Établissement de courbes de réponse à la température de la croissance du grain de blé Triticum aestivum L. - DUMAS - Dépôt Universitaire de Mémoires Après Soutenance Accéder directement au contenu
Mémoires Année : 2018

Establishing temperature response curves for wheat (Triticum aestivum L.) grain growth

Établissement de courbes de réponse à la température de la croissance du grain de blé Triticum aestivum L.

Résumé

Crop models serve to predict via simulation the effects of climate change on the development and yield of field crops such as wheat, the main cereal for human and animal consumption in Europe. However, today's crop models fail to grasp the effect of high temperatures on wheat grain development, even though due to climate change the frequency of penalizing temperature episodes will increase and notably during wheat grain filling. The aim of this study is to establish temperature response curves of quantities describing wheat grain growth in order to satisfy two objectives: i) better evaluate how increases in temperature effect biological processes involved in grain growth and ii) take into account more rigorously temperature as an input in crop models, particularly by validating whether one can follow grain growth by cumulating daily temperatures (a special case of thermal time), even for high temperatures. To this aim, a field chamber experiment was undergone involving a unique genotype of wheat: plants were submitted to one of the temperatures 15°C, 19°C, 24°C, 29°C, 32°C and 36°C during the entire grain-filling phase. Response variables describing the growth of the grains (dry and wet matter, volume, water quantity and grain density) were monitored by regular extraction of ears between flowering and grain maturity. For each response variable, kinetics were adjusted by a growth function within a nonlinear mixed effects model. The growth functions were selected on 19°C data based on their compatibility to the data, their residual variance and the form of their derivate and were compared by their AIC, before being adjusted on the complete data set in order to extract temperature-dependent statistical parameters. These statistical parameters were used to calculate biological characteristics describing the kinetics (speeds, maximum values, durations…) at each temperature as to form temperature response curves. In the same manner, developmental rates were calculated in order to evaluate the relationship between rate and temperature, which must be linear to validate cumulating daily temperatures to follow development. The present method enabled us to establish coherent temperature response curves of correct orders of magnitude. For example, we found a linear relationship between developmental rate and temperature for dry-matter growth between 15°C and 36°C; however, the linear formalism was not valid for the other response variables. This report also offers a critical analysis of the experimental protocol and improvements for future experiments, and discusses the choices made during our analyses and their alternatives.
Les modèles de culture cherchent à prévoir par simulation les effets du changement climatique sur le développement et le rendement des grandes cultures dont le blé, céréale principale de l'alimentation humaine et animale en Europe. L'effet des hautes températures sur le développement du grain de blé est actuellement mal cerné, alors que liée au changement climatique, la fréquence des épisodes des températures pénalisantes va s’accroitre et notamment pendant la phase de remplissage des grains. L’objectif de cette étude est d’établir des courbes de réponse à la température des grandeurs décrivant la croissance des grains de blé, afin de satisfaire deux objectifs : i) mieux cerner comment la hausse de la température affecte certains processus biologiques impliqués dans la croissance du grain de blé et ii) prendre en compte de manière plus rigoureuse la température dans les modèles de culture, notamment en étudiant s'il est valide de suivre le développement du grain en cumul de températures à hautes températures (formalisme particulier du temps thermique). Pour ce faire, une expérimentation en chambre de culture a été menée sur un unique génotype de blé : des plantes de blé ont été soumises pendant toute la phase de remplissage des grains à l’une des températures 15°C, 19°C, 24°C, 32°C et 36°C. Les variables de réponse décrivant la croissance des grains de blé (masses sèche et fraîche, volume, quantité d’eau, densité) ont été suivies par des prélèvements réguliers entre la floraison et la maturité des grains. Pour chacune des variables de réponse, les cinétiques ont été ajustées par une fonction de croissance au sein de modèles non linéaires à effets mixtes. Les fonctions de croissance ont été choisies sur les données à 19°C en fonction de leur adéquation aux données, leur variance résiduelle, la forme de leur dérivée et ont été comparées entre-elles par leur AIC, avant d’être ajustées sur l’ensemble des données pour extraire des paramètres statistiques par température. Les paramètres statistiques estimés ont servi à calculer des caractéristiques biologiques décrivant les cinétiques (vitesses, valeurs finaux, durées…) pour chaque température formant les courbes de réponse à la température. Les taux de développement ont été extraits pour évaluer la relation entre taux de développement et température, qui doit être linéaire pour suivre le développement en cumul de températures. Cette méthode d’analyse nous a permis de tracer des courbes de réponse à la température d’un bon ordre de grandeur et cohérentes. Par exemple, nous avons trouvé une relation linéaire entre taux de développement et température pour la croissance en masse sèche entre 15°C et 36°C ; toutefois, le formalisme linéaire n’a pas été validé pour les autres variables de réponse. Une critique statistique du protocole mis en œuvre et des améliorations pour de futures expériences sont proposés. Le choix de notre méthode d’analyse et des alternatives envisageables sont également discutés.
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Dates et versions

dumas-01961904 , version 1 (20-12-2018)

Identifiants

  • HAL Id : dumas-01961904 , version 1

Citer

Lauren Inchboard. Établissement de courbes de réponse à la température de la croissance du grain de blé Triticum aestivum L.. Sciences du Vivant [q-bio]. 2018. ⟨dumas-01961904⟩
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