Etude de la biologie d'une messicole en régression : le bleuet (Centaurea cyanus L.)

par Solène Bellanger

Thèse de doctorat en Sciences de la vie

Sous la direction de Henri Darmency et de Jean-Philippe Guillemin.

Soutenue le 06-12-2011

à Dijon , dans le cadre de École doctorale E2S Environnements, Santé, STIC (Dijon) , en partenariat avec Biologie et gestion des adventices (Dijon) (laboratoire) .

Le président du jury était François Bretagnolle.

Le jury était composé de Jean-François Arnaud, Baerbel Gerowitt.

Les rapporteurs étaient Nathalie Machon, Isabelle Olivieri.


  • Résumé

    Depuis les années 1950, l’intensification des pratiques agricoles concourt à une augmentation de la pression anthropique entraînant une raréfaction des espèces spécialistes des parcelles cultivées, ce qui contribue à l’érosion de la diversité biologique des agroécosystèmes. Parmi les espèces en déclin, on compte de nombreuses messicoles dont le bleuet (Centaurea cyanus L.), fleur emblématique des moissons. Or, cette espèce peut rendre des services écosystémiques comme hôte de prédateurs de ravageurs des cultures et ressource privilégiée de certains pollinisateurs qui justifieraient son maintien dans les champs. Nous étudions ici des facteurs biologiques qui pourraient potentiellement contribuer à son déclin : distribution spatiale, potentialité de croissance, diversité génétique des populations, survie des semences, système de reproduction. Nous avons montré, par deux campagnes de relevés, que C. cyanus n’est pas une espèce indicatrice de diversité floristique dans la parcelle cultivée. Toutefois, lorsque que le bleuet est rare dans une région, il est associé à d’autres messicoles peu fréquentes. Par contre, s’il est commun, il est associé aux zones ayant la plus forte diversité végétale. Une expérience de semis dans différents compartiments de l’agrosystème, en absence de traitements herbicides, a mis en évidence que la potentialité de croissance des bleuets est plus élevée dans le plein champ du blé que dans la moutarde et les interfaces blé/bordure. Cette croissance est limitée de manière variable par les communautés adventices présentes dans les compartiments hors champs (bordures). L’analyse de la diversité génétique à l’aide de marqueurs microsatellites de bleuets dans une petite zone agricole montre que les populations sont connectées par des flux de gènes importants. Les barrières écologiques telles que les chemins, semblent être des facteurs de structuration plus importants que la distance géographique séparant les populations. La répartition du bleuet dans le paysage agricole n’est donc pas aléatoire et apparaît dépendante de la fréquence de l’espèce dans la région ainsi que des différents éléments du paysage. Les caractéristiques du cycle biologique du bleuet ont été étudiées grâce à des expériences au champ et en serre. Nous avons montré que la longévité des akènes enfouis dans le sol chute rapidement après deux ans. Le cycle saisonnier de la dormance permet deux cohortes de levées (automne et printemps). L’étude du système de reproduction a permis de mettre en évidence que les pollinisateurs sont nécessaires pour la fécondation et que les populations sont majoritairement auto-incompatibles. Il existe cependant des individus pseudo auto-incompatibles mais leur fréquence n’est pas liée à la taille des populations ou à leur niveau d’isolement spatial. Par ailleurs, dès que le coefficient de consanguinité augmente dans les populations, la valeur phénotypique des individus baisse. La dépression de consanguinité s’exprime alors principalement pendant la phase de la germination. L’ensemble de ces caractéristiques biologiques peuvent s’avérer défavorables au bleuet dans les agroécosystèmes simplifiés actuels et ont pu entraîner son déclin dans certaines régions


  • Résumé

    Agroecosystems are currently experiencing high biodiversity loss, in particular among the plant species specifically adapted to this habitat. This decline results from cropping systems that have been intensified in Western Europe since the 1950s. The cornflower (Centaurea cyanus L.), considered as emblem of the flora associated with traditional cereals, appears as a species that may be at risk and should be monitored. Indeed, cornflower can serve as a host to predators of crop pests and is strongly attractive for the pollinators. This study examines the biological factors that could potentially cause the decline of this species: spatial distribution, potential for growth, population’s genetic diversity, seeds survival and mating system.We have shown that C. cyanus is not a biological indicator of the weed diversity of a field. However, when it is not frequent in a region, cornflower is associated with other rare segetal species. When it is common in a region, C. cyanus is present in areas with higher weed diversity. Sowing seeds in different components of the agrosystem, without herbicide application, shows that the growth of cornflower was higher in the centre of a wheat field than in mustard and the crop edge. Growth success in field margins was variably limited according to the weed communities in the field boundaries. The analysis of the genetic diversity using microarrays has shown that populations in a small agricultural area are connected by important genes flow. The ecological barriers as country road seem to be factors more determinant than geographical distance to structure and divide populations. Therefore, the cornflower distribution in the agricultural landscape is not random and appears to be linked to species frequency in the area and to landscape elements.The cornflower life cycle characteristics were studied through field and greenhouse experiments. We have shown that the longevity of achenes buried in the soil falls rapidly after two years. There is a seasonal dormancy cycle that allows the emergence of two seedling cohorts (fall and spring). Our study of the mating system highlights the fact that pollinators are required for fertilization and that cornflower is strongly self-incompatible. However, there are pseudo self-incompatible individuals, but their frequency is not related to the population size or the spatial isolation level. Individual fitness decreases as the inbreeding coefficient increases in a population. Inbreeding depression is mainly expressed during the germination stage. All these biological characteristics can be detrimental to the cornflower in current simplified agroecosystems and may have led to cornflower decline in some areas


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