Riz vivace - Perennial rice

Riz repoussant à partir de rhizomes

Riz vivaces sont des variétés de longue durée du riz qui sont capables régénératives saison après saison sans réensemencement; ils sont développés par des phytogénéticiens dans plusieurs institutions. Bien que ces variétés soient génétiquement distinctes et soient adaptées à différents climats et systèmes de culture, leur durée de vie est si différente des autres types de riz qu'elles sont collectivement appelées riz pérenne. Le riz vivace, comme beaucoup d'autres plantes vivaces, peut se propager par des tiges horizontales sous ou juste au-dessus de la surface du sol, mais il se reproduit également sexuellement en produisant des fleurs , du pollen et des graines . Comme pour toute autre culture céréalière, ce sont les graines qui sont récoltées et consommées par les humains.

Le riz pérenne est l'une des nombreuses céréales pérennes qui ont été proposées, étudiées ou en cours de développement, notamment le blé pérenne , le tournesol et le sorgho . Les agronomes ont soutenu que l'augmentation de la quantité de paysages agricoles couverts à un moment donné par des cultures pérennes est un excellent moyen de stabiliser et d'améliorer le sol et de fournir un habitat à la faune.

La sélection rizicole pérenne a été initiée à l' Institut international de recherche sur le riz , aux Philippines et est actuellement en cours de développement à l'Académie des sciences agricoles du Yunnan, en République populaire de Chine, et dans d'autres institutions, mais n'est pas encore disponible pour la distribution.

Riz vivace et annuel

Riz asiatique domestiqué, Oryza sativa est une plante à vie courte. La plupart des cultivars meurent après la production de semences, bien que certains peuvent repousser ( repousses ) et produire une seconde culture dans des conditions favorables. Dans les régions au climat doux, deux ou trois récoltes de riz peuvent être cultivées chaque année. À l'exception des cultures de repousse, cela signifie que les tiges mortes doivent être enlevées, le sol cultivé et de nouvelles graines semées tous les quelques mois.

En revanche, l'ancêtre sauvage du riz asiatique, Oryza rufipogon , vit souvent de nombreuses années, produisant des graines chaque année et se propageant par voie végétative. En plus de ces types pérennes , certaines populations d' O. rufipogon sont annuelles ou intermédiaires dans la durée de vie

D'autres espèces sauvages du genre Oryza sont également pérennes. Alors que l' Oryza rufipogon vivace se propage végétativement par des tiges aériennes ( stolons ), O. longistaminata , O. officinalis , O. australiensis , O. rhizomatis se propagent par des tiges souterraines ( rhizomes ).

Des bénéfices potentiels

Les plantes vivaces peuvent réduire l'érosion des sols

De l'avis de tous, l'érosion est la ressource naturelle et la conséquence environnementale la plus grave de la production de riz pluvial pluvial.

P. Crosson (1995) Ressources naturelles et conséquences environnementales de la production de riz.

Des ravins d'érosion sur une ferme de colline sans terrasse dans la province du Yunnan

Les champs agricoles, en particulier ceux des régions tropicales humides , qui ont été débarrassés de la végétation ou récemment labourés sont très vulnérables à la perte de sol et de nutriments par l' érosion éolienne ou hydrique , le compactage du sol et le déclin de la matière organique du sol et de la biomasse microbienne .

Les champs érodés deviennent moins productifs et les particules du sol et les nutriments dissous causent des problèmes environnementaux en aval, notamment l' hypoxie dans les océans et les rivières et l' envasement des réservoirs et des cours d'eau.

Les plantes vivaces repoussent rapidement après avoir été récoltées, rétablissant une couverture protectrice. Les champs n'ont pas besoin d'être labourés après la plantation initiale.

Les chercheurs de l'Institut international de recherche sur le riz (IRRI) pensaient que le riz pérenne « améliorerait la durabilité de la production alimentaire dans les hautes terres vallonnées et en aval ».

