Evaluation and contribution of direct (root imaging) and indirect (electrical capacitive method) root phenotyping tools for plant breeding : an application to wheat culture
Test et apports d’outils de phénotypage racinaires directs (imagerie des racines) et indirects (méthode électrique capacitive) pour une utilisation en sélection variétale au champ : application au blé
Résumé
Ensuring the food supply of an increasing world population could be achieved by improvingcrop yields through plant breeding. Due to the climate change and the rarefaction of fossilresources, the root systems of the future wheat cultivars should be adapted to low soilmoisture and low soil fertility. Developing tools for in situ root traits measurements fulfilling the high through put requirement of modern breeding is crucial. For this purpose, anagronomic trial was conducted on wheat cultivars to evaluate the relevance of minirhizotrons and plant electrical impedance on assessing varied rooting architecture.We showed that minirhizotrons provide dynamic and relevant quantifications of deep rootlengths, which was a key factor in crop yield under rainfed conditions. In spite ofunderestimated lengths in the shallow part of the root systems, a volumetric conversion ofminirhizotron data using a depth-of-field criterion, coupled with auger sampling for surfacelayers, allowed fairly estimation root to shoot ratio at different growth stages.We determined the optimal setup of plant impedance measurements by a methodological study performed under laboratory conditions. The application of this optimal set up to an in situ survey showed that the quality of the predictions decreased at later growth stages andunder low soil wetness. The plant impedance was described by an imperfect parallel-platecapacitor mode, where plant tissues acted as the separating medium. Consequently, electrical reactance is a root biomass sensor, but only in surface soil layers at low water content.
Pour soutenir la demande en denrées alimentaires d’une population mondiale croissante, les rendements des productions en céréales, notamment du blé, doivent être améliorés par sélection végétale. À cause du changement climatique et de l’épuisement des ressources fossiles, les systèmes racinaires des futures variétés de blé devront être adaptés aux épisodes de sécheresse et aux sols peu fertiles. Il est donc crucial de développer des outils de mesure de traits racinaires au champ répondant aux exigences de la sélection variétale. Ainsi, la pertinence des minirhizotrons et de l’impédance électrique des plantes a été évaluée en essai agronomique sur des variétés de blé, conçu pour obtenir un panel varié d’enracinement. Nous avons montré que les minirhizotrons fournissent une quantification dynamique et pertinente de la longueur de racines profondes, qui jouent rôle majeur dans les rendements obtenus en conditions pluviales. Malgré une sous-estimation de la partie superficielle des systèmes racinaires, la conversion volumétrique des données issues des minirhizotrons basée sur une profondeur de champ, et à l’aide de prélèvements pour les horizons de surface, a permis une estimation du ratio de masse racinaire sur masse aérienne.À travers une étude méthodologique en laboratoire, nous avons déterminé le montage optimal de mesure d’impédance électrique sur des plants de blé. Son application au champ montre que la qualité de l’estimation diminue au cours de la croissance et dépend de l’humidité du sol.Nous avons montré que l’impédance des plants de blé est décrite par un modèle de condensateur plan, les tissus végétaux formant un diélectrique imparfait. Ainsi, la réactance est un prédicteur de la masse racinaire, uniquement dans les couches superficielles et sèches du sol.
Origine : Version validée par le jury (STAR)