The dissertation is focused on the findings, whether it is combination of physical and biological seed treatment for selected field crops (oilseed rape, spring barley) comparable with chemical treatment. Evaluated the effectiveness of the physical seed treatment, low temperature plasma (Gliding Arc, microwave), a biological treatment culture mycoparasitic of the fungus Trichoderma virens and culture entomopathogenic fungus Metarhizium anisopliae. In the context of experiments in laboratory conditions, was evaluated the effect of treatment on the evolution grains (the seeds), the percentage of germination grains (the seeds) and the percentage of healthy grains (the seeds). Individual plasma treatment in combination with biological treatment had a significant positive effect on the germination rate of grains (the seeds).There was no negative effect of physical and biological treatments on the grains (seeds). Involved the evaluation of emergence of the treated seed in laboratory and field conditions. In the field conditions for the selected crops in different localities and in different years, was assessed the effect of treatment on the development of the crop health and yield parameters. Plasma and plasma with T. virens treatments positively affected by the model of the plant better integration of crops, the length of the cob, (shell) and yield. The combined adjustment should in oilseed rape positive effect on the faster development of the spring, the length and strength of the root, earlier flowering and ripening. In contrast, the combined adjustment for barley spring positively influenced the emergence and tillering. According to the obtained results it seems that the combined physical and biological seed treatment is an effective alternative to the chemical treatment of seeds.

Emissions of radionuclides to the atmosphere can lead to wet deposition on plants in theevent of rainfall. An increased level of radioactivity in the plants may occur due tointerception and retention of the radionuclides. If the content of the plants is above thethreshold limit value, entire yields may have to be destroyed. In order to preventcontamination or decrease the content countermeasures can be taken. The impact of thebiomass, leaf area index (LAI) and growth stage of the plant on the interception andretention is important to know in order to decide which countermeasures to use.Weather may also be an important factor. In this work the interception and retention of 134Cs and 85Sr by spring wheat, ley andspring oil-seed rape was studied. The impact of the biomass, LAI and growth stage ofthe plant and precipitation after deposition was also studied. The work was conducted asa field study with plots of the size 1 x 1 m. The plants were wet deposited with 134Cs and 85Sr by using a rain simulator. A total activity of 40 kBq/m2 for both radionuclideswas deposited on each plot. Depositions were performed during four different growthstages and the plants were sampled approximately four hours, one and five days afterdeposition. Activities of the dried plant samples were measured with a High PurityGermanium (HPGe) detector. Finally the interception fraction and the retention factorwere calculated. The study showed that the interception fraction was highest for the third growth stagefor both wheat and oil-seed rape; dough ripeness for wheat and ripening for oil-seedrape. Ley, which was harvested after two depositions, had the highest interceptionfraction at the second growth stage, flowering. Oil-seed rape and ley seemed to have aslightly higher interception fraction for 85Sr at all growth stages. There was a positiverelationship for the biomass and interception fraction, for the LAI and interceptionfraction the relationship wasn’t significant. The retention showed a weak trend ofdecreasing with time, with the decrease being largest during the first day after theinterception. However, the standard deviation was large and consequently the values uncertain. / Utsläpp av radionuklider till atmosfären kan genom regn leda till att de våtdeponeras påväxter. Radionukliderna kan då fångas upp av växterna och hållas kvar vilket kanresultera i förhöjda halter av radioaktivitet hos växterna. Om detta leder till