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UMR Agroécologie

Ecophysiolgie des Légumineuses (EcoLeg)

Animation : Anne-Sophie VOISIN

Par leur capacité à fixer l’azote atmosphérique de l’air, les légumineuses fournissent une source d’azote « biologique » aux systèmes de culture, et constituent ainsi un groupe fonctionnel complémentaire des autres espèces cultivées. Toutefois, les légumineuses sont actuellement peu représentées dans les systèmes de culture actuels, car l’intensification de l’agriculture a remplacé cette fonction biologique par l’apport d’engrais chimiques. Les légumineuses ont par conséquent un rôle clé à jouer dans l’évolution de l’agriculture vers des systèmes de culture reposant sur une gestion «  agroécologique » des ressources.

Toutefois, les rendements des légumineuses sont aujourd’hui limités par leur forte sensibilité aux stress abiotiques, dont l’intensité et la fréquence sont amplifiés par le changement climatique actuellement en cours. Ainsi, la modification des températures induite par le changement climatique implique de redéfinir les caractères variétaux permettant l’adaptation de ces cultures aux différents contextes pédoclimatiques. Par ailleurs, le prélèvement d’azote, qui repose sur un processus biologique, est très sensible aux stress édaphiques en général, et au stress hydrique en particulier. De plus, la mise en place de la symbiose fixatrice a un coût en énergie pour la plante, qui limite la croissance racinaire des légumineuses, et donc leur capacité à prélever eau et minéraux. Une meilleure compréhension et  une meilleure valorisation de l’interaction non seulement avec les partenaires symbiotiques mais aussi avec l’ensemble des communautés microbiennes du sol devraient permettre d’augmenter la tolérance de la fixation symbiotique à ces stress. Enfin, les services liés aux flux d’azote générés par les légumineuses, prenant leur effet à l’échelle de la culture ou de la succession de cultures, sont aujourd’hui peu valorisés, car mal caractérisés. Or il existe une diversité d’espèces, aux potentiels d’adaptation pédoclimatiques variés, pour lesquelles ces services mériteraient d’être quantifiés et valorisés.

Dans ce contexte, l’objectif finalisé de l’équipe d’écophysiologie est de contribuer à la conception d’idéotypes de légumineuses annuelles (à titre d’exemples : pois, féverole, soja, vesce, …), fournissant des services écosystémiques, valorisant les interactions avec les microorganismes du sol, et adaptées au changement climatique.

Nos travaux thématiques consistent en premier lieu en une démarche analytique d’écophysiologie visant à caractériser les réponses des légumineuses à certains facteurs biotiques et abiotiques, à l’aide de cadres d’analyse de type « structure-fonction », représentant les interactions entre nutrition azotée et nutrition carbonée à l’échelle de la plante. Cette démarche, couplée ou non à d’autres disciplines (notamment transcriptomique, métabolomique) prend en compte la variabilité génétique intra ou interspécifique, en interaction avec les généticiens et les physiologistes moléculaires du pôle GEAPSI.

Notre démarche est appliquée à 3 thématiques principales :

-          L’étude de la réponse des plantes ou peuplements aux températures hivernales et aux fortes températures de fin de cycle

-          La caractérisation de la mise en place des interactions trophiques entre légumineuses et symbiontes et de leur impact sur la nutrition azotée.

-          L’analyse de la tolérance et de la résilience de la nutrition azotée de la légumineuse vis-à-vis du stress hydrique, en interaction avec les communautés microbiennes du sol.

Cette démarche analytique s’appuie sur des développements méthodologiques. En particulier, les travaux analytiques sont intégrés dans des modèles, visant à représenter le fonctionnement des légumineuses soit à l’échelle de la plante entière, avec le modèle d’architecture racinaire PEA-NOD, soit à l’échelle du peuplement, avec le modèle de culture AZODYN-Pois (coll. UMR Agronomie). Les mesures s’appuient sur un dispositif expérimental spécifique au sein de la plate-forme de phénotypage haut-débit 4PMI dans laquelle nous développons des dispositifs de cultures en rhizotrons ainsi que des méthodologies d’analyse d’images.

Dans une démarche  d’agrégation de processus ou caractères, les résultats de ces travaux analytiques et/ou leur intégration dans des modèles nous permettent d’identifier des traits de légumineuses déterminant des caractères d’adaptation ou des services tels que :

- Les caractères d’adaptations au changement climatique d’un peuplement de pois via l’utilisation du modèle de culture AFISOL, en collaboration avec des climatologues qui réalisent des projections climatiques.

- Les flux d’azote générés au champ dans le continuum sol-plante- atmosphère par un peuplement de légumineuses, durant sa culture et la culture suivante dans la rotation, via l’analyse comparée d’une diversité d’espèces de légumineuses, en collaboration avec des agronomes spécialisés en sciences du sol.

 

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