Séminaire PRAD-Maroc « L’adaptation des plantes aux stress abiotiques » Rabat 6 Juin 2010...
-
Upload
alvere-dupuis -
Category
Documents
-
view
108 -
download
2
Transcript of Séminaire PRAD-Maroc « L’adaptation des plantes aux stress abiotiques » Rabat 6 Juin 2010...
![Page 1: Séminaire PRAD-Maroc « L’adaptation des plantes aux stress abiotiques » Rabat 6 Juin 2010 Fonctionnement hydraulique et adaptation des arbres aux stress.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062404/551d9dd6497959293b8e63a5/html5/thumbnails/1.jpg)
Séminaire PRAD-Maroc
« L’adaptation des plantes aux stress abiotiques »Rabat 6 Juin 2010
Fonctionnement hydraulique et
adaptation des arbres aux stress hydriques
Hervé COCHARD Stéphane HERBETTEUMR 547 PIAFINRA-Université Blaise PascalClermont-Ferrand
Abdellah KAJJIINRA-CRRA Meknès.
![Page 2: Séminaire PRAD-Maroc « L’adaptation des plantes aux stress abiotiques » Rabat 6 Juin 2010 Fonctionnement hydraulique et adaptation des arbres aux stress.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062404/551d9dd6497959293b8e63a5/html5/thumbnails/2.jpg)
(IPCC 2001)
Nombre de jours secs consécutifs en été (précipitations < 1 mm)Modèle ARPEGE, Dequé M CNRM, Météo France
Un contexte climatique changeant
![Page 3: Séminaire PRAD-Maroc « L’adaptation des plantes aux stress abiotiques » Rabat 6 Juin 2010 Fonctionnement hydraulique et adaptation des arbres aux stress.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062404/551d9dd6497959293b8e63a5/html5/thumbnails/3.jpg)
Actuelle
2050 2100
Frequency distribution
Hêtre Fagus sylvatica
Badeau and Dupouey 2005
Evolution de l’aire de répartition potentielle du Hêtre en France au cours du siècle à venir
Des impacts écologiques
majeurs pour les
écosystèmes forestiers
![Page 4: Séminaire PRAD-Maroc « L’adaptation des plantes aux stress abiotiques » Rabat 6 Juin 2010 Fonctionnement hydraulique et adaptation des arbres aux stress.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062404/551d9dd6497959293b8e63a5/html5/thumbnails/4.jpg)
Actuelle
2050 2100
Fréquences de distribution
Evolution de l’aire de répartition potentielle du Chêne vert en France au cours du siècle à venir
Chêne vert Quercus ilex
Badeau and Dupouey 2005
Des impacts écologiques
majeurs pour les
écosystèmes forestiers
![Page 5: Séminaire PRAD-Maroc « L’adaptation des plantes aux stress abiotiques » Rabat 6 Juin 2010 Fonctionnement hydraulique et adaptation des arbres aux stress.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062404/551d9dd6497959293b8e63a5/html5/thumbnails/5.jpg)
Questions pour la recherche- Définir de nouvelles pratiques
culturales (densité de plantation, éclaircies) ?
- Est-ce que les espèces actuelles peuvent s’acclimater ou s’adapter à des conditions plus sèches ?
- Comment identifier des génotypes ou écotypes plus résistants à la sécheresse ?
- Doit-on substituer les essences actuelles par des essences exotiques plus résistantes à la sécheresses ?
Meilleure compréhension des bases physiologiques et moléculaires de la résistance à la sécheresse des arbres
![Page 6: Séminaire PRAD-Maroc « L’adaptation des plantes aux stress abiotiques » Rabat 6 Juin 2010 Fonctionnement hydraulique et adaptation des arbres aux stress.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062404/551d9dd6497959293b8e63a5/html5/thumbnails/6.jpg)
0
20
40
60
80
100
Inte
nsit
é du
pr
oces
sus
Temps / Intensité sécheresse
Su
rvie
Cro
issance
Conductance stom
atiqueP
ho
tosyn
thèse
Résistances à la sécheresse des arbres
↑ Productivité ↑ Résilience
![Page 7: Séminaire PRAD-Maroc « L’adaptation des plantes aux stress abiotiques » Rabat 6 Juin 2010 Fonctionnement hydraulique et adaptation des arbres aux stress.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062404/551d9dd6497959293b8e63a5/html5/thumbnails/7.jpg)
La résilience des arbres à la sécheresse est-elle liée à leur capacité de maintenir un système conducteur de sève brute fonctionnel?
