Impact de la fertilisation phosphatée et de la mycorhization arbusculaire sur le développement de porte-greffes de noyers fruitiers micropropagés. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

The impact of the cultivation practices on arbuscular mycorrhizal symbiosis mechanism in a walnut tree - corn agroforestry system

Impact de la fertilisation phosphatée et de la mycorhization arbusculaire sur le développement de porte-greffes de noyers fruitiers micropropagés.

Résumé

The English walnut (Juglans regia L.) is the main species cultivated for the production of edible nuts. Owing to a sparse canopy and a deep rooting system, walnut is an ideal species for alley cropping, an agroforestry practice able to enhance productivity through interplant facilitative mechanisms. Walnut agroforestry requires the large scale production of seedling rootstocks selected to provide the best anchorage, vigour, and tolerance of pathogens. Due to the heterozygosity of walnut, the characteristics of agronomical interest of the chosen cultivar are not inherited via seed propagation. In vitro plant tissue culture thus plays a key role in mass propagation of high-quality walnut rootstocks. Micropropagation of walnut explants needs an ex vitro acclimatization phase to repair the in vitro induced abnormalities, and further requires a post-acclimatization growth in greenhouse conditions when plantlets become photoautotrophic. However, poor survival and slow growth rates are common difficulties encountered in nurseries when establishing micropropagated walnut saplings. As many other fruit and nut bearing trees, walnut exhibits a high dependency on symbiotic soil-borne arbuscular mycorrhizal (AM) fungi for development due to a coarse root architecture that limits soil inorganic phosphate (Pi) uptake. In the context of rootstock production, the aim of this thesis was to investigate at different development stages the establishment of seven walnut rootstocks of economic interest, upon inoculation or not with an AM fungus and two contrasting Pi fertilization regimes. We demonstrated that biotization with the AM fungus Rhizophagus irregularis improves the development of micropropagated walnut rootstocks at two decisive stages, namely ex vitro and post-vitro acclimatization. Under low-Pi conditions, biotization increases seedling performance attributes including biomass, leaf number, stem height, photosynthesis efficiency and leaf nutrition (carbon, nitrogen, and Pi). We concluded that the AM fungus improves walnut Pi nutrition, which in turn leads to increased photosynthetic rates and improved plant growth. We also showed that these benefits are rootstock-dependent, indicating that walnut mycorrhizal dependency for Pi nutrition varies between cultivars, and that the symbiotic phosphate uptake pathway may be differentially recruited depending on the chosen rootstock. We then sought to identify in Juglans spp. the phosphate transporters inducible by AM colonization. Detection of putative orthologues of the AM-specific phosphate transporter MtPT4 of the model legume Medicago truncatula was performed with Orthofinder using the BLAST all-vs-all algorithm, which identified three putative orthologues in J. regia and J. microcarpa. We validated these candidates through their expression analysis upon inoculation or not with the AM fungus R. irregularis in Pi-deficient and Pi-replete conditions. To address the benefits of mycorrhizal walnuts in alley cropping, we experimentally simulated using compartmentalized microcoms a walnut agroforestry system in which young walnut hybrid roostocks RX1 (J. regia x J. microcarpa) were connected or not by a common mycelial network (CMN) to maize (Zea maize L.) plants grown under contrasting Pi supply levels. Within a few weeks, the inoculum reservoir formed by walnut saplings allowed the mycorrhization of maize roots, thereby giving access to the maize nutrient pool. We showed that hyphal connections under P deficient condition result for both plants in growth and nutritional benefits comparable to P sufficient condition without a CMN. We concluded that a CMN is able to alleviate Pi deficiency in co-cultivated walnut and maize plants, and may therefore contribute to limit the use of chemical fertilizers in agroforestry systems.
