Modifications dans la teneur en azote et en phosphore des feuilles, la photosynthèse, la respiration, la croissance et l’efficacité d’utilisation des ressources d’un cultivar de colza en fonction de la sécheresse et de températures élevées

Citation

Biswas, D.K., Ma, B.L., Morrison, M.J. (2019). Changes in leaf nitrogen and phosphorus content, photosynthesis, respiration, growth, and resource use efficiency of a rapeseed cultivar as affected by drought and high temperatures. Canadian Journal of Plant Science, [online] 99(4), 488-498. http://dx.doi.org/10.1139/cjps-2018-0023

Résumé en langage clair

Il faut bien comprendre les effets des stress environnementaux sur les stades végétatif et reproducteur des cultures pour évaluer les effets des changements climatiques et de la variabilité climatique sur la production des cultures. Cependant, on en connaît peu sur les effets de la sécheresse et des températures élevées ainsi que sur la combinaison de ces stress sur l’azote (N) et le phosphore (P) des feuilles, les principaux processus physiologiques comme la photosynthèse et la respiration ainsi que l’efficacité d’utilisation des ressources (c.-à-d. l’utilisation de l’eau et de l’azote). efficacité énergétique) chez les plantes cultivées. Le colza (Brassica napus) est une importante culture oléagineuse dans 28 pays et une culture prometteuse comme biocarburant dans les régions arides, semi-arides et tempérées. Malgré le fait que la prédiction des changements climatiques futurs s’accompagne d’une forte variabilité temporelle et spatiale, peu d’attention a été accordée aux effets de la sécheresse et/ou des températures élevées sur le développement végétatif des plantes de colza. La limitation de la photosynthèse et de la croissance par des facteurs de stress environnementaux tels que la sécheresse et les températures élevées pourrait être associée à une modification des concentrations de N et de P chez les plantes, dans lesquelle l’assimilation du carbone et de l’azote est couplée dans le métabolisme. Cependant, les interactions de la variabilité climatique, en particulier la sécheresse et le stress thermique, avec les éléments nutritifs des plantes ont reçu beaucoup moins d’attention. Par conséquent, nous avons conçu une étude en chambre de croissance contrôlée pour vérifier l’hypothèse selon laquelle la sécheresse, les températures élevées et leur combinaison modifieraient de manière différentielle les concentrations de N et de P dans les feuilles, les principaux processus physiologiques, la croissance et l’efficacité d’utilisation des ressources chez les plantes. Nous avons constaté que la sécheresse réduisait les concentrations de N de 22 % et les concentrations de P de 23 % par rapport aux plantes témoins. Par conséquent, en cas de sécheresse, la teneur totale en N et en P des feuilles diminuait jusqu’à 43 % et 44 %, respectivement. Les résultats obtenus pour la concentration et la teneur totale en N et en P du colza soumis à une sécheresse modérée concordent avec l’idée que les pousses sont métaboliquement désactivées pendant une courte période de sécheresse pour réduire la consommation d’eau et de nutriments, tandis que les racines sont métaboliquement activées pour accroître la consommation de ressources afin d'atténuer les effets de la sécheresse. Nos résultats montrent également que la sécheresse pourrait réduire l’augmentation de la minéralisation du sol, la disponibilité et l'absorption des éléments nutritifs induits par des températures élevées dans le cadre d’un traitement combiné contre la sécheresse et les températures élevées. Ces changements dans les concentrations de N et de P de même que dans la croissance des plantes sont importants pour déterminer les besoins des plantes en éléments nutritifs ou pour recommander des engrais lorsqu’il est probable que les plantes subissent un stress dû à la sécheresse ou à des températures élevées.

Résumé

© 2019, Institut agricole du Canada. Tous droits réservés. L’objectif de cette étude était d’explorer les variations dans la teneur en azote (N) et en phosphore (P) des feuilles, les processus physiologiques, la croissance et l’efficacité d’utilisation des ressources chez un cultivar de colza soumis à la sécheresse et/ou à des températures élevées. Des semis de deux semaines ont été cultivés en chambre de croissance contrôlée et soumis à des conditions individuelles ou combinées d'eau (bien irriguées, 88 % ± 4 % de la capacité au champ par rapport à la sécheresse, 46 % ± 5 % de la capacité au champ) et de température (témoin, 23 °C/17 °C vs températures élevées, 26 °C/25 °C) pendant 10 jours. Les paramètres de réponse mesurés étaient la [N] et de [P], leur teneur totale dans les feuilles, le taux de photosynthèse (Asat), la conductance stomatique (Gs), la concentration de CO2 intercellulaire (CI), la respiration mitochondriale (R), l’efficacité intrinsèque d’utilisation de l’eau (WUEI), l’efficacité d’utilisation de l’azote photosynthétique (PNUE), le taux de croissance relatif des racines (RGRR) et des pousses (RGRs), la surface foliaire et l’accumulation de matière sèche dans la plante. La sécheresse a significativement diminué la [N] et de [P] ainsi que leur teneur totale dans les feuilles, l'Asat, la Gs, la CI, le RGRR, le RGRs, la surface foliaire, l'accumulation de matière sèche dans les racines, les pousses et la plante entière, ainsi que la PNUE, mais a significativement augmenté la R et la WUEI. La réduction de la croissance ou l’Asat induite par la sécheresse a été principalement attribuée à une diminution de la CI due à la fermeture des stomates, tandis que la réduction de la Gs et de la surface foliaire semblait être un mécanisme d’adaptation à la sécheresse. À lui seul, le stress dû à la température élevée n’a pas eu d’effet négatif sur les paramètres physiologiques et de croissance, ce qui indique une stabilité thermique accrue du cultivar, laquelle a diminué en présence d’un stress combiné de sécheresse et de température élevée. Nous concluons donc que la stabilité thermique du cultivar en termes de croissance a été compromise par la survenance simultanée de la sécheresse et de stress thermiques.