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Agriculture, alimentation, santé publique... soyons rationnels

La hausse des températures modifie la photosynthèse dans un climat changeant

20 Avril 2021 , Rédigé par Seppi Publié dans #Article scientifique

La hausse des températures modifie la photosynthèse dans un climat changeant

 

AGDAILY reporters*

 

 

Image : Julie McMahon

 

 

Les agronomes qui étudient le changement climatique se concentrent souvent sur la façon dont l'augmentation des niveaux de dioxyde de carbone atmosphérique affectera le rendement des cultures. Mais la hausse des températures risque de compliquer le tableau, rapportent des chercheurs dans une nouvelle analyse sur le sujet.

 

Publiée dans le Journal of Experimental Botany, cette étude examine comment des températures plus élevées influencent la croissance et la viabilité des plantes malgré la plus grande disponibilité du CO2 atmosphérique, un élément clé de la photosynthèse.

 

La chaleur excessive peut réduire l'efficacité des enzymes qui pilotent la photosynthèse et entraver la capacité des plantes à réguler l'absorption de CO2 et la perte d'eau, écrivent les chercheurs. Les caractéristiques structurelles peuvent rendre les plantes plus – ou moins – sensibles au stress thermique. Les caractéristiques de l'écosystème – telles que la taille et la densité des plantes, la disposition des feuilles sur les plantes ou les conditions atmosphériques locales – influencent également la manière dont la chaleur affectera les rendements des cultures.

 

L'étude décrit les derniers efforts scientifiques déployés pour relever ces défis.

 

« Il est important de comprendre ces questions à toutes les échelles, de la biochimie des feuilles individuelles aux influences au niveau de l'écosystème, afin de s'attaquer à ces problèmes en connaissance de cause », a déclaré l'auteur principal, Mme Caitlin Moore, chargée de recherche à l'Université d'Australie Occidentale et chargée de recherche affiliée à l'Institute for Sustainability, Energy, and Environment de l'Université de l'Illinois Urbana-Champaign. Mme Moore a dirigé l'étude avec Mme Amanda Cavanagh, une autre ancienne élève de l'Université de l'Illinois, qui travaille maintenant à l'Université d'Essex, au Royaume-Uni.

 

« Historiquement, on s'est beaucoup intéressé à l'augmentation du CO2 et à son impact sur les plantes », a déclaré le co-auteur Carl Bernacchi, professeur de biologie végétale et de sciences des cultures et affilié au Carl R. Woese Institute for Genomic Biology de l'Université de l'Illinois. « Et c'est un facteur important, car nous modifions énormément la concentration de dioxyde de carbone. Mais ce n'est qu'une petite partie de l'histoire. Dès que l'on ajoute le changement de température au mélange, notre compréhension de la façon dont les plantes vont réagir s'en trouve complètement bouleversée. »

 

« Prenez l'exemple de la Rubisco, l'enzyme clé qui fixe le dioxyde de carbone sur des sucres, rendant ainsi la vie sur Terre possible », a déclaré Mme Cavanagh. « La Rubisco s'accélère lorsque la température augmente, mais elle est aussi encline à faire des erreurs. »

 

Au lieu de fixer le dioxyde de carbone en le liant à des sucres, une étape clé de la photosynthèse, la Rubisco fixe parfois l'oxygène, initiant une autre voie qui gaspille les ressources de la plante. Les températures élevées rendent ce phénomène plus probable, a déclaré Mme Cavanagh. À des températures encore plus élevées, l'enzyme commence à perdre son intégrité structurelle, ce qui la rend inefficace.

 

Une chaleur excessive peut également nuire à la reproduction d'une plante. D'autres enzymes sensibles à la chaleur sont essentielles à la machinerie de capture de la lumière des plantes ou jouent un rôle dans le déplacement des sucres vers différents tissus végétaux, permettant à la plante de croître et de produire des grains ou des fruits.

 

« Si ces petites machines moléculaires sont poussées hors de la plage de température optimale, elles ne peuvent plus faire leur travail », a déclaré Mme Cavanagh.

 

Lorsque les températures sont trop élevées, les feuilles des plantes ouvrent les pores de leur surface, appelés stomates, pour se refroidir. Les stomates permettent également aux plantes d'absorber le dioxyde de carbone de l'atmosphère, mais lorsqu'ils sont complètement ouverts, la feuille peut perdre trop d'eau.

 

« La température affecte l'atmosphère au-dessus de la plante », a déclaré Mme Moore. « À mesure qu'elle se réchauffe, l'atmosphère peut contenir davantage d'eau, ce qui fait qu'elle arrache davantage d'eau aux plantes. »

 

Les scientifiques de l'Université de l'Illinois et d'ailleurs cherchent des moyens d'améliorer la résilience des plantes cultivées face à ces changements. Mme Moore, dont les travaux portent sur les facteurs à l'échelle de l'écosystème, a déclaré que de nouveaux outils permettant de cribler les plantes à grande échelle sont essentiels à cet effort. Par exemple, les satellites capables de détecter les changements dans la fluorescence de la chlorophylle des plantes peuvent indiquer si une culture subit un stress thermique. Ces changements de fluorescence sont détectables avant que la plante ne montre des signes extérieurs de stress thermique, comme le brunissement de ses feuilles. Le développement de ces outils pourrait permettre aux agriculteurs de réagir plus rapidement au stress des cultures avant que les dégâts ne soient trop importants.

