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

0

20

40

60

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100

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Temps / Intensité sécheresse

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thèse

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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MP

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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 1

Day 2

Day 3

NoyerNoyer

Sap Flow Density

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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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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

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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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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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100

% Mortality% Embolism

Barigah et al, unpublishedFeuillu (hêtre)

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atio

n

Nb de semaines après début de la sécheresse

Lethal xylem pressure, MPa

-15 -10 -5 0

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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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Pression de sève létale, MPa

Pression de sève, MPa

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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

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0-3-6

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6.0P. padus

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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

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Le « Coût » de la cavitation

Hacke et al 2001

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P50, MPaCochard et al 2007

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P50, MPa

-7 -6 -5 -4 -3

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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