Abdelghani Bouchyoua et Abdelghani Nabloussi (INRA Meknès)
PhD Student
INRA Meknès
USMBA FPD Taza
Partout dans le monde, les plantes vivent dans des environnements en constante évolution, souvent défavorables ou stressants pour leur croissance et leur développement. Ces conditions défavorables comprennent les stress abiotiques, tels que la sécheresse, la chaleur, les carences en nutriments, le froid et la salinité, ainsi que les stress biotiques, tels que les attaques d’herbivores et les infections pathogènes. L’un des stress abiotiques les plus importants qui nuisent à la germination et au rendement des graines est la sécheresse qui impacte plus de la moitié des rendements des cultures de base à l’échelle mondiale (Zhao et al., 2021). La sécheresse affecte considérablement la germination des graines, entraînant une diminution de la densité et du rendement des plantes. À l’avenir, on s’attend à une augmentation des fréquences des sécheresses dans certaines régions du monde, induites par le changement climatique. Compte tenu de l’augmentation de la population mondiale et de la demande alimentaire, la sécheresse pourrait provoquer de graves pénuries alimentaires à l’avenir. Par conséquent, il est donc urgent de produire des variétés de cultures capables de s’adapter à de telles conditions et de maintenir des niveaux de productivité élevés serait d’une importance considérable pour la sécurité alimentaire mondiale (Kumar et al., 2021).
Le colza ( Brassica napus L.) reste depuis longtemps l’espèce majeure de la famille des Brassicacées cultivée dans le monde. Il est cultivé sur plus de 36 millions d’hectares, avec une production mondiale de 71 millions de tonnes (FAOSTAT, 2023). Cette plante occupe une position importante dans la production mondiale de biocarburant elle est également utilisée comme culture comestible et industrielle polyvalente. De plus, son importance nutritionnelle se reflète dans la richesse en acides gras monoinsaturés , acides aminés, fibres, vitamines essentielles et minéraux (Channaoui et al., 2020). L’huile de colza se distingue par ses niveaux plus élevés d’ acide oléique (environ 60 %) et d’acide linolénique (oméga-3, environ 10 %) par rapport aux autres cultures oléagineuses, offrant des bienfaits accrus pour la santé humaine.
Le cycle de vie du colza comprend trois phases : la germination des graines, la croissance végétative et la reproduction. Le processus de germination des graines vise à produire de jeunes plantules capables de croître, de se développer et de produire une progéniture viable, constituant ainsi une étape cruciale pour l’établissement des cultures dans le sol et garantissant l’uniformité de la levée des semis , ce qui affecte la croissance, le rendement et la qualité des plantes. Dans les régions arides et semi-arides, le succès de la production agricole dépend en grande partie de la germination optimale des graines et de la croissance précoce des plantules . Cette dernière est directement liée à la capacité des graines à germer même dans des conditions de stress hydrique (Khan et al., 2019).
Presque toutes les plantes cultivées sont confrontées à différents niveaux de stress dû à la sécheresse, mais la mesure dans laquelle elles sont affectées par ce stress varie d’une espèce à l’autre et même d’une variété à l’autre au sein d’une même espèce. De plus, la tolérance au stress dû à la sécheresse est très complexe, en raison des interactions entre les facteurs de stress et divers phénomènes moléculaires, biochimiques et physiologiques affectant la croissance et le développement des plantes (Razmjoo et al., 2008 ). L’une des méthodes d’évaluation de la tolérance à la sécheresse au stade de la germination et du stade plantule précoce consiste à réduire le potentiel osmotique à l’aide de produits chimiques tels que le mannitol ou le polyéthylène glycol (PEG). Le potentiel osmotique créé par un tel matériau est similaire au potentiel osmotique d’un sol relativement sec. La méthode de test de germination des graines dans des conditions de stress hydrique, utilisant du polyéthylène glycol, est rapide et simple.
Les seuls travaux menés au Maroc se sont concentrés sur des mutants de colza développés par mutagenèse chimique (EMS), en plus d’une variété introduite d’Australie (Channaoui et al., 2019). Cependant, les variétés enregistrées et cultivées au Maroc n’ont pas encore été évaluées sous stress de sécheresse pendant les stades de germination et de croissance précoce. Compte tenu de ce contexte, ce travail de recherche vise à évaluer la réaction de 12 génotypes de colza, dont neuf variétés marocaines, au stress hydrique induit par le PEG à travers une approche d’analyse univariée et multivariée.
