Revue Skn¨¦galaise des Recherches Agricoles et...
Revue Skn¨¦galaise des Recherches Agricoles et Halieutiques - Vol. 2 - n* 1 - 1989
DESCRIPTION D¡¯UNE METHODE RAPIDE
DE DETERMINATION DE L¡¯ACTIVITE
PHOTOSYNTHETIQUE FOLIAIRE
DE L¡¯ARACHIDE AU CHAMP
Par
D. J. ANNEROSE
Chercheur IRHO/CIRAD, en poste ¨¤ l¡¯ISRA
Direction des Recherches sur les Productions V¨¦g¨¦tales
RESUME
Afin de s¡¯affranchir de la complexit¨¦ et du co ?t associ¨¦s aux m¨¦thodes classiques de d¨¦termination
de l¡¯assimilation de CO, en plein champ, une m¨¦thode simple est d¨¦crite. Elle est caract¨¦ris¨¦e par
l¡¯absence de connexions entre le circuit de mesure et la chambre d¡¯assimilation et permet la d¨¦termina-
tion de¡¯la teneur en CO, dans des petits volumes de gaz. Une description de la chambre d¡¯assimilation
construjte pour les mesures sur les feuilles d¡¯arachide est donn¨¦e. L¡¯efficacit¨¦ de cette m¨¦thode est ¨¦valu¨¦e
sur du mat¨¦riel v¨¦g¨¦tal pour diff¨¦rentes conditions d¡¯alimentation hydrique.
Mots cl¨¦s : Arachis hypogaea - Alimentation en eau - Assimilation - Photosynth¨¨se - Physiologie
v¨¦g¨¦tale - Dispositif exp¨¦rimental - Mesure.
SUMMARY
A simple method to reduce the complexity and the costs associated with classical methods of deter-
mining CO, intake in the fields is described. It is characterized by
the non-existence of connections bet-
ween the measuring circuit and the intake chamber and permits the determination of the amount of CO,
in small volumes of gas. The intake chamber built for measurements taken on the groundnut leaves is
3
descnbed.Theefficiencyofthismethodisevaluatedonvegetablematterforvanousconditionsofhydric
food.
Key Words Arachis hypogaq - water supply - intake - photosynthesis - p!ant physiology -
experimental design - measure.
RESUMO
Para livrar-se da complexidade e do custo ligados aos m¨¦todos classicos de determina ?Zo da
assimila ?go de CO, em campo livre, um m¨¦todo simples foi descrito. Ele se caracteriza pela ausencia de
conexoes entre o circuito de medida e a c ?mara de assimila ?Ko e possibilita a determina ? ?o do teor de CO,
em pequenos volumes de gas. E¡¯dada uma descrip ?go da c ?mara de assimila ? ?o construida para as
medidas sobre as folhas de amendoim. A efici¨ºncia deste m¨¦todo foi avalia da sobre material vegetal por
diversas condi ?oes de alimenta ? ?o hidrica.
Palavras chaves : Aruchis hypogaea - alimenta ? ?o hidrica - assimila ?%o - fotosintese - fisiologia
vegetal - dispositivo experimental - medida.
4
INTRODUC!TION
De nombreux travaux ont mis en ¨¦vidence les effets de la s¨¦cheresse sur la photosynth¨¨se
(9,6,11,19,15,4,17,1,7). Lemaintiendel¡¯activit¨¦photosynth¨¦tiquelorsd¡¯un stress hydrique
est un des m¨¦canismes d¡¯adaptation les plus importants pour assurer une productivit¨¦
satisfaisante en condition de s¨¦cheresse. Sa d¨¦termination n¨¦cessite cependant la ma ?trise d¡¯un
grand nombre de param¨¨tres ce qui limite son domaine d¡¯¨¦tude principalement au laboratoire
(1813). Or le d¨¦veloppement de la plante et par cons¨¦quent les processus physiologiques dont
il d¨¦pend sont notablement diff¨¦rents en conditions contr ?l¨¦es et au champ (densit¨¦ racinaire,
vitesse d¡¯installation du stress hydrique, possibilit¨¦ d¡¯acclimatation de la plante, etc...). Ces
constatations sont ¨¤ l¡¯origine du d¨¦veloppement de syst¨¨mes transportables permettant la
d¨¦termination au champ de l¡¯activit¨¦ photosynth¨¦tique nette (A.P.N.) d¡¯une feuille ou d¡¯une
culture (3,14,16). Cependant leur taille et leur inertie limitent les possibilit¨¦s de d¨¦termination
de 1¡¯A.P.N sur de nombreux traitements durant un court intervalle de temps. D¡¯autres syst¨¨mes
d¨¦velopp¨¦s par la suite ont permis de r¨¦duire la dur¨¦e des mesures mais ils n¨¦cessitent toujours
la disposition d¡¯une source ¨¦lectrique importante pour l¡¯alimentation des diff¨¦rents appareils
de mesure, ce qui ne facilite pas leur mobilit¨¦ (12,20). ATKINS et PATE (1977) ont d¨¦crit une
technique permettant de determiner la teneur en CO, de petits volumes de gaz, l¡¯avantage de
cette technique r¨¦sidant dans le fait que les connexions directes entre la chambre d¡¯assimila-
tion et le circuit d¡¯analyse sont supprim¨¦es. L¡¯adaptation de cette technique (8,lO) a permis la
mise au point d¡¯une m¨¦thode simple de d¨¦termination au champ de l¡¯A.P.N. Dans le cadre du
programme d¡¯am¨¦lioration de l¡¯adaptation ¨¤ la s¨¦cheresse de l¡¯arachide conduit au CNRA de
Bambey, l¡¯obtention d¡¯informations sur le niveau d¡¯A.P.N. foliaire au champ et le degr¨¦ de
tol¨¦rance ¨¤ la s¨¦cheresse de ce m¨¦canisme pour les diff¨¦rentes vari¨¦t¨¦s ¨¤ lign¨¦es et test¨¦es est
indispensable. L¡¯¨¦tude des relations entre ce m¨¦canism.e physiologique et ceux d¨¦j¨¤ largement
¨¦tudi¨¦s (r¨¦gulation des pertes en eau, am¨¦lioration de l¡¯absorption racinaire, r¨¦sistance
protoplasmique ¨¤ la dessiccation, etc.. .) permettra d¡¯affiner la description d¡¯un id¨¦otype adapte
¨¤ une situation climatique donn¨¦e. Une chambre d¡¯assimilation mise au point ¨¤ cet effet est
d¨¦crite dans ce qui suit. L¡¯objectif ¨¦tant de disposer d¡¯un syst¨¨me rapide et peu encombrant
permettant la d¨¦termination de 1¡¯A.P.N. foliaire au champ de plusieurs vari¨¦t¨¦s pour plusieurs
intensit¨¦s de s¨¦cheresse dans un intervalle de temps suffisamment court pour permettre des
comparaisons satisfaisantes. Un rappel de la technique utilis¨¦e est aussi pr¨¦sent¨¦.
