Écophysiologie végétale: Principes et applications

Écophysiologie Végétale

• Branche de la botanique située à l'intersection de l'écologie végétale et de la physiologie végétale.
• Discipline visant à comprendre les relations entre les plantes et leur environnement.
• Étudie l'interaction entre l'environnement et le fonctionnement d'une plante, qui se trouve rarement dans des conditions optimales et est souvent confrontée à divers stress.

Croissance et Répartition des Plantes

• La croissance et le développement d'une culture englobent les transformations quantitatives et qualitatives qui accompagnent les différentes étapes, de l'implantation à la maturité.

Étapes du Développement dans le Cycle de Vie d'une Plante

• Ce sont l'évolution des phases de croissance et des stades de développement, illustrée par l'exemple du blé.
• Germination et émergence des plantules, incluant la germination et la levée.
• Période de croissance végétative, comprenant le développement des feuilles, le tallage et l'élongation de la tige principale.
• Phase de transition incluant Montaison (gonflement de l'épi) et Épiaison (sortie de l'inflorescence).
• Période reproductive caractérisée par la floraison et le développement des graines.
• Sénescence progressive des organes et maturité du produit récoltable, avec maturation des graines et sénescence.
• L'ensemble de ces étapes représente le cycle biologique naturel de la plante, de l'implantation à la maturité.
• Chez une plante annuelle, le cycle biologique se termine avec la mort de tous les organes.
• Chez une plante pluriannuelle, une succession d'états végétatif et reproducteur assure la pérennité de la plante, avec l'apparition d'un nouvel état végétatif avant la maturité des organes reproducteurs.
• La dissémination des plantes se fait par graines, propagation végétative, ou les deux.

Échelles d'Étude de la Croissance et du Développement

• La notion d'échelle est importante car elle conditionne le choix des outils de l'analyse quantitative de la croissance:
• Croissance cellulaire.
• Croissance des méristèmes correspondant aux futurs feuilles, tiges et racines.
• Croissance d'un organe d'une plante: feuille, tige, nœud, inflorescence, graine, racine.
• Croissance d'une plante entière, incluant les parties aériennes et souterraines.
• Croissance d'un peuplement monospécifique ou plurispécifique.

La Croissance Végétale

• C'est l'augmentation continue de toutes les dimensions de la plante (longueur, largeur, diamètre, surface, volume et masse), mesurable dans le temps.
• La croissance d'une plante entière implique deux phénomènes : la croissance en dimension de chaque organe après son initiation (croissance au sens strict) et la multiplication du nombre de ces organes (lié au développement).

Croissance Cellulaire et Différenciation des Tissus

• Regroupe toutes les variations quantitatives irréversibles qui permettent l'édification du végétal.
• Résulte de la prolifération cellulaire ou mérèse (multiplication cellulaire, ou mitose) et de la croissance cellulaire ou auxèse (élongation cellulaire.)
• La croissance d'un organe est le résultat de l'augmentation du nombre de cellules qui le constituent et de la taille des cellules individuelles.
• Les étapes de l'élongation cellulaire comprennent l'augmentation de la flexibilité des parois cellulaires (cellulose, hémi-cellulose), l'absorption d'eau par osmose, et la synthèse de nouvelles parois cellulaires.
• La différenciation est le changement qualitatif progressif des cellules vers une spécialisation pour former des organelles et produits cellulaires.
• L'activité méristématique joue un rôle important dans la différenciation des tissus et la formation des futurs organes.

Types de méristèmes

• Méristème apical assure la croissance en longueur (croissance primaire).
• Méristème latéral assure la croissance en épaisseur (croissance secondaire).
• Méristèmes intercalaires participent à la croissance en longueur de la plante et assurent la montaison des chaumes.
• Importance agronomique des méristèmes, illustrée par leur rôle dans la luzerne, le trèfle blanc, et les céréales.

Croissance d'un Organe et d'une Plante Entière

• La courbe de croissance typique suit une allure sigmoïde avec une phase initiale exponentielle, une phase linéaire active, et une phase plateau caractérisée par la cessation de croissance.
• Ce phénomène s'étend dans le cas de croissance de peuplement végétales.

