Distribution of the individual mass of bread wheat grain : analysis of the variability of the mass as a function of position within the ear
Distribution de la masse individuelle du grain de blé tendre : analyse de la variabilité de la masse en fonction de la position au sein de l'épi
Résumé
As the increase in cultivated areas can only be limited, increasing yield is the main way to meet the growing demand for wheat production. Part of this increase may come from the selection of more efficient varieties. They will have to be able to maintain a high level of performance in more unfavourable conditions related to global change. Thousand grain weight is one of the main yield components. It is estimated at the plot scale and represents the average value of a large number of grains. However, there is a large variability in the individual mass of the grains according to their position within the ear. Observing only average values could hide a source of genetic variability that would allow breeding for wheat varieties better adapted to the new climatic constraints imposed by global change. The objective of this work is therefore to identify the ecophysiological determinism of the variability of the individual grain mass as a function of their position within the ear.This study is based on two experiments: the first, conducted in the field at two levels of nitrogen fertilization in 2014, allowed to characterize the mass distribution, to define a methodology for studying this distribution, and to identify contrasting genotypes in order to give a generic character to the results obtained. Two varieties were chosen to test in the second experimentation under controlled conditions, several hypotheses that could be at the origin of the variability of the final dry mass of the grains.Results showed a parabolic distribution of final dry mass of the grains along the ear. Moreover, the proximal grains were heavier than the distal grains within a spikelet. The ablation of spikelets did not highlight physical constraints between spikelets that could explain the variability in final dry matter of the grains. The delay in flowering dates and the duration of grain filling did not seem to explain the variability observed. Similarly, no correlation between the size of ovaries at flowering and the final dry mass of the grains was showed. The differences in final dry mass observed along the ear was finally related to differences in grain growth rate. This work highlighted differences in sink strength within the ear, and enabled to identify parameters that could affect these differences. We hypothesize that the allocation of assimilates between grains is the emerging property of relative sink strength that would express themselves differently between spikelets and between grains of the same spikelet. The next step after this work would therefore be to validate this hypothesis, and to determine all the parameters influencing the final dry mass in order to define, test and validate rules for the allocation of carbon within the grain according to its position in the ear. The underlying objective is to create a mechanistic and dynamic model capable of simulating the impacts of environmental and genetic factors on individual grain dry mass.
L’accroissement des surfaces de culture ne pouvant être que limité, l’augmentation des rendements est la principale voie pour répondre à la demande croissante de la production de blé. Une partie de cette augmentation peut être due à la sélection de variétés plus performantes qui devront être capables de maintenir un niveau de rendement élevé, dans des situations plus défavorables liées au changement global. Le poids de mille grains est une des principales composantes du rendement. Elle est calculée à l’échelle de la parcelle et représente la valeur moyenne d’un grand nombre de grains. Cependant, il existe une forte variabilité de la masse individuelle des grains selon leur position dans l’épi. Observer uniquement les valeurs moyennes pourrait cacher une source de variabilité génétique qui permettrait de sélectionner des variétés de blé mieux adaptées aux nouvelles contraintes climatiques imposées par le changement global. L’objectif de ce travail est donc d’identifier le déterminisme écophysiologique de la variabilité de la masse individuelle des grains en fonction de leur position au sein de l'épi.Cette étude est basée sur deux expérimentations : une première, menée au champ avec deux niveaux de fertilisation azotée en 2014, a permis de caractériser la distribution des masses, de définir une méthodologie d’étude de cette distribution, et d’identifier des génotypes contrastés pour apporter un caractère générique aux résultats obtenus. Deux variétés ont ensuite été choisies pour tester, en conditions contrôlées, plusieurs hypothèses pouvant être à l’origine de la variabilité de masse sèche finale des grains.Les résultats montrent une distribution parabolique de la masse sèche finale des grains le long de l’épi. De plus, les grains proximaux sont plus lourds que les grains distaux au sein d’un épillet. L’ablation d’épillets n’a pas mis en évidence de contraintes physiques inter-épillets pouvant expliquer la variabilité de la matière sèche finale des grains. Le décalage des dates de floraison ainsi que la durée de remplissage des grains n’expliquent pas non plus la variabilité observée. De même, aucune corrélation entre la taille des ovaires à floraison et la masse sèche finale des grains n’est observée. En revanche, les différences de masse sèche finale observées le long de l’épi sont liées à des différences de vitesse de croissance des grains.Ces travaux ont permis de mettre en évidence des différences de forces de puits au sein de l’épi, et d’identifier des paramètres pouvant jouer sur les différences de masse sèche finale. Nous faisons l’hypothèse que l’allocation des assimilats entre grains est la propriété émergente de forces de puits relatives qui s’exprimeraient de manière différente entre épillets et entre grains d’un même épillet. La suite de ce travail consisterait donc à valider cette hypothèse, et à déterminer l’ensemble des paramètres influant sur la masse sèche finale pour à terme définir, tester et valider des règles d’allocation du carbone vers le grain en fonction de sa position dans l’épi. L’objectif sous-jacent est de créer un modèle mécaniste et dynamique capable de simuler les impacts des facteurs environnementaux et génétiques sur la masse sèche individuelle des grains.
Origine : Version validée par le jury (STAR)