Séminaire PRAD-Maroc « L’adaptation des plantes aux stress abiotiques » Rabat 6 Juin 2010

1. Séminaire PRAD-Maroc «  L’adaptation des plantes aux stress abiotiques » Rabat 6 Juin 2010 Fonctionnement hydraulique et adaptation des arbres aux stress hydriques Abdellah KAJJI INRA-CRRA Meknès. Hervé COCHARD Stéphane HERBETTE UMR 547 PIAF INRA-Université Blaise Pascal Clermont-Ferrand

2. (IPCC 2001) Un contexte climatique changeant Nombre de jours secs consécutifs en été(précipitations < 1 mm) Modèle ARPEGE, Dequé M CNRM, Météo France

3. Actuelle Frequency distribution 2100 2050 Des impacts écologiques majeurs pour les écosystèmes forestiers Hêtre Fagus sylvatica Evolution de l’aire de répartition potentielle du Hêtre en France au cours du siècle à venir Badeau and Dupouey 2005

4. Actuelle Fréquences de distribution 2050 2100 Des impacts écologiques majeurs pour les écosystèmes forestiers Chêne vert Quercus ilex Evolution de l’aire de répartition potentielle du Chêne vert en France au cours du siècle à venir Badeau and Dupouey 2005

5. 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

6. ↑ Productivité ↑Résilience Survie Photosynthèse Conductance stomatique Croissance Temps / Intensité sécheresse Résistances à la sécheresse des arbres 100 80 60 Intensité du processus 40 20 0

7. La résilience des arbres à la sécheresse est-elle liée à leur capacité de maintenir un système conducteur de sève brute fonctionnel?

8. RH=1/KH Cavitation Cavitation Le fonctionnement ‘Hydraulique’ des arbres Transpiration T P Pression de sève MPa DP = – RH*Flux Analogie à la loi d’Ohm Heures du jour Cochard et al 1997

9. Noyer Chêne sessile Effets d’une sécheresse sur le fonctionnement hydraulique de l’arbre Pression de sève Pression de sève Cavitation Cavitation Transpiration de l’arbre Transpiration de l’arbre La fermeture stomatique évite le développement d’un déficit hydrique intense dans l’arbre et contrôle le risque de cavitation

10. Maïs Cochard 2002 Blé Neghliz, Cochard & Martre unpublished « Contrôle » stomatique de la cavitation Transpiration de l’arbre Chêne Pression de sève Fonctionnement intégré des plantes Coordination entre flux liquide et gazeux

11. Vulnérabilité à la cavitation Pressions de sève très négatives -1/-10 MPa • Risque vaporisation de l’eau • Bulles d’air dans le système conducteur

12. Techniques de mesure de la cavitation Emissions Acoustiques Tyree et al 1985 XYL’EM Perte de conductance hydraulique Sperry et al 1988 Injection d’air Cochard et al 1992 Centrifugation Cochard et al 2005

13. Vulnérabilité à la cavitation de quelques espèces Pinus Populus Quercus robur % cavitation Juniperus Prunus Buxus 0 -12 -10 -8 -6 -4 -2 Pression de sève, MPa

14. Mécanisme de formation de la cavitation Rupture capillaire d’un ménisque air/eau Rupture capillaire d’une ménisque Ponctuations Paroi pecto-cellulosique poreuse Paroi poreuse entre deux vaisseaux Cavitation = paramètre structurel, propriété intrinsèque du bois Travaux en cours sur les bases génétique de la cavitation

15. P50 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

16. La répartition des espèces selon les milieux est lié à la vulnérabilité à la cavitation des espèces forestières Indice d’aridité Indice d’acidité Rameau et al Flore Forestière Française Cavitation : caractère adaptatif pour la survie en conditions xériques ? Brendel & Cochard 2010

17. Feuillu (hêtre) Barigah et al, unpublished % cavitation Nb de semaines après début de la sécheresse Comment la cavitation est-elle reliée à la survie à la sécheresse?

18. Comment la cavitation est-elle reliée à la survie à la sécheresse? Conifères Pression de sève à 95% de fermeture stomatique Pression de sève à 50% de cavitation Pression de sève létale, MPa Brodribb & Cochard 2009

19. Fonctionnement hydraulique et comportement des espèces ligneuses en réponse à la sécheresse Espèces hygrophiles Espèces mésophiles Espèces xérophiles 100 Tolérance Tolérance Ouverture stomatique % Cavitation Evitement Evitement 0 -6 -3 0 -6 -3 0 -6 -3 0 Pression de sève, MPa Pourquoi les espèces ne sont-elles pas toutes très résistantes à la cavitation ?

20. Hacke et al 2001 Le « Coût » de la cavitation collapse Epaisseur des parois, µm P50, MPa P50, MPa Cochard et al 2007

21. Grande variabilité intra-spécifique des traits hydrauliques Descendance de Prunus X Identification de génotype plus performants (tolérance + évitement)

22. 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