MAT ?RIEL ET M ?THODES
Principe
Le circuit d¡¯analyse des gaz est constitu¨¦ d¡¯un analyseur infra-rouge absolu (HARTMANN
& BRAUN type URAS 2), d¡¯une bouteille d¡¯azote (NJ servant de gaz transporteur, d¡¯un d¨¦bit-
m¨¨tre et d¡¯une colonne de dessiccant contenant du perchlorate de magn¨¦sium en grain (figure
1). L¡¯azote passe ¨¤ travers le syst¨¨me ¨¤ un d¨¦bit de 25 l¡¯heure. Les ¨¦chantillons de gaz ¨¤ analyser
sont successivement inject¨¦s ¨¤ la seringue en amont de la colonne de dessiccant et sont entrain¨¦s
parle flux d¡¯azote ¨¤ travers la cellule de mesure de l¡¯analyseur. Le signal de sortie de l¡¯analyseur
est transcrit sur un potentiom¨¨tre enregistreur (SERVOGOR type RE 512). Des ¨¦chantillons
de gaz de diff¨¦rentes concentrations en CO, sont utilis¨¦s pour ¨¦talonner le syst¨¨me. Ces diff¨¦-
rentes concentrations en CO, sont obtenues par injection dans le circuit de volumes variables
de gaz de concentration en CO, connue (36Oul/l). Ainsi, si l¡¯injection dans le circ,uit de 5 ml
d¡¯air ¨¤ 360 ppm de CO,repr¨¦sente 36Oyl/l, 2,5 ml repr¨¦sentent 18Opl/l et 1 ml 72@/l. Chaque
injection d¡¯¨¦chantillon de gaz produit une r¨¦ponse de l¡¯ensemble analyseur-enregistreur sous
forme d¡¯un pic (figure 2) dont la hauteur est proportionnelle ¨¤ la concentration de CO, pour un
d¨¦bit d¡¯azote constant. Une courbe typique d¡¯¨¦talonnage est repr¨¦sent¨¦e sur la figure 3, d¡¯autres
points obtenus ¨¤ partir d¡¯un gaz de concentration en CO, de 25Opl/l sont repr¨¦sent¨¦s et
5
Figure 1 : Sch¨¦ma du circuit d¡¯analyse
1 : D¨¦tendeur
2 : D¨¦bitm¨¨tre
3 : Point d¡¯injection des ¨¦chantillons
s¡¯alignent correctement sur la courbe obtenue, ce qui valide la m¨¦thode de calibration utilis¨¦e.
La courbe d¡¯¨¦talonnage ¨¦tant lin¨¦aire et passant par le z¨¦ro peut donc ¨¤ la limite ¨ºtre obtenue
¨¤ partir d¡¯un seul point.
Chambre d¡¯assimilation et modalit¨¦s des mesures
La chambre d¡¯assimilation est construite en plexiglass de 2 mm d¡¯¨¦paisseur (figure 4). Ses
dimensions, L = 12 cm, 1 = 10 cm, h = 3,9 cm, ont ¨¦t¨¦ d¨¦termin¨¦es afin de permettre le
positionnement correct d¡¯une feuille d¡¯arachide bien d¨¦velopp¨¦e. Un joint caoutchout¨¦ plac¨¦
sur le pourtour de la chambre permet de maintenir son ¨¦tanch¨¦it¨¦ en position ferm¨¦e. Un ven-
tilateur (MICRONEL type 24 1 L) est dispos¨¦ ¨¤ l¡¯int¨¦rieur de la chambre dans un angle oppos¨¦
¨¤ l¡¯ouverture. Il est aliment¨¦ par une batterie de 9 volts et assure un d¨¦bit de 70 I/min, ce qui
permet d¡¯¨¦viter la formation de poches d¡¯air inerte dans la chambre. Deux bouchons en
caoutchouc plac¨¦s dans une des parois verticales de la chambre permettent le pr¨¦l¨¨vement ¨¤ la
seringue des ¨¦chantillons de gaz ¨¤ analyser. L¡¯¨¦tanch¨¦it¨¦ de la chambre a ¨¦t¨¦ v¨¦rifi¨¦e au
laboratoire en la pla ?ant, ventilateur en marche, dans des conditions de teneur en CO, de l¡¯air
ambiant plus ¨¦lev¨¦es que celles de l¡¯air enferm¨¦ dans lachambre. Elle a par la suite ¨¦t¨¦ utilis¨¦e
afin de d¨¦terminer l¡¯A.P.N foliaire d¡¯une vari¨¦t¨¦ d¡¯arachide dans deux conditions d¡¯alimenta-
tion hyclrique. La proc¨¦dure d¡¯ex¨¦cution de la mesure est la suivante : le ventilateur est mis en
marche, la feuille choisie est rapidement dispos¨¦e dans la chambre en maintenant sa position
initiale par rapport au rayonnement du soleil, un mastic caoutchout¨¦ entourant le p¨¦tiole et
appliqu¨¦ contre la chambre assure l¡¯¨¦tanch¨¦it¨¦. Deux ¨¦chantillons d¡¯air de 5 ml sont simulta-
n¨¦ment pr¨¦lev¨¦s ¨¤ la seringue afin d¡¯estimer la concentration initiale de CO, dans la chambre
et deux autres sont pr¨¦lev¨¦s 30 ¨¤ 60 secondes plus tard pour d¨¦terminer la concentration finale.
