La caractérisation des traits du système racinaire est l’un des domaines de recherche qui en est encore à ses balbutiements, en particulier pour la canne à sucre. L’intégration de plusieurs approches pour phénotyper précisément les racines de canne à sucre conduit à des résultats complets et holistiques, permettant l’utilisation des traits et des mécanismes identifiés pour la sélection conventionnelle et moléculaire.
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Article de méthode
Approches de phénotypage à plusieurs volets pour caractériser les systèmes racinaires de la canne à sucre
Dans cet article
Résumé
Résumé
Les racines sont les principaux conducteurs de l’eau et des nutriments et jouent un rôle essentiel dans le maintien de la croissance et du rendement dans des environnements stressants. L’étude des racines des plantes pose des difficultés méthodologiques dans l’évaluation et l’échantillonnage in situ , ce qui est particulièrement vrai pour la canne à sucre (Saccharum spp.). Les méthodes traditionnelles des années 1920 ont documenté la variation génotypique des systèmes racinaires de la canne à sucre, après quoi peu d’études ont été rapportées sur les traits racinaires de la canne à sucre en soi jusqu’à récemment. En plus de la morphologie, les caractéristiques de la rhizosphère, y compris les effets allélopathiques et/ou l’affinité pour la symbiose microbienne, déterminent l’établissement et la survie de la plante.
En fin de compte, les systèmes racinaires définissent la productivité aérienne de la canne à sucre. Avec l’essor des variétés résistantes au climat, il devient de plus en plus pertinent d’explorer et d’utiliser la variabilité des traits du système racinaire de la canne à sucre. Cet article décrit des approches à plusieurs volets pour le phénotypage des racines de la canne à sucre, y compris l’excavation sur le terrain par échantillonnage en tranchée, l’utilisation d’un échantillonneur de carottes de racines, des plates-formes surélevées pour l’échantillonnage des racines et l’élevage de plantes sous culture hydroponique, employées par une équipe de scientifiques du Conseil indien de la recherche agricole-Institut de sélection de la canne à sucre (ICAR-SBI).
L’excavation sur le terrain par échantillonnage en tranchée est impérative pour évaluer les racines des plantes dans leur environnement de croissance naturel. L’utilisation de plates-formes surélevées simulant les conditions de terrain et d’un échantillonneur de carottes racinaires sont des approches alternatives, avec une réduction considérable du temps, une taille d’échantillon uniforme et moins de perte de matériel racinaire. La culture hydroponique des plantes permet l’étude de la morphologie, des caractéristiques anatomiques et de la biologie de la rhizosphère, y compris l’exsudation de composés organiques et les interactions microbiennes. Les données générées par différentes expériences à l’aide de diverses méthodes d’échantillonnage ajoutent à la richesse des informations sur les caractéristiques du système racinaire de la canne à sucre.
Introduction
La canne à sucre (Saccharum spp.), une importante source d’alimentation et de bioénergie, est une culture industrielle importante adaptée à la culture dans de nombreux pays aux conditions climatiques tropicales et subtropicales. En raison de la voie photosynthétiqueC4 pour l’assimilation du carbone, la canne à sucre est très productive, utilisant efficacement les intrants agricoles tels que l’eau et les engrais. Le traitement post-récolte de la canne à sucre produit des produits économiquement précieux tels que le sucre et le jaggery, ainsi que ses sous-produits - mélasse, éthanol et énergie. La canne à sucre est p....
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Protocole
1. Excavation sur le terrain par échantillonnage en tranchée
- Cultiver au champ des hybrides commerciaux de canne à sucre (ci-après appelés « variétés ») à partir de semis à deux bourgeons espacés de 120 cm, dont 90 cm à l’intérieur des rangs, en suivant l’ensemble des pratiques recommandées pour assurer une bonne implantation et une bonne croissance de la culture.
- À la fin de la phase de maturité de la culture, utilisez une excavatrice pour creuser une tranchée (1,5 m de profondeur et 1,0 m de largeur) dans le champ. Grâce à un jet d’eau continu, assurez-vous que les sols des zones racinaires sont dégagés sans endommager les raci....
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Résultats
Variation des traits morphologiques racinaires des variétés de canne à sucre
Des images représentatives du système racinaire du Co 62175, excavé du terrain par échantillonnage en tranchée et cultivé dans une installation hydroponique, sont présentées aux figures 5A, B. De longues racines (~100 cm) ont été observées chez les variétés Co 62175 et Co 99006, tandis que Co 99006 a enregistré le poids racinaire le plus élevé (127 g·touffe−1). Les car.......
