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Variabilité structurale et fonctionnelle du xylème et plasticité en réponse à la sécheresse chez le peuplier, Variations in xylem structure and function and drought-induced plasticity in poplar

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Description

Sous la direction de Franck Brignolas, Gilles Pilate
Thèse soutenue le 23 juin 2010: Orléans
Cette thèse visait à caractériser l’architecture hydraulique du xylème chez les hybrides de peuplier Populusdeltoides × P. nigra et à juger de ses relations avec le fonctionnement hydrique et carboné de l’arbre en conditions d’irrigation contrastées. A cette fin, huit génotypes se distinguant par leur discrimination isotopique vis-à-vis du carbone 13 ont été cultivés en pépinière. Nos travaux ont permis de mettre en évidence d’importantes variations entre génotypes pour les caractéristiques anatomiques du xylème, l’efficience hydraulique de la tige et de la plante entière ainsi que la résistance à la cavitation. Nos travaux démontrent également que l’anatomie et la résistance à la cavitation du xylème s’ajustent aux conditions hydriques du milieu de façon génotype-dépendante. En condition hydrique non limitante, nous avons mis en évidence un compromis entre l’efficience hydraulique et la résistance à la cavitation ou le potentiel de croissance. Ces deux compromis expliquent la relation positive observée entre la résistance à la cavitationet le potentiel de croissance. En condition hydrique limitante, cette relation n’était toutefois plus observable. Aucune relation n’a pu être identifiée entre les propriétés hydrauliques et l’efficience d’utilisation de l’eau. Ces travaux suggèrent que certaines relations couramment observées à l’échelle inter-spécifique ne sont pas nécessairement applicables à des échelles d’étude plus réduites. Ce travail ouvre des perspectives sur le plan fondamental pour l’identification du déterminisme moléculaire à l’origine de la plasticité structurale observée et sur le plan appliqué, pour la création variétale.
-Architecture hydraulique
-Plasticité phénotypique
-Efficience d’utilisation de l’eau
-Variabilité génétique
-Vulnérabilité à la cavitation
This work aimed at characterizing xylem hydraulic architecture and at describing its relationships with whole plant water and carbon relations among Populus deltoides × P. nigra hybrids under contrasting water regimes. Eight genotypes differing in carbon isotope discrimination were grown in the field in a common garden test. Significant variations were observed between genotypes for all xylem anatomical characteristics, stem or whole-plant hydraulic efficiency and xylem resistance to cavitation. Drought-induced acclimation was observed for xylem structural features and xylem resistance to cavitation, but in a genotype-dependant manner. Under optimal irrigation, a trade-off was observed between hydraulic efficiency and xylem resistance to cavitation or growth performance. These two trade-offs translated into an uncommon positive relationship between xylem resistance to cavitation and growth performance. Under water deficit,this relationship broke down. No relationship could be detected between xylem hydraulics and water-use efficiency estimates. Our results suggest in part that several common relationships that are observed at the between-species level may not necessarily hold true at narrower scales. Further, this work opens up prospects both for identifying the molecular basis of xylem structural acclimation and for breeding strategies.
-Hydraulic architecture
-Phenotypic plasticity
-Water-use efficiency
-Vulnerability to cavitation
-Genetic variability
Source: http://www.theses.fr/2010ORLE2021/document

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Language English
Document size 24 MB