La concentration en CO, est calcul¨¦e comme ¨¦tant la moyenne des valeurs obtenues pour les
deux ¨¦chantillons. Les seringues contenant les ¨¦chantillons de gaz sont plac¨¦es dans une bo ?te
isotherme et la feuille d¨¦gag¨¦e de la chambre. La feuille est pr¨¦lev¨¦e, pIa& dans une fiole
humidifi¨¦e puis dans la bo ?te isotherme. A la fin des pr¨¦l¨¨vements, les seringues et les feuilles
sont transport¨¦es au laboratoire. Les ¨¦chantillons sont inject¨¦s dans le circuit d¡¯analyse. La
surface des feuilles est d¨¦termin¨¦e par planim¨¦trie (L-i COR: Li 3000)
6
Figure 2 : Courbes de r¨¦ponse de l¡¯ensemble analyseur-enregistreur obtenues pour l¡¯injection
de 360 ppm, 288 ppm, 180 ppm, 250 ppm et 150 ppm d e CO, (5 ml, 4 ml, 2,s ml d e
360 de
p p m
CO, et 5 ml et 3 ml de 250 ppm)
g-
__---_.
- .--_.__._.
-.-----.
.---
.._._. -___- - ..-. ---... -*.: .^.. &..
.-.
360
Figure 3 : Courbe d¡¯¨¦talonnage du syst¨¨me obtenue par l¡¯injection de 5 ml, 4 ml et 2,s ml de
gaz ¨¤ 360 ppm soit 360 ppm, 288 ppm et 180 ppm de CO,. (croix)
Les cercles (0) repr¨¦sentent les points obtenus par l¡¯injection de 5 ml et 3 ml d¡¯air ¨¤ 250 ppm
de CO, soit 250 et 150 ppm de CO,
Hauteur du pic en cm
5
4
3
l
2
1
Lc
100 200 300 400
CO2 en ( ppm >
L¡¯A.P.N foliaire est d¨¦termin¨¦e selon l¡¯¨¦quation :
A.P.N (mg C0,.dm-2.h-¡®)= 1,964 mg C0,.cm-3 x V x l/SF x A. 10e6 x 273/T x 1013/P x 3600
avec V volume de la chambre en cm3, SF la surface foliaire en dm¡¯, A la vitesse de
consommation de CO, en ppm/s, T la temp¨¦rature ambiante en Q K et P la pression atmosph¨¦-
rique en mbars.
7
Figure 4 : Chambre d¡¯assimilation foliaire de l¡¯arachide
Vufi en plan ouverte
:.: ::.
jjj .:.,
:j: :::
j:; .;i:
Joint dWanch6itb
B o u c h o n s p o u r pr¨¦l¨¦vement
des ¨¦chantillons
Vue de face
8
R ?SULTATS ET DISCUSSION
Le tableau 1 indique l¡¯¨¦volution en fonction du temps de la teneur en CO, dans la chambre
plac¨¦e dans un air riche en CO,. Il n¡¯y a pas de changement significatif de la concentration en
CO, dans la chambre durant 4 minutes et une l¨¦g¨¨re augmentation 7 minutes plus tard. 11 est
donc n¨¦cessaire que la dur¨¦e de la p¨¦riode de pr¨¦l¨¨vement de l¡¯air dans la chambre n¡¯exc¨¨de
pas 4 minutes pour ne pas conduire ¨¤ une sous-estimation de la consommation r¨¦elle en CO,
Tableau 1: Evolution de la teneur en CO, dans la chambre vide plac¨¦e dans une
atmosph¨¨re riche en CO,. Teneur externe en CO, de 504 ppm
Lorsqu¡¯une feuille est enferm¨¦e dans la chambre, la concentration en CO, diminue de fa ?on
lin¨¦aire en fonction du temps durant une p¨¦riode qui est fonction de l¡¯intensit¨¦ de la photosyn-
th¨¨se de la feuille ¨¦tudi¨¦e (figure 5). La vitesse de consommation en CO, (terme A dans
l¡¯¨¦quation 1) est obtenue directement a partir de la pente de cette courbe et permet la d¨¦ter-
mination de l¡¯A.P.N. Un intervalle de temps de 60 secondes a ¨¦t¨¦ choisi entre les pr¨¦l¨¨vements
Figure 5 : Variations de la teneur en CO, pour une feuille d¡¯arachide enferm¨¦e
dans la chambre sous diff¨¦rentes intensit¨¦s lumineuses.
500-
A ~02 = 0,137 ppm. s-1
AP N = 7 86 mg CO2 dm2h-1
SP = 0,33 ¡®dm2; PAR = 960 pE.ti? s-l
3i) 60
Si, ----
120
CO2 en ppm
A ~02 = 0,9 ppm.s¡¯
30 60
90
Temps ( secondes )
9
initial et final afin d¡¯¨¦viter les effets d¨¦pressifs sur les stomates de la diminution de la teneur
en COS et permettre une estimation correcte de la diminution en CO,dans la chambre. Dans ces
condlhons, une mesure peut ¨ºtre effectu¨¦e en moins de 2 minutes.
Durantlasaisondespluies 1985,1¡¯A.P.N. foliaired¡¯unevari¨¦t¨¦d¡¯arachideenphasedefruc-
tification, la 73-30, a ¨¦t¨¦ mesur¨¦e au champ entre 12 et 13 heures durant une p¨¦riode de s¨¦che-
resse sur un lot t¨¦moin pr¨¦c¨¦demment bien irrigu¨¦ et un lot ? adapt¨¦ ? ayant subi une s¨¦rie de
3 cycles de s¨¦cheresse entrecoup¨¦s de p¨¦riodes de r¨¦hydratation ¨¤ capacit¨¦ au champ (figure
6). L¡¯¨¦cart-type moyen sur l¡¯ensemble des mesures ¨¦tait de 1,06 mg de CO$rn2/h et les dif-
f¨¦rences entre les valeurs de teneurs en CO, obtenues par les 2 pr¨¦l¨¨vements ¨¦taient inf¨¦rieu-
res ¨¤ 4,5% avec une valeur moyenne de 0,8%. Les mesures de temp¨¦rature n¡¯ont pas montr¨¦
Figure 6 : Evolution de l¡¯assimilation nette journali¨¨re moyenne de pieds d¡¯arachide soumis
¨¤ des conditions hydriques diff¨¦rentes.