attgränsvärden överskrids kan kassering av växter som används vid livsmedelsproduktionvara nödvändig. Motåtgärder kan vidtas för att undvika kontaminering eller minskahalterna. För att veta vilka motåtgärder som ska användas är det viktigt att veta hurväxtens biomassa, bladyteindex (LAI), utvecklingsstadium samt väderförhållandenpåverkar uppfångningen och kvarhållningen. I detta arbete undersöktes uppfångningen och kvarhållningen av 134Cs och 85Sr hosvårvete, vall och vårraps. Inverkan av växtens biomassa, LAI och utvecklingsstadiumsamt nederbörd efter deponering undersöktes också. Arbetet genomfördes som ettfältförsök med försöksrutor med storleken 1 x 1 m. Växterna våtdeponerades med 134Csoch 85Sr med hjälp av en regnsimulator. En total aktivitet på 40 kBq/m2 för bådaradionukliderna deponerades per försöksruta. Deponeringar skedde under fyra olikaväxtutvecklingsstadier och växtprover togs ungefär fyra timmar efter deponering samtett och fem dygn senare. Aktiviteten hos de torkade växtproverna mättes med en HighPurity Germanium (HPGe) detektor. Därefter beräknades uppfångningsfraktioner ochkvarhållningsfaktorer. Försöket visade att uppfångningsfraktionen var störst vid det tredjeväxtutvecklingsstadiet för både vete och raps; degmognad för vete och fröutveckling förraps. Vallen, som slogs av efter två deponeringar, uppvisade störst uppfångningsfraktionvid andra växtutvecklingsstadiet, blomning. Hos raps och vall verkadeuppfångningsfraktionen för 85Sr vara något högre vid samtliga växtutvecklingsstadier.För biomassan och uppfångningsfraktionen fanns ett positivt samband, för LAI ochuppfångningsfraktionen var sambandet inte signifikant. Kvarhållningen visade en svagtrend att minska med tiden, minskningen var störst under det första dygnet efteruppfångningen. Dock var standardavvikelsen stor och värden därmed osäkra.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte anhand eines dreifaktoriellen Feldversuchs bestehend aus den Faktoren Sorte, Saatstärke und wachstumsregulierende Fungizide der Zusammenhang zwischen der Bestandesarchitektur eines Winterrapsbestandes (Brassica napus L.) und dem Kornertrag analysiert werden. Dabei war das Ziel, den optimalen Bestandesaufbau zu ermitteln, welcher zum maximalen Ertrag führt, und zu untersuchen, wie er durch die drei agronomischen Faktoren beeinflusst wird. Der Versuch wurde von 2010/11 bis 2012/13 auf Versuchsflächen der Universität Göttingen durchgeführt. Von den drei Versuchsjahren flossen nur die Daten vom ersten und dritten Versuchsjahr in die Endauswertung ein, da der Versuch im zweiten Versuchsjahr nach starken Auswinterungsverlusten und massivem Befall mit B. cinerea aufgegeben werden musste. Der Versuch bestand aus 32 Versuchsgliedern, die sich aus zwei Winterrapshybridsorten (2010/11: NK Petrol + SY Merlot; 2012/13: NK Petrol + SY Vesuvio), zwei Saatstärken (30 Körner/m² bzw. 60 Körner/m²) und acht wuchsregulierenden Fungizidbehandlungen zusammensetzten. Die Fungizidvarianten variierten in der Anzahl der Behandlungen pro Jahreszeit (Herbst/Frühjahr), im Vergleich zu einer unbehandelten Kontrolle. Um die Bestandesarchitektur von Winterraps zu beschreiben, sowie deren Einfluss auf die Ertragsbildung von Winterraps zu beurteilen, wurden neben dem Kornertrag, den Ertragsparametern (Strohbiomasse, Ölgehalt, Ölertrag, Ernteindex) und den Ertragsfaktoren (Pflanzen/m², Schoten/Pflanze, Körner/Schote, TKM) folgende Bestandesparameter erfasst: Anzahl der Seitentriebe, Bestandeshöhe, Schotenansatzhöhe, Schotenschichtdicke, photosynthetisch aktive Strahlung (PAR) im Bestand, Kulturdeckungsgrad, Grünfärbung des Pflanzenbestandes zur Blüte und zur Abreife [Normalized Difference Vegetation Index (NDVI)], Wurzelhalsdurchmesser, Blätter/Pflanze, Blattlänge und Blattflächenindex (BFI). Zusätzlich wurde das Auftreten von Krankheiten und Schädlingen bonitiert, wobei der Schwerpunkt bei der Wurzelhals- und Stängelfäule (Leptosphaeria maculans/Leptosphaeria biglobosa, anamorph Phoma lingam) und der Kleinen Kohlfliege (Delia radicum) lag. Die Daten der einzelnen Parameter wurden für jedes Versuchsjahr getrennt voneinander ausgewertet. Mit Hilfe multipler Regressionen wurde der Bestandesparameter bestimmt, der im jeweiligen Jahr den größten Einfluss auf