De nouvelles recherches révèlent que la capture de plus de nutriments racinaires peut aider la faune à respirer à des kilomètres de distance.

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Partout dans le monde, à l’embouchure d’un fleuve, il existe des zones mortes, des zones où les concentrations d’oxygène sont si faibles que peu de vies peuvent survivre dans le monde. La raison en est l’afflux d’azote. Ce nutriment stimule la croissance des algues mais, à mesure que les algues meurent, l’oxygène de l’eau est épuisé, ce qui détruit la vie. Empêcher l’azote de pénétrer dans les rivières empêcherait la situation, mais comment faire ? Le Dr Patompong Saengwilai et ses collègues ont découvert que la réponse pouvait avoir des racines. Leurs recherches, publiées dans le Annales de botanique, montre comment les poils absorbants peuvent influencer l’absorption d’azote. Les plantes avec de meilleures racines peuvent réduire le besoin 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 donc les agriculteurs ont tendance à appliquer une quantité excessive d’engrais azoté. Certaines études montrent cependant que les plantes n’absorbent pas plus de la moitié de l’azote appliqué aux champs, et qu’il sort de la zone racinaire. Une partie de l’azote se transforme en gaz azoté, créant 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 leurs engrais. Ils pouvaient le faire si les plantes préféraient le cueillir, mais il n’était pas clair comment y parvenir. Il peut être évident de regarder les racines ; c’est ainsi que les plantes accumulent du potassium et du phosphore. Mais les botanistes pensaient que l’azote était différent, explique le Dr Patompong.

«Les avantages des poils absorbants pour les nutriments limités en nutriments diffus ou relativement mobiles, tels que le potassium et le phosphore, sont largement prévisibles car les poils absorbants aident à étendre la quantité d’exploration du sol, permettant aux plantes d’accéder à plus de nutriments de voiture autour d’eux. la surface radiculaire. Cependant, ses rôles dans l’absorption d’azote ont été négligés car la perception commune est que 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. C’est vrai dans de nombreux cas, mais nous savons d’après nos observations et quelques études antérieures que la disponibilité de l’azote peut être limitée par diffusion, surtout lorsque la fraction d’ammonium dans le sol est aussi élevée que dans les rizières, ou lorsqu’il y a un taux de transpiration et la teneur en azote du sol est faible. Ces informations nous ont amenés à nous demander si les poils absorbants peuvent bénéficier à l’absorption d’azote par les plantes des sols à faible teneur en N. »

Expérimentez en serre. Image:Dr Patompong Saengwilai.

Pour tester le rôle des racines, le Dr Patompong et ses collègues ont utilisé trois approches. Premièrement, ils ont utilisé le modèle fonctionnel-structurel SimRoot. L’équipe a comparé ces résultats avec des expériences avec des génotypes de maïs à longueur variable de poils absorbants (RHL) dans des serres et des champs.

« Nous avons choisi d’étudier le maïs non seulement parce qu’il est l’une des principales sources de nourriture pour les animaux et les humains, mais c’est aussi une plante exemplaire qui a fait l’objet d’études intensives. Par conséquent, les chercheurs et les sélectionneurs du monde entier disposent de nombreuses ressources et informations disponibles et accessibles. De plus, notre étude est spéciale en ce que nous utilisons des lignées innées recombinantes (RIL) dérivées des mêmes parents (B73 et Mo17), elles représentent donc des génotypes distincts qui partagent le même patrimoine génétique, réduisant ainsi le risque d’effets complexes d’origine génétique. interactions, épistasie. , et la pléiotropie. De plus, ces RIL avaient des caractéristiques de racines et de pousses comparables dans des conditions normales mais en contraste avec la longueur des poils absorbants, elles sont donc très adaptées à notre type d’étude. « 

Les résultats de SimRoot il a fourni des cibles pour la recherche dans les autres expériences. Les auteurs ont écrit dans leur article « Conformément à SimRoot 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 l’essai sur le terrain… Cet accord général est parmi les résultats de et silico les milieux, le champ et la serre sont remarquables, car chacun de ces milieux est différent. « 

Cheveux sur les racines.Image:Dr Patompong Saengwilai.

