamsun-Noor
et al,1989).
Mesure du
potentiel hydrique
des feuillesL’état interne de l’eau libre d’une
plante
estapprécié
par la mesure du
potentiel hydrique
de sève. Cette valeur est obtenue à l’aide de la méthode de la chambre àpression
de Schölander(Schölander
etal,
1965).
Il est ainsipossible
de déterminer lepotentiel
hydrique
de base,qui correspond
aupotentiel
mesuréen fin de nuit
lorsque
la demandeclimatique
est nulle(Aussenac
etGranier, 1978).
La
première
mesure depotentiel hydrique
a étéeffectuée le
jour
de l’arrêt del’arrosage. Chaque
mesure a fait
l’objet
de 8répétitions.
Mesure de la
résistance stomatique
La mesure de la résistance
stomatique
est obtenuepar l’utilisation du
poromètre
de Van Bavelet al (1965)
dont le
principe
est de déterminer les variations d’hu- midité relative au niveau d’uneatmosphère
en contactavec les cellules foliaires et les stomates. Une sonde
hygrométrique
résistive donne directement l’humidité relative de la chambre de mesure.Chaque
mesure afait
l’objet
de 4répétitions.
Mesure de
l’activité photosynthétique
La
technique utilisée, préalablement
décrite(Sham-
sun-Noor
et al, 1989),
consiste à déterminer l’assimila- tion nette d’un couvert de trèfle par un suivi de l’évolu- tion de la teneur enCO 2
dans l’enceinte de mesure.Les résultats d’assimilation nette sont donnés en
volume par million
(vpm)
deCO 2
assimilé par h et parpot.
Les valeurs moyennes sont issues de 3répéti-
tions.
Mesure de l’activité fixatrice d’azote
La fixation
symbiotique
de l’azoteatmosphérique
estcouramment
appréhendée
par la méthode indirecte demesure de l’activité réductrice
d’acétylène
de la nitro-génase,
ou méthode ARA(Koch
etEvans, 1966).
L’ARA est
exprimée
en molesd’éthylène produites
par heure d’incubation et par
pot (méthode
non des-tructive). Chaque
mesure a faitl’objet
de 4répétitions.
Analyse statistique
L’analyse statistique
de l’ensemble des données repo-se sur des
analyses
de variance et sur descomparai-
sons de moyennes selon le test de Newman-Keuls:
dans les tableaux de
résultats,
les moyennes suivies de la même lettre ne sont passignificativement
diffé-rentes au seuil de 5%. Les
segments
verticauxportés
sur les
figures représentent
les écartstypes
par rap-port
à la moyenne.RÉSULTATS
Potentiel hydrique
debase
L’apport de
K nemodifie
pas lepotentiel
hydrique
de base desplantes normalement
pour-vues en eau
(plantes témoins).
Enrevanche,
le déficithydrique
exerce un effet hautementsignifi-
catif
(P <0,001)
sur lepotentiel
de base dès le2
e
j qui
suit l’arrêt de l’alimentation en eau. Lachute
dupotentiel
de base est sévère àpartir
du4
e
j,
aveccependant
un meilleurcomportement
du lotK 1 ayant
reçu unapport
initial enpotas-
sium (fig 1).
Le potentiel
de base desplantes K 1
est revenuau niveau
des témoins 5 j après
laréhumidifica-
tion du sol. Lesplantes
soumises à la contrainte(K
0
) n’atteignent
le niveau de leur témoin que ledernier jour. On
assisteà
l’annulationprogressive
de l’effet K en fin
d’expérience (j 12
àj 15 ).
L’aspect morphologique
des deux séries deplantes
esttrès différent après 8 j de déficit,
lesfeuilles du lot
K 0
sedessèchent
alors que celles du lotK 1 , quoique faiblement turgescentes,
sontencore vertes.