den Kornertrag hatte. Das erste Versuchsjahr 2010/11 war gekennzeichnet von einem nass kalten Herbst, auf den ein kalter und schneereicher Winter folgte. Die Hauptwachstumsphase des Rapses (März bis Mai) zeichnete sich durch unterdurchschnittliche Niederschlagsmengen ( 98,8 mm) und leicht überdurchschnittliche Temperaturen (+0,5°C) aus. Ausreichende Niederschläge im Juni verhinderten stärkere Ertragsdepressionen. Die Abreife erfolgte unter kühlen und trockenen Bedingungen. Die Witterung des Versuchsjahres 2012/13 unterschied sich von der Witterung des Jahres 2010/11 dahingehend, dass der Herbst milder und trockener, der Winter länger und trockener, die Hauptwachstumsphase des Rapses deutlich feuchter (+98,0 mm) und kühler (-2,8°C) und die Abreifephase warm und trocken war. Bedingt durch die Witterung, winterten im Jahr 2010/11 mehr Pflanzen/m² aus als im Jahr 2012/13. Ferner kürzten die wachstumsregulatorischen Fungizide unter den trockenen Bedingungen im Frühjahr 2011 die Rapsbestände nicht so stark ein wie unter den feuchteren Bedingungen im Frühjahr 2013. Insgesamt lagen durch die Witterungsunterschiede die gemittelten Winterrapserträge im Jahr 2012/13 mit 5,58 t/ha um 1,11 t/ha höher als im Jahr 2010/11. Im Versuchsjahr 2010/11 hatte die Strahlungsaufnahme durch den grünen Pflanzenbestand zur Mitte der Schotenentwicklung (BBCH 75) den stärksten positiven Einfluss auf den Kornertrag. Wie viel PAR vom Pflanzenbestand in BBCH 75 aufgenommen wurde, war primär von der Pflanzendichte im Frühjahr in BBCH 16/18 abhängig. Die Pflanzendichte beeinflusste hauptsächlich den Kulturdeckungsgrad in BBCH 32/34 (65,5%), der mit zunehmender Pflanzendichte anstieg. Ein dichter Kulturdeckungsgrad führte im weiteren Entwicklungsverlauf zu einer dichten, grünen Schotenschicht, die wenig PAR bis zum Boden durchließ. Bei der hohen Saatstärke von 60 Körnern/m² waren die Pflanzendichte in BBCH 16/18, der Kulturdeckungsgrad in BBCH 32/34 sowie die Grünfärbung des Pflanzenbestandes in BBCH 73 signifikant höher und der Anteil an PAR unter den Schoten sowie am Boden in BBCH 75 signifikant niedriger als bei der niedrigen Saatstärke von 30 Körnern/m². Der Kornertrag war bei der Sorte SY Merlot bei der hohen Saatstärke signifikant höher als bei der niedrigen Saatstärke. Bei der Sorte NK Petrol war der Kornertrag zwar auch bei der hohen Saatstärke höher als bei der niedrigen Saatstärke, allerdings waren diese Unterschiede nicht signifikant. Die Fungizidbehandlungen hatten kaum einen Einfluss auf die ertragsrelevanten Bestandesparameter. Aufgrund eines geringeren Feldaufganges und höheren Auswinterungsverlusten bei SY Merlot, kam es u.a. bei der Pflanzendichte im Herbst in BBCH 14/15 sowie im Frühjahr in BBCH 16/18 oder beim Kulturdeckungsgrad in BBCH 32/34 zu signifikanten Unterschieden zwischen den beiden Sorten SY Merlot und NK Petrol. Insgesamt hatte die Saatstärke im Jahr 2010/11 den größten Einfluss auf die Bestandesarchitektur und damit auf die Ertragsbildung im Winterraps. Alle untersuchten Ertragsfaktoren hatten einen signifikanten Einfluss auf den Kornertrag, wobei die Anzahl Pflanzen/m² den stärksten Effekt aufwies. Mit steigender Pflanzendichte nahm der Kornertrag zu. Die Anzahl Schoten/Pflanze, die Anzahl Körner/Schote, die TKM und die Anzahl Seitentriebe/Pflanze waren dagegen negativ mit dem Kornertrag korreliert, was auf den negativen Zusammenhang zwischen diesen Ertragsfaktoren und der Pflanzendichte zurückzuführen war. Im Jahr 2010/11 war der Befall mit der Wurzelhals- und Stängelfäule schwach negativ mit dem Kornertrag korreliert. Dabei wies der Befallswert (BW) mit der Wurzelhals- und Stängelfäule am Wurzelhals in BBCH 83/84 den stärksten, negativen Zusammenhang mit dem Kornertrag auf (rp = -0,363). Die schwach negative Beziehung zwischen dem Wurzelhalsbefall mit P. lingam und der Grünfärbung des Pflanzenbestandes in BBCH 73 (3,9%) verdeutlichte, wie sich der Befall auf den Kornertrag auswirkte. Für das Jahr 2012/13 wurden dagegen keine signifikanten, negativen Beziehungen zwischen dem Befall mit der Wurzelhals- und Stängelfäule und dem Kornertrag festgestellt, da der Befall mit P. lingam deutlich niedriger war (BW = 1-2) als im Jahr 2010/11(BW = 3-5). Der BW mit der Wurzelhals- und