Effets du stress hydrique de début de cycle chez le sorgho

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Exigences écologiques

Le développement du sorgho est tributaire des conditions édapho-climatiques et biotiques de son environnement excepté de ses propres potentialités. Parmi ces conditions, nous avons selon Chantereau et al., (2013) :
La température : Le sorgho peut supporter jusqu’à une température basse de 12°C et une température maximale de 42°C. Son optimum de croissance se situe vers 33 à 34°C, avec une humidité maximale du sol.
Le photopériodisme : C’est un mécanisme d’adaptation à des formes saisonnières vu qu’il permet la synchronisation de la floraison avec la fin de la saison des pluies. Selon la sensibilité à la photopériode, il est distingué trois types de plantes : les plantes insensibles, celles qui fleurissent plutôt en jour long et celles qui fleurissent par contre en jour court.
L’eau : Les besoins en eau du sorgho varient suivant un intervalle de 350 mm à 700 mm selon la longueur du cycle, la masse du couvert végétal (grosseur des tiges et surface foliaire) et la demande évaporative.
Le sol et la fertilisation : Le sorgho bien qu’il puisse être cultivé dans divers sites exige par contre certaines conditions telles que : un sol sablo-argileux, profond, bien drainé, avec un pH voisin de 6-7.

Importance et utilisation économique au Sénégal

Etant l’une des plus importantes plantes au monde, le sorgho est utilisé pour l’alimentation de l’homme, la nourriture du bétail, le matériel de construction et pour des balais (Sikora et al., 2018). Le sorgho est la principale source d’énergie, de protéines, de vitamines et de minéraux pour plus de 500 millions de personnes dans les pays en développement d’Afrique, d’Asie et du Moyen Orient. En effet, il est également utilisé comme fourrage pour le bétail ou comme matière première pour le bioéthanol dans les pays développés tels que les USA et l’Australie (Liu et al., 2019).
Au Sénégal, comme dans beaucoup de pays semi-arides d’Afrique et d’Asie, le sorgho occupe une place importante dans l’alimentation et la nourriture. Il est utilisé pour la consommation sous forme de pâte, de bouillie et de boissons traditionnelles mais aussi comme semoule accompagnée de sauce (Fall et al., 2016). En effet, le sorgho est également utilisé au Sénégal pour la panification mais aussi pour la formulation d’aliment de volaille. Dans le bassin arachidier, son fourrage est surtout utilisé pour l’alimentation du bétail pendant la saison sèche. Ces 5 dernières années, le sorgho occupait une superficie de 159 726 ha avec une production de 139 691 tonnes et un rendement de 874 kg/ha (ANSD, 2018). Par contre, en cette campagne agricole 2017/2018, il a occupé une superficie de 221 329 ha avec une production de 225 865 tonnes et un rendement de 1020 kg/ha. Les principales régions productrices sont par ordre d’importance Kaffrine, Tambacounda et Kolda qui totalisent 62,8% de la production nationale (ANSD, 2018). Toutefois, la culture du sorgho au Sénégal rencontre plusieurs contraintes d’ordre biotiques et abiotiques.

Contraintes biotiques et abiotiques au Sénégal

Au Sénégal, l’agriculture occupe près de 70% de la population et constitue la principale source de survie pour les populations rurales. Cependant, ce secteur reste bouleversé par de nombreuses contraintes d’ordre biotiques et abiotiques (César et al., 2018).

Contraintes biotiques

Au Sénégal, les adventices constituent les principaux facteurs biotiques responsables de la baisse du rendement des cultures (César et al., 2018). Le sorgho est surtout affecté par diverses maladies fongiques telles que l’anthracnose, la brûlure des feuilles, le charbon allongé et le mildiou. En effet, les moisissures des grains constituent l’une des principales attaques entravant la culture du sorgho au Sénégal (Diatta et al., 2019).
Les oiseaux intervenant pendant la phase de remplissage des grains constituent un véritable danger pour les cultures et en particulier chez le sorgho lorsque la culture est une introduction ou une variété qui arrive à maturité beaucoup plus tôt ou plus tard que le type local. Ce qui entraine ainsi une perte considérable de rendements. Toutefois les dégâts s’amoindrissent lorsque la surface plantée augmente, ou si le semis de la culture est fait à un moment tel que sa maturité coïncide avec celle des autres dans la zone (House, 1987).

