séminaire prad-maroc « l’adaptation des plantes aux stress abiotiques » rabat 6 juin 2010...
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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.
(IPCC 2001)
Nombre de jours secs consécutifs en été (précipitations < 1 mm)Modèle ARPEGE, Dequé M CNRM, Météo France
Un contexte climatique changeant
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
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
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
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Temps / Intensité sécheresse
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Résistances à la sécheresse des arbres
↑ Productivité ↑ Résilience
La résilience des arbres à la sécheresse est-elle liée à leur capacité de maintenir un système conducteur de sève brute fonctionnel?
Le fonctionnement ‘Hydraulique’ des arbres
Hours
0 6 12 18 24
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P
TSap flow density, dm3 dm-2 h-1
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
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P = – RH*Flux
Analogie à la loi d’Ohm
RH=1/KH
Cochard et al 1997
Cavitation
Cavitation
Tra
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Heures du jour
Transpiration, mmol s-1 Plant-10.0 0.5 1.0 1.5 2.0
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Day 4
Day 1
Day 2
Day 3
NoyerNoyer
Sap Flow Density
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al-3.0
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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
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Transpiration de l’arbre
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Potentiel hydrique, MPa-5 -4 -3 -2 -1
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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
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Maïs
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Xylem Pressure, MPa
-6 -5 -4 -3 -2 -1 0
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Cochard 2002
Neghliz, Cochard & Martre unpublished
Chêne
Fonctionnement intégré des plantesCoordination entre flux liquide et gazeux
Vulnérabilité à la cavitation
Pressions de sève très négatives
-1/-10 MPa
•Risque vaporisation de l’eau •Bulles d’air dans le système conducteur
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
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
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
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
Indice d'aridité du milieu selon Rameau et al
XXX XX X x m f h hh H
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Pa
-8
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Xerophile mesophile HygrophilehygroclineHyperxerophile
Arbres
Arbustes Rameau et alFlore Forestière Française
Cavitation : caractère adaptatif pour la survie en conditions xériques ?
Indi
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Indice d’acidité
Brendel & Cochard 2010
La répartition des espèces selon les milieux est lié à la vulnérabilité à la cavitation des espèces
forestières
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
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% M
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100
% Mortality% Embolism
Barigah et al, unpublishedFeuillu (hêtre)
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n
Nb de semaines après début de la sécheresse
Lethal xylem pressure, MPa
-15 -10 -5 0
Xyl
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ActinostrobusCallitrisDacrycarpusLagarostrobus
Brodribb & Cochard 2009
Comment la cavitation est-elle reliée à la survie à la sécheresse?
Conifères
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de
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Pression de sève létale, MPa
Pression de sève, MPa
% C
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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
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eEspèces xérophiles
0-3-6
Espèces hygrophiles
Evitement
Tolérance
0-3-6
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P50, MPa
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P. spinosa
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P. domestica
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P. amygdalusP. cerasifera
Densité du bois, g cm-30.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
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Le « Coût » de la cavitation
Hacke et al 2001
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P50, MPaCochard et al 2007
collapse
P50, MPa
-7 -6 -5 -4 -3
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10
15
20
25
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Grande variabilité intra-spécifique des traits hydrauliques
Descendance de Prunus X
Identification de génotype plus performants(tolérance + évitement)
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