Le tournesol et l`eau
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Le tournesol et l’eau : de nouvelles approches face au changement climatique Nicolas Langlade (INRA LIPM) Pierre Maury (INP-ENSAT) En collaboration avec Pierre Casadebaig (INRA AGIR) , Luc Champolivier (Terres Inovia), Philippe Debaeke (INRA AGIR) et Brigitte Mangin (INRA LIPM) Journées d’échanges Tournesol – Toulouse 28 & 29 juin 2016 10 années de recherches collaboratives 1 Le tournesol et l’eau Place du tournesol dans l’assolement (sec ou irrigué) en fonction de la ressource en eau Effets du tournesol sur la disponibilité en eau pour la culture suivante Réponse à l’irrigation du tournesol (règles, stades, doses…) Conduite du tournesol en régime pluvial (optimisation de l’itinéraire technique) Evaluer et accroître la tolérance à la sécheresse du tournesol (stratégies agronomiques et génétiques) Journées d’échanges Tournesol – Toulouse 28 & 29 juin 2016 10 années de recherches collaboratives 2 Question Quelle culture est la plus tolérante à la sécheresse ? 1. La luzerne 2. Le maïs 3. La betterave 4. Le pois 5. Le tournesol Journées d’échanges Tournesol – Toulouse 28 & 29 juin 2016 10 années de recherches collaboratives 3 Réponse Quelle culture est la plus tolérante à la sécheresse ? 1. La luzerne 2. Le maïs 3. La betterave 4. Le pois Le facteur de réponse du rendement (Kγ) à l’eau 5. Le tournesol (données FAO Studeto et al., 2012) Perte de rendement (1.25) (1.15) (1.10) (1.00) (0,95) Manque d’eau Journées d’échanges Tournesol – Toulouse 28 & 29 juin 2016 10 années de recherches collaboratives 4 Le tournesol et l’eau (7mm/jours) Élevée 250 200 Toulouse 2003 ETP 150 (3mm/jours) Blé Faible Demande climatique (mm) 100 Tournesol Pluie 50 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Une demande en eau élevée et des disponibilités faibles (« pas » irrigation, sols peu profonds) (mois) Fortes Faibles Disponibilités (Pluies) (ESCO sècheresse INRA, 2006) ⇒ Risque de sécheresse accentué par le changement climatique Journées d’échanges Tournesol – Toulouse 28 & 29 juin 2016 10 années de recherches collaboratives 5 Réponse du tournesol au déficit hydrique CLIMAT CONDUITE CULTURALE SOL Modèle « écophysiologique » Modèle de « culture » Prédire/ comprendre le fonctionnement d’un génotype dans une situation de sécheresse Journées d’échanges Tournesol – Toulouse 28 & 29 juin 2016 10 années de recherches collaboratives 6 Fonctionnement hydrique de la plante T°, HR %, Patm (VPD de l’air ) DEMANDE E (transpiration) CO2 CONTRÔLE BIOLOGIQUE* du flux transpiratoire E = gs x VPD Conductance stomatique (gs) gs= f ([ABA], Ψf) [ABA] =f (FTSW) OFFRE Comment quantifier le « contrôle » biologique en fonction du dessèchement du sol? Fraction d’eau Transpirable du sol (FTSW) (D’après F. Tardieu) * Par unité de surface foliaire de la plante Journées d’échanges Tournesol – Toulouse 28 & 29 juin 2016 10 années de recherches collaboratives 7 Méthode de Phénotypage du contrôle biologique du flux transpiratoire DEMANDE « Indépendante» + H2O E(- H20) = gs(- H20) x VPDn = E(+ H20) = gs (+ H20) x VPDn - H2O P. Casadebaig OFFRE sol « Contrôlée » ⇒ Quantifier la réponse de la transpiration de la plante au déficit hydrique du sol Journées d’échanges Tournesol – Toulouse 28 & 29 juin 2016 10 années de recherches collaboratives 8 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 r² = 0.815 FTSWc = -8.159 a 0.0 Processus (Normalisé) 1.2 Modéliser la réponse de processus au déficit hydrique 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Y = F (a , X) 1.2 Fraction d’eau Transpirable du sol (FTSW) (Sinclair et al 1986) ⇒ Evaluer la sensibilité de différents processus au déficit hydrique ⇒ Comparer le fonctionnement de différents génotypes soja (Liu 2005), sorgho et maïs (Gholipoor 2012, 2013)… Journées