Contraintes abiotiques

Les facteurs abiotiques tels que la sécheresse et la température élevée constituent l’une des contraintes majeures de la baisse de 71% des cultures de plantes (Boyer, 1982). D’une manière générale, ces stress abiotiques sont retenus comme étant les facteurs majeurs de la baisse de culture dans plusieurs régions à travers le monde (Quarrie et al., 1999).
Au Sénégal, plusieurs contraintes d’ordre abiotiques contraignent la productivité des cultures. Parmi ces contraintes, le stress hydrique constitue la principale contrainte entravant la culture du sorgho au Sénégal (Diatta et al., 2019).

Notion de collection

Une collection est un milieu de conservation des ressources génétiques. Ces dernières sont de plus en plus menacées par l’effet des changements climatiques entrainant une perte considérable de leur diversité. Des études portant sur la diversité génétique ont nettement montré que les variétés traditionnelles, bien que moins productives, sont génétiquement plus diversifiées et plus résistantes que les variétés améliorées. Donc leur sauvegarde contribuerait au maintien de cette diversité génétique (Allam et al., 2018). D’où la mise en place de deux importantes collections ex-situ de ressources génétiques de sorgho au centre asiatique de l’ICRISAT à Patancheru, Inde et au National Plant Germplasm System (Système National pour le Germoplasme des Plantes, Fort Collins, Colorado USA) (Grenier et al., 2000).

Collection de l’ICRISAT

Dans cette collection sont conservées plus de 40 000 accessions hébergées en Inde dont 85% sont des variétés locales (Blum, 1996). Les différents types de races ainsi que leurs formes intermédiaires y sont maintenus. Toutefois, trois des cinq types y sont principalement conservés : Durra (23,5%), Caudatum (20,6%) et Guinea (14,8%). De même, sur les 10 races intermédiaires, seulement trois : Durra-Caudatum (11,5%), Guinea-Caudatum (9,2%) et Durra-Bicolor (7,1%) sont majoritaires (Reddy et al., 2006). Par conséquent, la conservation des échantillons est fonction du budget de l’institut (Grenier et al., 2000).

Collection NPGS

Elle est un duplicata de la collection de l’ICRISAT localisée aux Etats-Unis. Elle est maintenue à Fort Collins (Colorado, USA) et compte plus de 41 860 accessions provenant de 114 pays (Cuevas et al., 2018). Sa mission est de collecter, préserver, évaluer, améliorer et distribuer les ressources génétiques des céréales économiquement importantes (Grenier et al., 2000).

Collection nationale de sorgho du Sénégal

Au Sénégal, le sorgho est étudié depuis les années 1950. En effet, il est cultivé dans quatre zones principales (Mauboussin et al., 1977) :
En Casamance et dans le sud du Sénégal oriental.
Au sud du Sine-Saloum et au Sénégal oriental
Au Sénégal Centre-Nord
Sur le fleuve Sénégal et dans trois situations :
– Culture traditionnelle de décrue,
– Culture traditionnelle pluviale autour des villages,
– Culture de casier irrigué : en saison des pluies avec irrigation d’appoint, en désaison (octobre-janvier) et en contre saison (février-mai) en irrigation totale.
Actuellement, différentes collections sont mises en place au CNRA/ISRA de Bambey, dont celle des ressources génétiques du sorgho (GUEYE et al., 2016). La collecte de ces ressources a débuté pour le sorgho depuis 1976 dans différentes zones agro-climatiques et régions agro-écologiques mais aussi dans différents groupes ethnolinguistiques du Sénégal (Faye et al., 2019) (Annexe 1). Cette collection est composée de quatre sous collections (GUEYE et al., 2016) :
La sous collection locale de sorgho : elle est issue de la prospection FAO de 1987 avec 69 accessions de type Guinea. En effet, il y a également 11 cultivars de race Guinea numérotés de 87-37 à 87-47 au sein de cette collection et qui résultent de la prospection SODEFITEX / programme sorgho. Ces cultivars sont collectés dans le Sénégal oriental et dans le Sine Saloum (Diatta, 2011). Toutes ces accessions ont un cycle de développement de 90 à 110 jours et une hauteur comprise entre 250 et 400 cm.
La sous collection d’écotypes tardifs : elle regroupe les écotypes locaux et les accessions améliorées qui sont introduits suite à une prospection de 1977 à 1978. Ces écotypes ont un cycle de développement compris entre 120 et 140 jours, et une hauteur comprise entre 200 et 400 cm. En effet, ils sont constitués de 141 numéros (Diatta, 2011).
La sous collection d’écotypes très tardifs : elle est composée d’écotypes locaux et d’accessions introduites issues des récoltes de 1970, 1971 et 1972. Ils sont pour la plupart anthocyanes et ont un cycle de développement de 125 à 160 jours et une taille comprise entre 200 et 400 cm. En effet, cette collection est constituée de 148 numéros (Diatta, 2011).
La sous collection ROCARS : elle regroupe les variétés sélectionnées par le Réseau Ouest et Centre Africain de Recherches sur le Sorgho (ROCARDS). Ces variétés appartiennent généralement à la race Caudatum et ont un cycle de développement compris entre 80 et 120 jours et une taille comprise entre 150 et 300 cm. En effet, cette collection est constituée de 58 variétés (Diatta, 2011).
Compte tenu de sa tolérance à des températures relativement élevées, le matériel génétique de sorgho du Sénégal est maintenu en chambre froide (température voisine de 13°C) à Bambey. Les échantillons obtenus par autofécondation dont leur poids varie entre 30 et 300 g sont au préalable traités au granox (insecticide + fongicide) avant leur conservation puis conditionnés en sachets papier pour enfin être rassemblés dans des boites de carton (Diatta, 2011).

