Partout dans le monde, à l'embouchure des rivières se trouvent des zones mortes, des zones où les concentrations d'oxygène sont si faibles que peu de vie peut survivre dans le monde. La cause est un apport d'azote. Ce nutriment stimule la croissance des algues mais, à mesure que les algues meurent, l'oxygène de l'eau s'épuise, provoquant l'étouffement de la vie. Empêcher l'azote de pénétrer dans les rivières améliorerait la situation, mais comment pouvez-vous faire cela? Le Dr Patompong Saengwilai et ses collègues ont découvert que les racines pourraient avoir la réponse. Leurs recherches, publiées dans le Annals of Botany, spectacles comment les poils des racines peuvent influencer l'absorption d'azote. Des plantes avec de meilleures racines pourraient réduire la nécessité d'ajouter autant d'engrais aux champs.
"L'azote est une contrainte majeure pour la production agricole dans le monde", a déclaré le Dr Patompong à Botany One, "et les agriculteurs ont donc tendance à appliquer une quantité excessive d'engrais azotés. Cependant, plusieurs études ont montré que plus de la moitié de l'azote appliqué dans les champs n'est pas absorbé par les plantes et s'échappe de la zone racinaire. Une partie de l'azote devient des gaz azotés, provoquant une pollution de l'air et une partie pénètre dans les eaux souterraines et les sources d'eau.
Idéalement, les agriculteurs utiliseraient moins d'azote dans leur engrais. Ils pourraient le faire si les plantes étaient meilleures pour le ramasser, mais on ne sait pas comment y parvenir. Regarder les racines peut sembler évident ; c'est ainsi que les plantes collectent le potassium et le phosphore. Mais les botanistes pensaient que l'azote était différent, explique le Dr Patompong.
"L'avantage des poils absorbants pour l'absorption des nutriments qui sont limités par la diffusion ou relativement immobiles dans le sol, tels que le potassium et le phosphore, est largement prévisible car les poils absorbants aident à augmenter le volume d'exploration du sol, permettant aux plantes d'accéder à plus de nutriments immobiles environnants. la surface racinaire. Cependant, leur rôle dans l'absorption d'azote a été négligé en raison de la perception courante selon laquelle le nitrate, la forme dominante d'azote dans la plupart des sols agricoles, est facilement disponible pour les plantes et n'est pas limité par la diffusion. Cela est vrai dans de nombreux cas, mais nous savons, d'après nos observations et quelques études dans le passé, que la disponibilité de l'azote peut être limitée par la diffusion, en particulier lorsque la fraction d'ammonium dans le sol est élevée, comme dans les rizières, ou lorsque le taux de transpiration et la teneur en azote du sol est faible. Ces informations nous ont incités à nous demander si les poils absorbants peuvent être bénéfiques pour l'absorption d'azote par les plantes dans les sols à faible teneur en N. »
Pour tester le rôle des racines, le Dr Patompong et ses collègues ont utilisé trois approches. Tout d'abord, ils ont utilisé le modèle fonctionnel-structurel Racine Sim. L'équipe a comparé ces résultats avec des expériences avec des génotypes de maïs à longueur de poils radiculaires (RHL) variable dans des serres et des champs.
« Nous avons choisi d'étudier le maïs non seulement parce que c'est l'une des principales sources de nourriture pour les animaux et les humains, mais c'est aussi une plante modèle qui a été intensivement étudiée. Ainsi, de nombreuses ressources et informations sont disponibles et accessibles par les chercheurs et les sélectionneurs du monde entier. De plus, notre étude est particulière en ce que nous utilisons des lignées consanguines recombinantes (RIL) descendant des deux mêmes parents (B73 et Mo17), représentant donc des génotypes distincts partageant le même patrimoine génétique, réduisant ainsi le risque d'effets de confusion des interactions génétiques, épistasie et pléiotropie. De plus, ces RIL avaient des caractéristiques de racines et de pousses comparables dans des conditions normales mais contrastaient dans la longueur des poils des racines, ils sont donc très adaptés à notre type d'étude.
Les résultats de Racine Sim fourni des cibles à rechercher dans les autres expériences. Les auteurs ont écrit dans leur article : « Conformément à Racine Sim résultats, une relation positive entre la longueur des poils absorbants et l'acquisition de N a été observée dans les deux expériences en serre…, ainsi que dans l'essai au champ… Cet accord général entre les résultats de in silico environnements, le champ et la serre est remarquable, car chacun de ces environnements est distinct.