Le lot adapt¨¦ a pr¨¦c¨¦demment subi 3 cycles de s¨¦cheresse entrecoup¨¦s de p¨¦riodes de r¨¦hydra-
tation ¨¤ capacit¨¦ au champ. t Inigation
Pn (mg C02. dn ?? h-¡®)
14v
Stress
>
Septembre
Octobre
de variations thermiques ¨¤ l¡¯int¨¦rieur de la chambre sup¨¦rieures ¨¤ 0,5¡¯ C durant la p¨¦riode de
mesure avec des temp¨¦ratures ambiantes atteignant parfois 42¡± C.
Cette technique de d¨¦termination de 1¡¯A.P.N appara ?t particuli¨¨rement adapt¨¦e par sa sim-
plicit¨¦ et sa rapidit¨¦ aux ¨¦tudes au champ. La chambre d¨¦crite peut ¨ºtre facilement modifi¨¦e
pour l¡¯¨¦tude de l¡¯A.P.N. d¡¯autres esp¨¨ces en fonction de leur morphologie et de leur capacit¨¦
photosynth¨¦tique. Les ¨¦chantillons de gaz pr¨¦lev¨¦s peuvent ¨ºtre conserv¨¦s plusieurs heures au
frais dans une bo ?te isotherme avant d¡¯¨ºtre analys¨¦s, ce qui permet d¡¯effectuer des mesures sur
des sites ¨¦loign¨¦s du laboratoire. Nous comptons l¡¯utiliser prochainement afin de d¨¦terminer
la pr¨¦sence ¨¦ventuelle d¡¯une variabilit¨¦ g¨¦n¨¦tique de l¡¯arachide en ce qui concerne la tol¨¦rance
de la photosynth¨¨se ¨¤ la s¨¦cheresse comme cela a d¨¦j¨¤ ¨¦t¨¦ par ailleurs observ¨¦ pour d¡¯autres
esp¨¨ces (5).
1 0
BIBLIOGRAPHIE
1 ACKERS0NR.C.etHEBERTR.R. 1981 .-Osmoregulationincottoninrcsponsetowater
stress. I. Alterations in photosynthesis, leafconductance, translocation and ultrastructure.
Plantphysiol. 67 : p. 484-488.
2 ATKINS C.A. et PATE J.S. 1977.- An IRGA technique to measure CO,content of small
volume of gaz from the internal atmosphere of plant organs. Photosynthetica 11 : p. 214
- 216.
3 BAKER D.N., HESKETH J.D. et DUNCAN W.G. 1971.- The simulation of growth and
yield in cotton. I. Gross photosynthesis, respiration and growth. Crop Science 12 : p.
431-43s.
4 BHAGSARI A.S., BROWN R.H. et SCHEPERS J.S. 1976.-Effects of moisture stress on
photosynthesis and some physiological characteristics in peanuts. Crop Science 16 :
p. 712-715.
5 BLUM A. 1979.- Genctic improvement of drought resistance in crop plants. In <<Stress
Physiology in crop Plants)). Ed. J. Wiley & Sons, p. 429-445.
6 BOYER J.S. 1970. Differing sensitivity of photosynthesis to low leaf water potentials in
corn and soybean. Plant physiol. 46 : p. 236-239.
7 BUNCE J.A. 1982.-Effects of water stress on photosynthesis in relation to diurnal accu-
mulation of carbohydrates in leaves. Can. J. bot. 60 : p. 195200.
8 CLEGG M.D., SULLIVAN C.Y. et EASTIN J.D. 1978.- A sensitive technique for the
rapid measurement of carbon dioxide concentration. Plant physiol. 62 : p. 924-926.
9 EL SHARKAWY M.A. et HESKETH J.D. 1964.- Effects of temperature and water
deficit on leaf photosynthesis rate of different species. Crop Science 4 : p. 514-518.
10 GARRITY D.P., SULL1VANC.Y. et WATTS D.G. 1984.-Rapidly determining sorghum
canopy photosynthetic rates with a mobile field chamber. Agron. J. 76 : p. 163-165.
11 HSIAO T.C. 1973.-Plant response to water stress. Ann. Rev. Plantphysiol. 24 : p. 519-
570.
12 JONES J.W.,BARFIELDC.S.,BOOTEK.J.,SMERAGEG.H.etMANGOLD J. 1982.-
Photosynthetic recovery of peanuts to defoliation at various growth stages. Crop Science
22: p. 741-746.
13 LONGUENESSE J.J., CONUS G. et SARROUY C. 1982.- Temperaturenoctumeetpho-
tosynthese. II. Une chambre d¡¯assimilation climatiseepour lamesuredes Cchanges gazeux
de plante entiere. Agronomie 2 : p. 777-782.
14 LOUWE%E W. et EIKHOUDT J.W. 1975.- A mobile laboratory for measuring photo-
synthesis, respiration and transpiration of field crops. Photosyntheticu 9 : p. 3 1 34.
15 PHAM THI A.T. et VIEIRA DA SILVA J.B. 1976.- Action des deficits hydriques sur la
photosynthese et larespiration des feuilles du cotonnier. InLesProcessus de la Production
Vkge¡¯tale Primaire. Ed. Gauthier-Villars. p. 183-202.
16 ROBELIN M. 1984.- M&ode d¡¯approche pour la hierarchisation des criteres de juge-
ment de la resistance a la secheresse. Actes du colloque ~~Resistance a la secheresse en
milieu intertropical : Quelles recherches pour le moyen terme ?>>. Dakar 1984. CIRAD-
ISRA, p. 169-183.
11
17 RODE J.C. et BETHENOD 0.1980.- Influence de lacarence hydrique sur le comporte-
ment photosynth¨¦tique du lin. Ann. Agron. 31 : p. 285-295.
18 SAMISH Y.B. et PALLAS Jr. J.E. 1973.- A semi closed compensating system for the
control of CO, and water vapor concentrations and the calcul of their exchange rates.
Photosynthetica 7 : p. 345-350.
19 SLATYERR.0. 1973.-Theeffectofintemalwaterstatusonplantgrowth,development
and yield. In PL.unt Response to Climatic Factors. Ed. SlatyerR.0. Unesco.p. 177-191.
20 WELLSR.,SCHULZEL.L.,ASHLEY D.A.,BOERMAH.R.etBROWNR.H. 1982.-
Cultivar differences in canopy apparent photosynthcsis and their rclationship to secd
yield in soybeans. Crop Science 22 : p 886-890.
