Analysis of inter- and -intra specific variability of five pasture species in response to temperature during germination and initial heterotrophic growth

La germination et la croissance hétérotrophe sont des phases clés de l'établissement des plantes. Ils sont sous contrôle génétique et affectés par la température. L'objectif de cette thèse est d'analyser la variabilité inter et intra-spécifique de cinq espèces prairiales dans leurs réponses à la température pendant la germination et la croissance hétérotrophe. Trente-deux populations de Lolium perenne, Festuca arundinacea, Dactylis glomerata, Medicago sativa, et Onobrychis viciifolia ont été évalués sous huit températures constantes entre 5 et 40°C.La nouveauté de ce travail vient de la large gamme de températures et le nombre de populations évaluées. Il a été observé que, au sein des espèces, la réaction des populations à la température indique une forte variabilité et des différences significatives. La germination n'a été pas observée à 40°C pour l'une des 23 graminées, l'O. viciifolia germé peu tandis que les variétés de M. sativa ont été peu affectées. La croissance hétérotrophe des 32 populations a été affectée par la température. La croissance des axes fortement fiable ou nulle à 40°C. Les courbes de réponse du taux de croissance maximale de l'axe sont asymétriques en forme de cloche.Des interactions significatives entre la température et la population ont été détectées pour la germination et la croissance hétérotrophe. La germination des populations des sites froids est renforcée par des températures plus chaudes et limité par les plus froids et vice-versa pour les populations chaudes adaptées.Germination and heterotrophic growth are key phases for plant establishment. They are under genetic control and affected by temperature. The objective of this thesis was to analyse the inter- and intra-specific variability of five pasture species in their responses to temperature during germination and heterotrophic growth.Thirty two populations of Lolium perenne, Festuca arundinacea, Dactylis glomerata, Medicago sativa, and Onobrychis viciifolia were evaluated under eight constant temperatures between 5 and 40°C.The novelty of this work comes from the wide range of temperatures and the number of populations evaluated. It was observed that, within species, the response of populations to temperature shows high variability and significant differences. No germination was observed at 40°C for any of the 23 grasses, O. viciifolia germinated poorly while M. sativa varieties were little affected. Heterotrophic growth of the 32 populations was affected by temperature. The growths of the axes were negligible or lethal at 40°C. Response curves of maximum growth rate of the axis were asymmetric bell-shaped.Significant interactions between temperature and population were detected for germination and heterotrophic growth. Germination of populations from cold sites is enhanced by warmer temperatures and limited by colder ones and vice versa for warm-adapted populations. This study demonstrates that genetic variability does exist within the five studied species. This variability could be exploited to breed new varieties adapted to the future climate

Variability in germination under extreme temperatures of two perennial pasture legumes

Variability in germination under extreme temperatures of two perennial pasture legumes. 26. General meeting of the European Grassland Federation (EGF

Genetic diversity of alfalfa (Medicago sativa) in response to temperature during germination

Temperature is one of the major factors controlling plant development, in particular seed germination. Alfalfa is a perennial pasture legume that holds an important place in cultivated grasslands. Breeding alfalfa cultivars adapted to new ranges of temperature could be necessary, requiring knowledge of the variability in response to temperature among different accessions. Six accessions of Medicago sativa subsp. sativa and one wild population of M. sativa subsp. falcata were evaluated for their germination temperature response. Seeds were tested for germination in the dark at eight constant temperatures, from 5 to 40°C. Significant differences (P < 0.01) were found. The optimum temperature for germination ranged between 11.7 and 21.1°C, whereas two varieties, ‘Demnate’ and ‘Luzelle’ had a very wide range of temperatures favouring maximum germination. The findings of this study suggest that the germination of alfalfa was little affected by low temperature (5°C) whereas germination at 40°C was lower and showed high variability. Our results revealed variability in the response to temperature for germination of M. sativa that gives room for breeding new varieties adapted to future environmental conditions induced by the global climate change

Les températures cardinales des grandes fonctions de production chez deux plantes fourragères pérennes

La température est l’un des facteurs les plus affectés par le changement climatique. C’est également un facteur de croissance central dans le fonctionnement des végétaux. Du fait d’une large répartition géographique et d’hybridations entre sous-espèces, les espèces herbacées sont adaptées à de nombreux climats. Des différences entre génotypes d’origines climatiques contrastées ont été observées en champs. Celles-ci s’expliquent-elles par des différences de réponse à la température ? Pour cela, nous avons mené 8 expérimentations en conditions contrôlées de 5 à 40°C et condition ferti-hydrique non-limitante. Nous avons caractérisé les courbes de réponse à la température de deux espèces fourragères a priori adaptées au changement climatique (luzerne et fétuque élevée) pour différents processus physiologiques (croissance, développement, photosynthèse, respiration, fixation de l’azote atmosphérique…). Les différences saisonnières de production de matière sèche entre génotypes observées en champs ne s’expliquent pas par des différences de réponses à la température. D’autres hypothèses sont à explorer comme la réponse à la photopériode ou l’évolution de la réponse à la température due à l’induction florale