 

Selon Mme Cavanagh, qui étudie la biologie moléculaire et la physiologie des plantes, certaines plantes sont plus tolérantes à la chaleur que d'autres, et les scientifiques recherchent dans leur génome des indices de leur réussite.

 

« Par exemple, vous pouvez examiner les parents sauvages australiens du riz qui poussent dans des climats beaucoup plus rudes que la plupart des riz paddy », a-t-elle déclaré. « Et vous voyez que leurs enzymes sont aptes à fonctionner plus efficacement à des températures plus élevées. »

 

L'un des objectifs est de transférer des gènes de tolérance à la chaleur aux variétés de riz cultivées qui sont plus sensibles au stress thermique.

 

D'autres stratégies consistent à concevoir des structures qui pompent davantage de CO2 vers le site de fixation du carbone afin d'améliorer l'efficacité de la Rubisco ; à modifier les propriétés de collecte de la lumière des feuilles au sommet et à la base des plantes afin d'uniformiser la répartition de la lumière du soleil et de maintenir les niveaux d'humidité ; et à modifier la densité des stomates afin d'améliorer leur contrôle de l'entrée de CO2 et de la perte d'eau.

 

Selon les chercheurs, la collaboration entre les scientifiques qui s'intéressent à différentes échelles de la fonction des écosystèmes et des plantes – de l'atmosphère à la molécule – est essentielle au succès des efforts visant à renforcer la résilience des plantes cultivées.

 

« Le monde se réchauffe à un rythme effrayant », a déclaré Mme Cavanagh. « Et nous savons, grâce à des modèles mondiaux, que chaque augmentation de la température brute d'un degré Celsius peut entraîner des pertes de rendement de 3 à 7 % pour nos quatre principales espèces cultivées. Ce n'est donc pas quelque chose que nous pouvons ignorer. »

 

« Ce qui me rend optimiste, c'est la prise de conscience de l'ampleur des efforts déployés pour résoudre ce problème au niveau mondial », a-t-elle ajouté.

 

_____________

 

* Source : Rising temperatures alter photosynthesis in a changing climate | AGDAILY

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douar 22/04/2021 14:17

Pour suivre cette mode, le groupe Avril veut se séparer de ses activités abattoir (porcs) et ovoproduits. Pour se consacrer aux protéines végétales, énergies "renouvelables" et agro carburants, bref dans le business du "réchauffement climatique".
En fait, ils se réorientent vers les secteurs fortement subventionnés.
Déjà, le groupe Invivo (union de coop) a largué son activité "production animale"(Néovia) à ADM pour se concentrer vers le végétal et le vin.
Les producteurs de céréales et oléoprotéagineux ne se cachent même plus pour taper sur l'élevage
On ne peut pas leur reprocher de ne pas être opportunistes...

Hbsc Xris 21/04/2021 23:23

L'histoire de la météo montre que le climat a toujours varié et les civilisations humaines se sont adaptées, à condition de ne pas être ravagées par la bêtise.
Après des années de sécheresse en Australie et des incendies monstres dont l'origine est à chercher du côté des années d'interdictions d'écobuage promulgués dans tous les Etats par les écologistes, interdiction qui ont eu pour conséquence l'accumulation de matières sèches (sans combustible, même s'il fait chaud, il n'y a pas de feu !), l'an passé a vu le retour de la Niña, c'est à dire des pluies abondantes. L'Australie a connu en 2020-21 une des plus belles récoltes de son histoire dans de nombreux domaines, notamment blé, orge, colza. Logique, les belles récoltes en Australie sont liés aux Niña...

Michel le Rouméliote 21/04/2021 18:44

Heureusement que le réchauffement climatique appartient au passé ! On constate depuis au moins 2018 que c'est plutôt le froid qui arrive, conformément au minimum solaire dans lequel on vient d'entrer. Cette année, c'est évident : froid tardif en Europe et en Amérique du Nord, froid précoce en Australie. Il suffit de regarder attentivement la circulation atmosphérique autour de la planète pour s'en rendre compte. Conclusion : l'UE nous ruine avec ses "politiques climatiques" (sic) pour rien.

Paul Aubrin 20/04/2021 12:26

Rappelons que l'augmentation de la teneur atmosphérique en dioxyde de carbone a provoqué l'augmentation de 16% de la production de matière végétale en une trentaine d'année dans le monde et tout particulièrement dans les climats semi-arides. Rappelons aussi que d'après les historiens, les périodes de températures plus douces (époque romaine, optimum médiéval) ont correspondu chaque fois à des périodes de prospérité. Rappelons que l'air plus chaud peut contenir plus d'humidité.

un physicien 20/04/2021 12:18

Rappelons que l'année la plus chaude (2016) a vu une production record de céréales au niveau mondial.