Dissertations / Theses on the topic 'Maïs – Racines (botanique)'

Nous avons étudié le rôle de l'allocation de carbone aux racines et de la morphologie racinaire sur la rhizodéposition du mai͏̈s au stade végétatif. Une très forte corrélation entre la quantité de rhizodépôts retrouvés dans le sol et la quantité d'assimilats récents attribués à la fois aux racines et au compartiment souterrain est observée. L'analyse des rhizodépôts montre que les composés solubles représentent plus de 90 % des composés libérés par les racines. De fortes corrélations entre les variables relatives au système racinaire et la quantité d'assimilats récents alloués aux racines sont observées. A partir des données obtenues, un modèle simple de libération de rhizodépôts soluble est proposé. Ainsi, cette rhizodéposition est expliquée à plus de 70 % par deux variables: le ratio P A/PR et le nombre d'apex. Il est désormais nécessaire de découpler l'ensemble des variables racinaires et hiérarchiser leur importance dans les processus de rhizodéposition.

L'objectif de ce travail était d'étudier la respiration rhizo-microbienne (respiration des rhizodépôts par les micro-organismes). Nous avons mis au point une méthode automatisée d'analyse en flux continu du 14C02 et du CO2 total libérés par le compartiment souterrain après le marquage ponctuel des assimilats du maïs au 14C. Nous avons obtenu une cinétique très fine de l'activité spécifique de la respiration souterraine, caractérisée par deux phases de dégagement de 14CO2. La première se produit quelques heures après le marquage et la seconde intervient au cours de la nuit. Cette dernière ne correspond pas uniquement à la respiration microbienne de composés complexes (mucilage) (Warembourg & Billès, 1979) car elle est également observée dans le cas de cultures où le compartiment souterrain a été maintenu stérile. Nous avons démontré que la seconde activité était étroitement liée à la photopériode et qu'elle résultait de l'utilisation par les racines et par les micro-organismes de composés de réserves (amidon), synthétisés dans les feuilles pendant la phase d'éclairement précédente. Nous avons pu mettre en évidence un léger décalage temporel entre l'allocation des assimilats aux racines, leur respiration par ces dernières, leur libération dans le sol et leur utilisation par la biomasse microbienne. Néanmoins, dans nos conditions expérimentales, ces décalages ne permettent pas d'identifier deux fonctions de respiration des assimilats, l'une racinaire et l'autre microbienne.

L'objectif de notre travail a consisté à étudier le rôle structurant de la rhizosphère de mai͏̈s sur les communautés bactériennes telluriques, en relation avec la disponibilité en rhizodépôts. Nous avons caractérisé ces communautés par leur densité en bactéries cultivables, leurs aptitudes cataboliques Biolog® ainsi que leur profil génétique RISA (Ribosomal Intergenic Spacer Analysis). Dès 15 jours de croissance, nous constatons un effet structurant de la rhizosphère, se traduisant en particulier par une augmentation de la diversité catabolique. De plus, le degré de proximité au rhizoplan induit un gradient structurant, tant sur le plan métabolique que génétique. En revanche, le profil des structures bactériennes le long du système racinaire est irrégulier. Le temps influence plus fortement les structures bactériennes que la compartimentaion racinaire. Ces observations apparaissent corrélées à une variabilité spatio-temporelle de la rhizodéposition. Afin de confirmer le rôle des rhizodépôts dans l'influence structurale de la rhizosphère, nous avons procédé à divers enrichissements de sols rhizosphériques et non rhizosphériques en carbone organique hydrosoluble, sous la forme d'exsudats artificiels. : Ceux-ci soutiennent la prolifération bactérienne, augmentent les aptitudes cataboliques et : modifient la diversité génétique. Leur action structurante est fonction de leur concentration (20 et 100 [micro]g C. G-1sol) et de leur diversité moléculaire (C/N=20 et 40). Les exsudats naturels participent donc vraisemblablement à la structuration des communautés rhizobactériennes mais la question des conséquences d'une modification structurale de la microflore sur ses fonctions reste posée.

