MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE Ecole Nationale Supérieure Agronomique d’Alger & CENTRE INTERNATIONAL D’ETUDES SUPERIEURES EN SCIENCES AGRONOMIQUES (Montpellier SupAgro) ECOLE DOCTORALE Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences & Environnement (SIBAGHE) DOCTORAT Spécialité: Ecosystèmes & agronomie Nora ALKAMA épouse Messous Adaptation de la symbiose rhizobienne chez le haricot à la déficience en phosphore: détermination de la réponse de la plante en terme d’échanges gazeux et de flux minéraux échangés avec la rhizosphère Thèse en co-tutelle co-dirigée par Sidi Mohamed OUNANE & Jean Jacques DREVON Soutenue le 9 décembre 2010 Devant le jury composé de: Abdellah AIDAOUI Professeur, ENSA Alger Rapporteur & président Etienne-Pascal JOURNET, Chargé de recherche, INRA Toulouse, Rapporteur Sidi Mohamed OUNANE, Professeur, ENSA Alger, Co-directeur de thèse Jean Jacques DREVON Directeur de recherche, INRA Montpellier, Co-directeur de thèse TABLE DES MATIERES INTRODUCTION GENERALE -------------------------------------------------------------- 4 CHAPITRE 1 -------------------------------------------------------------------------------------- 8 SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE ---------------------------------------------------------- 8 Biodisponibilité du phosphore à l’interface sol-légumineuse ---------------------------- 8 1. La symbiose rhizobia-légumineuse ....................................................................................................... 8 1.2. Processus de nodulation ................................................................................................................... 9 1.2 Respiration et diffusion de l’oxygène ............................................................................................. 13 2. Le phosphore ........................................................................................................................................ 13 2.1 Le phosphore dans la plante ............................................................................................................ 15 2.2 Le phosphore dans le sol ................................................................................................................. 16 2.3 Le prélèvement du phosphore par la plante ..................................................................................... 18 2.4. La déficience du sol en P et les stratégies du prélèvement par la plante ........................................ 20 3. La déficience des sols en P et conséquences sur la symbiose légumineuse-rhizobia ....................... 22 3.1. Modifications morphologiques ...................................................................................................... 23 3.2. Influence sur le système racinaire et aérien .................................................................................... 24 3.3. Influence sur les nodosités ............................................................................................................. 24 3.4. La fixation symbiotique de l’azote et la carence enphosphore. ...................................................... 26 4. Le Haricot ............................................................................................................................................. 27 4.1 Origine du haricot ........................................................................................................................... 27 4.2. Classification .................................................................................................................................. 29 4.3 Importance de la culture du haricot ................................................................................................. 30 4.4 Limitation de la production, sélection et croisement chez le haricot .............................................. 35 4.5 Propriétés symbiotiques de l’espèce ............................................................................................... 35 5. Objectifs et stratégie de recherche ..................................................................................................... 36 5.1 Problématique de la thèse................................................................................................................ 36 5.2 Objectifs .......................................................................................................................................... 37 5.3 Hypothése de base ........................................................................................................................... 39 5.4 Approche expérimentale ................................................................................................................. 39 CHAPITRE 2 ------------------------------------------------------------------------------------- 51 Is genotypic variation of H + efflux under P deficiency linked with nodulated-root respiration of N 2 - fixing common-bean ----------------------------------------------------- 55 1. Introduction .......................................................................................................................................... 56 2. Materials and methods ........................................................................................................................ 57 2.1. Biological material, soil and culture conditions ............................................................................. 57 2.2. Measurements of proton release and nodulated-root O 2 uptake ..................................................... 58 2.3. Analysis at harvest and statistical data processing ......................................................................... 59 3. Results ................................................................................................................................................... 59 3.1. Growth and nodulation ................................................................................................................... 59 3.2. Proton release by nodulated-roots .................................................................................................. 62 3.3. P concentration in shoot and nodules ............................................................................................. 62 2.4. Nodulated-root consumption of O 2 ................................................................................................ 65 4. Discussion ............................................................................................................................................. 67 1 5. References ............................................................................................................................................. 68 CHAPITRE 3 ------------------------------------------------------------------------------------- 72 Proton efflux of nodulated-root varies among recombinant Inbred Lines of common-bean ( Phaseolus vulgaris ) BAT477xDOR364 under P deficiency in rhizotron? ------------------------------------------------------------------------------------------ 75 1. Introduction .......................................................................................................................................... 76 2. Materials and methods ........................................................................................................................ 77 2.1 Biological material, soil and culture conditions .............................................................................. 77 2.2 Measurement of proton efflux in rhizotron ..................................................................................... 78 2.3 Gas exchange measurement ............................................................................................................ 79 2.4 Analysis at harvest and statistical data processing .......................................................................... 79 3. Results ................................................................................................................................................... 80 3.1 Growth and nodulation .................................................................................................................... 80 3.2 Proton efflux by nodulated-roots..................................................................................................... 82 3.3 P concentration in shoot and nodules .............................................................................................. 83 3.4 Nodule and plant nitrogenase activity ............................................................................................. 84 4. Discussion ............................................................................................................................................. 86 5. References ............................................................................................................................................. 88 CHAPITRE 4 ------------------------------------------------------------------------------------- 92 Nodulation et croissance des lignées recombiantes contrastantes du haricot commun ( Phaseolus vulgaris ) en multisites dans la région ------------------------------ 92 de Tizi Ouzou ------------------------------------------------------------------------------------- 92 I. Nodulation diagnosis of contrasted recombinant imbred lines of common bean observed in multi-local field trial in Mediterranean conditions. ----------------------- 94