Stängelfäule am Wurzelhals in BBCH 83/84 war zum einen von der Pflanzendichte im Frühjahr in BBCH 16/18 und zum anderen von dem BW mit der Wurzelhals- und Stängelfäule am unteren Stängel abhängig. Die Pflanzen in der niedrigen Saatstärkenvariante waren stärker mit P. lingam am Wurzelhals befallen als die Pflanzen in der hohen Saatstärkenvariante, da bei der niedrigen Saatstärke mehr Pflanzen durch den Larvenfraß der Kleinen Kohlfliege geschädigt wurden als bei der hohen Saatstärke. Der BW der Wurzelhals- und Stängelfäule am unteren Stängel sowie am Wurzelhals ließ sich im Jahr 2010/11 signifikant durch die Wirkstoffkombination aus Paclobutrazol und Difenoconazol reduzieren. Beim Wurzelhalsbefall war allerdings entscheidend, dass die besagte Wirkstoffkombination schon im Herbst appliziert wurde (Var. 3, 4, 6 und 7). Die praxisübliche Fungizidvariante, in der die Wirkstoffkombination aus Mepiquatchlorid und Metconazol sowie der Wirkstoff Tebuconazol eingesetzt wurden, reduzierte den Befall mit P. lingam nicht signifikant. Im Versuchsjahr 2012/13 hatte die Schotenansatzhöhe in BBCH 75 den stärksten positiven Einfluss auf den Kornertrag (30,6%). Die Schotenansatzhöhe in BBCH 75 wurde wiederum am stärksten durch die Bestandeshöhe in BBCH 65/67 beeinflusst (96,2%). Die Bestandeshöhe in BBCH 65/67 zeigte die stärkste positive Korrelation mit der Schotenansatzhöhe desselben Stadiums (95,5%). Somit hatten im Jahr 2012/13 das Längenwachstum der Bestände und die Beeinflussung des Längenwachstums durch wuchsregulierende Fungizide einen wesentlichen Anteil an der Ertragsbildung von Winterraps. Je häufiger die Wirkstoffkombination aus Paclobutrazol und Difenoconazol appliziert wurde, desto stärker wurde die Schotenansatzhöhe in BBCH 75 signifikant eingekürzt. Im Fall der Bestandeshöhe in BBCH 65/67 wurde eine ähnliche Wirkungsweise beobachtet. Je stärker das Stängelgewebe am Wachstum gehindert wurde, desto stärker verringerten sich der Strohbiomasseertrag und damit auch der Kornertrag. Zu signifikanten Ertragsreduktionen führten insbesondere die Variante 4, in der zweimal im Herbst und einmal im Frühjahr die Wirkstoffkombination aus Paclobutrazol und Difenoconazol verwendet wurde und die Variante 6, in der zweimal im Herbst und zweimal im Frühjahr die gleiche Wirkstoffkombination eingesetzt wurde. Die signifikanten Höhenunterschiede zwischen NK Petrol und SY Vesuvio hatten keinen Einfluss auf den Strohbiomasseertrag bzw. Kornertrag. Die Saatstärke stellte im Jahr 2012/13 keinen ertragslimitierenden Faktor dar, sodass bei beiden Saatstärken ähnlich hohe Kornerträge erzielt wurden. Zusammenfassend hatten im Jahr 2012/13 die wuchsregulierenden Fungizidbehandlungen den größten Einfluss auf die Bestandesarchitektur und damit auf die Ertragsbildung im Winterraps. Im Jahr 2012/13 hatten von den Ertragsfaktoren die Anzahl Seitentriebe/Pflanze, die Pflanzendichte im Frühjahr und die TKM einen signifikanten Einfluss auf den Kornertrag. Der stärkste Einfluss ging dabei von der Anzahl an Seitentriebe/Pflanze aus, wobei mit zunehmender Seitentriebzahl der Kornertrag sank. Die Pflanzendichte und die TKM beeinflussten den Kornertrag positiv. Aufgrund sehr niedriger Bestimmtheitsmaße von maximal 5%, waren diese Zusammenhänge allerdings recht gering. Demnach spielten die Ertragsfaktoren in der Ertragsbildung eine untergeordnete Rolle. Das Optimum zwischen der Pflanzendichte im Frühjahr und der Anzahl an Seitentrieben/Pflanze lag im Jahr 2010/11 bei ca. 40 Pflanzen/m² und ca. 8 Seitentrieben/Pflanze und im Jahr 2012/13 bei ca. 45 Pflanzen/m² und ca. 7 Seitentrieben/Pflanze. Generell konnte festgestellt werden, dass bei einer Erhöhung der Aussaatstärke um den Faktor 2, im Durchschnitt 2 Seitentriebe/Pflanze weniger ausgebildet wurden. Die Anzahl der Seitentriebe/Pflanze wurde in beiden Versuchsjahren in fast allen Fällen nicht signifikant durch die wuchsregulierenden Fungizidbehandlungen erhöht. Somit konnte die Seitentriebbildung der Einzelpflanzen nicht verbessert werden. Insgesamt kann festgehalten werden, dass je nach Jahreswitterung die Saatstärke, teils in Kombination mit der Sorte, oder die wuchsregulierenden Fungizidbehandlungen die Bestandesarchitektur von Winterraps beeinflusst haben und dadurch maßgeblich