Variabilité intraspécifique de l’efficience d’utilisation de l’eau dans une famille de chêne pédonculé (Quercus robur L.) : causes physiologiques et/ou anatomiques, Variability of water-use efficiency in a pedunculate oak (Quercus robur L.) family : physiological and/or anatomical causes

Magali Roussel

Description

Sous la direction de Jean-Marc Guehl
Thèse soutenue le 14 octobre 2008: Nancy 1
Le chêne pédonculé est une espèce présentant une forte variabilité intra-spécifique d'efficience d'utilisation de l'eau (WUE) dont le déterminisme génétique a été démontré. WUE est un caractère complexe qui, à l'échelle foliaire, est défini par le rapport entre le taux d’assimilation nette de CO2 (A) et la conductance stomatique pour la vapeur d’eau (gs). Ce rapport - estimé par la composition isotopique en 13C de la matière organique (?13C)- est influencé par une multitude de facteurs physiologiques et structuraux qui conditionnent A (quantité de chlorophylle, épaisseur des différents tissus…) et gs (densité stomatique…). La comparaison pour ces traits foliaires de génotypes issus d'une même famille de plein-frères de chêne pédonculé, en conditions non-limitantes, a permis de montrer que la variabilité de WUE, dans cette famille, était surtout liée à gs et non aux capacités photosynthétiques. Pour approfondir ce travail, une étude a été menée sur la possibilité d'utiliser les variations de composition isotopique en oxygène (16O/18O) de l'eau foliaire et de la matière organique foliaire pour décomposer des différences d'efficience d'utilisation de l'eau en composantes photosynthétiques et transpiratoires. Les résultats de cette étude laissent envisager la possibilité d’utiliser l'outil isotopique 18O comme estimateur de gs chez le chêne pédonculé, mais seulement en conditions contrôlées, et après améliorations des techniques d’extractions de la matière organique.
-WUE
Pedunculate oak is a species that shows a large intraspecific variability of water-use efficiency (WUE). The genetic determinism of WUE in this species has been demonstrated. WUE is a complex trait which is defined at a leaf level as the ratio of net CO2 assimilation rate (A) on stomatal conductance for water vapor (gs). This ratio – estimated with carbon isotope composition of organic matter (?13C) – is therefore influenced by numerous physiological or anatomical traits that influence A (chlorophyll content, thickness of leaf tissue) or gs (stomatal density…). The comparison of genotypes belonging to a same full-sib family of pedunculate oak, in non-limiting conditions, for these foliar traits has shown that the variability of WUE in this family was linked to the variability of gs instead of photosynthetic capacity. To go further, a study has been done on the possibility to use the variations of the isotope composition of oxygen (16O/18O) of leaf water and leaf organic matter to decompose the differences in water-use efficiency in its photosynthetic and transpiratory components. The results of this study has shown that the 18O signature coulb be used as a proxy for gs for pedunculate oak, but only in controlled conditions, and after amelioration of organic matter extraction procedures.
Source: http://www.theses.fr/2008NAN10090/document

Informations

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• Nombre de lectures: 109
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 3 Mo

Extrait

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FACULTE DES SCIENCES & TECHNIQUES

U.F.R. Sciences & Techniques Biologiques
Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie Ressources Procédés Produits Environnement
Département de Formation Doctorale Sciences Agronomiques et Forestières, Biologie et Ecologie, Biotechnologies


Thèse
présentée pour l'obtention du titre de
Docteur de l'Université Henri Poincaré, Nancy-I
en Biologie Forestière


par Magali ROUSSEL


Variabilité intraspécifique de l’efficience d’utilisation de l’eau dans une
famille de chêne pédonculé (Quercus robur L.): causes physiologiques et/ou
anatomiques

Soutenue publiquement le 14 octobre 2008

Membres du jury:

Rapporteurs: M. Hervé COCHARD Directeur de Recherche, INRA Clermont-Ferrand
M. Guillaume TCHERKEZ Professeur, Université Paris XI
Examinateurs: M. Pierre DIZENGREMEL Professeur, UHP Nancy-I
M. Grégoire LE PROVOST Chargé de Recherche, INRA Bordeaux
M. Oliver BRENDEL Chargé de Recherche, INRA Nancy
(Co-encadrant de thèse)
M. Jean-Marc GUEHL Directeur de Recherche, INRA Nancy
(Directeur de thèse)

_________________________________________________________________________
Equipe Bioclimatologie - UMR 1137 (Ecologie et Ecophysiologie Forestières) – IFR 110 -
INRA Centre de Nancy - F-54280 Champenoux
Remerciements

Pour éviter tout oubli: merci à tous!

