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Globally, the salinisation of agricultural land is a significant problem, associated predominantly with irrigated and dryland agriculture. To date, the UK has been largely unaffected by this issue, but increasing water shortages in the east of England could force irrigators to investigate the use of lower quality water. Two underutilised or novel crops, chard and quinoa, were investigated with respect to their potential for cultivation under saline conditions in the UK. The potential ameliorating effect of adding silicon to saline irrigation water was also examined. Chard and quinoa both performed well at levels of salinity representative of the more saline groundwater found in the UK. Chard suffered no yield reduction, and positive effects were observed with respect to leaf thickness and colour intensity. These relatively low salinity conditions may potentially, therefore, enhance shelf-life; limitations in which are one reason for the current underutilisation of this crop. At higher salinity, quinoa showed similar tolerance to the conventional salt tolerant crop, I barley. At the lower salinity level described above, there was no reduction in vegetative yield. Salinity strongly increased the area of individual quinoa leaves, an unusual physiological response warranting further investigation. Silicon fully ameliorated the negative effect of salinity on shoot water content in tomato, but had no effect on dry matter: accumulation. The sustainability of irrigated production faces serious challenges, with demand for water from all sectors increasing as the availability of the resource simultaneously diminishes. It was concluded that best practice and the development of predictive modelling for use with saline water under UK conditions should enable irrigators to make use of marginal water with little or no yield penalty, with Swiss chard being an ideal candidate crop for growers wishing to explore such possibilities.

Environmental stresses, such as repeated injury by herbivory, stunt plant growth and reduce crop yield. A spectacular example of this effect is exemplified in ornamental bonsai plants. Wounding induces the synthesis of a plant hormone, jasmonates (JAs), which in turn activate non-specific defence against pests and pathogens. On the other hand, a most dramatic effect of the application of jasmonates to plant however is the inhibition of growth, and this raised the question of whether another function of endogenous jasmonates is to inhibit growth. The results presented in this thesis first demonstrated that a previous wounding primes plants to give an enhanced response to following wounds. Following this discovery, I have investigated the genetic and physiological basis of "bonsai effect" by repeatedly wounding leaves of the model plant Arabidopsis. Repeated wounding reduced the size of wild type plants by 50% and increased the endogenous content of jasmonate (JA) by seven-fold, but unexpectedly had no significant effect on the mutants unable to synthesise JA, or unable to respond to JA. This second discovery suggests another function of endogenous JA is to inhibit growth under stress.

Les systèmes agricoles sont intimement liés au changement climatique : ils sont d'une part affectés par la dérive de son état moyen et de sa variabilité, et sont d'autre part des contributeurs nets à l'évolution du climat par l'extension de leur surface et l'intensité de leur gestion. L'évolution du système climat-agriculture repose sur nombreux mécanismes qui s'étendent sur une large gamme d'échelles temporelles et spatiales, et sont interdépendants. Pour réduire l'incertitude associée à l'évolution de ce système et guider les choix collectifs pertinents, il est nécessaire d'intégrer ces processus sur cette gamme d'échelle temporelle et spatiale. Dans cette thèse, je me suis intéressé aux échelles spatiales allant de la plus petite unité décisionnelle des systèmes de production agricole (l'exploitation) à celle de la décision publique concernant ces interactions entre climat et agriculture (échelle nationale à supranationale). Je me suis d'autre part intéressé au court terme (quelques années) et à l'Europe. J'ai poursuivi le développement d'un outil de modélisation reposant sur le couplage du modèle d'offre agricole Européenne (AROPAj) et du modèle générique de culture (STICS), qui permet de prendre en compte les mécanismes adéquats à l'échelle du système de production, et leurs facteurs d'hétérogénéité à l'échelle de l'Europe. Cet outil m'a permis de mettre en valeur le rôle important à l'échelle Européenne des mécanismes de court-terme dans la réponse de l'offre agricole au changement climatique. En particulier, la prise en compte des adaptations de court terme des systèmes de production agricole modifie la vision habituellement retenue des impacts du changement climatique en Europe. J'ai de plus développé des méthodes alliant agronomie et statistique pour explorer l'hétérogénéité du comportement des principales cultures Européenne sous changement climatique entre régions, espèces et scénarios de changement climatique. Enfin, j'ai pu mettre en valeur la faible interaction en première analyse entre adaptation au changement climatique et réponse à la mise en place d'une politique réduction des émissions de gaz à effet de serre au niveau des systèmes de production agricole. / Agriculture, and the climate system are closely linked: agricultural systems are driven by changes in mean climate and its variability, while their expansion and intensification contribute to the anthropogenic perturbation of the climate system. The evolution of the climate-agriculture system relies on numerous processes, which extend over a wide large range of temporal and spatial scale, and are intertwined. It is necessary to integrate these processes across scales in order to both reduce the uncertainty that overshadow the evolution of the system, and help clever decision making. In this work, I focused on that integration goal in the specific case of Europe for short-term time scales in a future horizon. I focused on typical spatial scales of decision making: from the smallest decision unit in agriculture (farm scale) to the one of policy making regarding agriculture-climate interactions (Europe). I continued the development of a modelling framework relying on the coupling of a microeconomic model of European agricultural supply (AROPAj) to a generic crop model (STICS), which account for adequate processes at farm scale, and for the factors that drive the heterogeneity in their net effects over Europe. This tool allowed me to highlight the specific role of farm-scale adaptations in the response of European agricultural supply to climate change. In particular, accounting for these processes alters the usual picture of climate change impacts over Europe. I further developed analytical methods building on agronomic and statistic knowledge to explore the heterogeneity in the response of major European crops, among geographical locations, species, and climate change scenarios. Finally, first results showed that at the farm scale, little interaction is expected between the adaptation to climate change and the implementation of a greenhouse gas mitigation policy targeting the agricultural sector.