an der Ertragsbildung von Winterraps beteiligt waren. Damit stehen dem Landwirt v.a. durch die Saatstärke und durch die wachstumsregulierenden Fungizide anbautechnische Instrumente zur Verfügung, um gezielt in die Bestandesarchitektur von Winterraps einzugreifen. Nach den vorliegenden Ergebnissen sollte die Saatstärke ca. 40 bis 50 Körner/m² betragen, um bei widrigen Wetterverhältnissen einen Pflanzenausfall kompensieren zu können. Um Ertragsdepressionen durch eine Wuchshemmung zu vermeiden, sollten wuchsregulierende Fungizide nicht pauschal und im Übermaß, sondern nach den Regeln des integrierten Pflanzenschutzes eingesetzt werden.

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La dégradation des éléments semi-naturels du paysage agricoleet l’intensifi cation des pratiques agricoles ont conduit à l’altérationdes services écosystémiques. Une meilleure compréhensiondes mécanismes de la régulation des bioagresseurs permet ledéveloppement de systèmes agricoles économes en produitsphytosanitaires. Les espèces végétales des habitats semi-naturels,notamment des bordures de parcelles, peuvent constituerdes refuges et proposer des ressources pour les insectes inféodésaux cultures. La thèse vise à expliciter le rôle de la végétationdes bords de champ pour alimenter l’ingénierie agroécologique.Les analyses s’appuient sur des relevés botaniques et entomologiques,sur des enquêtes agronomiques, sur des relevésd’occupation des sols dans le paysage, ainsi que sur la mise enplace de mélanges d’espèces tests le long des cultures.Nous avons mis en évidence l’importance de la végétation spontanéede bordures et surtout du couvert des plantes entomophiles enfl eurs dans la régulation des ravageurs. En comparaison avec lepaysage entourant les parcelles, les facteurs locaux (pratiquesagricoles, fl ore des bordures) ont une plus grande infl uence surles populations des ravageurs. La mise en place d’une nouvelleméthode de marquage du nectar au 13C nous a permis de suivrel’alimentation et le déplacement de parasitoïdes. Les bandesfl euries optimisées pour la production des ressources fl oralesaméliorent la régulation des ravageurs. Les résultats obtenusdans ce travail permettent de formuler de nouvelles pistes degestion de l / The degradation of semi-natural habitats and land use intensifi cationhave resulted in a loss of ecosystem services. A better understandingof the mechanisms of crop herbivore regulation is neededto improve plant protection and to reduce insecticide treatments.Plant species of semi-natural habitats such as herbaceous fi eldmargins, provide shelter and food resources for crop insects. Thethesis aims to evaluate the role of the fi eld margin vegetation toimprove our knowledge on interaction with crop herbivores and naturalenemies and to optimise ecological engineering approaches.The studies are based on botanical and entomological surveys, onquestionnaire information (land use) and on landscape mapping.In one experiment we manipulated fi eld margin vegetation, to compareeffects of vegetation rich in fl oral resources with control treatments(spontaneous vegetaion, grass strips).We demonstrated theimportance of spontaneous vegetation, particularly the abundanceof fl owering entomophilous plants in regulating crop herbivores.Local factors such as land use intensity and fi eld margin vegetationhad a stronger infl uence on crop herbivores and natural enemiesthan landscape features. A new method of labelling soruce plantnectar with 13C sugar was tested to analyse nectar uptake andthe movements of parasitoids between fi eld margin and crop. Marginvegetation optimised for fl oral resource provisioning improvedregulation service. The results are discussed in terms of managementrecommendations for agri-envrionment schemes