Dans les pointes de rácines de mai͏̈s, le saccharose est converti en sucres-P utilisés pour la biosynthèse de polysaccharides ou dégradés via la respiration pour produire de l'ATP. Or, cet ATP est en grande partie gaspillé dans des cycles de substrat. Dans ce travail, nous avons étudié la répartition des sucres dans le métabolisme intermédiaire et l'impact de ces cycles sur ce partage. Nous avons développé une approche basée sur l'association de marquages, permettant de quantifier 28 flux impliqués dans le métabolisme des sucres. Nous avons montré l'existence d'un cycle de glucose 6-P, cycle de substrat majoritaire dans les pointes de racines. Cette approche a ensuite été appliquée au mai͏̈s mutant pour la Susy, puis en condition d'hypoxie. La réduction de l'activité Susy ne conduit qu'à une hausse du flux pariétal et une baisse de la respiration. L'hypoxie induit une réduction de tous les cycles de substrat mais leur importance en terme de consommation en ATP reste élevée
In maize root tips, sucrose is converted to sugar phosphates used for carbohydrates biosynthesis or degraded by respiration in order to produce ATP. Now this ATP is largely wasted by substrate cycles. In this work we have studied the partitioning of sugars in primary metabolism and the effect of these cycles on this partitioning. We have developed an association of labellings based approach allowing determination of 28 fluxes implied in metabolism of sugars. We have shown existence of glucose 6-P cycle, the major substrate cycle in maize root tips. This approach has been applied to maize mutant for Susy and then in hypoxia condition. Reduction of Susy activity drives only to an increase of wall flow and a decrease of respiration flow. Hypoxia induces a reduction of all the substrate cycles but their importance in term of ATP consumption remains high

Chez le maïs, la réduction de croissance sous forte demande évaporative pourrait être liée à l’état hydrique des plantes (Hsiao et al. , 1998) et/ou à la conductivité hydraulique entre le sol et les racines (Bouchabke et al. , 2006). Les difficultés pour contrôler les caractéristiques de l’interface sol-racines ont empêché d’éclaircir leurs rôles dans la réponse des plantes à la demande évaporative. La découverte des aquaporines ouvre la possibilité de comprendre le rôle de la conductivité hydraulique racinaire (Lpr), sur la croissance foliaire et les flux d’eau. Dans ce travail, des réductions de Lpr chez le maïs ont été imposées par des traitements décrits comme altérant Lpr par inhibition des aquaporines (charge acide, anoxie et péroxyde d’hydrogène). Ces traitements ont été combinés avec une gamme de demandes évaporatives, et les réponses à court terme de la croissance foliaire, des flux d’eau, et des potentiels hydriques ont été suivies. Les résultats ont montré que, en premier lieu, les aquaporines ont contrôlé une part importante des flux d’eau à travers la racine, en modifiant les gradients de potentiel hydrique plutôt que les flux d’eau. En second lieu, Lpr contrôle la sensibilité de la croissance foliaire aux fluctuations de la demande évaporative. En troisième lieu, la turgescence des cellules en croissance a répondu parallèlement à la croissance foliaire aux modifications de Lpr et de demande évaporative. Elle constitue donc une variable déterminante pour interpréter la réponse de la croissance dans ces conditions. Un modèle mathématique a été développé pour appuyer cette conclusion. En dernier lieu, à court terme, l’anoxie a inhibé la croissance en suivant la même cascade signalétique hydraulique que celle induite par les traitements visant l’inactivation des aquaporines racinaires. Pour conclure, les conditions environnementales qui modifient Lpr font de cette dernière un déterminant potentiel majeur de l’adaptation des plantes aux stress environnementaux
In maize, leaf growth reduction by increased evaporative demand appeared to depend on either plant water status (Hsiao et al. , 1998) and/or soil-to-root hydraulic conductivity (Bouchabke et al. , 2006). Difficulties in controlling soil-to-root characteristics has hindered to evaluate their role in plant responses to evaporative demand. The discovery of aquaporins and the recent insights into their gating properties offered the possibility to assess the role of root water uptake characteristics, in particular hydraulic conductivity of the roots (Lpr) for leaf growth rate and water flow in intact plants. In this thesis, Lpr reductions were induced by a range of treatments which affected Lpr by aquaporin down-regulation such as acid root loading, anoxia and hydrogen peroxide. These treatments were combined with a range of evaporative demands, and short term responses of leaf elongation rate, water flow and water potentials were followed. It was concluded that, firstly, aquaporins controlled an important part of the water transport across maize roots with primary impacts on water potential gradient rather than on water flow. Secondly, the Lpr controlled the responsiveness of leaf elongation rate to fluctuating evaporative demand. Thirdly, turgor pressure of growing cells responded like leaf elongation rate to combined changes in root hydraulic conductivity and plant transpiration rate, and could therefore explain the interactive effects of water availability and evaporative demand on leaf growth. A modelling approach was developed to further support this conclusion. Lastly, on a short term time scale, anoxia inhibited maize leaf growth following the same hydraulic signalling cascade as induced by pharmacological treatments targeting root aquaporin inactivation. We conclude that environmental conditions affecting Lpr, such as anoxia, class this variable as a putative strong determinant for whole plant adaptation to environmental stresses

