Sensibilités de la croissance foliaire aux contraintes abiotiques chez le blé. Relations entre processus, à différents niveaux, dans une diversité génétique élargie

Sensitivities of leaf growth to abiotic stress in wheat. Relationships between processes at different levels in a wide genetic diversity.

• Auteur / Autrice : Stéphane Leveau
• Direction : Pierre Martre, Boris Parent, Serge Zaka
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecophysiologie et adaptation des plantes
• Date : Soutenance le 17/11/2022
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Ecophysiologie des Plantes Sous Stress Environnementaux - LEPSE - Montpellier SupAgro
• Jury : Président / Présidente : Jacques David
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Martre, Boris Parent, Serge Zaka, Jacques David, Sophie Brunel, Philippe Debaeke, Céline Richard-Molard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sophie Brunel, Philippe Debaeke

Mots clés

Mots clés libres

Ecophysiologie

Variabilité génétique

Composante du rendement

Expanssion foliaire

Stress abioique

Triticeae (blé)

Ecophysiologie

Genetic variability

Yield component

Leaf expansion

Abiotic stress

Triticeae (wheat)

Résumé

La culture des céréales est soumise à des contraintes environnementales dont l'intensité et la fréquence ont augmenté au cours des deux dernières décennies, notamment sous l'effet du changement climatique. Ces conditions obligent les agriculteurs à mieux raisonner l'utilisation des intrants et le choix des variétés. Pour faire face à ces difficultés, les outils d'aide à la décision, composée de modèle de culture, apportent de l'information utile aux agriculteurs et techniciens agricoles. Ils permettent d'optimiser l'utilisation des intrants et adapter le choix des variétés aux contraintes locales. Ces outils se basent sur des modèles de simulation de la croissance des plantes, dont la capacité à prédire les interactions entre l'environnement et les variétés reste limitée. La principale limitation des modèles actuels, dans notre cas, réside dans la représentation de la croissance et du développement en réponses à la température, à la fertilisation azotée et au stress hydrique. Dans ce contexte, l'objectif de la thèse est d'expliciter la plasticité phénotypique de l'expansion foliaire du blé, la céréale la plus cultivée (en surface) au monde, en réponses aux contraintes abiotiques. Nous nous intéressons aux relations entre les différents processus de la croissance foliaire et du rendement, ainsi que leur composante, dans une diversité génétique. Nous avons bénéficié d'expérimentations en champs dans des conditions de fort et faible intrant hydrique et azotée avec des passages de PhenoMobile. Des expérimentations ont été conduites en plateforme de phénotypage haut-débit i) sur des conditions de température et de demande évaporative dans M3P PhenoDyn et ii) sur des conditions de stress hydrique sur M3P PhenoArch. Nous avons utilisé des ressources génétiques d'espèces sauvages et domestiquées puis des variétés sélectionnées et cultivées en Europe pour étudier la variabilité génétique et leur réponse.La première étude apporte des formalismes écophysiologiques de la croissance foliaire et de la transpiration en réponses à la température et à la demande évaporative. Dans une deuxième partie, nous proposons une méthode de sélection d'un sous-panel de génotype pour maximiser la diversité du rendement en fonction du nombre de grains chez les blés dur et le nombre d'épis pour le blé tendre. Cette étude a permis également de structurer les génotypes en fonction de leur rang de sensibilité aux contraintes de faible intrant d'irrigation et d'apport en azote. La troisième étude, explore ce sous-panel dans des scénarios de stress hydriques pour apporter des formalismes de réponses au potentiel hydrique du sol et en sortie des caractères génotypique. Ces variables nous permettent d'identifier le tallage comme facteur important de l'expansion foliaire en réponses au potentiel hydrique du sol. Dans notre dernière étude, nous montrons que les paramètres génotypiques estimés en plateforme peuvent être utilisés dans des modèles de cultures pour des projets aux champs. En sortie de cette thèse, nous avons des formalisés plante-environnement et les valeurs de paramètres de variété qui permet d'améliorer les modèles de culture. Dans le but d'améliorer la prédiction de la croissance et du développement des blés aux conditions environnementale abiotique, comme la température, la demande évaporative et le potentiel hydrique du sol.

Cereal production is subject to environmental constraints, the intensity and frequency of which have increased over the last two decades, particularly as a result of climate change. These conditions force farmers to reason the use of inputs and the choice of varieties. To face these difficulties, decision support tools, composed of crop models, provide useful information to farmers and agricultural technicians. They allow to optimize the use of inputs and to adapt the choice of varieties to local constraints. These tools are based on plant growth simulation models, whose capacity to predict the interactions between the environment and the varieties remains limited. The main limitation of current models, in our case, is the representation of growth and development in response to temperature, nitrogen fertilization and water stress. In this context, the objective of this thesis is to explain the phenotypic plasticity of leaf expansion in wheat in response to abiotic constraints. We are interested in the relationships between the different processes of leaf growth and yield, as well as their component, in a genetic diversity.We have benefited from field experiments under high and low water and nitrogen input conditions with PhenoMobile passages. Experiments were conducted in a high-throughput phenotyping platform i) under temperature and evaporative demand conditions in M3P PhenoDyn and ii) under water stress conditions in M3P PhenoArch. We used genetic resources of wild and domesticated species and then selected and cultivated varieties in Europe to study genetic variability and their response.The first study provides ecophysiological formalisms of leaf growth and transpiration in response to temperature and evaporative demand. In a second part, we propose a method for selecting a sub-panel of genotype to maximize yield diversity according to the grains number in durum wheat and the spikes number in bread wheat. This study also structured the genotypes according to their rank of sensitivity to the constraints of low irrigation input and nitrogen supply. The third study explores this sub-panel under water stress scenarios to provide formalisms of responses to soil water potential and genotypic trait output. These variables allow us to identify tillering as an important factor of shoot expansion in response to soil water potential. In our last study, we show that the genotypic parameters estimated in platform can be used in crop models for field projects. As an output of this thesis, we have formalized plant-environment and variety parameter values that can be used to improve crop models. In order to improve the prediction of wheat growth and development under abiotic environmental conditions, such as temperature, evaporative demand and soil water potential.