L’effet de la diminution de la disponibilité de l’azote pour mettre en valeur les plantes était 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 les performances de la plante. 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 croissance. « Il est possible que la présence d’argile et de particules dures limite l’extension 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 », ont écrit les auteurs.

Il est important que les plantes aient des poils absorbants plus longs, mais les scientifiques voulaient comprendre pourquoi il en était ainsi. Le SI SimRoot le modèle a suggéré que la cause est la surface. Lorsque la transpiration est réduite et que le débit d’eau est réduit à travers une plante, l’augmentation de la surface racinaire peut compenser la mobilité réduite de l’azote.

Le Dr Patompong a déclaré que bien que les résultats de l’équipe soient basés sur le maïs, ils devraient être pertinents pour d’autres plantes. « Nous espérons que ces connaissances pourront être appliquées à d’autres espèces cultivées, mais des recherches supplémentaires sont définitivement nécessaires. Par exemple, le riz produit 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 agro-écosystèmes, ce qui peut affecter la formation et l’utilité des poils absorbants. « 

Dr Patompong Saengwilai. Image : Root Lab Thaïlande.

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 repensant à 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 ; gros fruits, grosses fleurs parfumées mais les racines ont été négligées malgré le fait que nous savons tous que la clé du succès dans la croissance de toute plante est d’avoir un bon système racinaire. « 

Beaucoup de gens n’étudient pas les racines des plantes, surtout à l’échelle du terrain, car c’est un travail « sale » qui demande beaucoup de main-d’œuvre. Mon expérience en tant que chercheur aux États-Unis, en Afrique du Sud, au Japon et en Thaïlande m’a montré que le choix d’un bon caractère racinaire peut améliorer la croissance des plantes dans des environnements difficiles et aider les agriculteurs à réduire les taux d’application d’engrais, à améliorer leurs revenus et à préserver l’environnement. « 

Mesurer les racines. Image:Dr Patompong Saengwilai.

Le Dr Patompong Root Lab dirige la Thaïlande à l’Université Mahidol. Ils s’intéressent non seulement à l’amélioration des plantes, mais aussi aux sols dans lesquels se trouvent les plantes. Un autre article récent du laboratoire est Réponses sur les activités des enzymes de dégradation de l’huile, le métabolisme et la cinétique de dégradation des racines de haricot pendant la rhizoremédiation des sols contaminés par le pétrole brut. Il recommande à tout étudiant intéressé par la phytoremédiation de « se lancer ».

« 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 de nettoyer l’environnement. Mon conseil à tout étudiant est de trouver l’inspiration et l’encouragement des problèmes mondiaux. Si possible, visitez le lieu, regardez le sol, parlez aux personnes affectées par les polluants et utilisez-les comme stimulus pour votre étude. J’ai découvert que lorsque vous commencez votre carrière dans le but de contribuer à la société par le biais des connaissances, des technologies ou par tout autre moyen possible avec passion, vous trouverez joie et succès. « 

Pour le Dr Patompong, il a clairement une passion pour les racines, et peut-être une partie de ce qui inspire ses collaborateurs universitaires.

« Personnellement, ce que j’aime le plus dans les racines des plantes, c’est qu’elles m’enseignent la philosophie de la vie. Non seulement ils ont des racines dans les sols, mais ils interagissent avec les racines, les éléments, les microbes et autres biotes du sol. Ils se font concurrence et s’entraident pour maintenir des vies afin de créer un écosystème équilibré. Chaque racine est créée dans un but précis et même un petit changement dans l’anatomie des racines peut considérablement modifier la croissance globale d’une plante et de 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’absorption d’azote dans le maïs. Annales de botanique. https://doi.org/10.1093/aob/mcab104

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