![Page 8: Séminaire PRAD-Maroc « L’adaptation des plantes aux stress abiotiques » Rabat 6 Juin 2010 Fonctionnement hydraulique et adaptation des arbres aux stress.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062404/551d9dd6497959293b8e63a5/html5/thumbnails/8.jpg)
Le fonctionnement ‘Hydraulique’ des arbres
Hours
0 6 12 18 24
le
af
, MP
a
-3
-2
-1
0
Sa
p F
low
De
ns
ity
dm
3 d
m-3
h-1
0.0
0.5
1.0
1.5vp
d, h
Pa
0
5
10
15
20
Rg
, Wm
-2
0
200
400
600
800
1000
P
TSap flow density, dm3 dm-2 h-1
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
le
af ,
MP
a
-3
-2
-1
0
P = – RH*Flux
Analogie à la loi d’Ohm
RH=1/KH
Cochard et al 1997
Cavitation
Cavitation
Tra
nspi
rati
onPr
essi
on d
e sè
veM
Pa
Heures du jour
![Page 9: Séminaire PRAD-Maroc « L’adaptation des plantes aux stress abiotiques » Rabat 6 Juin 2010 Fonctionnement hydraulique et adaptation des arbres aux stress.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062404/551d9dd6497959293b8e63a5/html5/thumbnails/9.jpg)
Transpiration, mmol s-1 Plant-10.0 0.5 1.0 1.5 2.0
Xyl
em w
ater
pre
ssur
e, M
Pa
-1.2
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
Day 4
Day 1
Day 2
Day 3
NoyerNoyer
Sap Flow Density
0 1 2 3
Wat
er P
ote
nti
al-3.0
-2.0
-1.0
0.0
Chêne sessileChêne sessile
Effets d’une sécheresse sur le Effets d’une sécheresse sur le fonctionnement hydraulique de l’arbre fonctionnement hydraulique de l’arbre
La fermeture stomatique évite le La fermeture stomatique évite le développement d’un déficit hydrique intense développement d’un déficit hydrique intense dans l’arbre et contrôle le risque de cavitation dans l’arbre et contrôle le risque de cavitation
Cavitation Cavitation
Transpiration de l’arbre
Pre
ssio
n d
e s
ève
Transpiration de l’arbre
Pre
ssio
n d
e s
ève
![Page 10: Séminaire PRAD-Maroc « L’adaptation des plantes aux stress abiotiques » Rabat 6 Juin 2010 Fonctionnement hydraulique et adaptation des arbres aux stress.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062404/551d9dd6497959293b8e63a5/html5/thumbnails/10.jpg)
Potentiel hydrique, MPa-5 -4 -3 -2 -1
Con
du
ctan
ce S
tom
atiq
ue
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
% C
AV
ITA
TIO
N0
20
40
60
80
100
Tra
ns
pir
ati
on
de
l’arb
re
Pression de sève
« Contrôle » stomatique
de la cavitation
Xylem pressure, MPa
-3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0
% c
avi
tatio
n
0
10
20
30
40
50
60
70
Rel
ativ
e pl
ant w
ater
loss
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Maïs
Blé
Xylem Pressure, MPa
-6 -5 -4 -3 -2 -1 0
Lea
f ev
apor
atio
n ra
te
0
1
2
3
4
5
% C
avit
atio
n0
20
40
60
80
100
Cochard 2002
Neghliz, Cochard & Martre unpublished
Chêne
Fonctionnement intégré des plantesCoordination entre flux liquide et gazeux
![Page 11: Séminaire PRAD-Maroc « L’adaptation des plantes aux stress abiotiques » Rabat 6 Juin 2010 Fonctionnement hydraulique et adaptation des arbres aux stress.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062404/551d9dd6497959293b8e63a5/html5/thumbnails/11.jpg)
Vulnérabilité à la cavitation
Pressions de sève très négatives
-1/-10 MPa