UNIVERSITÉ D’ORLÉANS
ÉCOLE DOCTORALE SCIENCES ET TECHNOLOGIES
Laboratoire de Biologie des Ligneux et des Grandes Cultures
Institut National de la Recherche Agronomique
THÈSE présentée par :
Régis FICHOT
soutenue le : 23 juin 2010
pour obtenir le grade de : Docteur de l’Université d’Orléans
Discipline/Spécialité : Physiologie et Biologie des Organismes – Populations -
Interactions
Variabilité Structurale et Fonctionnelle du
Xylème et Plasticité en Réponse à la
Sécheresse chez le Peuplier
THÈSE dirigée par :
Franck BRIGNOLAS Professeur, Université Orléans
Gilles PILATE Directeur de Recherche, INRA Orléans
RAPPORTEURS :
Reinhart CEULEMANS Professeur, Université Anvers, Belgique
Jean-Louis JULIEN Professeur, Université Clermont-Ferrand II
____________________________________________________________________
JURY :
Hervé COCHARD Directeur de Recherche, INRA Clermont-Ferrand - Président du Jury
Franck BRIGNOLAS Professeur, Université Orléans
Mireille CABANE Maître de Conférences, Université Nancy I
Reinhart CEULEMANS Professeur, Université Anvers, Belgique
Jean-Louis JULIEN Professeur, Université Clermont-Ferrand II
Gilles PILATE Directeur de Recherche, INRA Orléans
tel-00579446, version 1 - 23 Mar 2011tel-00579446, version 1 - 23 Mar 2011UNIVERSITÉ D’ORLÉANS
ÉCOLE DOCTORALE SCIENCES ET TECHNOLOGIES
Laboratoire de Biologie des Ligneux et des Grandes Cultures
Institut National de la Recherche Agronomique
THÈSE présentée par :
Régis FICHOT
soutenue le : 23 juin 2010
pour obtenir le grade de : Docteur de l’Université d’Orléans
Discipline/Spécialité : Physiologie et Biologie des Organismes – Populations -
Interactions
Variabilité Structurale et Fonctionnelle du
Xylème et Plasticité en Réponse à la
Sécheresse chez le Peuplier
THÈSE dirigée par :
Franck BRIGNOLAS Professeur, Université Orléans
Gilles PILATE Directeur de Recherche, INRA Orléans
RAPPORTEURS :
Reinhart CEULEMANS Professeur, Université Anvers, Belgique
Jean-Louis JULIEN Professeur, Université Clermont-Ferrand II
____________________________________________________________________
JURY :
Hervé COCHARD Directeur de Recherche, INRA Clermont-Ferrand - Président du Jury
Franck BRIGNOLAS Professeur, Université Orléans
Mireille CABANE Maître de Conférences, Université Nancy I
Reinhart CEULEMANS Professeur, Université Anvers, Belgique
Jean-Louis JULIEN Professeur, Université Clermont-Ferrand II
Gilles PILATE Directeur de Recherche, INRA Orléans
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tel-00579446, version 1 - 23 Mar 2011

tel-00579446, version 1 - 23 Mar 2011
tel-00579446, version 1 - 23 Mar 2011SOMMAIRE
SOMMAIRE
SOMMAIRE................................................................................................................................ 9
LISTE DES PRINCIPALES ABREVIATIONS................................................................................. 11
AVANT-PROPOS : PORTRAIT D’UN ARBRE « POPULAIRE ».................................................... 13
INTRODUCTION GENERALE ...................................................................................................... 15
Peuplier et populiculture......................................................................................................... 17
Problématique, objectifs et stratégie ........................................................................................ 21
ETAT DES CONNAISSANCES .................................................................................................... 27
1. Rappels sur la circulation de l’eau dans le continuum Sol - Plante - Atmopshère ....................... 29
1.1. Bases thermodynamiques des mouvements d’eau en phase liquide ................................ 29
1.2. La théorie de la Tension-Cohésion............................................................................... 30
1.3. Modélisation des tranferts hydriques dans le continuum Sol - Plante - Atmosphère..............32
1.4. Circulation xylèmienne ............................................................................................... 36
1.4.1. Ultrastructure des éléments conducteurs du xylème.............................................. 36
1.4.2. Modélisation du flux au sein des éléments conducteurs......................................... 38
2. Limites de fonctionnement du système vasculaire : cavitation et embolie ................................. 39
2.1. Mécanisme de formation de l’embolie estivale............................................................................39
2.2. Mesurer et quantifier l’embolie estivale : courbes de vulnérabilité à la cavitation et
paramètres descriptifs associés...................................................................................................42
2.3. Variabilité de la vulnérabilité à l’embolie estivale .......................................................................45
2.3.1. Variabilité inter-spécifique ..................................................................................................45
2.3.2. Variabilité intra-spécifique ..................................................................................................46
2.3.3. Variabilité entre organes .....................................................................................................47
2.3.4. Plasticité phénotypique.......................................................................................................47
2.4. Les coûts associés à la « résistance » à l’embolie estivale .......................................................48
2.4.1. Résistance à l’embolie estivale et efficience hydraulique................................................49
2.4.2. Résistance à l’embolie estivale et propriétés mécaniques du xylème............................50
3. Coordination entre l’architecture hydraulique et les relations hydriques et carbonées de l’arbre...51
CHAPITRE 1 VARIABILITE STRUCTURALE DU XYLEME ET PLASTICITE EN REPONSE A LA
SECHERESSE CHEZ POPULUS DELTOIDES × POPULUS NIGRA ........................................55
1. Présentation synthétique de l’article......................................................................................................57
Article : Xylem anatomy correlates with gas exchange, water-use efficiency and growth
performance under contasting water regimes : evidence from Populus deltoides × Populus nigra
hybrids ...................................................................................................................................................59
2. Transition..................................................................................................................................................72
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tel-00579446, version 1 - 23 Mar 2011