Architecture et fonctionnement du cacaoyer (Theobroma cacao L.) – Variabilité dans des vergers en mélange de descendances et effets de l’ombrage

Architecture and functioning of cacao (Theobroma cacao L.) – Variability in orchards of mixed-progenies and response to shade

• Auteur / Autrice : Thomas Wibaux
• Direction : Pierre Eric Lauri, Rémi Vezy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie fonctionnelle et Sciences Agronomiques (EFSA)
• Date : Soutenance le 10/12/2024
• Etablissement(s) : Institut Agro
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Agrosystèmes Biodiversifiés (Montpellier ; 2003-....)
• Partenaire(s) de recherche : École d’inscription : L'Institut Agro Montpellier (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Alexia Stokes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alexia Stokes, Brunella Morandi, Catherine Collet, Gerhard Buck-Sorlin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Brunella Morandi, Catherine Collet

Mots clés

Mots clés libres

Floraison

Architecture végétale

Theobroma cacao

Agroforesterie

Variabilité phénotypique

Interception lumineuse

Flowering

Tree architecture

Theobroma cacao

Agroforestry

Phenotypic variability

Light capture

Résumé

Le cacaoyer (Theobroma cacao) est un arbre fruitier originaire des sous-bois de la forêt amazonienne. En Côte d’Ivoire, premier producteur mondial de cacao, il est généralement cultivé à haute densité sous un couvert hétérogène d’arbres forestiers ou fruitiers. Ce mode de culture repose sur deux particularités botaniques de l’espèce : ses traits de fonctionnement foliaire adaptés à l’ombrage et sa capacité à produire des fleurs et des fruits sur son tronc (cauliflorie). Cependant, ce modèle de culture entraîne des variations d’accès à la lumière entre cacaoyers, en raison de l’ombrage des arbres associés et de la compétition lumineuse entre cacaoyers. En outre, la diffusion de matériel végétal hybride et le semis fréquent de graines issues de recombinaisons non contrôlées ont favorisé le développement d’une importante variabilité génétique dans les plantations, se traduisant par une forte variabilité de croissance, de floraison et de production des cacaoyers. Cette diversité phénotypique complique la gestion des vergers, d’autant que les connaissances sur la variabilité phénotypique et ses causes demeurent limitées.Pour mieux comprendre les déterminants et les conséquences de cette variabilité, deux études ont été menées dans une plantation agro-industrielle ivoirienne. Dans la première étude, nous avons suivi chaque semaine, pendant 4 années, la floraison et la production d’un échantillon de 120 cacaoyers âgés de 7 ans. L’analyse des traits de floraison et de production a révélé d’importantes différences entre les arbres en matière de stratégies reproductives au cours d’une saison. Une analyse d’indices d’irrégularité et d’alternance des floraisons et productions entre saisons successives met en évidence d’importantes variations des rythmes reproductifs des arbres, en lien avec des écarts de floraison sur les troncs et dans les couronnes. Ces différences de fonctionnement des cacaoyers au sein d’un même verger reflètent l’hétérogénéité de leurs réponses à la conduite de la culture et au climat, et suggèrent un probable contrôle endogène.Dans la seconde étude, deux génotypes de cacaoyers multipliés par greffage ont été soumis pendant 10 mois à différents niveaux d’ombrage, simulés à l’aide de filets horticoles. Des mesures architecturales à l’échelle de l’arbre, de l’axe, de l’unité de croissance et du phytomère ont été réalisées sur 15 arbres de chaque génotype. Un suivi hebdomadaire de la floraison, à l’échelle du phytomère, a également été effectué sur 9 de ces arbres. Les analyses révèlent une plasticité architecturale en réponse à l’ombrage, inattendue pour cet arbre sciaphile, ainsi qu’un fort effet dépressif de l’ombrage sur la formation des inflorescences.Les résultats de ces deux études apportent une meilleure compréhension de la variabilité du fonctionnement des cacaoyers dans le contexte de la cacaoculture ivoirienne, ainsi que des effets de l’ombrage sur la plante. Par ailleurs, les mesures architecturales permettent de mieux comprendre les facteurs contrôlant le développement et la synchronicité des sites de floraison de l’arbre. Ces premiers travaux apportent des connaissances nouvelles sur l’architecture et le fonctionnement reproductif du cacaoyer et ouvrent des perspectives de recherche appliquée en agronomie.

The cacao tree (Theobroma cacao) is a fruit tree native to the understory of the Amazon rainforest. In Côte d'Ivoire, the world's leading cocoa producer, it is typically grown at high density under a heterogeneous canopy of forest or fruit trees. This cropping model relies on two botanical characteristics of the species: the tree exhibits photosynthetic and respiratory traits typical of shade-adapted trees, and it produces flowers and fruits on its trunk (cauliflory). However, this model creates significant variations in light access among cacao trees, due to shading from associated trees and intense competition for light within the cacao stratum. Furthermore, the use of genetically distant parentages in breeding programs to produce improved hybrids, combined with their uncontrolled inbreeding in farmer’s fields over the past 60 years, has led to substantial genetic variability in plantations. As a result, cacao trees within a single orchard can display high levels of variation in growth, flowering, and production. This phenotypic diversity complicates crop management, especially as knowledge about the extent and causes of this variability remains limited.To better understand the determinants and consequences of phenotypic variability among cacao trees, two studies were conducted in an agro-industrial plantation in Côte d'Ivoire. In the first study, we monitored the flowering and fruit production of a sample of 120 seven-year-old cacao trees weekly over a period of four years. Analysis of seasonal flowering strategies and pod production revealed significant differences among trees in terms of reproductive traits. An analysis of seasonal irregularity and alternation indices for flowering and production highlighted significant differences in reproductive rhythms among trees, linked to variations in trunk flowering. These functional differences among cacao trees within the same orchard reflect their heterogeneous responses to cultivation practices and climate, suggesting probable endogenous control.In the second study, two cacao genotypes propagated by grafting were subjected to different shading levels simulated with horticultural nets. Architectural measurements at the level of the tree, axis, growth unit, and phytomer were taken on 15 trees of each genotype after 10 months of shading. Weekly monitoring of flowering at the phytomer level was also conducted on nine of these trees over the 10-month period. Analyses revealed an unexpected architectural plasticity in response to shading in this shade-adapted tree, as well as a strong depressive effect of shading on inflorescence formation.The results of these two studies provide a better understanding of cacao tree variability in the context of Ivorian cacao cultivation and the effects of shading on the plant. Additionally, the architectural measurements provide novel insights into the factors controlling the development and synchrony of flowering sites in this cauliflorous tree. These initial studies offer new insights into the architecture and reproductive functioning of the cacao tree and open new paths for applied agronomic research on cacao.