•Risque vaporisation de l’eau •Bulles d’air dans le système conducteur
![Page 12: Séminaire PRAD-Maroc « L’adaptation des plantes aux stress abiotiques » Rabat 6 Juin 2010 Fonctionnement hydraulique et adaptation des arbres aux stress.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062404/551d9dd6497959293b8e63a5/html5/thumbnails/12.jpg)
XYL’EM
Techniques de mesure de la cavitationEmissionsAcoustiquesTyree et al 1985
Perte de conductance hydrauliqueSperry et al 1988Injection d’air
Cochard et al 1992
CentrifugationCochard et al 2005
![Page 13: Séminaire PRAD-Maroc « L’adaptation des plantes aux stress abiotiques » Rabat 6 Juin 2010 Fonctionnement hydraulique et adaptation des arbres aux stress.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062404/551d9dd6497959293b8e63a5/html5/thumbnails/13.jpg)
Pression de sève, MPa0-2-4-6-8-10-12
% c
avit
atio
n Populus
Quercus robur
Pinus
Prunus
Juniperus
Buxus
Vulnérabilité à la cavitation de quelques espèces
![Page 14: Séminaire PRAD-Maroc « L’adaptation des plantes aux stress abiotiques » Rabat 6 Juin 2010 Fonctionnement hydraulique et adaptation des arbres aux stress.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062404/551d9dd6497959293b8e63a5/html5/thumbnails/14.jpg)
Mécanisme de formation de la cavitationRupture capillaire d’un ménisque air/eau
Paroi poreuse entre deux vaisseaux
PonctuationsParoi pecto-cellulosique poreuse
Rupture capillaire d’une ménisque
Cavitation = paramètre structurel, propriété intrinsèque du boisTravaux en cours sur les bases génétique de la cavitation
![Page 15: Séminaire PRAD-Maroc « L’adaptation des plantes aux stress abiotiques » Rabat 6 Juin 2010 Fonctionnement hydraulique et adaptation des arbres aux stress.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062404/551d9dd6497959293b8e63a5/html5/thumbnails/15.jpg)
La vulnérabilité à la cavitation est liée aux préférences écologiques des espèces forestières
Les essences des milieux secs sont plus résistantes à la cavitation
P50
P50
![Page 16: Séminaire PRAD-Maroc « L’adaptation des plantes aux stress abiotiques » Rabat 6 Juin 2010 Fonctionnement hydraulique et adaptation des arbres aux stress.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062404/551d9dd6497959293b8e63a5/html5/thumbnails/16.jpg)
Indice d'aridité du milieu selon Rameau et al
XXX XX X x m f h hh H
Vul
néra
bili
té à
la c
avit
atio
n P
50, M
Pa
-8
-6
-4
-2
Xerophile mesophile HygrophilehygroclineHyperxerophile
Arbres
Arbustes Rameau et alFlore Forestière Française
Cavitation : caractère adaptatif pour la survie en conditions xériques ?
Indi
ce d
’arid
ité
Indice d’acidité
Brendel & Cochard 2010
La répartition des espèces selon les milieux est lié à la vulnérabilité à la cavitation des espèces
forestières
![Page 17: Séminaire PRAD-Maroc « L’adaptation des plantes aux stress abiotiques » Rabat 6 Juin 2010 Fonctionnement hydraulique et adaptation des arbres aux stress.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062404/551d9dd6497959293b8e63a5/html5/thumbnails/17.jpg)
Comment la cavitation est-elle reliée à la survie à la sécheresse?