Le riz pérenne pourrait réduire le taux de déforestation

L'agriculture sur brûlis n'a laissé que quelques parcelles de forêt sur ces collines de la province du Yunnan. Les taches vert clair sont du riz pluvial

Une céréale pérenne, nutritive et à haut rendement pourrait permettre aux agriculteurs pauvres du monde entier de produire indéfiniment de la nourriture sur une parcelle de terre. Actuellement, de nombreux agriculteurs de subsistance défrichent des parcelles dans la forêt pour leurs cultures. Une fois le sol et ses nutriments emportés, la parcelle est abandonnée et un nouveau morceau de forêt est abattu et brûlé. La forêt peut éventuellement se régénérer sur la parcelle abandonnée, ou les herbes adventices peuvent dominer. Les impacts environnementaux de ce système de culture comprennent la perte de biodiversité , les émissions de dioxyde de carbone, l'augmentation du ruissellement et la diminution des précipitations. La déforestation pourrait être réduite par des pratiques qui préservent la productivité des sols

Autres avantages potentiels des cultures pérennes

  • Résistance à la sécheresse : Le riz annuel a un système racinaire peu profond et est très sensible à la sécheresse. Une plante à longue durée de vie a le temps de développer un système racinaire profond et étendu, ce qui la rend théoriquement capable d'accéder à plus d'humidité qu'une plante annuelle. Le sol labouré se dessèche plus rapidement que non labouré
  • Résister à l'invasion des mauvaises herbes : la pression des mauvaises herbes a augmenté dans les systèmes de riz pluvial à mesure que la période de jachère s'est raccourcie. L'écologiste Jack Ewel a écrit : « Les mauvaises herbes sont largement reconnues comme un obstacle majeur à la culture continue dans les tropiques humides, et les champs sont souvent abandonnés davantage parce que l'on prévoit des populations de mauvaises herbes incontrôlables qu'en raison du déclin de la fertilité ou de l'accumulation de parasites. La restauration des prairies avec des plantes vivaces entraîne moins de mauvaises herbes annuelles et les graminées vivaces, semées à des densités appropriées, peuvent concurrencer même les mauvaises herbes vivaces une fois qu'elles sont établies.
  • Nutrition des plantes : alors que les espèces à racines peu profondes, telles que le riz, tirent la plupart de leurs nutriments de la couche arable , les plantes vivaces à racines profondes peuvent obtenir une proportion importante de leur phosphore du sous-sol. "Les racines profondes sont particulièrement importantes dans les substrats pauvres en nutriments car elles augmentent le volume de sol exploité par la végétation".
  • Réduisez le besoin de repiquage, de désherbage et d'autres travaux éreintants.
  • Utilisation plus efficace de l'engrais appliqué

Inconvénients potentiels

  1. Amélioration de l'habitat pour les ravageurs. Si les champs ne sont pas laissés à nu pendant une partie de l'année, les populations de rongeurs et d'insectes peuvent augmenter. Le brûlage des chaumes de riz pérenne pourrait réduire ces populations, mais le brûlage peut ne pas être autorisé dans certaines régions. De plus, les rongeurs et les insectes vivant sous terre survivraient au brûlage, alors que le travail du sol perturbe leur habitat.
  2. Rend la rotation des cultures plus difficile. Des rotations de cultures avec des systèmes pérennes sont possibles, mais la rotation complète prendra nécessairement plus de temps. Le rythme plus lent de la rotation, par rapport aux cultures annuelles, pourrait permettre une plus grande accumulation d'agents pathogènes, de ravageurs ou de mauvaises herbes dans la phase pérenne de la rotation.
  3. Renforce la matière organique du sol au détriment de la productivité des plantes. En l'absence de travail du sol et dans les sols à faible teneur en matière organique, les cultures à système racinaire important peuvent accumuler de la matière organique au point que la quasi-totalité de l'azote et du phosphore du sol est immobilisée. Lorsque cela se produit, la productivité peut décliner jusqu'à ce que la matière organique s'accumule à un niveau où l'équilibre est atteint entre la minéralisation et l'immobilisation des nutriments ou jusqu'à ce que de l'engrais soit ajouté au système.
  4. Impacts hydrologiques. Les plantes vivaces peuvent intercepter et utiliser une plus grande partie des précipitations entrantes. que les plantes annuelles chaque année. Cela peut entraîner une baisse des nappes phréatiques et/ou une réduction du débit de surface vers les rivières.
  5. Réduction de la livraison de nutriments aux fermes en aval. Le remplacement à grande échelle des plantes annuelles par des plantes vivaces dans les paysages agricoles pourrait stabiliser les sols et réduire le lessivage des nitrates au point que la livraison de sédiments et d'azote dissous dans les paysages en aval pourrait être réduite. Les agriculteurs de ces régions peuvent actuellement compter sur ces apports en éléments nutritifs. D'un autre côté, d'autres secteurs d'utilisation de l'eau pourraient bénéficier d'une meilleure qualité de l'eau.