Notre travail a pour but de mieux connaitre les secretions racinaires de type mucilage qui constituent la premiere zone de contact entre microorganismes rhizospheriques et racines. Le mais a ete choisi comme modele de reference. En premier lieu, une etude cytologique et cytochimique a permis de caracteriser in situ les secretions racinaires qui constituent la plus externe des trois couches de nature essentiellement polysaccharidique recouvrant la surface racinaire du mais et sont en interrelation etroite avec les couches parietales sous-jacentes. En second lieu, la caracterisation biochimique des secretions racinaires a necessite la mise au point d'un procede de recolte original du materiel libere par les racines en conditions controlees permettant successivement la collecte dans l'eau distillee des exsudats racinaires (er) bruts et l'extraction du materiel restant adherent a la surface racinaire (esr) a l'issue de la collecte des er par differents milieux aqueux (eau distillee, tampons salin, acide ou neutre). L'origine du materiel recolte sous forme d'exsudats racinaires (er) ou de differents extraits de la surface racinaire (esr) a pu etre precisee par des controles ultrastructuraux. Dans les deux cas, la mise au point d'un procede de fractionnement rigoureux du materiel brut a permis l'isolement et l'analyse des differentes fractions constitutives. Les resultats obtenus indiquent que la collecte des exsudats racinaires (er) est particulierement bien adaptee a l'isolement des secretions racinaires et a la caracterisation rigoureuse de leurs constituants polysaccharidiques mais aussi, pour la premiere fois, de leurs constituants proteiques. Par contre, les procedes d'extraction du materiel adherent a la surface racinaire (esr) induisent la contamination des secretions par du materiel d'origine parietale (esr/eau ou tampon neutre) et cytoplasmique (esr/tampon acide)

L'utilisation intensive de produits phytosanitaires en agriculture a engendré une contamination importante du sol et des eaux superficielles et profondes. Parmi les solutions biologiques (biostimulation et bioaugmentation) envisagées pour diminuer ces contaminations, la rhizostimulation consiste à tirer profit du fait que la plante modifie considérablement les conditions notamment biologiques du sol sous l'influence de son système racinaire en favorisant l'installation et le développement de populations de micro-organismes. Celles-ci peuvent, le cas échéant, assurer la biodégradation des molécules xénobiotiques. Le travail a mis en évidence l'effet bénéfique produit par la culture d'une plante d'intérêt agronomique sur le maintien de la capacité de minéralisation de la microflore du sol vis à vis de certains herbicides (bentazone, diuron, isoproturoH et pendiméthaline) dégradés par co-métabolisme. Outre cet effet, nous avons montré que la culture pouvait favoriser l'apparition et la mise en place de la dégradation accélérée pour l'atrazine et le diclofop-méthyl. L'approche phénoménologique et moléculaire conduite pour appréhender l'effet biostimulant du mai͏̈s sur la biodégradation de l'atrazine a montré que la communauté bactérienne possédant le gène de dégradation atz C était fortement augmentée dans le sol rhizosphérique comparé au sol nu. Par contre, la technique RISA n'a pas permis de mettre en évidence de changement majeur dans la structure des communautés bactériennes du sol. Enfin, l'isolement de souches dégradantes a surtout révélé les limites des techniques traditionnelles et le fait que l'image de la diversité des communautés bactériennes obtenue n'est certainement pas un reflet réel de l'ensemble des communautés dégradantes présentes et du polymorphisme des gènes impliqués. Elle a toutefois permis l'isolement d'une souche dégradant l'atrazine (Nocardioides sp. ) et d'une souche dégradant le diclofop-méthyl (Sinorhizobium BKIO).

