CREATION DE LA GRILLE, TRAITER LES SEMENCES INDIVIDUELLEMENT.

CREATION DE LA GRILLE, TRAITER LES SEMENCES INDIVIDUELLEMENT.

Les prairies, une biodiversité riche de plus en plus sollicitée par l’homme.

Recouvrant près de 40% des terres émergées, les prairies constituent l’un des écosystèmes les plus vastes du globe. Ces étendues sont dominées par une végétation herbacée, dont la majorité des individus appartiennent à la famille des Poacées (composée de plus de 7500 espèces). Le stade herbacé des prairies est entretenu par les feux, le broutage, les sècheresses et/ou les températures froides. La biodiversité de ces espaces est abondante, interconnectée et source d’une valeur agronomique, économique et écologique majeure, notamment pour l’homme (Lemaire, Wilkins & Hodgson 2005; Gaujour et al. 2012; O’Mara 2012). Les services rendus par les prairies sont en effet nombreux et de plus en plus sollicités, on pense à ce titre aux production fourragères, à la création variétale, aux niches écologiques d’insectes pollinisateurs, à la séquestration du dioxyde de carbone atmosphérique (CO2) ou encore aux aspects culturels et récréatifs comme les terrains de golf ou les parcs urbains (Gaujour et al. 2012).

La germination, facteur clef de la valeur agro-économique et écologique d’une prairie.

La valeur d’usage d’une prairie, naturelle comme semée, est déterminée par (1) sa structure génétique (la diversité des espèces et variétés ainsi que leurs répartitions) et (2) par sa structure physique. Ces deux structures sont directement modulées par la qualité de la germination des espèces et variétés présentes (Gaujour et al. 2012; Derek Bewley et al. 2013; Ahmed 2015). Biologiquement, la germination d’une graine ou d’un grain est un processus physiologique complexe commençant par l’absorption d’eau (on parle d’imbibition) et s’achevant par l’émergence de tissus embryonnaires (en général la radicule), au travers de tissus protecteurs (le péricarpe et les téguments dans le cas des Poacées (Derek Bewley et al. 2013). L’imbibition « relance » le métabolisme suspendu des graines/grains entrainant notamment

la respiration cellulaire, la réparation du génome, la consommation des ressources de l’albumen (Poacées) ou encore la synthèse protéique (Rajjou et al. 2012; Derek Bewley et al. 2013). Toutefois, dans la littérature scientifique, le terme germination est généralement employé afin de désigner l’émergence visible de la radicule, correspondant donc à l’étape de transition entre la germination sensu-stricto et la post-germination (Aquila 2009; Rajjou et al. 2012; Derek Bewley et al. 2013; Demilly et al. 2014; Ahmed 2015).

Une population R2 bien plus tolérante au vieillissement ?

Le lot ancien de la population R2 se comporte différemment des lots anciens R1 et R3. En effet, comme pour les lots récents, son taux de germination moyen minimal est obtenu à 10°C (29%). Les taux maximums eux sont atteints à 15 et 21°C (76%), puis contrairement aux lots récents, à 26°C le taux diminue à nouveau (65%). Il est en outre intéressant de remarquer que les taux de germination obtenus à 10 et 15°C sont plus importants que ceux des lots récents R2 aux mêmes températures. Ces résultats peuvent être expliqués par le vieillissement des semences, favorisant une levée de dormance (Derek Bewley et al. 2013). Pour ce lot, l’essai de viabilité (coloration au chlorure de tétrazolium) indique que 88% des semences sont vivantes. Ce pourcentage est bien supérieur à ceux obtenus pour les lots anciens R3 et R1 (respectivement 33% et 28%). Les semences de la population R2 semblent donc beaucoup moins « sensibles » au vieillissement (environ 10% de pertes) que celles des populations R1 et R3 (environ 70% de pertes).