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Discussion
Les systèmes racinaires définissent la productivité aérienne de la canne à sucre, ce qui nécessite d’explorer et de comprendre en profondeur toutes ses facettes pour le développement de variétés résistantes au climat. Une équipe de scientifiques de l’ICAR-SBI composée de physiologistes végétaux, d’un microbiologiste, d’un ingénieur agronome, d’un biochimiste et de sélectionneurs de plantes a utilisé des approches à plusieurs volets pour le phénotypage des racines de la canne à sucre, y c.......
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Déclarations de divulgation
Tous les auteurs déclarent qu’il n’y a pas de conflits d’intérêts.
Remerciements
Les auteurs remercient le directeur de l’ICAR-Institut de sélection de la canne à sucre de Coimbatore pour l’infrastructure et le soutien qu’il a apportés à la mise en place d’installations de phénotypage racinaire de la canne à sucre. Le financement fourni par le Conseil de recherche en sciences et en ingénierie, Département des sciences et de la technologie, gouvernement de l’Inde, sous la forme d’une bourse de recherche en début de carrière à KV (ECR/2017/000738), est dûment reconnu. Les auteurs remercient Brindha, Karpagam, Rajesh, Sivaraj et Amburose pour leur aide dans la génération de données de manière méticuleuse.
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Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Pompe d’aération avec accessoires de tuyauterie | Acheté auprès de sources locales | NA | Utilisé pour la culture hydroponique de la canne à sucre |
| Acide borique | Laboratoires de recherche Sisco, Inde | 80266 | Préparation de la solution de Hoagland modifiée |
| Nitrate de calcium | Maison centrale de la drogue, Inde | 27606 | Préparation de la solution de Hoagland modifiée |
| Moelle de coco compostée | Acheté auprès de sources locales | NA | Utilisé pour la germination des plantations de canne à sucre |
| Sulfate cuivrique | Laboratoires de recherche Sisco, Inde | 38869 | Préparation de la solution de Hoagland modifiée |
| DEAE-cellulose | Laboratoires de recherche Sisco, Inde | 10529 | Résine échangeuse d’anions pour le traitement des exsudats racinaires |
| Sel monosodique ferrique EDTA | Laboratoires de recherche Sisco, Inde | 59389 | Préparation de la solution de Hoagland modifiée |
| Fumier de ferme | Acheté auprès de sources locales | NA | Utilisé pour la germination des plantations de canne à sucre |
| Réservoirs en verre | Fabriqué en interne | NA | Utilisé pour la culture hydroponique de la canne à sucre |
| L’HPLC | Agilent Technologies | 1200 Infini | Quantification des acides organiques dans les exsudats racinaires |
| Sulfate de magnésium | Laboratoires de recherche Sisco, Inde | 29117 | Préparation de la solution de Hoagland modifiée |
| Chlorure de manganèse | Laboratoires de recherche Sisco, Inde | 75113 | Préparation de la solution de Hoagland modifiée |
| Acide molybdique | Laboratoires de recherche Sisco, Inde | 49664 | Préparation de la solution de Hoagland modifiée |
| Dihydrogénophosphate de potassium | Maison centrale de la drogue, Inde | 29608 | Préparation de la solution de Hoagland modifiée |
| Nitrate de potassium | Maison centrale de la drogue, Inde | 29638 | Préparation de la solution de Hoagland modifiée |
| Chemins de câbles | Fabriqué en interne | NA | Utilisé pour la germination des plantations de canne à sucre |
| Terre rouge | Acheté auprès de sources locales | NA | Utilisé pour la germination des plantations de canne à sucre |
| Échantillonneur de carottes de racines | Fabriqué en interne | NA | Utilisé pour l’échantillonnage radiculaire in situ |
| Sable | Acheté auprès de sources locales | NA | Utilisé pour la germination des plantations de canne à sucre |
| Seralite-120 | Laboratoires de recherche Sisco, Inde | 14891 | Résine échangeuse de cations pour le traitement des exsudats racinaires |
| Châssis porteur | Acheté auprès de sources locales | NA | Utilisé pour la culture hydroponique de la canne à sucre |
| Motopompe à eau | Acheté auprès de sources locales | NA | Utilisé pour la culture hydroponique de la canne à sucre |
| Papier filtre Whatman grade 1 | Scientifique universel | 1001090 | Traitement des exsudats radiculaires |
| WinRhizo PRO (logiciel) | Regent Instruments Inc., Canada | STD4800 | Scanner de racines bidimensionnel avec logiciel pour l’analyse des racines |
| Sulfate de zinc | Laboratoires de recherche Sisco, Inde | 76455 | Préparation de la solution de Hoagland modifiée |
Références
- Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO). Crops and livestock products. FAOSTAT. , Available from: http://www.fao.org/faostat/en/#data/QC (2019).
- Venkatraman, T. S., Thomas, R. Studies of sugarcane roots at different stages of growth. Agricultural Journal of India. 23, 166-176 (1928).
- Smith, D. M., Inman-Bamber, N. G., Thorburn, P. J.
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