Depuis quelques années, les racines suscitent un nouvel intérêt dans les problématiques environnementales liées à la dynamique du carbone dans les agro-écosystèmes, en raison notamment de leur contribution, à la mort ou à la récolte de la plante, au stockage du C des sols. Pour mieux comprendre le rôle de la qualité chimique des racines sur le processus de décomposition, nous avons tiré profit de la variabilité génétique de la composante pariétale des cellules de maïs, permettant de travailler sur une gamme de composition chimique généralement impossible à obtenir sur un même organe d’une même espèce végétale. Notre étude a porté sur seize racines de variétés hybrides de maïs ainsi que celles de maïs mutants brown-midrib, dont les parties aériennes ont été caractérisées dans le cadre d’études sur la digestibilité des fourrages. Les variations de la composition chimique des racines trouvées ont porté principalement sur la teneur et la composition des polymères pariétaux (polysaccharides et lignines). Elles se sont traduites par des cinétiques bien différenciées de minéralisation du C au cours de leur décomposition dans le sol. L’analyse approfondie de la qualité chimique des 16 racines et le suivi approfondi de son évolution au cours de la décomposition pour 4 génotypes contrastés ont montré le rôle du C soluble sur le court terme, de la fraction lignine sur le long terme, et ont souligné le rôle de l’organisation des parois cellulaires sur la décomposition. .
Since several years, plant roots aroused a new interest due to the environmental concern of their C input and storage in soils after decomposition subsequent to plant death or harvest. To better understand the role of the chemical quality of roots on their decomposition in soils and associated C dynamics, sixteen maize roots of hybrids and of brown-midrib mutants were used. These genotypes were earlier characterized by variations in the cell wall quality of above ground organs with respect to forage digestibility. The variations of root chemical quality were observed mainly on the cell wall polymers content and composition (polysaccharides and lignin). They translated into large differences in the kinetics of C mineralization during decomposition. The characterization of initial cell wall quality of the 16 roots together with the detailed study of the changes in cell wall quality during decomposition for 4 contrasted genotypes evidenced the role of soluble C on the short term, lignin fraction of the longer term, and the role of the organization of the cell walls in decomposition. .

Le plasmalemme de racine de mais a ete purifie par centrifugation sur gradient de densite de saccharose et par partage de phases. L'etude des transports ioniques par le plasmalemme a necessite, d'une part la reconstitution de vesicules actives (ie orientees inside-out) par expositions des vesicules a un detergent non ionique, et d'autre part la maitrise de sondes moleculaires permettant de caracteriser les gradients electrochimiques sur vesicules. L'etude de la reponse d'une sonde optique, l'oxonol-vi, aux potentiels de membrane, a permis de caracteriser l'activite de transport de l'atpase du plasmalemme, et de mettre en evidence les limites de l'utilisation quantitative de ces sondes. La reconstitution de systemes de transport du plasmalemme dans les membranes planes a ete realisee par trois methodes: methode de schindler (apposition de deux monocouches formees par adsorption de vesicules a l'interface eau/air), methode du dip-tip (formation de blm microscopiques a l'extremite d'une pipette de patch) et insertion spontanee de proteines delipidees. L'etude de l'adsorption de differents types de vesicules a l'interface eau/air a mis en evidence la necessite de la fusion des vesicules de plasmalemme avec des liposomes pour optimiser la reconstitution par la methode de schindler. La fusion par cycles de congelation-decongelation a ete etudiee par trois techniques: observation au microscope optique, co-sedimentation des lipides et des proteines sur gradient de densite, et mesure des pressions superficielles des preparations. Les proteoliposomes geants resultant de la fusion ont permis de former des blm contenant des canaux ioniques, soit par la methode de schindler, soit par la methode du dip-tip. Les caracteristiques de ces canaux ioniques sont semblables a celles de canaux reconstitues par insertion spontanee

Ce travail a permis d'évaluer les effets de la contrainte mécanique sur l'exsudation racinaire du maïs (Zea mays l. , variété Dea) et d'examiner l'importance de ces effets en relation avec le stade de développement de la plante. La culture des plantes a été conduite en conditions stérile et hydroponique. La contrainte mécanique a été simulée à deux niveaux d'intensité, à l'aide de billes de verre de 1 et 4 mm de diamètre. Ces traitements ont été comparés à un témoin sans billes. Les résultats ont montré que la croissance de la plante est influencée par la contrainte mécanique. Cette dernière affecte de façon notable la croissance des parties aériennes, aussi bien la surface foliaire que la matière sèche totale, ainsi que la morphologie du système racinaire. L’application de la contrainte mécanique est également responsable de la stimulation de l'exsudation de composés organiques et inorganiques. En outre, la prise en compte du matériel adhérant au support des racines revêt un rôle essentiel dans l'estimation quantitative de l'exsudation racinaire. En effet, des quantités non négligeables de mucilages racinaires ont été déterminées sur les billes de verre. Les résultats obtenus à partir d'analyses biochimiques, appuyés par des études utilisant les méthodes de marquage isotopique du carbone, démontrent que les plantes stressées ont libéré davantage de composés carbones que les plantes témoins. Selon le stade de développement de la plante, les effets de la contrainte mécanique sont d'ampleur différente et semblent s'amplifier avec la durée de culture. La confrontation de ces résultats avec les données obtenues au champ a confirmé ces tendances et les limites du modèle utilisé ont été définies

