Nitrogen distribution within wheat plants (Triticum aestivum L.) after flowering: a dynamic model based on a functional-structural approach - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2009

Nitrogen distribution within wheat plants (Triticum aestivum L.) after flowering: a dynamic model based on a functional-structural approach

Distribution de l'azote chez le blé (Triticum aesticum L.) après la floraison:un modèle dynamique fondé sur une approche structure-fonction

Jessica Bertheloot

Abstract

Nitrogen is an important resource for plant growth and crop pathogens. The objective of this study is to propose a process-based modelling of N dynamics within a wheat plant after anthesis. To achieve that, a functional-structural approach was used. Experiments were performed to quantify the spatio-temporal nitrogen dynamics within a wheat culm after anthesis. Nitrogen mass per unit surface area of laminae and sheaths decreased with canopy depth, but was homogeneously distributed across lamina and sheath surfaces. In addition, nitrogen dynamics were synchronous for each phytomer and similar except for a scale factor. In the period of no root nitrogen uptake, those dynamics followed first order kinetics. Based on these results, a functional-structural model of nitrogen dynamics within the culm botanical structure has been developed. Model main assumptions are: (i) the lamina nitrogen content is determined by the turnover of the proteins of the photosynthetic apparatus; (ii) the different entities of the culm share a common pool of mobile nitrogen. The model has been validated for a contrasted range of experimental conditions with a unique set of six parameters. The nitrogen - light relationships are an emerging property of processes described at a local scale. This work paves the way for simulating the regulation of nitrogen dynamics in individual-based models of plant population.
L'azote est une ressource importante pour la croissance des plantes, et pour les pathogènes des cultures. L'objectif de cette thèse est de proposer une modélisation mécaniste des dynamiques d'azote dans une plante de blé en post-floraison. Pour cela, une approche structure-fonction a été mise en oeuvre. Des expérimentations ont permis de caractériser les dynamiques spatio-temporelles d'azote dans la tige feuillée. La masse d'azote surfacique des limbes et des gaines diminuait avec la distance depuis le sommet du couvert, mais elle était homogène le long d'un limbe ou d'une gaine. Les dynamiques temporelles étaient identiques pour les gaines et les limbes suggérant que ces deux entités répondent de la même manière à la lumière interceptée et à l'état azoté de la plante. De plus, les dynamiques étaient synchrones pour tous les phytomères et identiques à un facteur d'échelle près. En période d'absence d'absorption d'azote racinaire, ces dynamiques suivaient une cinétique d'ordre un. Ces résultats ont permis de développer un modèle structure-fonction des dynamiques d'azote au sein de la structure botanique d'une tige feuillée. Les principales hypothèses de ce modèle sont: (i) la teneur en azote d'un limbe est déterminée par le turnover des protéines de l'appareil photosynthétique; (ii) les différentes entités de la tige feuillée partagent un pool commun d'azote mobile. Ce modèle a été validé sur une gamme contrastée de conditions environnementales avec un jeu unique de six paramètres. Les relations azote-éclairement sont une propriété émergente des processus décrits à l'échelle locale. Ce travail ouvre des perspectives pour simuler la régulation des dynamiques d'azote dans des modèles individus-centrés de peuplements végétaux.
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Dates and versions

pastel-00005134 , version 1 (24-07-2009)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00005134 , version 1

Cite

Jessica Bertheloot. Nitrogen distribution within wheat plants (Triticum aestivum L.) after flowering: a dynamic model based on a functional-structural approach. Mathematics [math]. AgroParisTech, 2009. English. ⟨NNT : 2009AGPT0007⟩. ⟨pastel-00005134⟩
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