La diminution de la disponibilité de l'azote pour stresser les plantes a eu pour effet de réduire la longueur des poils absorbants. Ce raccourcissement est important car les botanistes ont trouvé une relation significative entre la longueur des poils absorbants et la performance des plantes. Les plantes de serre avaient tendance à avoir les meilleurs poils absorbants, et c'est peut-être parce qu'elles avaient le meilleur milieu de culture. "Il est possible que dans des conditions de terrain, la présence d'argile et de particules dures puisse limiter l'expansion des poils absorbants, et donc la longueur des poils absorbants dans le sol naturel est plus courte que dans les milieux artificiels à base de sable", écrivent les auteurs.
Obtenir des poils absorbants plus longs est important pour les plantes, mais les scientifiques voulaient comprendre pourquoi il en était ainsi. Le Racine Sim modèle a suggéré que la raison était la surface. Lorsque la transpiration est réduite, ce qui réduit le débit d'eau à travers une plante, l'augmentation de la surface des racines peut compenser la mobilité réduite de l'azote.
Le Dr Patompong a déclaré que même si les résultats de l'équipe sont basés sur le maïs, ils devraient être pertinents pour d'autres plantes. « Nous nous attendons à ce que ces connaissances puissent être appliquées à d'autres espèces de cultures, mais il est certain que des recherches supplémentaires sont nécessaires. Par exemple, le riz forme également des poils absorbants, mais ils sont généralement beaucoup plus courts que le maïs, et le riz est cultivé avec différentes méthodes de culture dans différents agroécosystèmes, ce qui peut affecter la formation et l'utilité des poils absorbants.
Cet article n'est pas le premier travail du Dr Patompong sur les racines. Des publications antérieures ont examiné les systèmes racinaires du riz et du manioc. « Ma passion pour la recherche sur les racines vient du fait que nous ne savons pas grand-chose à leur sujet. En regardant l'histoire humaine de la domestication des plantes il y a des milliers d'années, nous avons sélectionné des cultures en fonction de leurs caractéristiques aériennes; de gros fruits, de grandes fleurs colorées parfumées mais les racines ont été négligées malgré le fait que nous savons depuis toujours que la clé du succès dans la culture de toute plante est d'avoir un bon système racinaire.
"Il n'y a pas beaucoup de gens qui étudient les racines des plantes, en particulier à l'échelle du terrain car c'est un travail "sale" et très laborieux. Mon expérience en tant que chercheur aux États-Unis, en Afrique du Sud, au Japon et en Thaïlande m'a montré que la sélection d'un bon trait de racine peut améliorer la croissance des plantes dans des environnements difficiles et aider les agriculteurs à réduire les taux d'application d'engrais, ce qui améliore leurs revenus et préserve l'environnement. ”
Le Dr Patompong court Root Lab Thaïlande à l'Université Mahidol. Ici, ils examinent non seulement l'amélioration des plantes, mais également les sols dans lesquels se trouvent les plantes. Un autre article récent du laboratoire est Réponses des activités enzymatiques dégradatrices d'huile, du métabolisme et de la cinétique de dégradation aux exsudats de racine de haricot lors de la rhizoremédiation d'un sol contaminé par du pétrole brut. Il recommande à tout étudiant intéressé par la phytoremédiation de « foncer ».
« Par rapport à d'autres technologies, la phytoremédiation prendra un certain temps, mais c'est l'un des moyens les plus respectueux de l'environnement et les plus durables pour assainir l'environnement. Mon conseil à tous les étudiants est de trouver l'inspiration et la motivation à partir des problèmes du monde réel. Si possible, allez visiter les lieux, voir le terrain, parlez aux personnes dont la vie est affectée par les pollutions et utilisez-les comme motivation pour votre étude. J'ai découvert que lorsque vous démarrez votre carrière dans le but de contribuer à la société par la connaissance, les technologies ou tout autre moyen que vous pouvez avec passion, vous trouverez joie et succès.
Pour le Dr Patompong, sa passion est clairement ancrée, et c'est peut-être en partie ce qui motive ses collaborations universitaires.
« Ce que je trouve personnellement le plus fascinant dans les racines des plantes, c'est qu'elles m'enseignent une philosophie de vie. Les racines ne sont pas seulement présentes dans les sols, mais elles interagissent avec d'autres racines, éléments, microbes et autres biotes du sol. Ils rivalisent et pourtant s'entraident pour maintenir des vies afin de créer un écosystème équilibré. Chaque racine est créée dans un but et un petit changement, même dans l'anatomie de la racine, peut entraîner un changement significatif dans la croissance globale des plantes et l'écosystème qui l'entoure. Tout le monde fait partie de la planète et nous pouvons avoir un impact positif significatif sur le monde dans lequel nous vivons.
ARTICLE DE RECHERCHE
Saengwilai P, Strock C, Rangarajan H, Chimungu J, Salungyu J, Lynch JP. 2021. Les phénotypes des poils absorbants influencent l'acquisition d'azote chez le maïs. Annals of Botany. https://doi.org/10.1093/aob/mcab104