Milieux cibles pour le riz pérenne

Riz de montagne

Riz de montagne poussant au milieu des souches carbonisées de la forêt récemment défrichée

Le riz pluvial est cultivé sur plus de 7 500 000 acres (30 000 km 2 ) dans les hautes terres du sud de la Chine et à travers l'Asie du Sud-Est. Parce qu'il est cultivé sur un sol à forte pente sans terrasses, il en résulte une érosion sévère et une parcelle de terre donnée ne peut produire économiquement du riz que pendant un an ou deux avant qu'il ne doive être autorisé à revenir à la végétation naturelle - seulement pour être défriché et réensemencé. au riz quelques années plus tard. L'augmentation de la population et l'intensification agricole réduisent la période de jachère. Il s'agit d'une recette puissante pour la dégradation des sols . Si le riz était une espèce pérenne plutôt qu'annuelle, ses racines vivantes en permanence et son épaisse couverture végétale empêcheraient une telle érosion, tout comme une plantation d'herbe peut empêcher l'érosion d'une pente en bordure de route. Le riz pérenne pourrait produire des aliments indispensables année après année sur la même parcelle de terre sans dégrader le sol.

Riz paddy pluvial

Niveau, endigués rizières dans une vallée province du Yunnan.

38 millions d'ha (26%) de terres rizicoles sont en terrasses mais non irriguées. Ce système de culture produit environ 17% du riz mondial.

Alors que les systèmes de production de riz pluvial étaient la cible initiale pour la pérennisation du riz, l'habitude pérenne peut s'avérer bénéfique dans les systèmes de rizière où l'érosion est moins préoccupante. Confronté à la sécheresse une année et aux inondations l'année suivante, "... le riziculteur pluvial peut utilement être considéré d'abord comme un gestionnaire du risque et de l'incertitude". Compte tenu de l'humidité irrégulière, de nombreux agriculteurs n'utilisent pas d'engrais achetés. Avec la déforestation, le fumier peut être utilisé comme combustible de cuisson, faisant de la fertilité un problème clé. Lorsque des engrais sont achetés, les inondations peuvent entraîner un ruissellement d'engrais contaminant les systèmes d'eau.

Le riz avec des racines plus profondes, comme cela serait prédit avec le riz pérenne, pourrait exploiter l'humidité et les nutriments dans un plus grand volume de sol que les types à racines courtes (discutés ci-dessus). L'habitude pérenne pourrait réduire l'incertitude de la plantation et de la transplantation avec des régimes de précipitations erratiques. Les rhizomes restaient simplement dormants jusqu'à ce que les conditions de température et d'humidité soient adéquates pour l'émergence.

Riz paddy irrigué

Le riz irrigué est très productif et ce mode de production doit être assez durable, tel qu'il est pratiqué en Chine depuis des millénaires. Cependant, les variétés de riz rhizomateux à haut rendement peuvent encore avoir certains avantages, selon le Dr Dayun Tao