Je tenais tout de même à exprimer toute ma gratitude envers toutes celles et ceux qui m'ont apporté
leur soutien, leur concours technique (préparation des plants à Bordeaux et à Nancy, entretien des
plants et récolte, quelques analyses au spectro, quelques photos au MEB, quelques pesées de pots…),
mais aussi à toutes ces personnes qui, à grand renfort d'humour et de blagounettes, ont amené quelques
rayons de soleil en ce bas monde lorrain.

Enfin, ces remerciements s'adressent plus particulièrement à ma famille et aux amis, pour leur appui
tout au long de ces années, et ce, dans tous les domaines.

Table des matières
Introduction générale............................................................................................................................ 1
Rappels bibliographiques ..................................................................................................................... 3
1 Efficience d'utilisation de l'eau, et utilisation des isotopes de carbone ................................................................ 3
1.1 Efficience d’utilisation de l’eau et échelles d'intégration ............................................................................ 3
13
1.2 Discrimination isotopique du C.................................................................................................................. 5
2 Décomposition de l'efficience d'utilisation de l'eau à l’échelle plante entière et foliaire, et apport des isotopes
de l'oxygène comme estimateur de la conductance stomatique .............................................................................. 9
2.1 A l'échelle "plante entière"........................................................................................................................... 9
2.2 A l’échelle foliaire...................................................................................................................................... 11
2.3 Utilisation des isotopes de l’oxygène comme estimateur de la conductance stomatique ........................... 15
Problématique et objectifs principaux de cette thèse ............................................................................................ 22
ère1 partie: Causes physiologiques et/ou anatomiques de la variabilité intra-spécifique de
l'efficience d'utilisation de l'eau chez le chêne pédonculé................................................................ 25
I.1 Introduction...................................................................................................................................................... 25
I.2 Matériel et méthodes........................................................................................................................................ 27
I.3 Analyse comparative des différentes méthodes de détermination de l'efficience d'utilisation de l'eau ........... 30
I.3.1 Comparaisons des différentes approches de détermination de l'efficience d'utilisation de l'eau ............ 30
I.3.2 Stabilité génotypique de l'efficience d'utilisation de l'eau estimée sur la base des valeurs de
discrimination isotopique pour différentes fractions organiques et sous conditions environnementales variées
.......................................................................................................................................................................... 34
I.4 Causes anatomiques et/ou physiologiques de la variabilité d'efficience d'utilisation de l'eau ......................... 40
I.4.1 Variabilité de l'efficience d'utilisation de l'eau et de ses composantes au sein de cette famille de chêne
pédonculé ......................................................................................................................................................... 40
I.4.2 Etudes des phénotypes extrêmes .............................................................................................................. 43
I.5 Conclusions...................................................................................................................................................... 85
ème2 partie: Estimation de la conductance stomatique par la composition isotopique en oxygène
18 de la matière organique foliaire et de l'eau foliaire..................................................................... 89
II.1 Introduction .................................................................................................................................................... 89
18
II.2 Relation entre conductance stomatique et composition en O de l'eau foliaire et de la matière organique
soluble foliaire....................................................................................................................................................... 90
II.2.1 Introduction ............................................................................................................................................ 90
II.2.2 Matériel & Méthodes.............................................................................................................................. 91
II.2.3 Résultats et discussion ............................................................................................................................ 96
II.2.4 Conclusions .......................................................................................................................................... 104
18II.3 Analyse de la composition isotopique en O des sucres solubles foliaires.................................................. 107
II.4 Conclusions .................................................................................................................................................. 121
Conclusions/Perspectives .................................................................................................................. 122
Annexe 1: Réponse de la conductance stomatique au VPD chez le chêne pédonculé ..................... 1
Introduction............................................................................................................................................................. 1
Matériel & Méthodes .............................................................................................................................................. 2
Matériel végétal et conditions de culture ........................................................................................................... 2
Réponse de la conductance stomatique au d