d’échanges Tournesol – Toulouse 28 & 29 juin 2016 10 années de recherches collaboratives 9 Transpiration Normalisée La réponse de la transpiration à la contrainte hydrique est-elle dépendante du génotype (tournesol)? Evitement Tolérant Fraction d’eau Transpirable du sol (FTSW) Y = F (a G, X) G1 G2 G3 G4 G5 (Casadebaig et al. 2008, Rengel et al. 2012) Projet SUNYFUEL 2008-11 Journées d’échanges Tournesol – Toulouse 28 & 29 juin 2016 10 années de recherches collaboratives 10 Jeune Transpiration (NTL) Analyse de la réponse de la transpiration au déficit hydrique : échelle « feuille » PHENOTYPAGE SENSIBLE (précoce) La feuille « matûre » est plus représentative du fonctionnement hydrique de la plante Agée Transpiration (NTL) Matûre Transpiration (NTL) Proportion de feuilles mâtures (/plante) (Andrianasolo et al. 2016) TOLERANCE (tardive) SENSIBLE (précoce) Végétative (V10) 35 % Floraison (R5.5) 60 % AGRONOMIQUE La proportion des différents types de feuilles sur la plante expliquerait la différence de sensibilité de la plante à des déficits hydriques en phase végétative / post floraison Journées d’échanges Tournesol – Toulouse 28 & 29 juin 2016 10 années de recherches collaboratives 11 Comparaison de la réponse de processus au déficit hydrique: transpiration et photosynthèse _______ TRANSPIRATION 0 1 FTSW Processus Processus Processus ------------ PHOTOSYNTHESE 0 FTSW Processus/type de réponse Transpiration Photosynthèse tardive tardive 1 (Andrianasolo et al. 2016) intermédiaire précoce précoce tardive Différences génotypiques => Évaluées par simulation à l’aide du modèle de culture SUNFLO Journées d’échanges Tournesol – Toulouse 28 & 29 juin 2016 10 années de recherches collaboratives 12 SUNFLO (Debaeke et al., 2010; Lecoeur et al., 2011; Casadebaig et al., 2011, Andrianasolo et al 2014) Paramètres variétaux FTSW CLIMAT • Température min/max • ETP • Rayonnement global • Précipitations Contrainte hydrique: • a_LE • a_TR Y = F (a G, X) CONDUITE • Date semis • Densité de levée • Date récolte • Fertilisation • Irrigation PLANTE SOL • profondeur du sol = estimation de la réserve utile • Reliquat azoté Evaluer l’intérêt d’une stratégie adaptative dans un contexte hydrique donné Caractériser « la contrainte hydrique » perçue par la variété Journées d’échanges Tournesol – Toulouse 28 & 29 juin 2016 10 années de recherches collaboratives 13 13 Travaux en cours Génotype X EAU Modèle de culture « SUNFLO » Idéotypes ECOPHYSIOLOGIE Evaluer la « stabilité/variation » des paramètres variétaux (/transpiration) en fonction du développement de la plante (végétatif/ post-floraison) Introduire de nouveaux paramètres variétaux dans SUNFLO/ réponse de la photosynthèse à la contrainte hydrique PHENOTYPAGE Développer des méthodes de phénotypage à « haut débit » pour différents processus Journées d’échanges Tournesol – Toulouse 28 & 29 juin 2016 10 années de recherches collaboratives 14 Question n°1 Combien de plantes de tournesol faut-il pour remplir sa friteuse de 2L d’huile ? 1. 2. 3. 4. 50 100 500 1000 ??? Journées d’échanges Tournesol – Toulouse 28 & 29 juin 2016 10 années de recherches collaboratives 15 Réponse n°1 Combien de plantes de tournesol faut-il pour remplir sa friteuse de 2L d’huile ? 1. 2. 3. 4. 50 100 500 1000 ??? Réponse : 2 litres 1.8kg 25q/ha avec 60 000 plantes par ha 40 g de graines par plante Teneur en huile 44% 18g d’huile par plante 100 plantes donnent 2 litres d’huile Journées d’échanges Tournesol – Toulouse 28 & 29 juin 2016 10 années de recherches collaboratives 16 Question n°2 Combien coûte un jour de sécheresse aux agriculteurs de Midi-Pyrénées ? 1. 2. 3. 4. 5. 200 000 € 1 000 000 € 2 000 000 € 6 000 000 € 60 000 000 € ? Journées d’échanges Tournesol – Toulouse 28 & 29 juin 2016 10 années de recherches collaboratives 17 Réponse n°2 Combien coûte un jour de sécheresse aux agriculteurs de Midi-Pyrénées ? 