  • Fixation de la vigueur hybride : Les hybrides de première génération entre deux lignées ou individus particuliers peuvent être exceptionnellement bons, mais peuvent être presque impossibles à recréer. Si l'individu exceptionnel était pérenne et rhizomateux, des millions de plantes génétiquement identiques (clones) pourraient être fabriquées à partir de morceaux de rhizomes.
  • Accélérer la production de lignées consanguines : Même si la propagule finale pour les champs des agriculteurs est une semence hybride et non des clones hybrides, les parents d' hybrides F1 exceptionnels pourraient être immédiatement propagés par clonage s'ils étaient rhizomateux. Ces répliques génétiques pourraient être maintenues indéfiniment et croisées à nouveau chaque année pour produire de nouvelles semences hybrides F1. Normalement, recréer des parents en utilisant la reproduction sexuée nécessite de nombreuses générations de consanguinité.
  • Cultures de repousse : Dans certains environnements, des cultures céréalières supplémentaires pourraient être récoltées chaque année si les plantes repoussaient rapidement. Les pousses poussant à partir de la plante mature peuvent atteindre le stade de reproduction plus rapidement que les pousses poussant à partir de graines. Le repiquage des semis est plus rapide que le semis des graines, mais nécessite encore du temps et une préparation du terrain à forte intensité de main-d'œuvre et, bien sûr, une grande quantité de travail pour le repiquage.

D'autres bénéfices peuvent être imaginés dans cet environnement :

  • Réduisez le besoin de repiquage, de désherbage et d'autres travaux éreintants. En raison de la migration vers les villes, de nombreuses régions rurales d'Asie souffrent en fait de graves pénuries de main-d'œuvre.
  • Utilisation plus efficace de l'engrais appliqué

Histoire de la recherche sur le riz pérenne

Hybridation interspécifique et culture d'embryons, Thaïlande, début des années 90

rhizome du parent O. longistaminata de l'hybride original du Dr Tao

Les Drs Dayun Tao et Prapa Sripichitt, travaillant au Département d'agronomie de l'Université Kasetsart, à Bangkok, ont réalisé de nombreux croisements entre le riz et des espèces sauvages à rhizomes. La difficulté de ce travail est illustrée par le cas de l'unique hybride réussi qu'ils ont obtenu entre Oryza sativa et O. longistaminata . Pour obtenir cette plante, 119 fleurons de riz ont été pollinisés, ce qui a produit 51 graines. Parmi ces graines, 33 avaient des embryons cultivables, et un seul de ces embryons s'est développé en une plante viable. En d'autres termes, cette hybridation était relativement facile : plus de 3000 pollinisations ont dû être effectuées entre le riz et O. rhizomatis pour obtenir une seule plante viable. C'était un croisement heureux par ailleurs : l'hybride était sain et rhizomateux (il est encore vivant) et partiellement fertile, permettant d'obtenir une graine F2.

Programme de riz pluvial pérenne, Philippines, 1990-2001

Pour faire face au problème de l'érosion dans les régions rizicoles de plateau, l'Institut international de recherche sur le riz (IRRI) a lancé un programme de sélection de riz pluvial pérenne au milieu des années 90. En quelques années seulement, le programme a réalisé des progrès significatifs. L'équipe du projet Perennial Upland Rice a utilisé des populations dérivées du croisement de la plante de riz Oryza sativa avec deux plantes vivaces différentes et éloignées dans l'espoir qu'au moins une de ces stratégies permettrait de déplacer les gènes de la plante vivace vers le pool génétique du riz cultivé.

    • O. rufipogon comme donneur de caractères de pérennité. La fertilité des familles de descendance était généralement bonne, comme on aurait pu le prédire, étant donné que O. rufipogon est l'ancêtre du riz cultivé. De nombreuses familles étaient pérennes, et certaines des familles les plus productives étaient les plus pérennes, ce qui suggère que la reproduction à la fois pour le rendement et la pérennité est faisable.
    • O. longistaminata comme donneur de caractères de pérennité. Cette espèce africaine est génétiquement diversifiée, fortement pérenne et rhizomateuse. Les rhizomes peuvent survivre et se propager dans des conditions plus sèches que les stolons. L'inconvénient de ce donneur est qu'il est plus éloigné du riz cultivé et que les croisements et rétrocroisements sont beaucoup plus difficiles à réaliser. Les descendants des quelques croisements réussis sont pour la plupart infertiles, et peu étaient pérennes. La plupart des plantes vivaces manquaient de rhizomes. Les rhizomes ne sont peut-être pas essentiels à la survie, mais ils peuvent aider les plantes à survivre au stress et ils les aident certainement à se propager.