DESCRIPTION D¡¯UNE METHODE RAPIDE
DE DETERMINATION DE L¡¯ACTIVITE
PHOTOSYNTHETIQUE FOLIAIRE
DE L¡¯ARACHIDE AU CHAMP
Par
D. J. ANNEROSE
Chercheur IRHO/CIRAD, en poste ¨¤ l¡¯ISRA
Direction des Recherches sur les Productions V¨¦g¨¦tales
RESUME
Afin de s¡¯affranchir de la complexit¨¦ et du co ?t associ¨¦s aux m¨¦thodes classiques de d¨¦termination
de l¡¯assimilation de CO, en plein champ, une m¨¦thode simple est d¨¦crite. Elle est caract¨¦ris¨¦e par
l¡¯absence de connexions entre le circuit de mesure et la chambre d¡¯assimilation et permet la d¨¦termina-
tion de¡¯la teneur en CO, dans des petits volumes de gaz. Une description de la chambre d¡¯assimilation
construjte pour les mesures sur les feuilles d¡¯arachide est donn¨¦e. L¡¯efficacit¨¦ de cette m¨¦thode est ¨¦valu¨¦e
sur du mat¨¦riel v¨¦g¨¦tal pour diff¨¦rentes conditions d¡¯alimentation hydrique.
Mots cl¨¦s : Arachis hypogaea - Alimentation en eau - Assimilation - Photosynth¨¨se - Physiologie
v¨¦g¨¦tale - Dispositif exp¨¦rimental - Mesure.
SUMMARY
A simple method to reduce the complexity and the costs associated with classical methods of deter-
mining CO, intake in the fields is described. It is characterized by
the non-existence of connections bet-
ween the measuring circuit and the intake chamber and permits the determination of the amount of CO,
in small volumes of gas. The intake chamber built for measurements taken on the groundnut leaves is
3
descnbed.Theefficiencyofthismethodisevaluatedonvegetablematterforvanousconditionsofhydric
food.
Key Words Arachis hypogaq - water supply - intake - photosynthesis - p!ant physiology -
experimental design - measure.
RESUMO
Para livrar-se da complexidade e do custo ligados aos m¨¦todos classicos de determina ?Zo da
assimila ?go de CO, em campo livre, um m¨¦todo simples foi descrito. Ele se caracteriza pela ausencia de
conexoes entre o circuito de medida e a c ?mara de assimila ?Ko e possibilita a determina ? ?o do teor de CO,
em pequenos volumes de gas. E¡¯dada uma descrip ?go da c ?mara de assimila ? ?o construida para as
medidas sobre as folhas de amendoim. A efici¨ºncia deste m¨¦todo foi avalia da sobre material vegetal por
diversas condi ?oes de alimenta ? ?o hidrica.
Palavras chaves : Aruchis hypogaea - alimenta ? ?o hidrica - assimila ?%o - fotosintese - fisiologia
vegetal - dispositivo experimental - medida.
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INTRODUC!TION
De nombreux travaux ont mis en ¨¦vidence les effets de la s¨¦cheresse sur la photosynth¨¨se
(9,6,11,19,15,4,17,1,7). Lemaintiendel¡¯activit¨¦photosynth¨¦tiquelorsd¡¯un stress hydrique
est un des m¨¦canismes d¡¯adaptation les plus importants pour assurer une productivit¨¦
satisfaisante en condition de s¨¦cheresse. Sa d¨¦termination n¨¦cessite cependant la ma ?trise d¡¯un
grand nombre de param¨¨tres ce qui limite son domaine d¡¯¨¦tude principalement au laboratoire
(1813). Or le d¨¦veloppement de la plante et par cons¨¦quent les processus physiologiques dont
il d¨¦pend sont notablement diff¨¦rents en conditions contr ?l¨¦es et au champ (densit¨¦ racinaire,
vitesse d¡¯installation du stress hydrique, possibilit¨¦ d¡¯acclimatation de la plante, etc...). Ces
constatations sont ¨¤ l¡¯origine du d¨¦veloppement de syst¨¨mes transportables permettant la
d¨¦termination au champ de l¡¯activit¨¦ photosynth¨¦tique nette (A.P.N.) d¡¯une feuille ou d¡¯une
culture (3,14,16). Cependant leur taille et leur inertie limitent les possibilit¨¦s de d¨¦termination
de 1¡¯A.P.N sur de nombreux traitements durant un court intervalle de temps. D¡¯autres syst¨¨mes
d¨¦velopp¨¦s par la suite ont permis de r¨¦duire la dur¨¦e des mesures mais ils n¨¦cessitent toujours
la disposition d¡¯une source ¨¦lectrique importante pour l¡¯alimentation des diff¨¦rents appareils
de mesure, ce qui ne facilite pas leur mobilit¨¦ (12,20). ATKINS et PATE (1977) ont d¨¦crit une
technique permettant de determiner la teneur en CO, de petits volumes de gaz, l¡¯avantage de
cette technique r¨¦sidant dans le fait que les connexions directes entre la chambre d¡¯assimila-
tion et le circuit d¡¯analyse sont supprim¨¦es. L¡¯adaptation de cette technique (8,lO) a permis la
mise au point d¡¯une m¨¦thode simple de d¨¦termination au champ de l¡¯A.P.N. Dans le cadre du
programme d¡¯am¨¦lioration de l¡¯adaptation ¨¤ la s¨¦cheresse de l¡¯arachide conduit au CNRA de
Bambey, l¡¯obtention d¡¯informations sur le niveau d¡¯A.P.N. foliaire au champ et le degr¨¦ de
tol¨¦rance ¨¤ la s¨¦cheresse de ce m¨¦canisme pour les diff¨¦rentes vari¨¦t¨¦s ¨¤ lign¨¦es et test¨¦es est
indispensable. L¡¯¨¦tude des relations entre ce m¨¦canism.e physiologique et ceux d¨¦j¨¤ largement
¨¦tudi¨¦s (r¨¦gulation des pertes en eau, am¨¦lioration de l¡¯absorption racinaire, r¨¦sistance
protoplasmique ¨¤ la dessiccation, etc.. .) permettra d¡¯affiner la description d¡¯un id¨¦otype adapte
¨¤ une situation climatique donn¨¦e. Une chambre d¡¯assimilation mise au point ¨¤ cet effet est
d¨¦crite dans ce qui suit. L¡¯objectif ¨¦tant de disposer d¡¯un syst¨¨me rapide et peu encombrant
permettant la d¨¦termination de 1¡¯A.P.N. foliaire au champ de plusieurs vari¨¦t¨¦s pour plusieurs
intensit¨¦s de s¨¦cheresse dans un intervalle de temps suffisamment court pour permettre des
comparaisons satisfaisantes. Un rappel de la technique utilis¨¦e est aussi pr¨¦sent¨¦.