Le noyer anglais (Juglans regia L.) est la principale espèce cultivée pour la production de noix comestibles. Sa canopée peu dense et son système d'enracinement profond font du noyer une espèce idéale pour la culture en allées, une pratique agroforestière pouvant améliorer la productivité en favorisant les mécanismes de facilitation inter-plantes. L'agroforesterie du noyer fruitier nécessite la production à grande échelle de porte-greffes (PG) sélectionnés pour offrir le meilleur ancrage, la meilleure vigueur et la meilleure tolérance aux agents pathogènes. En raison de l'hétérozygotie du noyer qui ne reproduit pas à l'identique ces caractéristiques, la multiplication végétative in vitro joue un rôle clé dans la propagation des PG de noyer fruitier de qualité. La micropropagation des explants végétaux nécessite une phase d'acclimatation ex vitro pour réparer les anomalies induites in vitro, puis une post-acclimatation en serre lorsque les plantules deviennent photoautotrophes. Cependant, une faible survie et des taux de croissance lents sont des difficultés courantes rencontrées dans les pépinières lors de l'établissement de vitroplants. Comme beaucoup d'arbres fruitiers et à noix, le noyer présente une forte dépendance à l'égard des champignons mycorhiziens à arbuscules (MA) symbiotiques du sol pour sa nutrition phosphatée et son développement en raison de racines peu ramifiées qui limitent l'absorption du phosphate inorganique du sol (Pi). Dans le contexte de la production de PG de noyer fruitier, cette thèse a consisté à analyser, à différents stades de développement, l'établissement de sept PG présentant un intérêt économique, après inoculation ou non par un champignon MA dans des conditions contrastées de disponibilité en Pi. Nous avons démontré que la biotisation par le champignon MA Rhizophagus irregularis améliore le développement des PG lors de l'acclimatation ex vitro et post-vitro. Lors d'une carence en Pi, la biotisation augmente comparativement aux témoins les caractéristiques de performance des vitroplants, notamment la biomasse, le nombre de feuilles, la hauteur des tiges, l'efficacité photosynthétique et la nutrition foliaire (carbone, azote, Pi). Toutefois, ces avantages dépendent du PG, suggérant un recrutement différentiel de la voie d'absorption symbiotique du Pi selon le cultivar étudié. Ceci nous a conduit à identifier chez les Juglans spp. les transporteurs de Pi inductibles par la mycorhization. La détection des orthologues putatifs du transporteur de phosphate MtPT4 spécifique de la symbiose MA chez la légumineuse modèle Medicago truncatula, réalisée avec Orthofinder à l'aide de l'algorithme BLAST all-vs-all, a permis d'identifier trois orthologues putatifs chez J. regia et chez J. microcarpa. Nous avons validé ces candidats par l'étude comparative de leur expression après inoculation ou non par R. irregularis dans des conditions contrastées de disponibilité en Pi. Afin d'étudier les avantages de la mycorhization du noyer en culture en allées, nous avons simulé à l'aide de microcosmes compartimentés un système agroforestier dans lequel le PG RX1 (J. regia x J. microcarpa) est relié ou non par un réseau mycélien commun (RMC) à des racines de maïs (Zea maize L.), cultivé dans des conditions contrastées de disponibilité en Pi. En huit semaines, le réservoir de propagules fongiques formé par les racines de noyer a permis la mycorhization du maïs, autorisant ainsi un accès aux résidus de fertilisation. Nous avons montré que le RMC développé lors d'une carence en Pi conduit chez les deux plantes en co-culture à des bénéfices en termes de croissance et de nutrition, comparables à ceux observés sans mycorhization et sans carence. Cette étude démontre qu'un RMC peut pallier une carence phosphatée chez le maïs et le noyer élevés en co-culture, et donc contribuer à limiter l'apport d'intrants chimiques en systèmes agroforestiers.
Fichier principal
Vignette du fichier
98094_MORTIER_2021_archivage.pdf (8.42 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03614996 , version 1 (21-03-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03614996 , version 1

Citer

Emma Mortier. Impact de la fertilisation phosphatée et de la mycorhization arbusculaire sur le développement de porte-greffes de noyers fruitiers micropropagés.. Sciences agricoles. Université Bourgogne Franche-Comté, 2021. Français. ⟨NNT : 2021UBFCK068⟩. ⟨tel-03614996⟩
196 Consultations
248 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More