Méthodologie
L’expérimentation a été menée selon un plan complètement randomisé avec deux facteurs et trois répétitions. Le premier facteur étudié est le génotype, avec un total de 12 variétés et lignées de colza sélectionnées par l’INRA. Le second facteur est le niveau de stress hydrique. Des conditions de sécheresse ont été simulées à l’aide de polyéthylène glycol 6000 pour induire trois niveaux de potentiel osmotique, à savoir -0,7 MPa pour un stress modéré, -0,9 MPa pour un stress intermédiaire et -1,1 MPa pour un stress sévère. Les paramètres suivants ont été déterminés : Pourcentage de germination (GP), taux de germination (GR), temps moyen de germination (MGT), longueur des racines (RL), longueur des pousses (SL), rapport racine/pousse (RSR), indice de vigueur des jeunes plantules (SVI), et l’allongement des pousses. Le taux d’élongation des pousses (SER) et le taux d’élongation des racines (RER) ont été également mesurés/calculés. Des analyses statistiques univariées (ANOVA) et multivariées (Corrélation, ACP) ont été utilisées pour l’analyse des données.
Résultats et discussion
Pour tous les génotypes considérés, le stress dû à la sécheresse a entraîné une réduction significative de tous les paramètres, à l’exception du MGT et du RSR qu’ont augmenté. Les génotypes les plus performants, notamment « Nap10 », « Nap9 » et « Baraka », ont montré une capacité à développer des systèmes racinaires plus étendus dans des conditions de stress hydrique modéré, intermédiaire et sévère (Figure 1), les rendant plus tolérants au stress hydrique que les autres génotypes étudiés. En particulier, « Nap10 » a maintenu sa supériorité en l’absence de stress hydrique et sous différents niveaux de stress, non seulement pour la longueur des racines mais aussi pour le taux d’élongation des racines. Cela démontre sa plus grande tolérance au stress hydrique au stade germination et au cours des premières phases de croissance des plantules.
Les génotypes « Nap10 » et « Baraka » ont également manifesté de meilleures performances en termes de croissance des pousses sous des niveaux de stress modéré et intermédiaire, confirmant leur plus grande tolérance. L’indice de vigueur des jeunes plantules (SVI), qui englobe la germination des graines et la croissance des pousses, a été significativement affecté par le stress hydrique, avec « Nap10 » et « Baraka » affichant les valeurs les plus élevées dans des conditions de stress intermédiaire et sévère, soulignant leur haute tolérance à la sécheresse au début de la croissance des plantules (Figure 2).
Corrélations entre les traits étudiés :
La corrélation de Pearson a révélé des associations significatives entre divers paramètres étudiés (Figure 3). Le pourcentage de germination (GP) est fortement corrélé de manière positive avec le taux de germination (GR) (r = 0,91), la longueur des racines (RL) (r = 0,90), le taux de racine à pousse (RSR) (r = 0,76), et le taux d’allongement des racines (RER) (r = 0,75). De plus, GR présente des associations significatives avec RER (r = 0,83) et RSR (r = 0,81). RL est également fortement corrélé positivement avec RER et GR (r = 0,92) (Figure 3). Une autre corrélation notable (r = 0,88) existe entre le taux d’élongation des pousses (SER) et la longueur des pousses (SL). Enfin, l’indice de vigueur des plantules (SVI) montre une forte corrélation significative et positive avec SL (r = 0,97) et SER (r = 0,81). Ces corrélations significatives fournissent des informations précieuses sur l’interaction entre les traits analysés.