MAT ?RIEL ET M ?THODES
Principe
Le circuit d¡¯analyse des gaz est constitu¨¦ d¡¯un analyseur infra-rouge absolu (HARTMANN
& BRAUN type URAS 2), d¡¯une bouteille d¡¯azote (NJ servant de gaz transporteur, d¡¯un d¨¦bit-
m¨¨tre et d¡¯une colonne de dessiccant contenant du perchlorate de magn¨¦sium en grain (figure
1). L¡¯azote passe ¨¤ travers le syst¨¨me ¨¤ un d¨¦bit de 25 l¡¯heure. Les ¨¦chantillons de gaz ¨¤ analyser
sont successivement inject¨¦s ¨¤ la seringue en amont de la colonne de dessiccant et sont entrain¨¦s
parle flux d¡¯azote ¨¤ travers la cellule de mesure de l¡¯analyseur. Le signal de sortie de l¡¯analyseur
est transcrit sur un potentiom¨¨tre enregistreur (SERVOGOR type RE 512). Des ¨¦chantillons
de gaz de diff¨¦rentes concentrations en CO, sont utilis¨¦s pour ¨¦talonner le syst¨¨me. Ces diff¨¦-
rentes concentrations en CO, sont obtenues par injection dans le circuit de volumes variables
de gaz de concentration en CO, connue (36Oul/l). Ainsi, si l¡¯injection dans le circ,uit de 5 ml
d¡¯air ¨¤ 360 ppm de CO,repr¨¦sente 36Oyl/l, 2,5 ml repr¨¦sentent 18Opl/l et 1 ml 72@/l. Chaque
injection d¡¯¨¦chantillon de gaz produit une r¨¦ponse de l¡¯ensemble analyseur-enregistreur sous
forme d¡¯un pic (figure 2) dont la hauteur est proportionnelle ¨¤ la concentration de CO, pour un
d¨¦bit d¡¯azote constant. Une courbe typique d¡¯¨¦talonnage est repr¨¦sent¨¦e sur la figure 3, d¡¯autres
points obtenus ¨¤ partir d¡¯un gaz de concentration en CO, de 25Opl/l sont repr¨¦sent¨¦s et
5
Figure 1 : Sch¨¦ma du circuit d¡¯analyse
1 : D¨¦tendeur
2 : D¨¦bitm¨¨tre
3 : Point d¡¯injection des ¨¦chantillons
s¡¯alignent correctement sur la courbe obtenue, ce qui valide la m¨¦thode de calibration utilis¨¦e.
La courbe d¡¯¨¦talonnage ¨¦tant lin¨¦aire et passant par le z¨¦ro peut donc ¨¤ la limite ¨ºtre obtenue
¨¤ partir d¡¯un seul point.
Chambre d¡¯assimilation et modalit¨¦s des mesures
La chambre d¡¯assimilation est construite en plexiglass de 2 mm d¡¯¨¦paisseur (figure 4). Ses
dimensions, L = 12 cm, 1 = 10 cm, h = 3,9 cm, ont ¨¦t¨¦ d¨¦termin¨¦es afin de permettre le
positionnement correct d¡¯une feuille d¡¯arachide bien d¨¦velopp¨¦e. Un joint caoutchout¨¦ plac¨¦
sur le pourtour de la chambre permet de maintenir son ¨¦tanch¨¦it¨¦ en position ferm¨¦e. Un ven-
tilateur (MICRONEL type 24 1 L) est dispos¨¦ ¨¤ l¡¯int¨¦rieur de la chambre dans un angle oppos¨¦
¨¤ l¡¯ouverture. Il est aliment¨¦ par une batterie de 9 volts et assure un d¨¦bit de 70 I/min, ce qui
permet d¡¯¨¦viter la formation de poches d¡¯air inerte dans la chambre. Deux bouchons en
caoutchouc plac¨¦s dans une des parois verticales de la chambre permettent le pr¨¦l¨¨vement ¨¤ la
seringue des ¨¦chantillons de gaz ¨¤ analyser. L¡¯¨¦tanch¨¦it¨¦ de la chambre a ¨¦t¨¦ v¨¦rifi¨¦e au
laboratoire en la pla ?ant, ventilateur en marche, dans des conditions de teneur en CO, de l¡¯air
ambiant plus ¨¦lev¨¦es que celles de l¡¯air enferm¨¦ dans lachambre. Elle a par la suite ¨¦t¨¦ utilis¨¦e
afin de d¨¦terminer l¡¯A.P.N foliaire d¡¯une vari¨¦t¨¦ d¡¯arachide dans deux conditions d¡¯alimenta-
tion hyclrique. La proc¨¦dure d¡¯ex¨¦cution de la mesure est la suivante : le ventilateur est mis en
marche, la feuille choisie est rapidement dispos¨¦e dans la chambre en maintenant sa position
initiale par rapport au rayonnement du soleil, un mastic caoutchout¨¦ entourant le p¨¦tiole et
appliqu¨¦ contre la chambre assure l¡¯¨¦tanch¨¦it¨¦. Deux ¨¦chantillons d¡¯air de 5 ml sont simulta-
n¨¦ment pr¨¦lev¨¦s ¨¤ la seringue afin d¡¯estimer la concentration initiale de CO, dans la chambre
et deux autres sont pr¨¦lev¨¦s 30 ¨¤ 60 secondes plus tard pour d¨¦terminer la concentration finale.