Cartographie des principaux gènes du rhizome, Chine, 1999-2001

Parcelle de recherche sur le riz pérenne dans une station de recherche YAAS sur les îles Hainan

Hu Fengyi, maintenant directeur adjoint de l'Institut des cultures vivrières de YAAS, a travaillé sur le projet de riz pérenne de l'IRRI et a été l'auteur principal du document qui a d'abord rendu compte de la cartographie des gènes pour la production de rhizome dans le riz. En utilisant la population F2 dérivée de Oryza sativa/O. longistaminata, deux gènes dominants complémentaires, rhz2 et rhz3 contrôlant la rhizomatose ont été cartographiés. Ceux-ci se sont avérés correspondre à deux QTL associés à la rhizomatisation dans le genre Sorghum, suggérant que l'évolution du port annuel s'est produite de manière indépendante, longtemps après que ces espèces ont divergé. Des efforts pour cartographier plus finement ces gènes dans le riz sont en cours. Bien que d'autres gènes contribuent sans aucun doute à la pérennité et à la rhizomatisation, ces deux gènes sont nécessaires chez le riz. Les sélectionneurs utilisent des marqueurs pour ces gènes pour aider à identifier les individus potentiellement pérennes.

Développement des populations reproductrices, Chine, 2007-présent

Le projet IRRI a pris fin en 2001 en raison de coupes budgétaires, mais l'Académie des sciences agricoles du Yunnan (YAAS) à Kunming a poursuivi les recherches. Les rhizomes étaient considérés comme plus tolérants au stress que les stolons, ils se sont donc concentrés sur les populations issues de croisements avec O. longistaminata . Comme Eric Sacks et ses collègues l'ont découvert à l'IRRI, les plantes de ces populations manquent pour la plupart de rhizomes et ont un niveau élevé de stérilité. Trouver les plantes extrêmement rares avec à la fois des rhizomes et de la fertilité a nécessité le dépistage de grandes populations F2 et Backcross.

Objectifs de la sélection rizicole pérenne

Restaurer la fertilité des graines

Cartographie des gènes qui causent la stérilité partielle à complète dans de nombreux hybrides interspécifiques. Pas moins de 35 de ces gènes ont été cartographiés dans Oryza , et la stérilité est un gros problème dans le programme de riz pérenne.

Développer des méthodes pour identifier rapidement les plantes rhizomateuses

  • La sélection assistée par marqueurs permet de cribler un grand nombre de plantes pour les marqueurs de rhizome. Sur le terrain, les plantes sont évaluées d'abord pour la production de rhizome, puis pour la fertilité des graines et enfin pour la viabilité du pollen par coloration
  • Une cartographie fine des gènes du rhizome améliorera l'efficacité de la sélection assistée par marqueurs ou même permettra aux gènes du rhizome d'être clonés et utilisés dans les techniques de génie génétique.

Éliminer les gènes indésirables d'Oryza longistaminata

Outre des gènes potentiellement utiles pour les rhizomes, la tolérance au stress et la résistance aux maladies, des gènes indésirables d'O. longistaminata sont également toujours présents dans les populations reproductrices. Le rétrocroisement avec des variétés de riz à haut rendement est un moyen de réduire la fréquence de ces allèles sauvages.

  • Arêtes : les espèces sauvages d'Oryza ont des arêtes, mais les agriculteurs préfèrent le riz sans arêtes.
  • Petite taille des graines : les espèces sauvages d'Oryza ont de petites graines, mais les graines plus grosses sont plus faciles à battre et à nettoyer. Les graines plus grosses germent plus vigoureusement. L'augmentation de la taille des graines est une façon d'augmenter le rendement en grains.
  • Qualité du grain altérée : il sera difficile d'obtenir les propriétés de saveur et de cuisson des variétés de riz traditionnelles. Et il existe des milliers de variétés locales aux propriétés uniques. Choisir parmi les objectifs de qualité possibles puis les atteindre est un « formidable défi » pour tous les programmes de sélection rizicole.
  • Faible rendement : le rendement élevé des variétés de céréales d'élite est toujours compromis par le croisement avec du matériel sauvage. Cependant, même les espèces de riz sauvage à faible rendement peuvent héberger des gènes pour augmenter le rendement

Voir également

Les références

Liens externes