Stress hydrique pré-floral

C’est un stress qui intervient pendant la phase végétative. Une photosynthèse efficiente et une accumulation des réserves durant la phase végétative ont un rôle décisif sur la formation des organes reproducteurs et peuvent ainsi directement affecter le rendement final (Barnabás et al., 2008). Par conséquent, la réponse à ce stress intervient principalement de la différenciation paniculaire à la floraison (Kebede et al., 2001).

Effets du stress hydrique de début de cycle chez le sorgho

Ce stress entraine une perte de production à cause de l’éclatement de la panicule et de l’avortement des ovaires (Emendack et al., 2018). Il se manifeste principalement par un enroulement des feuilles, un caractère non dressé des feuilles, une décoloration des feuilles, un retard de floraison, une faible exsertion des panicules, un avortement des fleurs et une réduction de la taille des panicules (Kebede et al., 2001). Ce stress peut aussi affecter la croissance du système racinaire qui est responsable de l’établissement du flux d’eau au niveau du continuum sol-plante-atmosphère (Priya et al., 2016). Ce qui fait que les plantes subissent certains changements physiologiques, biochimiques et moléculaires qui en retour affectent la photosynthèse, la respiration, la translocation des ions et des nutriments dans les plantes et les activités régulatrices de la croissance des plantes. De plus, la réduction de la taille des feuilles pour éviter la transpiration, la profonde expansion des racines dans le sol pour absorber de l’eau sont aussi quelques changements morpho-anatomiques que subissent les plantes pour faire face au stress hydrique (Zargar et al., 2017).

Mécanismes de tolérance du sorgho au stress hydrique

Trois mécanismes sont associés à la survie et à la production de la plante en conditions de stress hydrique par les plantes et en particulier le sorgho pour résister à ce stress (Krupa et al., 2017). Il s’agit de : l’échappement, l’évitement et la tolérance.

L’échappement

Il correspond à l’adaptation naturelle ou artificielle de la période de croissance, du cycle de vie, ou de la date de semis pour les plantes à prévenir leur cycle de développement contre le stress hydrique (Manavalan et al., 2009). Ce mécanisme peut se reposer sur une bonne reproduction avant le début d’un stress sévère à travers des plants à cycle court, une bonne croissance des organes ou une accumulation efficiente et une utilisation des réserves pour la production des graines (Barnabás et al., 2008). Donc, l’échappement est assuré par l’existence de variétés à cycle court ou des variétés photopériodiques aux cycles bien calés sur la fin des saisons des pluies. D’où le choix pour les paysans des variétés à cycle court (4 à 6 semaines) qui vont rapidement boucler leur cycle de vie afin d’échapper au stress (Verma et al., 2018).