La concentration en CO, est calcul¨¦e comme ¨¦tant la moyenne des valeurs obtenues pour les
deux ¨¦chantillons. Les seringues contenant les ¨¦chantillons de gaz sont plac¨¦es dans une bo ?te
isotherme et la feuille d¨¦gag¨¦e de la chambre. La feuille est pr¨¦lev¨¦e, pIa& dans une fiole
humidifi¨¦e puis dans la bo ?te isotherme. A la fin des pr¨¦l¨¨vements, les seringues et les feuilles
sont transport¨¦es au laboratoire. Les ¨¦chantillons sont inject¨¦s dans le circuit d¡¯analyse. La
surface des feuilles est d¨¦termin¨¦e par planim¨¦trie (L-i COR: Li 3000)
6
Figure 2 : Courbes de r¨¦ponse de l¡¯ensemble analyseur-enregistreur obtenues pour l¡¯injection
de 360 ppm, 288 ppm, 180 ppm, 250 ppm et 150 ppm d e CO, (5 ml, 4 ml, 2,s ml d e
360 de
p p m
CO, et 5 ml et 3 ml de 250 ppm)
g-
__---_.
- .--_.__._.
-.-----.
.---
.._._. -___- - ..-. ---... -*.: .^.. &..
.-.
360
Figure 3 : Courbe d¡¯¨¦talonnage du syst¨¨me obtenue par l¡¯injection de 5 ml, 4 ml et 2,s ml de
gaz ¨¤ 360 ppm soit 360 ppm, 288 ppm et 180 ppm de CO,. (croix)
Les cercles (0) repr¨¦sentent les points obtenus par l¡¯injection de 5 ml et 3 ml d¡¯air ¨¤ 250 ppm
de CO, soit 250 et 150 ppm de CO,
Hauteur du pic en cm
5
4
3
l
2
1
Lc
100 200 300 400
CO2 en ( ppm >
L¡¯A.P.N foliaire est d¨¦termin¨¦e selon l¡¯¨¦quation :
A.P.N (mg C0,.dm-2.h-¡®)= 1,964 mg C0,.cm-3 x V x l/SF x A. 10e6 x 273/T x 1013/P x 3600
avec V volume de la chambre en cm3, SF la surface foliaire en dm¡¯, A la vitesse de
consommation de CO, en ppm/s, T la temp¨¦rature ambiante en Q K et P la pression atmosph¨¦-
rique en mbars.
7
Figure 4 : Chambre d¡¯assimilation foliaire de l¡¯arachide
Vufi en plan ouverte
:.: ::.
jjj .:.,
:j: :::
j:; .;i:
Joint dWanch6itb
B o u c h o n s p o u r pr¨¦l¨¦vement
des ¨¦chantillons
Vue de face
8
R ?SULTATS ET DISCUSSION
Le tableau 1 indique l¡¯¨¦volution en fonction du temps de la teneur en CO, dans la chambre
plac¨¦e dans un air riche en CO,. Il n¡¯y a pas de changement significatif de la concentration en
CO, dans la chambre durant 4 minutes et une l¨¦g¨¨re augmentation 7 minutes plus tard. 11 est
donc n¨¦cessaire que la dur¨¦e de la p¨¦riode de pr¨¦l¨¨vement de l¡¯air dans la chambre n¡¯exc¨¨de
pas 4 minutes pour ne pas conduire ¨¤ une sous-estimation de la consommation r¨¦elle en CO,
Tableau 1: Evolution de la teneur en CO, dans la chambre vide plac¨¦e dans une
atmosph¨¨re riche en CO,. Teneur externe en CO, de 504 ppm
Lorsqu¡¯une feuille est enferm¨¦e dans la chambre, la concentration en CO, diminue de fa ?on
lin¨¦aire en fonction du temps durant une p¨¦riode qui est fonction de l¡¯intensit¨¦ de la photosyn-
th¨¨se de la feuille ¨¦tudi¨¦e (figure 5). La vitesse de consommation en CO, (terme A dans
l¡¯¨¦quation 1) est obtenue directement a partir de la pente de cette courbe et permet la d¨¦ter-
mination de l¡¯A.P.N. Un intervalle de temps de 60 secondes a ¨¦t¨¦ choisi entre les pr¨¦l¨¨vements
Figure 5 : Variations de la teneur en CO, pour une feuille d¡¯arachide enferm¨¦e
dans la chambre sous diff¨¦rentes intensit¨¦s lumineuses.
500-
A ~02 = 0,137 ppm. s-1
AP N = 7 86 mg CO2 dm2h-1
SP = 0,33 ¡®dm2; PAR = 960 pE.ti? s-l
3i) 60
Si, ----
120
CO2 en ppm
A ~02 = 0,9 ppm.s¡¯
30 60
90
Temps ( secondes )
9
initial et final afin d¡¯¨¦viter les effets d¨¦pressifs sur les stomates de la diminution de la teneur
en COS et permettre une estimation correcte de la diminution en CO,dans la chambre. Dans ces
condlhons, une mesure peut ¨ºtre effectu¨¦e en moins de 2 minutes.
Durantlasaisondespluies 1985,1¡¯A.P.N. foliaired¡¯unevari¨¦t¨¦d¡¯arachideenphasedefruc-
tification, la 73-30, a ¨¦t¨¦ mesur¨¦e au champ entre 12 et 13 heures durant une p¨¦riode de s¨¦che-
resse sur un lot t¨¦moin pr¨¦c¨¦demment bien irrigu¨¦ et un lot ? adapt¨¦ ? ayant subi une s¨¦rie de
3 cycles de s¨¦cheresse entrecoup¨¦s de p¨¦riodes de r¨¦hydratation ¨¤ capacit¨¦ au champ (figure
6). L¡¯¨¦cart-type moyen sur l¡¯ensemble des mesures ¨¦tait de 1,06 mg de CO$rn2/h et les dif-
f¨¦rences entre les valeurs de teneurs en CO, obtenues par les 2 pr¨¦l¨¨vements ¨¦taient inf¨¦rieu-
res ¨¤ 4,5% avec une valeur moyenne de 0,8%. Les mesures de temp¨¦rature n¡¯ont pas montr¨¦
Figure 6 : Evolution de l¡¯assimilation nette journali¨¨re moyenne de pieds d¡¯arachide soumis
¨¤ des conditions hydriques diff¨¦rentes.