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Table des matières

I. INTRODUCTION
I.1 – LES PRAIRIES, UNE BIODIVERSITE RICHE DE PLUS EN PLUS SOLLICITEE PAR L’HOMME.
I.2 – LA GERMINATION, FACTEUR CLEF DE LA VALEUR AGRO–ECONOMIQUE ET ECOLOGIQUE D’UNE PRAIRIE.
I.3 – LE CHANGEMENT CLIMATIQUE MENACE LA BIODIVERSITE ET LES SERVICES RENDUS PAR LES PRAIRIES.
I.4 – LES PRAIRIES FACE AU CHANGEMENT CLIMATIQUE, LE PROJET INRA CLIMAGIE.
I.5 – L’INRA DE LUSIGNAN : TEMPERATURES ET GERMINATION D’ESPECES PRAIRIALES SAUVAGES.
I.6 – LE RAY–GRASS ANGLAIS, DES FOURRAGES AUX GAZONS, UNE ESPECE MAJORITAIRE.
I.7 – GENESE ET OBJECTIFS DU PROJET REGATE.
I.8 – LA SNES, LABORATOIRE DE REFERENCE DU GEVES POUR LES ESSAIS SUR SEMENCES.
I.9 – L’ANALYSE D’IMAGE A LA SNES, UN SUIVI FIN DES ESSAIS DE GERMINATION.
I.10 – LA SNES ET LE PROJET REGATE, PROBLEMATIQUES ET OBJECTIFS DU STAGE.
II. MATERIEL BIOLOGIQUE ET TECHNIQUE
II.1 – TROIS POPULATIONS DE RAY–GRASS ANGLAIS ETUDIEES SUR DEUX LOTS, L’UN COLLECTE, L’AUTRE MULTIPLIE AU
CRG (LOTS ANCIENS ET RECENTS).
II.2 – LES BANCS DE GERMINATION DE TYPE JACBOSEN DE LA SNES.
II.3 – UN SEMIS MANUEL A 4 TEMPERATURES, DIRECTEMENT SUR BANCS.
II.4 – LE SEMIS A 26°C DU LOT RECENT R2, CONTROLE BIOLOGIQUE DE L’HOMOGENEITE DES BANCS.
II.5 – DU MOIS A LA SEMAINE, LA DUREE DES ESSAIS INITIAUX DIMINUE AVEC LA TEMPERATURE.
II.6 – LE DEVELOPPEMENT PLUS LENT DES LOTS ANCIENS IMPLIQUE UN PROLONGEMENT DES ESSAIS INITIAUX.
II.7 – CONTROLE DE LA VIABILITE DES SEMENCES AU CHLORURE DE TETRAZOLIUM.
III. DEVELOPPEMENT DE LA METHODE D’ANALYSE D’IMAGES
III.1 – L’ACQUISITION AUTOMATIQUE DES DONNEES DE GERMINATION PAR ANALYSE D’IMAGES.
III.2 – L’ANALYSE D’IMAGE REALISEE SOUS LE LOGICIEL LIBRE IMAGE J II, DEVELOPPEMENT DE MACROS.
III.3 – LA MACRO GENERALE DEVELOPPEE PAR DIDIER DEMILLY : ‘GERMINATION’.
DECOUPER LES SERIES D’IMAGES, UNE ETAPE ANODINE MAIS PUISSANTE.
LA SEGMENTATION DES SEMENCES ET RADICULES, CLEF DE L’ANALYSE DE GERMINATION.
III.4 – L’OBJECTIF TECHNIQUE : SEGMENTER LES SEMENCES DE RAY–GRASS ANGLAIS.
LES REGLAGES PHYSIQUES
DEUX MACROS DE SEGMENTATION POUR DEUX QUALITES D’IMAGES.
III.5 – CREATION DE LA GRILLE, TRAITER LES SEMENCES INDIVIDUELLEMENT.
III.6 – DEUX VARIABLES POUR DETERMINER L’IMAGE DE GERMINATION D’UNE SEMENCE.
LA SEGMENTATION DE LA RADICULE TRANSLUCIDE IMPOSSIBLE.
L’ALTERNATIVE : LE DEPLACEMENT DE LA SEMENCE COMME INDICATEUR DE GERMINATION.
L’IMAGE DE REFERENCE
LE DEPLACEMENT DU CENTRE D’INERTIE DES SEMENCES : UN SEUIL INDICATEUR DE GERMINATION FIXE A 0,4MM.