Analyse en composantes principales (ACP)
Selon l’analyse biplot PCA, les génotypes de colza ont été regroupés en quatre catégories distinctes en fonction de leur tolérance à la sécheresse (figure 5). Le groupe 1 (G1) comprenant « Nap10 », « Baraka » et « Nap9 » a été identifié comme le plus tolérant, avec des valeurs élevées de plusieurs paramètres indiquant une meilleure adaptation aux conditions de sécheresse pendant la germination et la croissance précoce. Le groupe 2 (G2), représenté par « H2M5 » et « Lila », est considéré comme modérément tolérant, affichant des scores intermédiaires pour les caractéristiques évaluées. Le groupe 3 (G3) incluant les génotypes « CZKN », « CZKF » et « Moufida » a été classé comme relativement sensible à la sécheresse. Enfin, le groupe 4 (G4) avec « Narjisse », « CZMJF » et « Alia » a manifesté la plus grande sensibilité à la sécheresse. En conclusion, « Nap10 », « Baraka » et « Nap9 » sont identifiés comme les génotypes les plus performants et tolérants à divers niveaux de sécheresse au cours de la germination et de la croissance précoce des semis. Dans l’ensemble, une tolérance plus élevée à la sécheresse serait associée à des valeurs plus élevées de RL, SL et SVI. En conséquence, la variété « Nap10 » et, dans une moindre mesure, « Baraka » et « Nap9 » ont présenté une tolérance à la sécheresse plus élevée que le reste des génotypes, ce qui en fait des cultivars potentiels pour les zones sèches.
Conclusion et perspective
Cette étude fournit des informations précieuses sur la tolérance à la sécheresse des génotypes de colza pendant la germination et les premiers stades de croissance. La variété « Nap10 », suivie de « Baraka » et « Nap9 » ont montré une adaptation remarquable au stress hydrique, avec un bon pourcentage de germination des racines assez longues, même sous stress sévère. Ces variétés sont également caractérisées par le meilleur rapport racine/pousse et le meilleur indice de vigueur des jeunes plantules qui sont deux indicateurs clés de tolérance à la sécheresse. Ces résultats positionnent « Nap10 », « Baraka » et « Nap9 » comme des cultivars prometteurs pour les zones sèches, suggérant ainsi leur potentiel de résiliente face au changement climatique. Cependant, des études supplémentaires sont nécessaires pour confirmer leur tolérance à la sécheresse dans d’autres stades de croissance critiques, notamment à la floraison et la formation des graines.
Références
Channaoui, S., I.S. El Idrissi, H. Mazouz, A. Nabloussi. 2019. Reaction of Some Rapeseed (Brassica Napus L.) Genotypes to Different Drought Stress Levels during Germination and Seedling Growth Stages. OCL, 26, 23, doi:10.1051/ocl/2019020.
Channaoui, S., L. Hssaini, L. Velasco, H. Mazouz, M. El Fechtali, A. Nabloussi. 2020. Comparative Study of Fatty Acid Composition, Total Phenolics, and Antioxidant Capacity in Rapeseed Mutant Lines. J Americ Oil Chem Soc, 97, 397–407, doi:10.1002/aocs.12330.
FAOSTAT. 2023. Available online: https://www.fao.org/faostat/fr/#compare (accessed on 13 August 2023).
Khan, M.N., J. Zhang, T. Luo, J. Liu, F. Ni, M. Rizwan, S. Fahad, L. Hu. 2019. Morpho-Physiological and Biochemical Responses of Tolerant and Sensitive Rapeseed Cultivars to Drought Stress during Early Seedling Growth Stage. Acta Physiol Plant, 41, 1–13, doi:10.1007/s11738-019-2812-2.
Kumar, J., D.S. Gupta, S. Gupta, S. Dubey, R. Gupta, S. Kumar. 2017. Quantitative trait loci from identification to exploitation for crop improvement. Plant Cell Rep. 36, 1187–1213. doi: 10.1007/s00299-017-2127-y.
Razmjoo, K., P. Heydarizadeh, M.R. Sabzalian. 2008. Effect of salinity and drought stresses on growth parameters and essential oil content of Matricaria chamomile. Int. J. Agric. Biol, 10, 451-454.
Zhao, M., Y. Ren, W. Wei, J. Yang, Q. Zhong, Z. Li. 2021. Metabolite Analysis of Jerusalem Artichoke (Helianthus tuberosus L.) Seedlings in Response to Polyethylene Glycol-Simulated Drought Stress. Int J Mol Sci, 22, 3294, doi: https://doi.org/10.3390/ijms22073294.