L’évitement

Il correspond à l’adaptabilité de la plante à maintenir en interne un bilan hydrique favorable sous un stress hydrique (Verma et al., 2018). Il existe deux types d’évitement : le premier correspond à l’aptitude des plantes à conserver l’eau au niveau de la plante toute entière à travers la diminution des pertes d’eau par les pousses ou la bonne régulation de la fermeture des stomates et le second correspond au maintien de potentiels hydriques élevés en présence de déficit hydrique par l’extraction plus efficiente de l’eau dans le sol à travers un système racinaire profond et extensif permettant la poursuite des processus photosynthétiques (Priya et al., 2016; Krupa et al., 2017). Donc l’évitement est assuré par un système racinaire profond et puissant du sorgho mais aussi par une bonne régulation de la fermeture des stomates.

La tolérance

Elle est l’adaptabilité des plantes à maintenir ou à conserver leur fonctionnement sous stress (Blum, 2005). Elle se manifeste soit par une réduction de la déshydratation (par perte sélective des vieilles feuilles ou un développement du système racinaire pour absorber l’eau dans les couches profondes) soit en tolérant la déshydratation. Donc, les plantes accumulent une variété de substances organiques ou inorganiques pour augmenter leur concentration dans le cytoplasme, réduire le potentiel osmotique et améliorer la rétention d’eau par les cellules en réponse au stress hydrique (Verma et al., 2018).

Amélioration variétale pour la tolérance du sorgho au stress hydrique au Sénégal

Les changements climatiques, la forte croissance démographique, particulièrement en Afrique sub-saharienne risquent d’accentuer le risque de l’insécurité alimentaire dans ces zones (Kamal et al., 2018). Concernant les stress abiotiques, la sécheresse est probablement le facteur environnemental qui a le plus d’impact négatif au niveau mondial sur la productivité des cultures (Krannich et al., 2015). Ainsi, pour faire face à ce stress hydrique, il est nécessaire de créer des variétés adaptées à ce stress à travers les programmes d’amélioration variétale. C’est dans cette perspective qu’au Sénégal, plusieurs études ont été menées par le programme d’amélioration variétale du sorgho pour la mise en place de variétés adaptées au déficit hydrique et avec un important rendement. Des études ont été menées et se sont plus focalisées sur de grandes collections internationales comme la core collection mondiale (Sine, 2009), la collection Ouest Africaine photopériodique (Tovignan, 2016) et la collection Ouest Africaine WASAP (Akata, 2017). Toutefois, les travaux qui ont été effectués sur la collection nationale de sorgho du Sénégal se sont limités à une caractérisation agro-morphologique (Diatta, 2011). Par ailleurs, des études ont été menées aussi bien en condition de stress hydrique post-floral comme pré-floral. Des variétés adaptées au stress hydrique comme la variété CE 145-66 ont été créées (Séne, 1996). En effet, au Sénégal, il est constaté que le stress hydrique pré-floral intervient fréquemment, c’est pourquoi il fait l’objet de notre étude.

Situation géographique et climatique du site

L’étude a été réalisée en contre saison froide 2018 à la station du CNRA de Bambey (14°42’N ; 16°28’O) dans la région de Diourbel à 120 Km de Dakar. Cette station est caractérisée par un climat typiquement sahélien marqué par une longue saison sèche de 8 à 9 mois et une courte saison des pluies de 2 à 3 mois. Les sols dominants sont de type sableux ayant une très faible capacité de rétention en eau de 90 à 100 mm.m-1 (Ndiaye et al., 2018).

Conditions expérimentales

Données météorologiques

Les essais (ETM et STR) sont situés à environ 100 m de la station météorologique du CNRA de Bambey qui a permis d’enregistrer les données météorologiques tout au long de l’expérimentation. Les paramètres météorologiques enregistrés étaient : la température minimale et maximale, l’humidité relative minimale et maximale, l’insolation et la vitesse du vent.