Croissance d'un Couvert Végétal

• Peuplement végétal cultivé monospécifique est un ensemble de plantes d'une seule espèce, cultivées pour récolter un produit spécifique.
• C'est le résultat d'interactions complexes au cours du développement, influencé par les caractéristiques intrinsèques de la culture, les facteurs environnementaux, et les pratiques culturales.
• Peuplement végétal cultivé plurispécifique: association de plusieurs espèces pour mieux exploiter le milieu, améliorer l'utilisation des ressources limitées, et répartir les risques.
• Exemples d'interactions : caractéristiques intrinsèques de la plante, facteurs de milieu, et modifications imposées par pratiques culturales.

Caractéristiques Intrinsèques de la Plante

• Types d'espèces et variétés, et autres caractères génétiques.
• Taille et qualité des semences utilisées.
• Caractéristiques physiologiques et réponses adaptatives aux contraintes de l'environnement.

Facteurs et Conditions de Milieu

• Caractéristiques physico-chimiques et biologiques du sol.
• Régime hydrique dans le système plante-atmosphère.
• Température et contraintes thermiques au niveau du sol et de l'air.
• Photopériode, éclairement et autres composantes climatiques.

Modifications Imposées par les Pratiques Culturales

• Type de lit de semence créé par le travail du sol.
• Date, mode et densité de semis.
• Structure du peuplement (écartement des lignes, espacement entre lignes, autre structure).
• Fertilisation minérale et organique (nature des fertilisants, doses et modalités d'apport, dates d'apport selon les stades de développement).
• Contrôle des mauvaises herbes, des maladies et ravageurs, et dates d'intervention.
• Apport d'eau par les précipitations naturelles ou l'irrigation.

Le Développement

• Représente l'ensemble des transformations qualitatives de la plante, liées à l'initiation et à l'apparition de nouveaux organes.
• Est un phénomène repérable dans le temps grâce à des événements discrets qu'il est possible d'observer comme la germination des graines, l'émergence des plantules, l'initiation florale, la maturation des graines ou encore, la mort du végétal.
• On distingue la phase de développement végétatif, et la phase de développement reproducteur.
• L'aspect de la future plante est préenregistré dans son génome, mais affecté par des modifications internes (hormones) et externes (facteurs environnementaux).
• Cinq grandes classes d'hormones impliquées dans le développement : l'auxine, les gibbérellines, les cytokinines, l'acide abscissique et l'éthylène.
• Les facteurs environnementaux (lumière, température, humidité et les facteurs trophiques) affectent le taux de croissance et l'aspect morphologique de la plante.

La Vie Ralentie ou Latente, Germination et Dormance des Semences

• Pendant leur phase de maturité, la plupart des graines se déshydratent en moyenne jusqu'à 10 à 20% de concentration d'eau. Ce qui a pour effet de ralentir considérablement leur métabolisme.
• Les graines mènent alors une vie ralentie ou latente, et sont considérablement plus résistantes aux conditions climatiques défavorables, ainsi qu'aux différentes composantes chimiques et physiques du milieu extérieur
• Les graines mènent alors une vie ralentie ou vie latente, et sont considérablement plus résistantes aux conditions climatiques défavorables, ainsi qu'aux différentes composantes chimiques et physiques du milieu extérieur
• La germination est définie en pourcentage par rapport au nombre de graines germées dans un temps donné, sur 100 graines mises à germer. Les différences de germination peuvent être la conséquence de l'énergie germinative, de leur maturité physiologique, de leurs conditions de récolte ou de conservation.
• La transition d'une graine ralentie vers un processus de germination s'accompagne d'une activité accrue respiratoire, enzymatique et hormonale impliquant l'hydrolyse de l'amidon, de lipides, ainsi que de substances directement assimilables par l’embryon.
• La plupart des semences placées dans des conditions adéquates, de lumières, de température, et d'humidité conduisent à la germination.
• Le processus de germination implique l'étape d'imbibition, le gonflement des semences, l'accroissement des activités métaboliques, la croissance de l'embryon, ainsi que l'émergence de la plantule.
• La plupart des organismes en vie ralentie sont insensibles aux conditions extérieurs, et se trouvent dans un état dit de dormance. Le retour à une vie active nécessite une transformation interne préalable.
• On distingue deux types de dormance : tégumentaire et embryonnaire. Dans le cas d'une dormance tégumentaire, l'embryon extrait de la graine peut germer grâce résistance mécanique à l'expansion.