Après rétablissement
de l’arrosa- ge, cesdernières reprennent rapidement
leurport
initial. Pour le lotK 0 ,
de nouvellesfeuilles
sontinitiées
enremplacement
des feuilles fanées et nécrosées.Activité photosynthétique
nette etrésistance
stomatique
L’effet
dudéficit hydrique
sur laphotosynthèse
est
également significatif à partir
du3 e j
(tableau I). L’effet
dupotassium
setraduit
surles
plantes ayant
subi le déficit par uneactivité
photosynthétique plus élevée même
si les diffé-rences ne sont pas
significatives
àchaque
observation.
Après réhumidification,
l’activitéphotosynthétique
nette n’est pas totalement res-taurée
et nerejoint pas la
valeur de celle destémoins,
notamment pour le lotK 0 ;
cephénomè-
ne
peut être
mis enrelation
avecl’altération
del’appareil photosynthétique, consécutive
audéfi-
cit hydrique.
Les valeurs mesurées de
larésistance
stoma-tique (RS)
desplantes
témoins restent faibles(0,8 - 2,8 s·cm -1 )
et stablespendant l’expérience
(fig 2).
En
revanche,
lesplantes
en déficitprésentent
des
différences considérables
parrapport
auxtémoins; le déficit
en eauentraîne
un accroisse- mentrapide
de laRS (supérieur
à 200s -1 ·cm -1 ).
L’écart entre les deux courbes
K 0
etK 1
est faible(non significatif
au seuil de5%).
Après réhumidification,
larésistance
stoma-tique
chute trèsrapidement;
les valeursrejoi-
gnent
celles des témoinsarrosés plus rapide-
ment que pour le
potentiel hydrique.
En 48h,
laRS passe
de 200-220s·cm -1
à 2s·cm -1 .
Evolution de la
matière sèche (MS)
des par- tiesaériennes
Les
parties
aériennescomprennent
leslimbes,
pétioles
et stolons de l’ensemble desplantes
d’un
seulpot
pourchaque modalité.
Lemanque
d’eau induit
uneréduction importante
de l’accu-mulation de MS dans les
parties
aériennes desplantes
soumises audéficit (fig 3) 5 j après
lasuppression
del’arrosage
pour lesplantes K 0
etK
1
.
Nous n’avons pas
observé
d’effet de laréhy-
dratation sur
l’évolution
de la biomasse.La MS
produite discrimine très
nettement lesplantes
avec ou sans fertilisationK,
aussi bien dans le casdes plantes
soumises audéficit que
dans celui desplantes régulièrement arrosées;
l’apport de potassium
entraînesystématiquement
une
augmentation
de labiomasse aérienne.
En fin
d’expérience,
lesécarts
de rendementen
MS
entre lesplantes K 0
etK 1
est de17,5%
pour les témoins et
14,2%
pour lesplantes ayant
subi le déficit.Activité réductrice d’acétylène
de lanitrogé-
nase
L’effet du déficit en eau sur l’ARA est
significatif
(au risque 1 %)
parrapport
aux lotstémoins
dès le3 e j (fig 4).
Des
différences importantes
etsignificatives
entre les 2 niveaux de K
apparaissent
àpartir
du5
e j.
Lesplantes bien
pourvues en Kconservent,
lors dudéficit,
un niveau d’ARAsupérieur
auxplantes
nonfertilisées.
Après réhumidification,
on note que lesplantes ayant
reçu unapport
de K retrouvent unniveau de fixation supérieur à
celui desplantes
K
0
.
En find’expérience,
l’ARA du lotK 1 représen-
te 60% de la valeur du témoin alors que le lot
K 0
n’a
récupéré
que 40% de la valeur d’ARA de sontémoin.
Contrairement
aux autresparamètres mesurés
(potentiel hydrique, résistance stomatique)
pourlesquels
on constate unerécupération rapide
etun retour aux
valeurs des témoins,
l’activité fixa-trice des plantes soumises à
undéficit hydrique
puis réalimentées
en eau n’est pasentièrement
restaurée
en find’expérience.
DISCUSSION
ETCONCLUSIONS
L’apport
de K exerce un effet favorable sur la bio-masse
aérienne
dutrèfle
blanc. Ce résultat esten accord avec des observations effectuées aussi bien sur
des légumineuses pérennes
tellesque la luzerne
(Duke
etal, 1980; Barbarick,
1985),
que surdes annuelles telles
que leharicot
(Mengel
etArneke, 1982)
et lepois (Wahab,
1984).