Brassica napus est une des cultures oléagineuse majeure dans le monde. En raison de sa faible efficacité d’utilisation de l’azote (NUE) comparée aux autres grandes cultures, la gestion de cette ressource présente un objectif écologique et économique majeur pour cette culture. La remobilisation des nutriments des organes sources vers les organes puits est une composante de la NUE qui se déroule durant la sénescence et qui est associée aux processus de recyclages métaboliques et à des modifications de la structure foliaire. L’objectif de cette thèse était de comprendre et de quantifier ces modifications structurales afin d’évaluer à travers ces processus les capacités de remobilisation du colza en fonction de son génotype et de son statut nutritionnel (eau et azote). La structure foliaire a été étudiée grâce à la relaxométrie RMN qui donne accès au statut et à la distribution de l’eau au niveau cellulaire. Ces travaux de thèse ont mis en évidence que la distribution des temps de relaxation transversale (T2) dépend non seulement de la structure cellulaire, mais aussi de l’organisation tissulaire. Cette étude a aussi mis en évidence le processus d’élargissement cellulaire et d’hydratation pendant la sénescence, spécifiquement dans le parenchyme palissadique. Il a été également démontré que le signal RMN reflète la déstructuration progressive se déroulant durant la sénescence au niveau subcellulaire et est un marqueur de sénescence précis permettant de suivre le développement de la feuille. De plus, le statut nutritionnel de la plante modifié par les carences azotées ou le stress hydrique, impacte grandement la sénescence séquentielle et les conséquences en termes d’efficacité de la remobilisation peuvent être suivies par RMN. Ce travail a permis de renforcer les connaissances sur la structure et le fonctionnement de la feuille au niveau tissulaire et cellulaire. De plus, il a été démontré que le signal de relaxométrie RMN donne accès à des informations sur la structure foliaire inaccessible par des méthodes courantes. Une des principales applications de ce travail serait le phénotypage, particulièrement la sélection de génotypes caractérisés par une forte efficacité de remobilisation en particulier en cas de carence azoté ou de stress hydrique. / Brassica napus is one of the major oil crops of the world. Due to its low NUE (Nitrogen Use Efficiency) compared to other species, Nitrogen management presents a major economic and environmental goal for improvement of that crop production. As a component of NUE, nutrient remobilization from source to sink tissues takes place mainly during the leaf senescence and is associated to metabolic recycling processes and modification of the cellular organization and structure. The aim of this work was therefore to understand and estimate the amplitude of these structural modifications with the objective to appreciate through these processes remobilization performance according to oilseed rape genotypes and nutritional status in terms of nitrogen and water supply. The leaf structure was investigated through NMR relaxometry, providing access to cellular water status and distribution. The present work demonstrated that the transverse relaxation time (T2) distribution depends on both leaf tissue structure and cellular compartmentalization. The study revealed a process of cell enlargement and hydration during leaf senescence, specifically in the palisade parenchyma and showed that the T2 relaxation time was able to discriminate parenchyma tissues at an early phase of senescence induction. Moreover, the NMR relaxometry signal was shown to reflect specific chronological loss of sub-cellular structuring all along the senescence process progression and was demonstrated to be an accurate non-invasive monitoring method of leaf development. Finally, plant nutrition status experienced through nitrogen and water availability limitation has been demonstrated to strongly affect regular sequential leaf senescence. Consequences on remobilization efficiency by stress conditions have been also assessed through the NMR signal. This work has improved the understanding of leaf structure and functioning at the cell and tissue levels after the onset and during the progression of senescence. Moreover, it was demonstrated that NMR relaxometry provides access to leaf structural information that are not accessible with currently used techniques for plant structural investigations. One of the main applications would be for plant phenotyping, especially for selecting genotypes with higher nutrient remobilization efficiency especially under environmental stresses like nitrogen and water limitations for sustainable oil and protein production.