L'identification des transporteurs secondaires de la membrane plasmique vegetale presente plusieurs difficultes: faible abondance et absence d'activite enzymatique. Une des caracteristiques du transport de nitrate est d'etre inductible. Partant de l'hypothese que le traitement d'induction du systeme de transport de nitrate modifie l'abondance du transporteur dans la membrane, nous avons compare, par electrophorese bidimensionnelle, les profils polypeptidiques de la membrane plasmique de racines de mais avant et apres induction du transporteur. A l'aide d'un systeme d'analyse d'image, une analyse comparative et critique des electrophoregrammes a ete developpee. Sur les gels colores au nitrate d'argent, aucun polypeptide n'est specifique du traitement nitrate. L'analyse quantitative (basee sur une etude statistique) selectionne six polypeptides enrichis apres induction du transporteur, qui peuvent etre des candidats potentiels impliques dans le transport de nitrate. Les profils polypeptidiques de la membrane plasmique, apres marquage in vivo avec de la (#3#5s)methionine, avant et apres induction du transporteur, ont aussi ete compares. Deux polypeptides membranaires (39 kd et 61 kd) ont ete mis en evidence apres induction du transporteur. La discussion porte sur les difficultes et les precautions a prendre dans ce type d'approche

Divers dispositifs expérimentaux ont été utilisés pour étudier les interactions "plante (maïs)-endomycorhizes (Glomus mosseae) rhizobactérie solubilisant les phosphates (Enterobacter agglomerans) - minéraux". Les résultats ont conduits à envisager et à discuter les mécanismes d'altération et d'humification rhizosphériques. Utilisé comme unique source de potassium, un mica (biotite) libère du potassium, du magnésium et du fer au profit de la plante, qui mobilise ainsi non seulement des cations compensateurs externes, mais aussi des cations structuraux. Cette phase initiale d'altération, encore discrète, est légèrement accentuée par la microflore rhizosphérique et surtout la microflore symbiotique qui favorisent la croissance de la plante. En dépit d'une forte production de biomasse, le maïs cultivé en conditions stériles ne mobilise (par rapport à la mobilisation du K de la biotite) que de faibles quantités de phosphore du phosphate minéral naturel. L'inoculation bactérienne ne favorise pas la solubilisation du phosphate alors que l'endomycorhization la stimule sans qu'on puisse invoquer de mécanisme spécifique. Ce processus de mobilisation du phosphore est ralenti en présence d'argile (montmorillonite) qui favorise pourtant la croissance des plantes en constituant une source de potassium facilement assimilable

L’objectif de ce travail est d'évaluer l'importance de l'effet rhizosphérique sur la minéralisation de l'azote et d'en déterminer les mécanismes en zone de savane ouest-africaine. L’utilisation de la technique isotopique (15N) et d'un modèle de la dynamique de l'azote permet d'évaluer les flux bruts de minéralisation et d'organisation. Cette technique a été utilisée in situ, sur un sol de la région de Bobo Dioulasso, au Burkina Faso. Les mesures concernent un sol nu et un sol cultivé en maïs. Les résultats des flux d'azote dans le sol suggèrent que le turn-over minéralisation-organisation est très important. Les flux présentent une grande variabilité spatiale et temporelle, qui dépasse les différences entre les traitements. Il est cependant souligné que les méthodes isotopiques classiques de mesures des flux bruts, qui ne tiennent pas compte de l'hétérogénéité induite par les racines, appliquées en sol cultivé peuvent conduire à sous estimer l'augmentation de minéralisation brute due à l'effet rhizosphérique. Une approche du point de vue de la plante est proposée pour l'évaluation de la part de la minéralisation rhizosphérique dans le prélèvement azoté du maïs. Les résultats suggèrent que, dans le cas ou les teneurs en nitrate dans le sol sont très faibles, 35% de l'azote absorbé provient de la minéralisation rhizosphérique. Une méthode d'évaluation des flux bruts de la dynamique de l'azote dans l'environnement des racines a été mise au point. Elle est basée sur un dispositif qui autorise l'échantillonnage du sol à différentes distances de la racine et sur un modèle de simulation de la dynamique des flux d'azote dans l'environnement des racines. La minéralisation brute en présence de racines actives est au moins deux fois plus important que celle du sol hors de l'effet des racines. Ce résultat confirme l'hypothèse d'un effet rhizosphérique stimulant la minéralisation brute de l'azote.