EFECTO DE LA TEMPERATURA Y LA LUZ EN LA GERMINACIÓN DE SEMILLAS DE DOS LEGUMINOSAS / EFFECT OF TEMPERATURE AND LIGHT ON SEED GERMINATION OF TWO LEGUMES

La principal vía de propagación de las leguminosas forrajeras es a través de la semilla botánica, por lo que conocer los requerimientos necesarios (temperatura y luz) durante la germinación resulta indispensable para garantizar altos porcentajes de germinación en las semillas de estas especies. El objetivo de esta investigación es determinar los requerimientos de temperatura y luz (fotoperiodos) necesarios para alcanzar altos porcentajes de germinación en las semillas de Teramnus labialis (L.f.) Spreng, cv. “Semilla Oscura” y Neonotonia wightii (Wight &amp; Ann), cvs. “Tinaroo” y “Copper”. Se estudiaron ocho temperaturas constantes (10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 y 45ºC) y cinco fotoperiodos diferentes (0/24, 6/18, 12/12, 18/6 y 24/0; horas luz/oscuridad). Las semillas de T. labialis mostraron su mayor capacidad de germinación entre 25 y 35ºC, mientras que en las semillas de N. wightii se obtuvieron entre 20ºC y 30ºC. Para T. labialis a 40ºC no se observó germinación, mientras que para los cultivares de N. wightii cesó a 35ºC. La temperatura de germinación óptima para las semillas de T. labialis y N. wightii fueron 30ºC y 25ºC respectivamente. La temperatura de germinación óptima para las semillas de T. labialis y N. wightii fue de 30ºC y 25ºC respectivamente. Las semillas de las dos especies se pueden clasificar como no fotoblásticas debido a que la luz (fotoperíodo) no afectó la capacidad de germinación

How variable are non-linear developmental responses to temperature in two perennial forage species?

Developmental responses to temperature are critical to yield formation in crops and perennial grassland species. However, their characterisation over a broad range of temperatures relevant to climate change studies has been limited in these species. The present study sought to determine the non-linear developmental responses to temperature of two major grassland species, tall fescue (Festuca arundinacea) and alfalfa (Medicago sativa), and to assess i) whether a coordinated response occurred between different developmental processes, ii) if genotypes from contrasting origins differed in their responses, and iii) to quantify how a lack of coordination and genetic variability might affect estimates of thermal time progression under present and future climate scenarios. Two series of experiments were carried out under controlled conditions with eight constant temperatures ranging from 5 degrees C to 40 degrees C applied to seedlings and mature plants. Different growth and developmental processes were characterized, including shoot development and radicle, leaf and stem growth. Once normalized to a temperature of 20 degrees C, the temperature responses of the different processes displayed no significant variability between temperate and Mediterranean genotypes. On the other hand, not all developmental processes within a genotype displayed a coordinated response to temperature. Significant departures from the response of shoot development in mature plants were observed regarding several processes, particularly at low and supra-optimal temperatures (up to +/- 5 degrees C and +/- 2 degrees C for minimal and maximal temperature estimates, respectively). Differences were particularly marked relative to node and stem elongation responses. Overall, when using the temperature dependencies of different processes to estimate cumulative thermal time, significant bias was observed in alfalfa when considering stem elongation by comparison with other processes. The consequences for improvements to forage crop models, and for the meta-analyses often used to calibrate them, are discussed

Heteromorphic seed germination and seedling emergence in the legume Teramnus labialis (L.f.) Spreng (Fabacaeae)

Seed heteromorphism can influence germination and ultimately seedling establishment, particularly in disturbed habitats. This study compared seed and seedling traits across three distinctly colored seed morphs (viz. light-brown, brown, and dark-brown) of the forage legume, Teramnus labialis (L.f.) Spreng. The best quality seeds (i.e., un-parasitized, filled and un-cracked) were brown: 389.3 quality seeds per 1000 units compared with <270/1000 units for the other two morphs. Length, width, volume, and water content were lowest in the light-brown and highest in the dark-brown seeds. Seed thickness and mass were lower in the light-brown seeds. Dark-brown seeds imbibed fastest from 2 h onwards. Germination was comparable across the morphs after 7 days but was lowest in the light-brown (17% at 21 days) and highest in the dark-brown seeds (36% at 21 days) at 14 and 21 days. At 7 days, seedling emergence in the dark-brown seeds (15.0%) was higher than in the other two morphs (4%–6%); this remained so at 14 and 21 days. Seedling growth (number of leaves, stem height and diameter, and root length) was superior in the dark-brown seeds. Seed heteromorphism in T. labialis may allow its persistence in disturbed habitats, and the dark-brown seeds are best suited for seeding in revegetation projects, given their superior germination capacity and seedling vigor.The accepted manuscript in pdf format is listed with the files at the bottom of this page. The presentation of the authors' names and (or) special characters in the title of the manuscript may differ slightly between what is listed on this page and what is listed in the pdf file of the accepted manuscript; that in the pdf file of the accepted manuscript is what was submitted by the author