Sclerotinia sclerotiorum is a pathogenic fungus that infects around 400 species of host    plants. Stem rot disease caused by this fungus is economically disastrous for Brassica napus cultivators in Sweden. Due to the lack of disease resistant cultivars, disease management has been solely dependent on fungicide application. The current disease  prediction models are not scientifically accurate and take into account factors such as   weather, previous disease incidence, and conomic effects which often result in unnecessary and excessive use of fungicides by cultivators. Real-Time Polymerase Chain Reaction has proven to be the fastest, most accurate and reliable technique for detecting plant pathogens as it gives an idea about disease severity by measuring pathogen concentration in environmental samples. Reproducible and able qPCR assays have the potential of being the main principle on which more scientifically accurate plant disease prediction and management models an be developed. The aim of this study was to validate a previously established qPCR assay to detect S. sclerotiorum. An absolute quantification experiment     was performed by using plasmid DNA cloned with a target gene as template. Further,   three different qPCR machines  were compared  to make a plausible conclusion regarding    their sensitivity and efficiency in detecting minuscule amounts of DNA from the   environment. While a solid conclusion could not be reached regarding the sensitivity of    each of these machines, this study pointed out some basic trends about each machine    that may help researchers in selecting the most efficient qPCR system when working with detection of plant pathogens.

Le colza est une oléoprotéagineuse exigeante en soufre (S) mais caractérisée par une faible efficience d’usage du S (EUS). La baisse des retombés atmosphériques soufrées, l'existence de fortes interactions entre les métabolismes soufrés et azotés et l’augmentation prédite des températures terrestres peuvent conduire à une altération des rendements et de la qualité des graines de colza. Dans ce contexte, en s’appuyant sur des approches in planta (conditions contrôlées et de plein champ) et in silico (expérimentations numériques via le modèle écophysiologique SuMoToRI "Sulphur Model Towards Rapeseed Improvement"), les principaux objectifs de cette thèse étaient d’étudier l’impact (i) de différentes stratégies de fertilisation S et N, (ii) du changement climatique et (iii) de la variabilité des paramètres « plante » du modèle sur la croissance ainsi que sur les composantes du rendement et la qualité des graines de colza.Cette étude a permis de confirmer les effets synergiques des apports de S et de N ainsi que leurs effets antagonistes lors d’apport excessif d’un des deux éléments sur l’EUS et l’EUN, soulignant l'importance d'équilibrer les apports S/N. Décaler l’apport en S a permis d’améliorer la qualité protéique des graines en augmentant l’abondance relative en napines (protéines de réserve des graines riches en cystéine). Deux indices de la qualité protéique des graines ont pu être proposés : (i) la teneur en S des graines, fortement corrélée avec l'abondance relative en napines et (ii) le ratio napine:cruciférine-30kDa (cruciférines : protéines de réserve pauvres en S), permettant d’apprécier l’équilibre des apports S/N. Les simulations réalisées avec le modèle ont montré que des ajustements de la fertilisation S devront s’opérer dans un contexte d’augmentation des températures et/ou de diminution du rayonnement incident conduisant à une baisse de la biomasse et à une augmentation du S stocké dans les feuilles. Ces résultats requestionnent les schémas conventionnels de fertilisation et l’utilisation d’idéotypes variétaux et culturaux adaptés aux schémas de fertilisation S et N ainsi qu’au dérèglement climatique. / Oilseed rape is an oleoproteaginous crop with high sulfur (S) demanding and characterized by a low S use efficiency (SUE). The decline in atmospheric S deposition, the existence of strong interactions between S and nitrogen (N) metabolism and the predicted increase in terrestrial temperatures can lead to an alteration in seeds yields and quality. In this context, using in planta (controlled conditions and fields experiments) and in silico (numerical experiments through an agro-ecophysiological model SuMoToRI, “Sulfur Model Towards Rapeseed Improvement”) approaches, the main objectives of this thesis were to study the impact of (i) different S and N fertilization strategies, (ii) climate change and (iii) the variability of the model’s “plant” parameters on growth as well as the yield components and the seeds quality of oilseed rape.This study confirmed the synergistic effects of S and N inputs and their antagonistic effects when of one of the two elements was in excessive rate on EUS and EUN, highlighting the importance of balancing S/N inputs. Delaying S input has improved seed protein quality by increasing the relative abundance of napins (cysteine-rich seed storage proteins). Two seed protein quality indices could be proposed (i) seeds S content, strongly correlated with relative napine abundance and (ii) the ratio napins:cruciferins-30kDa (cruciferins : S-poor seed storage proteins). S), making it possible to assess the S/N balance inputs. The simulations carried-out with the model showed that the adjustment of S fertilization must be performed in a context of increasing temperature and/or a reduction of incident radiation which lead to a decrease of biomass and an increase of S stored in leaves. Overall, these results questioned conventional fertilization strategies and the use of varietal and crop ideotypes adapted to S and N fertilization strategies as well as to climate change.