1. 2. 3. 4. 5. 200 000 € 1 000 000 € 2 000 000 € 6 000 000 € 60 000 000 € ? Réponse dans la présentation … Ecoutez bien ! Journées d’échanges Tournesol – Toulouse 28 & 29 juin 2016 10 années de recherches collaboratives 18 Plateforme Heliaphen • Première plateforme robotisée en pots en extérieur • 1300 plantes • Conduite du stress et phénotypage de graine à graine • Méthodes de phénotypage ciblée pour les paramètres du modèle de culture Journées d’échanges Tournesol – Toulouse 28 & 29 juin 2016 10 années de recherches collaboratives 19 Plateforme Heliaphen Journées d’échanges Tournesol – Toulouse 28 & 29 juin 2016 10 années de recherches collaboratives 20 Plateforme Heliaphen • Première plateforme robotisée en pots en extérieur • 1300 plantes • Conduite du stress et phénotypage de graine à graine • Méthodes de phénotypage ciblée pour les paramètres du modèle de culture Journées d’échanges Tournesol – Toulouse 28 & 29 juin 2016 10 années de recherches collaboratives 21 SUNRISE en bref 1 projet 2012 - 2020 9 laboratoires de recherche publics 6 entreprises semencières 1 institut technique 80 scientifiques 10 groupes de travaux 21 M€ de budget sur 8 ans, dont 7M€ d’aides publiques 01/07/2016 PROJET SUNRISE 2016 22 Un projet multi-disciplinaire Approche de biologie des systèmes Bases moléculaires de la tolérance au stress hydrique et de l’hétérosis Développer des biomarqueurs Modéliser le fonctionnement moléculaire et physiologique pour prédire la tolérance 01/07/2016 Approche génétique et agronomique intégrée Bases génétiques de l’élaboration du rendement et de la tolérance au stress hydrique Prédire de nouveaux idéotypes dans les conditions climatiques et de culture futures PROJET SUNRISE 2016 Approche intégrée de sciences économiques Estimer l’impact des nouveaux idéotypes sur la compétitivité de la filière Dimension territoriale, nationale et internationale 23 Approche combinée de génétique et de modélisation agronomique Biologie moléculaire Modèle de culture OLEOSOL SUNRISE Génétique Quantitive Connaissance fonctionnelle Amélioration variétale 01/07/2016 Confidentiel PROJET SUNRISE 2016 24 Perspectives et challenges 25 Perspectives et challenges Description du stress • Drought stress is different according to genotypes Rengel et al., 2012 • Need to describe stress - for each genotype - during time • • Biomarker for drought stress more throughput, rapid • Biomarkers for other abiotic and biotic stresses Marchand PhD, 2014 26 Perspectives et challenges Phénotypage Phénotypage plus précis et complet pour « nourrir » les modèles de culture - Drones Phénologie Peuplement – – Biomasse Réponses au stress 27 Perspectives et challenges Phénotypage Phénotypage plus précis et complet pour « nourrir » les modèles de culture - Plateforme de phénotypage Scénarios de stress Etude fine d’éco-physiologie Description des variétés cultivées Silhouette obtenue avec la barrière lumineuse 28 Perspectives et challenges Génétique et génomique Biologie moléculaire Modèle de culture OLEOSOL SUNRISE Génétique Quantitive Connaissance fonctionnelle Sécheresse: 1 Amélioration variétale 29 Perspectives et challenges Génétique et génomique Sécheresse Azote Thermique froid Thermique chaud OLEOSOL SUNRISE Sécheresse: 1+5 QTL Azote: 20 QTL Froid: 9 QTL Génétique Quantitive Biologie moléculaire Connaissance fonctionnelle Amélioration variétale 30 Perspectives et challenges Génétique et génomique Scénarios climatiques Génétique d’association Allèle Sélection génomique Génome Prédiction Modèle de culture Simulation Biologie moléculaire 31 Remerciements Financeurs • AGIR Inra INP Toulouse • LIPM Inra CNRS • Partenaires OLEOSOL / SUNRISE ANR ANRT FEDER FUI Inra Promosol Région Midi-Pyrénées Terres Inovia 32