Quelle est la variabilité intra- et interspécifique des caractères d’adaptation des espèces prairiales pérennes aux variables du changement climatique ?

Ce numéro de la revue Fourrages présente les résultats des travaux du projet Climagie du métaprogramme Adaptation au changement climatique de l'agriculture et de la forêt (ACCAF) de l'InraThis review presents the main results of the INRA ACCAF-Climagie project pertaining to intra- and interspecific variability in climate-related responses in the most common perennial C3 forage species. More specifically, the project examined (1) how germination and growth are affected by temperature and (2) how plants escape from drought (via early ear emergence) or tolerate drought conditions (via summer dormancy and fructan accumulation). The results underscore two major reasons for studying Mediterranean natives. First, relevant model species may reveal how well intraspecific variability will allow plants to deal with increased stress levels. Second, such species provide valuable genetic resources that should be included in breeding programs, which have thus far focused on temperate species. The ultimate goal is to create productive and marketable cultivars that display a range of adaptive responses to climate change.Cette synthèse présente les principaux résultats obtenus dans le cadre du projet Climagie du méta-programme INRA (ACCAF) sur la variabilité intra- et interspécifique de : (1) la réponse de la germination et de la croissance à la température et (2) l'adaptation à la sécheresse par échappement (date d'épiaison précoce) et par tolérance à la déshydratation (dormance estivale et accumulation de fructanes) des principales espèces fourragères pérennes en C3. Ces travaux montrent l'importance d'étudier le matériel d'origine méditerranéenne : (1) comme modèle d'étude pertinent pour identifier les limites de la variabilité intraspécifique à l'adaptation aux stress croissants et, (2) comme ressource génétique d'intérêt à valoriser dans les schémas d'amélioration basés jusqu'à présent surtout sur du matériel d'origine tempérée, dans l'objectif de créer des variétés combinant une gamme de stratégies d'adaptation au changement climatique tout en préservant de bonnes performances agronomiques

Quelle est la variabilité intra- et interspécifique des caractères d’adaptation des espèces prairiales pérennes aux variables du changement climatique ?

Ce numéro de la revue Fourrages présente les résultats des travaux du projet Climagie du métaprogramme Adaptation au changement climatique de l'agriculture et de la forêt (ACCAF) de l'InraThis review presents the main results of the INRA ACCAF-Climagie project pertaining to intra- and interspecific variability in climate-related responses in the most common perennial C3 forage species. More specifically, the project examined (1) how germination and growth are affected by temperature and (2) how plants escape from drought (via early ear emergence) or tolerate drought conditions (via summer dormancy and fructan accumulation). The results underscore two major reasons for studying Mediterranean natives. First, relevant model species may reveal how well intraspecific variability will allow plants to deal with increased stress levels. Second, such species provide valuable genetic resources that should be included in breeding programs, which have thus far focused on temperate species. The ultimate goal is to create productive and marketable cultivars that display a range of adaptive responses to climate change.Cette synthèse présente les principaux résultats obtenus dans le cadre du projet Climagie du méta-programme INRA (ACCAF) sur la variabilité intra- et interspécifique de : (1) la réponse de la germination et de la croissance à la température et (2) l'adaptation à la sécheresse par échappement (date d'épiaison précoce) et par tolérance à la déshydratation (dormance estivale et accumulation de fructanes) des principales espèces fourragères pérennes en C3. Ces travaux montrent l'importance d'étudier le matériel d'origine méditerranéenne : (1) comme modèle d'étude pertinent pour identifier les limites de la variabilité intraspécifique à l'adaptation aux stress croissants et, (2) comme ressource génétique d'intérêt à valoriser dans les schémas d'amélioration basés jusqu'à présent surtout sur du matériel d'origine tempérée, dans l'objectif de créer des variétés combinant une gamme de stratégies d'adaptation au changement climatique tout en préservant de bonnes performances agronomiques

Latest public research on forage and turf and update on CLIMAGIE

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