Dans nosconditions expérimentales,
lesplantes placées
en situation de déficithydrique
mais fertilisées avec K fournissent une
produc-
tion
de
trèfleéquivalente à
celle du soltémoin
non enrichi en K.
Les
plantes
en situation de déficithydrique
présentent
uneaugmentation importante
dela
résistance stomatique. Cependant,
cetteexpéri-
mentation
n’a paspermis de
montrer une influen-ce
significative
dupotassium
dans larégulation
stomatique, observée
notamment parBrag
(1972)
surle blé
etle pois.
En
revanche,
nous avons montré uneffet posi-
tif
de l’apport de
K surl’évolution de l’activité pho-
tosynthétique lors
dudéficit. Peoples
et Koch(1979) indiquent
pourMedicago
sativa un effetfavorable
du K sur l’assimilation duCO 2 . Le
potassium
tendà augmenter
la surfacephoto-
synthétique
active par une initiation et un déve-loppement plus importants
desfeuilles,
avec untaux de fixation du
CO 2
par unité de surfaceamélioré (Cooper
etal, 1967).
L’effet
favorable du
K s’exerceaussi
au niveau de lafixation
del’azote;
lesplantes
bien alimen-tées
en Kprésentent
une activitéfixatrice plus
élevée
queles plantes carencées.
De plus,
en situation de manqued’eau, la
diminution de l’ARA est de moindreamplitude
enprésence de potassium. Cette
observation confir-me les
résultats
antérieurs de Guckert etLaper-
rière (1987); l’apport
de Kpermet
de maintenir unsystème fixateur
encore efficientmalgré
undéficit
hydrique sévère.
Après réhydratation,
l’ARAn’atteint
pasla
valeur des
témoins; l’hypothèse
d’un effet directdu dessèchement
sur lesnodosités peut être
avancée,
en liaison avec lesacquis
de la biblio-graphie (Albrecht et al, 1984).
Collins et
Lang (1985)
ont montré que l’addi-tion de
Kaugmentait le
taux de fixation chez letrèfle
violet et le lotier sans exercer d’effet sur le nombre denodosités.
Chez la luzerne
en coursde repousse, Barta
(1982) indique
quel’effet favorable de l’apport de
K sur le taux de fixation est
probablement
lié àune
augmentation du transport
desassimilats
vers les
nodosités
età
une meilleure utilisationdes chaînons carbonés pour
lasynthèse des
acides aminés.
Dans le présent travail,
ils’avérait intéressant
d’établir des corrélations entre l’ARA et lepoten-
tielhydrique
de base et entre l’ARA et la résis-tance
stomatique.
Ces relations (établies
avecles valeurs
moyennes)
ne sont pas linéaires : leurajuste-
ment est de
type exponentiel.
En vuede
mettreen
évidence
l’existence d’une différence entre lestraitements,
cescourbes
ontété linéarisées
parune transformation
log
des valeursmoyennes
d’ARA(exprimée
en10 -6 mol(C 2 H 4 )·h -1 ·pot -1 ).
La relation
entre l’ARA etle potentiel hydrique
de base
(fig 5a)
montre que, pour un niveaude
potentiel hydrique donné,
l’ARA obtenue estplus
élevée
enprésence
depotassium.
La relation
entre l’ARA et larésistance
stoma-tique
montreque
l’ARAdécroît
avecl’augmenta-
tion de la
résistance stomatique (fig 5b). Les
courbes linéarisées
ontdes pentes significative-
ment
différentes indiquant
un effetsignificatif
duK; pour
unniveau
derésistance stomatique
donné,
l’ARAobservée
estplus élevée
en absen-ce
de
K.Cette étude
montrel’importance
del’alimenta-
tionpotassique
d’une culture delégumineuse
fourragère susceptible de
subir des conditions limitantes d’alimentation en eau.Le
trèfle
blanc bienalimenté
en K conserve une activité fixatrice notable et accuse unemoindre
diminution de la production de matière
sèche en conditions
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