La rhizosphère est le petit volume de sol autour des racines. Là, des interactions complexes entre les plantes et les organismes étroitement associés à la racine se produisent.

Dans la rhizosphère, les racines libèrent des composés tels que des exsudats et des mucilages solubles dans l'eau, des matières insolubles et des enzymes, ainsi que des cellules racinaires mortes. Ce processus, appelé rhizodéposition, affecte la capacité des racines des plantes à extraire l'eau et les nutriments du sol.

Comme pour la plupart des processus du sol, il est difficile de mesurer directement les schémas de distribution spatio-temporelle des rhizodépôts autour d'un système racinaire.

Magdalena Landl du Forschungszentrum Jülich fait partie d'une équipe de chercheurs qui a développé une nouvelle approche de modèle pour calculer les schémas de distribution spatio-temporelle des rhizodépôts autour des systèmes racinaires en croissance. Les auteurs ont créé un modèle de rhizodéposition et l'ont couplé avec le modèle d'architecture racine 3D existant CPlantBox.

Selon l'article récemment publié par in silico Plantes, le modèle de rhizodéposition comprenait des facteurs contrôlant la propagation des rhizodépôts dans le sol, tels que la libération de rhizodépôts par les racines, la diffusion de rhizodépôts dans le sol, la sorption de rhizodépôts sur les particules du sol et la dégradation des rhizodépôts par des micro-organismes.

« La modélisation 3D était importante à intégrer car nous voulions identifier si et où des zones de forte concentration de rhizodépôts apparaissent autour d'un système racinaire 3D complexe. Ces points chauds influencent de manière significative les processus de la rhizosphère », a déclaré Landl.

Ils ont ensuite effectué des simulations pour les deux rhizodépôts mucilage et citrate pour la fève (Vicia faba) pour évaluer l'impact d'une architecture racinaire complexe sur les schémas de distribution spatio-temporelle des rhizodépôts.

Les auteurs ont d'abord confirmé que le modèle était capable de déterminer avec précision la distribution et les concentrations de citrate et de mucilage dans la rhizosphère par rapport aux valeurs mesurées publiées. La sortie du modèle leur a permis d'évaluer les effets des caractéristiques de l'architecture racinaire telles que le taux de croissance des racines et la densité de ramification sur les rhizodépôts. Ils ont ensuite analysé les points chauds.

L'analyse a montré que la ramification provoquait le chevauchement des rhizosphères des racines individuelles, entraînant une augmentation du volume des zones de points chauds de rhizodépôts. Les volumes de points chauds autour des racines étaient au maximum à des taux de croissance intermédiaires des racines. La ramification des racines a permis aux rhizosphères des racines individuelles de se chevaucher, ce qui a entraîné une augmentation du volume des zones de points chauds de rhizodépôts.

Les cartes de distance ont montré que le volume de sol proche d'un point chaud continuait d'augmenter au cours de la période simulée de 20 jours. L'analyse de la durée des points chauds a montré que les points chauds de rhizodéposition de longue durée se produisaient principalement dans la partie du système racinaire où se produit la ramification et où les zones de rhizodéposition qui se chevauchent sont donc plus fréquentes.

Durée et volume des zones de forte concentration de rhizodépôts pour le citrate et le mucilage (a) ; projection maximale le long de l'axe y de la durée des zones de forte concentration de rhizodépôts aux différents emplacements dans le domaine du sol pour le citrate (b) et le mucilage (c)

Selon Landl, "ce modèle nous a permis d'évaluer les effets des caractéristiques de l'architecture racinaire telles que le taux de croissance des racines et la densité de ramification sur le développement des zones de points chauds de rhizodeposit. À l'avenir, nous prévoyons d'intégrer notre modèle dans un modèle 3D multi-composants de transport des racines et des solutés pour inclure le transport de l'eau et des nutriments dans le sol. Ces facteurs affectent fortement les rhizodépôts.

ARTICLE DE RECHERCHE:

Landl, M., Haupenthal, A., Leitner, D., Kroener, E., Vetterlein, D., Bol, R., Vereecken, H., Vanderborght, J. et Schnepf, A. (2021). Simulation des modèles de rhizodéposition autour des systèmes racinaires en croissance et exsudatifs. Dans in silico Plants. Presse universitaire d'Oxford (OUP). https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diab028

Ce manuscrit fait partie de in silico Plant's Numéro spécial sur le modèle structurel fonctionnel de l'usine.