Types de Dormance

• La dormance primaire est acquise au moment du développement embryonnaire lorsque la semence atteit la maturité. La dormance secondaire, quant à elle, s'acquiert plus tard dans la vie ralentie des semences, généralement lorsque les conditions ne sont pas favorables.
• Cette aptitude à entrer en dormance secondaire permet de constituer une réserve de graines de stock dans le sol, et permet d'étaler les germinations sur de longues périodes dans le temps.
• On lève la dormance tégumentaire grâce à un traitement thermique, ou par l'exposition de la graine à la lumière rouge, ou par un traitement mécanique. La dormance embryonnaire se lève par froid humide dans couches successives ou par stratification, ainsi que par l'éthène.
• La dormance est une innovation importante dans l'évolution. Elle permet aux plantes d'attente que les conditions métrologiques soient favorables pour germer.
• L'acide abscissique induit la dormance chez certaines espèces, comme Arabidopsis thaliana. Les gibbérellines et l'éthylène lèvent la dormance.
• L'acide abscissique contrôle un processus de dormance, couplé à l'intervention de l'acide gibbérellique. Le rapport ABA/GA semble avoir un impact important sur la dormance.

Développement des Feuilles, Tiges et Racines

• Les futurs organes de la plante (feuilles, tiges et racines) prennent naissance dans les zones de croissance, qui se divisent de manière cellulaire au niveau des méristèmes apicaux.

Floraison et Développement Reproducteur

• L'écophysiologie de la floraison implique des mécanismes adaptatifs comme la levée de dormance des bourgeons axillaires.
• Les plantes réagissent aux basses températures (vernalisation), ce qui induit la floraison par le froid.

Classifications selon la réaction à la photopériode:

• Les plantes de jours courts fleurissent à aux alentours de la fin de l'été, tandis que celles de jours longs fleurissent typiquement d'ici la fin du printemps et le début de l'été. Les fleurissement des plantes indifférentes, quant à elles, ne dépendant pas de la longueur ou de la durée de la journée.

Sénescence, Maturité et Mortalité des Organes

• La sénescence est un phénomène par lequel les feuilles perdent leur chlorophylle et meurent. Bien que ce processus intervienne pendant toute la vie de la plante, il tend à être plus accentué aux moments des phases reproductrices.
• La sénescence accélère, et la chute des feuilles augmente au fur et à mesure que la plante progresse dans son cycle de développement reproducteur. Les plantes à culture annuelle meurent, contrairement aux plantes pérennes qui poursuivent leur croissance dans l'éventualité où les conditions sont convenables.

Croissance, Développement et Rendement.

• Les éléments internes (liés à la plante) et externes (liés au milieu) qui interviennent dans le processus de fabrication de la matière sèche, se font sur l'action quantitative de l'énergie solaire, des sels minéreaux, de l'eau, et de la température. On appelle ces élements: Facteurs de croissance.
• Les facteurs de croissance se déroulent sous certaines conditions, comme la température, ou la régulation hydrique. De fortes concentrations en sels peuvent également affecter l'état structural des racines, entrainant des effets toxiques.

Importance de connaître les phases de croissance dans le milieu de l'agriculture

• Certaines contraintes de milieu peuvent entrainer des conséquences parfois irréversibles sur le rendement.
• Dans le cas d'une exploitation, le rendement es la conséquence d'une interaction entre un peuplement, les facteurs de l'environnement, ainsi que les pratiques culturales utilisées. Le rendement est influencées par les cultures, ainsi que par les interventions humaines. D'où l'importance de faire la distinction entre le type de cultures, et l'exploitation que l'on peut en tirer.

La Répartition des Organes selon le Type de Plante

• Il existe un classement des groupes de plantes dont le rendement est influencée de la croissance végétative. C'est souvent le cas des plante à tubercules, les plante fourragères, les cultures à racines (tel que les betteraves à sucre), ou bien encore, les récoltes telles que le tabac.
• On distingue également les plantes dont le rendement économique provient de la croissance reproductrice, comme certaines céréales.
• L'indice de récolte est le rapport du rendement économique sur le rendement biologique.

