Un rendement accru des cultures sera nécessaire pour soutenir la population mondiale croissante.
Une application supplémentaire d'azote (N), qui est un constituant principal des protéines essentielles et des enzymes impliquées dans les processus métaboliques importants des plantes, peut augmenter les rendements. Cependant, il est important de déterminer la quantité de N nécessaire pour améliorer le rendement - des niveaux élevés de N n'améliorent pas nécessairement le rendement (Kropff et al., 1993; murchie et al., 2009; Peng et al., 2010). De plus, les engrais coûtent cher aux agriculteurs et une utilisation excessive peut entraîner un ruissellement préjudiciable à l'environnement.
Non seulement la disponibilité de N affecte photosynthèse au niveau des feuilles, il affecte également l'architecture des plantes telles que l'angle des feuilles, le nombre de talles et l'indice de surface foliaire (LAI; surface foliaire par unité de surface au sol). Au niveau de la canopée, ces changements peuvent avoir un impact sur la distribution de la lumière et donc affecter la productivité.
Dans un nouvel article publié dans in silico Plantes, Professeur Erik Murchie de l'Université de Nottingham, et ses coauteurs utilisé la modélisation informatique pour mieux comprendre l'influence de l'architecture de l'azote sur la productivité du riz.
« L’architecture de la canopée influence l’environnement lumineux auquel les plantes sont exposées. Afin d’étudier l’effet de l’azote sur la structure des plantes et d’estimer la productivité des cultures à l’échelle de la canopée entière, nous avons adopté une nouvelle approche utilisant la modélisation 3D. Il est impossible de recueillir certains paramètres complexes, comme l’angle des feuilles, par des mesures manuelles », explique Murchie.
Tout d'abord, les chercheurs ont établi des essais où trois lignées de riz (deux cultivars malaisiens et un cultivar indica à haut rendement) étaient soit déficientes en N, soit recevaient un surplus de N. Ils ont mesuré manuellement la photosynthèse au niveau des feuilles, la teneur en azote des feuilles, la verdeur (un indicateur de la teneur en chlorophylle) , le nombre de talles, la surface foliaire et la hauteur de la plante tout au long du développement. Toutes les 2 semaines, des plantes sélectionnées ont été imagées et reconstruites en 3D. A partir de ces données, ils ont pu calculer.
Les reconstructions de plantes individuelles ont ensuite été utilisées pour reconstruire un couvert végétal entier. À partir des canopées reconstruites, les chercheurs ont pu modéliser la distribution de la lumière à travers la canopée, la photosynthèse de la canopée et le gain de carbone de la canopée.
Les auteurs ont découvert que même si N n'affectait pas le taux de photosynthèse des feuilles dans ce cas, les changements dans l'architecture de la canopée causés par une teneur élevée en N, tels qu'une biomasse accrue et une architecture modifiée, entraînaient un rendement en graines plus élevé chez les cultivars malaisiens. Le cultivar indica n'a pas répondu à N en termes de biomasse ou de rendement.
Ce travail indique qu'il existe un potentiel d'augmentation du rendement du riz grâce à la manipulation de l'architecture de la canopée pour améliorer la distribution de la lumière dans toute la canopée.