Quercus robur et Quercus petraea sont deux espèces de chêne sympatriques occupant des niches écologiques distinctes et présentant des différences de sensibilités à la sécheresse. La littérature disponible suggère qu’il existe des différences inter-spécifiques stables de l’efficience d’utilisation entre ces deux espèces, Q.petraea présentant des valeurs supérieures à Q.robur. L’efficience d’utilisation de l’eau peut être étudiées à différentes échelles d’intégration spatiales et temporelle. Sur la base de mesures instantanées d’échanges gazeux foliaires, l’efficience d’utilisation de l’eau intrinsèque (Wi) peut être déterminée. D’autre part, l’efficience d’utilisation de l’eau peut être caractérisée par des mesures de composition isotopique du carbone (δ13C) au sein des tissus végétaux ou par l’estimation de l’efficience de transpiration plante entière (TE), permettant ainsi une estimation de l’efficience intégrée dans le temps. La caractérisation de l’efficience à travers ces différents estimateurs a permis de mettre en évidence chez des semis croissant en conditions contrôlées une efficience de transpiration supérieure chez Q.robur bien qu’aucune différence ne soit détectable entre les deux espèces sur la base des mesures instantanées (Wi). Ces variations de TE étaient essentiellement liées aux variations de la production de biomasse par les plants tandis que les variations de Wi qui ont été observées étaient principalement associées à la conductance stomatique. Les variations intra et inter espèces de la dynamique de réponse stomatique au changement abrupte d’un facteur environnemental (lumière, CO2, VPD) n’ont pu être clairement reliées aux variations des différents estimateurs de l’efficience ou leur composantes respectives. Par ailleurs, les conditions de stress hydriques impactaient la dynamique de réponse stomatique chez les deux espèces de chênes. Cet impact se traduit par des réponses stomatiques plus rapides. Les principales différences observées entre les espèces étaient liées à la production de biomasse. Les deux espèces affichaient en effet des stratégies d’allocation du carbone divergentes notamment au niveau du compartiment racinaire. Ainsi Q.petraea produisait un système racinaire plus fin et ramifié que Q.robur. Par ailleurs, cet état de fait était plus marqué sous conditions de stress, conditions à laquelle Q.robur est plus sensible que Q.petraea en terme de production de biomasse. La complexité des relations entre efficience d’utilisation de l’eau et l’ensemble des traits physiologiques et anatomiques étudiés ainsi que leurs possibles implications dans la tolérance à la sécheresse des deux espèces de chênes sont discutées dans cette synthèse. / Quercus robur L. and Quercus petraea (Matt.) Liebl. are two sympatric oak species occupying distinctive ecological niches as well as presenting disparate drought tolerances. Available litterature reports the existence of stable inter-specific differences of water use efficiency (WUE) between the two species, Q. petraea displaying higher values than Q. robur. Water use efficiency can be studied at several integration scales both spatially and temporally. Based on instantaneous foliar gaz exchange, the intrinsic water use efficiency can be determined (Wi). On the other hand, water use can be characterised by measurements of the carbon isotopic composition of plant tissues (13C) or by estimation of the whole plant transpiration efficiency (TE), thus allowing a time-integrated estimate of water use. The characterisation of WUE through these different estimators allowed us to put in evidence in oak seedlings grown under controlled conditions a higher transpiration efficiency in Q. robur even though no differences were observed between the two species regarding instantaneous measurements (Wi). TE variations were mainly linked to the variations of the biomass production by the plants while Wi variations were essentially associated to the stomatal conductance. Both intra and inter specific variations of the dynamics of stomatal response to step changes of environmental factors (light, CO2, VPD) could not be clearly linked to the variations of the different WUE estimates nor their respective components. Nevertheless, drought conditions impacted the stomatal dynamics in both species towards faster stomatal responses, especially for stomatal closing. Furthermore, the main observed differences between species were linked to biomass production. Both species displayed different carbon allocation strategies, especially regarding the root compartment. Thus, Q. petraea produced a significantly more ramified and thinner root system than Q. robur. Such behaviour was accentuated under drought stress, under which Q. robur was more sensitive than Q. petraea in term of biomass production. The complexity of the relationships between water use efficiency and all of these morphological and physiological traits as well as the possible drought tolerance implications in both oak species are discussed in this PhD thesis.