FAUX NEGATIFS ET POSITIFS, QUAND LES SEMENCES QUITTENT LEURS « CASES ».
III.7 – LE TRAITEMENT DES DONNEES.
AJUSTEMENT ET CONTROLE DE L’AUTOMATISATION PAR COMPTAGE VISUEL, LES DONNEES LECTEUR.
COMPARAISONS STATISTIQUES, DES ANALYSES CLASSIQUES AU TEST DU LOG-RANK.
IV. RESULTATS DE GERMINATION EN FONCTION DE LA TEMPERATURE
IV.1 – DES CONDITIONS THERMIQUES SPATIALES ET TEMPORELLES HOMOGENES POUR ETUDIER LA GERMINATION.
IV.2 – LES DONNEES LECTEUR, REPRODUCTIBLES ET FIABLES.
IV.3 – DES REPETITIONS HOMOGENES A 26°C.
IV.4 – DES CONDITIONS D’ESSAI HOMOGENES POUR DES ESSAIS REPETABLES.
IV.5 – COMPARAISON DES COURBES DE GERMINATION CUMULEES DES 3 POPULATIONS RAY–GRASS ANGLAIS PAR LOT ET SELON LA TEMPERATURE.
LA VARIABILITE GENETIQUE DE LA GERMINATION MISE EN EVIDENCE AUX BASSES TEMPERATURES POUR LES LOTS RECENTS.
LE TEMPS DE GERMINATION MOYEN, LA POPULATION R2 SE DEMARQUE PAR SON RETARD AUX BASSES TEMPERATURES.
IV.6 – COURBES DE GERMINATION CUMULEES DES LOTS ANCIENS, L’EFFET DU VIEILLISSEMENT.
LA GERMINATION DES LOTS ANCIENS R1 ET R3, FAVORISEE AUX TEMPERATURES BASSES.
UNE POPULATION R2 BIEN PLUS TOLERANTE AU VIEILLISSEMENT ?
LE VIEILLISSEMENT ET/OU LE FROID RETARDENT LA GERMINATION.
IV.7 – LES BOITES A MOUSTACHES, COMPARAISON ENTRE REPETITIONS DES TAUX ET TEMPS MOYENS DE GERMINATION.
LE TAUX DE GERMINATION DES LOTS RECENTS, LES MAXIMUMS R1 ET R3 SEMBLABLES.
LA GERMINATION DES LOTS ANCIENS, FAVORISEE A 10 ET 15°C.
LA VITESSE MOYENNE DE GERMINATION DES LOTS RECENTS, R2 A LA TRAINE.
IV.8 – L’ACQUISITION AUTOMATIQUE DES DONNEES DE GERMINATION. 24
UNE METHODE FONCTIONNANT POUR 91% DES SEMENCES SUIVIES.
DONNEES LECTEUR ET AUTOMATUES, UN DECALAGE MOYEN DE 4H SYNCHRONISE A 94%
LES COURBES DE GERMINATION CUMULEES AUTOMATIQUES DES TS RECENTS.
LES COURBES DE GERMINATION CUMULEES AUTOMATIQUES DES LOTS ANCIENS.
LE GAIN DE TEMPS ET DE PRECISION OFFERT PAR LA METHODE AUTOMATIQUE.
V. CONCLUSIONS ET DISCUSSIONS
V.1 – BILAN DE LA METHODE AUTOMATIQUE DEVELOPPEE.
UNE METHODE FONCTIONNANT AUSSI POUR LA FETUQUE ELEVEE.
AMELIORER L’ACQUISITION AUTOMATIQUE : GROUPER LES LOTS PAR VITESSES DE DEVELOPPEMENT.
AMELIORER L’ACQUISITION AUTOMATIQUE : UN PAPIER SUR MESURE.
V.2 – EXISTE–T–IL UNE VARIABILITE INTRA–SPECIFIQUE DANS LA REPONSE GERMINATIVE A LA TEMPERATURE CHEZ LES POPULATIONS SAUVAGES DE RAY–GRASS ANGLAIS ?
V.3 – LE VIEILLISSEMENT D’UN LOT DE SEMENCE ENTRAINE–T–IL UNE MODIFICATION DE LA REPONSE GERMINATIVE A LA TEMPERATURE ?
V.4 – SUITE DU PROGRAMME REGATE, LE VIEILLISSEMENT CONTROLE DES LOTS RECENTS.
BIBLIOGRAPHIE