Irrigation

L’étude a été menée en contre saison froide 2018 sous irrigation en utilisant un système de rampes oscillantes. L’irrigation se faisait deux fois dans la semaine avec une moyenne de 25 mm d’eau par irrigation du semis jusqu’en début de formation des grains. A partir de ce stade jusqu’à la maturité physiologique, l’irrigation était apportée une fois par semaine. Le stress a été installé au 21iéme JAS et pendant 48 jours au niveau de la parcelle stressée. La levée de ce stress était basée sur l’analyse des données Diviner indiquant des valeurs critiques de la fraction d’eau transpirable du sol par la plante (FTSW) = 0,3 au niveau de la parcelle stressée. La quantité d’eau apportée par irrigation était de 650 mm pour la parcelle ETM et 530 mm pour la parcelle STR.

Le sol

Les essais ont été installés sur un sol de type Deck c’est-à-dire un sol sablo-argileux avec une teneur en argile de 6 à 8% (Diatta, 2011).

Méthodes

Facteur étudié et dispositif expérimental

L’étude a été effectuée sur un facteur variété à 340 niveaux et un facteur régime hydrique à deux niveaux (ETM et STR) :
ETM (évapotranspiration maximale) : condition non limitante en eau avec une irrigation d’appoint pour maintenir les plants dans un état hydrique optimal jusqu’à la fin du cycle.
STR (stress pré-floral) : où le stress hydrique est appliqué en début de cycle au 21éme JAS et pendant 48 jours.
Chacun des deux régimes hydriques contient les 340 entrées arrangées selon un dispositif en blocs incomplets de type alpha lattice avec trois répétitions (Figure 5). Chacune des trois répétitions est constituée de 20 blocs de 17 parcelles élémentaires. La parcelle élémentaire est constituée de deux lignes de 2,25 m de long avec un écartement de 0,6 m entre les lignes et 0,15 m entre les poquets sur la ligne. Ainsi, chaque parcelle élémentaire comporte 30 poquets en raison de 15 poquets par ligne soit une densité de 62500 poquets/ha. La surface totale de chaque essai est de 3950 m2.

Table des matières

LISTE DES TABLEAUX
TABLE DES MATIERES
INTRODUCTION
CHAPITRE I : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
Généralités sur le sorgho
1.1 Origine, domestication et diffusion
1.2 Taxonomie
1.3 Description morphologique
1.4 Exigences écologiques
1.5 Importance et utilisation économique au Sénégal
1.6 Contraintes biotiques et abiotiques au Sénégal
1.6.1 Contraintes biotiques
1.6.2 Contraintes abiotiques
1.7 Notion de collection
1.7.1 Collection de l’ICRISAT
1.7.2 Collection NPGS
1.7.3 Collection nationale de sorgho du Sénégal
1.8 Notion de stress hydrique
1.8.1 Stress hydrique pré-floral
1.8.2 Effets du stress hydrique de début de cycle chez le sorgho
1.8.3 Mécanismes de tolérance du sorgho au stress hydrique
1.8.3.1 L’échappement
1.8.3.2 L’évitement
1.8.3.3 La tolérance
1.9 Amélioration variétale pour la tolérance du sorgho au stress hydrique au Sénégal
CHAPITRE II : MATERIEL ET METHODES
2.1 Le matériel végétal
2.2 Situation géographique et climatique du site
2.3 Conditions expérimentales
2.3.1 Données météorologiques
2.3.2 Irrigation
2.3.3 Le sol
2.4 Méthodes
2.4.1 Facteur étudié et dispositif expérimental
2.4.2 Itinéraire technique
2.4.2.1 Précédent cultural
2.4.2.2 Conduite de la culture
2.5 Observations et mesures
2.5.1 Observations phénologiques
2.5.2 Mesures agro-morphologiques
2.5.3 Mesures physiologiques
2.5.4 Variables calculées
2.5.5 Analyse statistique des données
CHAPITRE III : RESULTATS ET DISCUSSION
3.1 Température, humidité relative, insolation et vitesse du vent
3.2 Caractérisation du statut hydrique du sol vécu par les plants
3.3 Diversité de la réponse au déficit hydrique pré-floral au sein de la collection
3.4 Variabilité au sein des accessions étudiées pour les 15 variables agro-morphologiques et physiologiques
3.5 Corrélations entre les différentes variables étudiées
3.6 Analyse en composantes principales (ACP)
3.6.1 Caractéristiques des axes factoriels
3.6.2 Caractérisation et classification des accessions selon leurs similitudes de réponse au déficit hydrique pré-floral
Discussion
CONCLUSION ET PERSPECTIVES
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES

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