Rôle joué par le potassium dans la réponse au déficit hydrique du maïs (Zea mays L.) : des mécanismes physiologiques au fonctionnement intégré du peuplement

Quantifying the role of potassium in maize (Zea mays L.) resistance to water stress : from leaf-level physiological mechanisms to whole-plant functioning

• Auteur / Autrice : Elsa Martineau
• Direction : Jean-Christophe Domec, Lionel Jordan-Meille, Jean-Paul Laclau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biogéochimie et écosystèmes
• Date : Soutenance le 08/12/2016
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Environnements (Pessac, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Interactions sol plante atmosphère (INRA Bordeaux-Aquitaine)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Christophe Domec, Lionel Jordan-Meille, Jean-Paul Laclau, Bertrand Muller, Philippe Debaeke, Patricia Battie-Laclau, Klaus Dittert, Olivier Goujard
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Bertrand Muller, Philippe Debaeke

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rendements

Régulation stomatique

Croissance

Gestion des ressources en eau

Effets du stress

Physiologie

Effets du potassium

Résistance à la sécheresse

Maïs

Mots clés libres

Potassium

Déficit hydrique

Maïs (Zea mays L.)

Croissance

Conductance stomatique

Transport des sucres

Rendement

Efficience d'utilisation de l'eau

Potassium

Drought

Maize (Zea mays L.)

Growth

Stomatal conductance

Sugar transport

Yield

Water use efficiency

Résumé

Le potassium (K) est un élément majeur connu pour contribuer à la résistance des plantes à la sècheresse. L'étudede son influence sur la réponse physiologique du maïs (Zea mays L.) sous contrainte hydrique est essentiellepour prédire la future productivité dans un contexte de changements climatiques, en particulier de la diminutiondes précipitations. Des modalités d'apports en K et en eau ont été croisées et soumises à des plants de maïs,élevés en condition contrôlées ou cultivés au champ. La croissance (biomasses aériennes et racinaires,rendements en grain) ainsi que les mécanismes écophysiologiques du métabolisme carboné (photosynthèse,transport des sucres) et du statut hydrique (transpiration, conductance stomatique, potentiels hydriques) ont étéétudiés. L'apport de K a contribué à l'augmentation de la croissance, le développement et le rendement grain quelque soit le régime hydrique imposé au maïs et les conditions d'expérimentation. Les résultats attendus sur lameilleure régulation stomatique en cas de déficit hydrique sont moins évidents. L'effet du stress hydrique ou dela déficience en K tendent à diminuer la photosynthèse. Cependant, ces effets ressortent plus sur les feuillesâgées que sur les feuilles jeunes. Dans ces mêmes conditions, le transport des sucres ne semble pas être unélément limitant de la croissance. Plusieurs résultats convergent pour attribuer au K un rôle dans la maîtrise despertes en eau (par unité de surface foliaire) et sur la meilleure efficience d'utilisation de l'eau. Néanmoins, cetteefficience est imputée à des meilleurs rendements, liés à une surface foliaire plus importante, et non pas à unemoindre consommation de l'eau.

Potassium (K) is a major nutrient known to help plants resist drought. In the context of climate change,quantifying the role of K on maize physiological acclimation to reduced precipitations is essential to betterpredict future productivity. Maize (Zea mays L.) plants grown under controlled or field conditions weresubmitted to different K and water levels. Plant growth (shoot and root biomass, grain yield) as well as plantwater status (transpiration, stomatal conductance, water potential) and ecophysiological mechanisms of Carbonmetabolism (photosynthesis, sugar transport) were studied. Regardless of the water regime and experimentalconditions, K nutrition increased growth and whole-plant development and improved grain yield. The effect ofwater stress on stomatal regulation was not straightforward and depended on the level of K fertilization. Theeffects of water or K deficit tend to decrease photosynthesis. Drought or K nutrition affected more leafphotosynthesis in old than in young leaves, and sugar transport did not seem to be a growth limiting factor. Ourresults demonstrated a strong effect of K on biomass production and a higher water use efficiency with less of animpact on leaf-level physiology. This better water use was mainly the consequence of the positive effect of leafarea on yield, and not due to a reduce water use.