Nitrogen (N) is a central nutrient in cropping systems. However, a considerable N fraction is lost through runoffs and leaching with detrimental consequences for environment and controversial effects on human health. Increasing the plant N uptake by optimizing the degree of root branching for exploring a larger soil volume in search of the mobile nitrate resource may contribute to limit soil leaching and subsequently to rely more efficiently on the soil mineralization and fertilizer inputs. Rapeseed (Brassica napus L.) is a major oil crop that highly depends on N fertilization. This doctoral thesis aims at exploring the diversity of root morphology in recently selected cultivars and in a large set of rapeseed inbred lines, and at understanding the genetic control on root morphology and how it is impacted by N nutrition.Firstly, a panel of twenty-eight European recently selected cultivars of winter oilseed rape were tested in laboratory and field conditions. Upon hydroponic culture, these hybrids showed a great diversity for biomass production and root morphological traits. Differences in root and shoot dry biomasses and lateral root length were mainly explained by the genotype, while differences in primary root length by the nutrition. The cultivars were tested in a pluriannual field trial. The observed variation for yield and seed quality traits attributed to the genotype was more important than the year or the genotype x year interaction effects. The total root length measured in laboratory could predict the proportion of nitrogen taken-up from the field and reallocated to the seeds. The genetic interrelationship between cultivars, established with polymorphic markers, indicated a very narrow genetic base. Positive correlations were found between the genetic distance measures, root morphological trait distances during nitrogen depletion conditions, and agronomic performance. Secondly, three cultivars previously selected from a root morphology screen at a young developmental stage were field tested with two nitrogen applications. The purpose was to examine the relationship between root morphology and Nitrogen Uptake Efficiency (NUpE) and to test the predictiveness of canopy optical indices for seed quality and yield. A tube-rhizotron system was used to incorporate below-ground root growth information. One-meter length clear tubes were installed in soil at an angle of 45°. The root development was followed with a camera at key growth stages in autumn (leaf development) and spring (stem elongation and flowering). Autumn was a critical time window to observe the root development and exploration in deeper horizons (36-48 cm) was faster without any fertilization treatment. Analysis of the rhizotron images was challenging and it was not possible to clearly discriminate between cultivars. Canopy reflectance and leaf optical indices were measured with proximal sensors. The Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) was a positive indicator of biomass and seed yield while the Nitrogen Balance Index (NBI) was a positive indicator of above-ground biomass N concentration at flowering and seed N concentration at harvest.Thirdly, the natural variability offered by a diversity set of 392 inbred lines was screened to apprehend the genetic control of root morphology in rapeseed and how it is impacted by nitrogen nutrition. Seedlings grew hydroponically with low (0.2 mM) or elevated (5 mM) nitrate supplies. Low nitrate supply triggered the primary root and lateral root growth, while elevated supply promoted shoot biomass production. A considerable variation degree in the root morphological traits was observed across the diversity set, and there was no trade-off between abundant lateral root branching and shoot biomass production. Root traits were mainly dependent on the genotype and highly heritable. A genome wide association study identified some genomic regions associated with biomass production and root morphological traits. A total of fifty-nine QTLs were identified and thirty of them were integrated into seven clusters on chromosomes A01 and C07. Some candidate genes were identified with Arabidopsis orthologs related to root growth and development, nitrogen nutrition or hormone regulation.This study provides promising routes for redesigning the root system architecture by uncovering nitrogen-interactive genomic regions shaping root morphology. A perspective is to develop genetic markers associated with root morphological traits that could be used for assisted breeding. / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished