Clerget, Benoît (2004) Effect of photoperiod-sensitivity on yield and yield components of three sorghum varieties grown in West Africa. PhD thesis Agronomie, AGER, INAPG 2004INAP0019.

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Abstract

Summary
Effect of photoperiod-sensitivity on yield and yield components of three sorghum varieties grown in West Africa
West African sorghums are highly photoperiod-sensitive because this character has given them a great evolutionary advantage under the continental climate of the area, with large inter-annual variation in the amount and distribution of rainfall. This adaptation must be maintained in improved varieties for the region. But with the exception of variation in the duration of the vegetative cycle, few studies have examined physiological aspects of photoperiod-sensitivity in tropical cereals and this trait has been generally discarded until now.
An ecophysiological study has been carried out on three sorghum varieties representative of material cropped in West Africa to quantify their physiological photoperiod-sensitivity. Experiments were done at Samanko, Mali, under natural environment over 2.5 years.
Original conclusions on the development and growth of photoperiod-sensitive sorghum have been found, mainly due to the highly contrasting behaviour of the guinea race variety, which originated from West Africa:
- The triggering of panicle initiation depends on both the photoperiod and the rate of change in daylength or of its components the time of sunrise or sunset.
- The rates of apical leaf production varies with photoperiod and its variation at emergence, either the rate of change of daylength or the change in the time of sunrise or sunset. Initial developmental rates acquired at emergence remain constant until a sudden slowdown occurring around the date of the initiation of the 23rd leaf. This coincides with the onset of stem elongation, which occurs before panicle initiation.
- Internode elongation is triggered by the sufficient availability of biosynthates related with a fast inherent LAI increase. All the developmental and growth rates slow down simultaneously probably as a consequence of the stem trophic competition and in respect with the co-ordination relationships between phytomers that organize the plant architectural cohesion.
- When more than 23 leaves are produced trophic competition between organs is minimum and the biomass repartition driven by the demand of organs. On the contrary, when less than 23 leaves are produced, the panicle competes with stem for biosynthates during its development and the first part of its growth.
- Panicle size has shown little variation with sowing date due to the antagonistic evolution of the duration and rate of its development varying in a contrary way in relation to photoperiod at emergence.
A growth model integrating this knowledge and hypotheses has been developed, calibrated and tested for each of the three varieties. Its utilization, coupled with the acquired physiological knowledge, suggests that tillering and height reduction are probably not the right ways to improve the yield potential of photoperiod-sensitive sorghum. Emphasis has to be put on the de-correlation of the current relation between the potential panicle size and the flowering date of the variety.

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Table of content

Table des matières
Introduction - 12
1 La culture du sorgho en Afrique de l'Ouest - 12
1.1 Le bassin de production - 12
1.2 Statistiques agricoles et évolution - 12
1.3 Echec de l'intensification du sorgho - 13
2 Le milieu de culture du sorgho en Afrique de l'Ouest - 14
2.1 Le milieu physique - 14
2.2 L'environnement biotique - 17
2.3 L'agriculture et les consommateurs ouest-africains - 18
3 L'espèce Sorgho: éléments de botanique - 21
3.1 Taxonomie - 21
3.2 Origine et évolution - 21
3.3 Morphologie et développement - 23
4 Le photopériodisme: la clé de l'adaptation au climat des savannes ouest-africaines - 25
4.1 Description du phénomène - 25
4.2 Etat des connaissances sur la physiologie du photopériodisme - 27
4.3 La date de floraison des sorghos ouest-africains - 29
5 Problématique - 30
6 Démarche et plan de la thèse - 36
Chapitre 1 La date de l'initiation paniculaire - 38
1 Introduction - 38
1.1 Une plante de jours courts - 38
1.2 La variabilité de la réaction photopériodique chez le sorgho - 38
1.3 L'effet de la variation de la durée du jour - 39
1.4 Modélisation de l'effet de la photopériode - 39
1.5 Objectifs de l'étude - 40
2 Matériels et méthodes d'expérimentation - 41
2.1 Les variétés utilisées - 41
2.2 Vérification des températures cardinales - 43
2.3 Expérience de semis mensuels - 43
2.4 Expériences en serre à Samanko - 47
2.5 Expériences en milieu contrôlé au CIRAD à Montpellier - 47
3 Résultats expérimentaux et discussions - 49
3.1 Vérification des températures cardinales - 49
3.2 Expérience de semis mensuels - 51
3.3 Expériences en serre à Samanko - 57
3.4 Expériences en milieu contrôlé au CIRAD à Montpellier - 59
4 Modélisation des résultats de l'expérience de semis mensuels - 59
5 Analyse des simulations - 63
6 Conclusions - 67
Chapitre 2 Les rythmes de développement et de croissance - 68
1 Introduction - 68
2 Matériel et méthodes - 69
3 Résultats expérimentaux et discussions - 71
3.1 Le rythme d'apparition des feuilles - 71
3.2 Le rythme d'initiation des feuilles - 71
3.3 Le rythme de sénescence des feuilles - 74
3.4 Les relations entre les rythmes du développement foliaire - 74
3.5 Les relations internes à la plante - 76
3.6 Les relations entre les rythmes de développement foliaire et la date de semis - 78
3.7 Les relations entre les rythmes de développement foliaire et les facteurs environnementaux - 80
3.8 Les relations entre la montaison et la date de changement des rythmes de développement - 82
3.9 Les relations entre les rythmes de développement et la densité de semis - 84
3.10 Le rythme de la croissance en hauteur - 86
4 La modélisation des rythmes de développement et de croissance - 89
4.1 Plastochrone et phyllochrones initiaux - 89
4.2 Plastochrone et phyllochrone secondaires - 91
4.3 Effet de la densité sur les rythmes de développement - 91
4.4 La sénescence des feuilles - 93
4.5 Le taux de croissance en hauteur - 93
5 Conclusions - 95
Chapitre 3 La surface foliaire - 98
1 Introduction - 98
1.1 Le tallage - 98
1.2 La prédiction de la surface foliaire - 99
2 Matériel et méthodes d'expérimentation - 101
2.1 Le tallage - 101
2.2 La surface des feuilles - 103
3 Résultats expérimentaux et discussions - 105
3.1 La dynamique du tallage - 105
3.2 L'effet de la densité de culture - 105
3.3 L'effet de la date de semis - 105
3.4 Le rôle pratique du tallage en conditions paysannes - 107
3.5 La biomasse des talles - 107
3.6 Les profils de surface du limbe foliaire en fonction du rang - 107
3.7 Les profils de longueur du limbe foliaire en fonction du rang - 109
3.8 Les profils de largeur du limbe foliaire en fonction du rang - 109
3.9 Les relations allométriques du limbe foliaire - 111
3.10 La surface massique - 111
4 La modélisation de la surface foliaire verte - 112
4.1 La modélisation de la surface du limbe - 112
4.2 La mise en place de la surface foliaire - 118
4.3 La sénescence des feuilles - 119
4.4 La surface foliaire verte et l'indice foliaire - 120
5 Conclusions - 120
5.1 L'absence de tallage dans les champs paysans - 120
5.2 Prédiction de la surface foliaire développée - 121
Chapitre 4 Le rendement - 122
1 Introduction - 122
2 Matériels et méthodes - 126
3 Résultats expérimentaux et discussion - 126
3.1 La production de biomasse - 126
3.2 L'estimation de la RUE - 133
3.3 La répartition de la biomasse - 136
3.4 Le coefficient d'égrenage - 143
4 La modélisation du rendement - 144
4.1 La biosynthèse - 144
4.2 La croissance de la masse foliaire - 144
4.3 La croissance de la masse racinaire - 144
4.4 La répartition de la biomasse exportée par les feuilles - 145
5 Analyse des simulations - 148
5.1 La répartition de la biomasse - 148
5.2 La production de biomasse en fonction de la date de semis - 154
5.3 La production de la biomasse en fonction de la densité - 156
6 Utilisation du modèle: analyse des effets climatiques inter-annuels et de la date de semis sur le rendement - 158
6.1 L'effet des variations climatiques inter-annuelles - 158
6.2 L'effet de la date de semis sur le potentiel de rendement - 160
7 Conclusions - 160
Conclusions et perspectives - 162
1 Conclusions - 162
1.1 La réaction photopériodique - 162
1.2 La coordination du développement et de la croissance - 164
1.3 Cycle long et cycle court: les conséquences du photopériodisme sur le potentiel de rendement - 165
1.4 L'idéotype à rechercher - 166
2 Perspectives - 167
2.1 Vérifications et approfondissements - 167
2.2 Nouveaux champs de recherche - 167
2.3 L'amélioration et le développement du modèle de croissance - 168
Références bibliographiques - 170
Annexes - I
1 Résumé de l'article publié dans Field Crops Research - I
2 Programme de calcul itératif de la date d'IP, du plastochrone et du phyllochrone et du nombre de feuilles totales - II
3 Le programme du modèle de croissance - III
4 Les paramètres du modèle de croissance - VIII

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