Le lot adapt¨¦ a pr¨¦c¨¦demment subi 3 cycles de s¨¦cheresse entrecoup¨¦s de p¨¦riodes de r¨¦hydra-
tation ¨¤ capacit¨¦ au champ. t Inigation
Pn (mg C02. dn ?? h-¡®)
14v
Stress
>
Septembre
Octobre
de variations thermiques ¨¤ l¡¯int¨¦rieur de la chambre sup¨¦rieures ¨¤ 0,5¡¯ C durant la p¨¦riode de
mesure avec des temp¨¦ratures ambiantes atteignant parfois 42¡± C.
Cette technique de d¨¦termination de 1¡¯A.P.N appara ?t particuli¨¨rement adapt¨¦e par sa sim-
plicit¨¦ et sa rapidit¨¦ aux ¨¦tudes au champ. La chambre d¨¦crite peut ¨ºtre facilement modifi¨¦e
pour l¡¯¨¦tude de l¡¯A.P.N. d¡¯autres esp¨¨ces en fonction de leur morphologie et de leur capacit¨¦
photosynth¨¦tique. Les ¨¦chantillons de gaz pr¨¦lev¨¦s peuvent ¨ºtre conserv¨¦s plusieurs heures au
frais dans une bo ?te isotherme avant d¡¯¨ºtre analys¨¦s, ce qui permet d¡¯effectuer des mesures sur
des sites ¨¦loign¨¦s du laboratoire. Nous comptons l¡¯utiliser prochainement afin de d¨¦terminer
la pr¨¦sence ¨¦ventuelle d¡¯une variabilit¨¦ g¨¦n¨¦tique de l¡¯arachide en ce qui concerne la tol¨¦rance
de la photosynth¨¨se ¨¤ la s¨¦cheresse comme cela a d¨¦j¨¤ ¨¦t¨¦ par ailleurs observ¨¦ pour d¡¯autres
esp¨¨ces (5).
1 0
BIBLIOGRAPHIE
1 ACKERS0NR.C.etHEBERTR.R. 1981 .-Osmoregulationincottoninrcsponsetowater
stress. I. Alterations in photosynthesis, leafconductance, translocation and ultrastructure.
Plantphysiol. 67 : p. 484-488.
2 ATKINS C.A. et PATE J.S. 1977.- An IRGA technique to measure CO,content of small
volume of gaz from the internal atmosphere of plant organs. Photosynthetica 11 : p. 214
- 216.
3 BAKER D.N., HESKETH J.D. et DUNCAN W.G. 1971.- The simulation of growth and
yield in cotton. I. Gross photosynthesis, respiration and growth. Crop Science 12 : p.
431-43s.
4 BHAGSARI A.S., BROWN R.H. et SCHEPERS J.S. 1976.-Effects of moisture stress on
photosynthesis and some physiological characteristics in peanuts. Crop Science 16 :
p. 712-715.
5 BLUM A. 1979.- Genctic improvement of drought resistance in crop plants. In <<Stress
Physiology in crop Plants)). Ed. J. Wiley & Sons, p. 429-445.
6 BOYER J.S. 1970. Differing sensitivity of photosynthesis to low leaf water potentials in
corn and soybean. Plant physiol. 46 : p. 236-239.
7 BUNCE J.A. 1982.-Effects of water stress on photosynthesis in relation to diurnal accu-
mulation of carbohydrates in leaves. Can. J. bot. 60 : p. 195200.
8 CLEGG M.D., SULLIVAN C.Y. et EASTIN J.D. 1978.- A sensitive technique for the
rapid measurement of carbon dioxide concentration. Plant physiol. 62 : p. 924-926.
9 EL SHARKAWY M.A. et HESKETH J.D. 1964.- Effects of temperature and water
deficit on leaf photosynthesis rate of different species. Crop Science 4 : p. 514-518.
10 GARRITY D.P., SULL1VANC.Y. et WATTS D.G. 1984.-Rapidly determining sorghum
canopy photosynthetic rates with a mobile field chamber. Agron. J. 76 : p. 163-165.
11 HSIAO T.C. 1973.-Plant response to water stress. Ann. Rev. Plantphysiol. 24 : p. 519-
570.
12 JONES J.W.,BARFIELDC.S.,BOOTEK.J.,SMERAGEG.H.etMANGOLD J. 1982.-
Photosynthetic recovery of peanuts to defoliation at various growth stages. Crop Science
22: p. 741-746.
13 LONGUENESSE J.J., CONUS G. et SARROUY C. 1982.- Temperaturenoctumeetpho-
tosynthese. II. Une chambre d¡¯assimilation climatiseepour lamesuredes Cchanges gazeux
de plante entiere. Agronomie 2 : p. 777-782.
14 LOUWE%E W. et EIKHOUDT J.W. 1975.- A mobile laboratory for measuring photo-
synthesis, respiration and transpiration of field crops. Photosyntheticu 9 : p. 3 1 34.
15 PHAM THI A.T. et VIEIRA DA SILVA J.B. 1976.- Action des deficits hydriques sur la
photosynthese et larespiration des feuilles du cotonnier. InLesProcessus de la Production
Vkge¡¯tale Primaire. Ed. Gauthier-Villars. p. 183-202.
16 ROBELIN M. 1984.- M&ode d¡¯approche pour la hierarchisation des criteres de juge-
ment de la resistance a la secheresse. Actes du colloque ~~Resistance a la secheresse en
milieu intertropical : Quelles recherches pour le moyen terme ?>>. Dakar 1984. CIRAD-
ISRA, p. 169-183.
11
17 RODE J.C. et BETHENOD 0.1980.- Influence de lacarence hydrique sur le comporte-
ment photosynth¨¦tique du lin. Ann. Agron. 31 : p. 285-295.
18 SAMISH Y.B. et PALLAS Jr. J.E. 1973.- A semi closed compensating system for the
control of CO, and water vapor concentrations and the calcul of their exchange rates.
Photosynthetica 7 : p. 345-350.
19 SLATYERR.0. 1973.-Theeffectofintemalwaterstatusonplantgrowth,development
and yield. In PL.unt Response to Climatic Factors. Ed. SlatyerR.0. Unesco.p. 177-191.
20 WELLSR.,SCHULZEL.L.,ASHLEY D.A.,BOERMAH.R.etBROWNR.H. 1982.-
Cultivar differences in canopy apparent photosynthcsis and their rclationship to secd
yield in soybeans. Crop Science 22 : p 886-890.