Fagus sylvatica
Weeks after drought onset
0 2 4 6 8 10 12
% E
mbo
lism
0
20
40
60
80
100
% M
orta
lity
0
20
40
60
80
100
% Mortality% Embolism
Barigah et al, unpublishedFeuillu (hêtre)
% c
avit
atio
n
Nb de semaines après début de la sécheresse
![Page 18: Séminaire PRAD-Maroc « L’adaptation des plantes aux stress abiotiques » Rabat 6 Juin 2010 Fonctionnement hydraulique et adaptation des arbres aux stress.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062404/551d9dd6497959293b8e63a5/html5/thumbnails/18.jpg)
Lethal xylem pressure, MPa
-15 -10 -5 0
Xyl
em p
ress
ure
at
50%
Em
bo
lism
-15
-10
-5
0
Xyl
em p
ress
ure
at
95%
sto
mat
al c
losu
re
-15
-10
-5
0
ActinostrobusCallitrisDacrycarpusLagarostrobus
Brodribb & Cochard 2009
Comment la cavitation est-elle reliée à la survie à la sécheresse?
Conifères
Pre
ssio
n d
e sè
ve à
50%
de
cavi
tati
on
Pre
ssio
n d
e sè
ve à
95%
de
fer
met
ure
sto
mat
iqu
e
Pression de sève létale, MPa
![Page 19: Séminaire PRAD-Maroc « L’adaptation des plantes aux stress abiotiques » Rabat 6 Juin 2010 Fonctionnement hydraulique et adaptation des arbres aux stress.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062404/551d9dd6497959293b8e63a5/html5/thumbnails/19.jpg)
Pression de sève, MPa
% C
avit
atio
nFonctionnement hydraulique et comportement
des espèces ligneuses en réponse à la sécheresse
Pourquoi les espèces ne sont-elles pas toutes très résistantes à la cavitation ?
0-3-6 Ou
vert
ure
sto
mat
iqu
eEspèces xérophiles
0-3-6
Espèces hygrophiles
Evitement
Tolérance
0-3-6
Espèces mésophiles
Evitement0
100 Tolérance
![Page 20: Séminaire PRAD-Maroc « L’adaptation des plantes aux stress abiotiques » Rabat 6 Juin 2010 Fonctionnement hydraulique et adaptation des arbres aux stress.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062404/551d9dd6497959293b8e63a5/html5/thumbnails/20.jpg)
P50, MPa
-7 -6 -5 -4 -3
Inte
r-ve
ssel
wal
l thi
ckne
ss
of la
rger
ves
sels
, µm
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0P. padus
P. cerasus
P. avium
P. persica
P. spinosa
P. mahaleb
P. domestica
P. armeniaca
P. amygdalusP. cerasifera
Densité du bois, g cm-30.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
Ten
sion
de
sève
, MP
a in
duis
ant 5
0% d
'em
boli
e
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
P50,
MP
a
Le « Coût » de la cavitation
Hacke et al 2001
Epa
isse
ur d
es p
aroi
s, µ
m
P50, MPaCochard et al 2007
collapse
![Page 21: Séminaire PRAD-Maroc « L’adaptation des plantes aux stress abiotiques » Rabat 6 Juin 2010 Fonctionnement hydraulique et adaptation des arbres aux stress.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062404/551d9dd6497959293b8e63a5/html5/thumbnails/21.jpg)
P50, MPa
-7 -6 -5 -4 -3
Num
ber
0
5
10
15
20
25
30
Grande variabilité intra-spécifique des traits hydrauliques
Descendance de Prunus X
Identification de génotype plus performants(tolérance + évitement)
![Page 22: Séminaire PRAD-Maroc « L’adaptation des plantes aux stress abiotiques » Rabat 6 Juin 2010 Fonctionnement hydraulique et adaptation des arbres aux stress.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062404/551d9dd6497959293b8e63a5/html5/thumbnails/22.jpg)
CONCLUSIONS
• La résistance à la cavitation est l’une des clés de la tolérance à la sécheresse des plantes• Propriété structurelle (anatomique) du bois• Techniques de mesure opérationnelles• Outil pour la sélection pour la tolérance à la sécheresse
PERSPECTIVES
• Explorer la variabilité intra et inter spécifique de la résistance à la cavitation (peuplier, hêtre, pin maritime, caroubier)• Identifier les bases génétiques de la résistance à la cavitation• Identifier des génotypes plus performants face aux contraintes hydriques