Analyse Quantitative du Développement.

• En règle générale il est de rigueur d'utiliser des échelles quantitatives permettant de caractériser les périodes et le développement des plantes dans un cycle de vie. Le code décimal de Zadoks, couplé avec l'échelle de Feeke permettent d'évaluer l'appréciation quantitative des stades de croissance des cérealès. On couple généralement ces analyses avec les procédés et la méthode de la floraison.

Régulation Hormonale de la Croissance et du Développement

• S'effectue par division cellulaire, expansion des cellules et leur différenciation, par l'initiation de feuilles et de tiges, ainsi que par la germination ou la dormance de graines, la production de graines et la sénescence.
• Les phytohormones de croissance, dans la plante, entrainent la croissance. Au contraire les phytohormones de stress, eux, l'inhibent.
• Les phénomènes de croissance et de développement dépendent de l'équilibre hormonal régi par les rapports de concentrations, ainsi que par les gradients de concentrations. Auxine, gibbérellines, et cytokinines participent à une régulation de la croissance cellulaire, tandis que l'acide abscissique bloque la croissance, et l'éthylène est la cause des stress mécaniques.

La Saisonnalité de la Croissance et du Développement

• Le développement des végétaux vivaces se fait au rythme des saisons avec une phase de repos durant les périodes sèches ou froides. Ce repose est controlé par l'horloge de la plante.
• Au printemps, la plante augmente les stocks de gibérellines et de cytokines. Les tiges se démultiplient, contrôlées par la température du sol.

L'importance de l'horloge interne

• Les végétaux présentent un ensemble d'activités rythmiques, synchronisées par l'alternance du jour et de la nuit. Ces activités sont génétiquement déterminées, grâce à une horloge pacemaker, qui s'exécute en grande partie au niveau de la transcription.
• L'horloge circadienne est entraînée par des photorécepteurs, des phytochromes, permettant aux organismes d'anticiper les développements de l'environnement.
• La connaissances des ces activités permet d'optimiser les pratiques agricoles, pour synchroniser les périodes de floraison, pour le traitement des cultures avec des hericides, ou bien encore, pour gérer la floraison de certaines espèces.
• La phénologie est le développement des plantes comme indicateur des caractéristiques métrologiques et des changements climatiques l'importance des effets du climat sur le végétal à entraîner utilisation d'un végétal de type « réactif » afin de mieux appréhender un certain nombre de phénomènes par des critères d'appréciation et de mesure biologique des effets du climat, ainsi que pour l'étude des rythmes parallèles avec d'effectuer tout un climat-developpement du végétal par l'observation entre en compte notamment l'observation et datation des faces du développement d'un végéta On entend par phénologie, la notion de phases de croissance et de développement caractérisées par des aspects de rythmicité, influencés par le climat et dont l'aspect phénologique dépend des cartes saisonnières qu'eux constituent.

Les phénophases principales

• La feuillaison, floraison, la chute de feuilles ainsi que la maturation des fruits..

Période d'un Arre Fruitier

• -eclatement des bourgeons -Floraison - Fin de floraison -Feuillaso n- Maturation des fruits -Chute des feuilles.. La succession de ses phases est sous l'influence de la température.
• Cette succession de phases est sous la dépendance des facteurs de milieu et de la température, d'où notamment, la nécessité implémenter des cartes phénologique permettant d'ajuster les dates de seminaires. des semailles. les et de récolte.

Région Tempérée et son Rythme Saisonnier

• La plante s'adapte grâce à alternance grâce a des rythmes saisonsnier grâce a des périodes de croissance, ou de replis, gérés métrologiquement mais pas son méristème caulinaire. Cependnant la période entre -20 degré et moins 40 degrés, L'arbre fait un replis sur lui meme, ou se produit une activité cambiale avant la reprise, le stockage d'amidon et enfin la période de reproduction.
• A la fin de l'hiver quand la température remonte ainsi que l'hydratation la montée des auxines et des gibérellines induisent l'activité.

Ce module explore l'écophysiologie végétale, ses disciplines connexes et son objectif principal. Il aborde les réactions des plantes à leur environnement, les transformations liées à la croissance et au développement des cultures. Les cycles de vie du blé et des plantes annuelles et pluriannuelles sont également couverts.