Des plants d’Arabidopis à différents stades de croissance et simulation de la température des feuilles en couleurs artificielles. Les plants caractérisés par une faible consommation d'eau apparaissent en vert et jaune.
Photo: © Z. Yang et E. Grill/ TUM

La recherche montre comment récolter plus avec moins d'eau

La dynamisation de la production vivrière dans un contexte de rareté des ressources hydriques est un sujet d'une importance considérable pour l'humanité. Des scientifiques de l'Université Technique de Munich en Allemagne ont découvert que les plantes étaient capables de passer en mode d'économie d'eau lorsque l'eau vient à manquer.

La perte de grandes quantités d'eau par les feuilles des plantes du fait de la photosynthèse constitue le facteur le plus contraignant dans l'amélioration des récoltes de par le monde. Des scientifiques de l'Université Technique de Munich (UTM) en Allemagne ont mis au point une approche permettant de résoudre cette équation: ils ont réussi à faire en sorte que les plantes utilisent l'eau plus efficacement sans pour autant nuire à leur croissance. Ce résultat est obtenu grâce à une stratégie de conservation de l'eau, inhérente au monde végétal, qui permet aux plantes d'absorber du dioxyde de carbone tout en minimisant les pertes d'eau.

Les plantes activent ce mode de conservation de l'eau lorsque l'eau se fait rare. Les scientifiques de l'UTM ont réussi à identifier le signal de déclenchement et à passer, ainsi, en permanence au mode de conservation de l'eau. Il s'agit là d'une solution éventuelle à la problématique du secteur agricole qui utilise près de 70 pourcent de l'eau consommée de par le monde.

L'extraction non durable de l'eau, essentiellement par le secteur de l'agriculture, fait baisser le niveau de la nappe phréatique du continent européen. Tous les ans, un peu plus de 208 kilomètres cubes d'eau nets -soit près de trois fois le volume d'eau qui passe annuellement par les chutes du Niagara- se déversent de la terre dans la mer et contribuent ainsi à l'élévation du niveau de la mer d'environ 30 pourcent. D'après le Rapport sur l'agriculture des Nations unis - IAASDT - dans le monde, la demande en eau est trois fois plus élevée aujourd'hui qu'il y a 50 ans.

Près de 80 pourcent de l'eau libérée dans l'atmosphère par les terres émergées ne s'évapore pas directement, mais transite d'abord par les racines des plantes avant d'être rejetée du fait de la transpiration des feuilles. Ce constat fait de la recherche de plantes vivrières capables de mieux utiliser l'eau un volet central pour la maîtrise de l'utilisation de l'eau dans le secteur agricole et pour le renforcement de la sécurité alimentaire dans l'avenir.

Comment les plantes régulent les échanges gazeux

Les plantes contrôlent l'échange de dioxyde de carbone (CO2) et de vapeur d'eau à travers des pores appelés stomates lesquels se trouvent sur leurs feuilles.  La fermeture de ces stomates réduit la déperdition d'eau mais elle empêche aussi l'absorption de (CO2). Selon la température et le degré d'humidité, l'absorption des molécules de (CO2) coûte aux plantes entre 500 et 1000 molécules d'eau environ. Cependant, lorsque l'eau se fait rare, les plantes sont capables de réduire les concentrations internes de (CO2); l'absorption de (CO2) est alors plus efficace.

"Les plantes sont capables de réduire de moitié la déperdition d'eau pendant l'absorption de (CO2)" affirme Erwin Grill, Professeur de botanique à l'UTM, "mais elles ne passent à ce mode de conservation de l'eau que si l'eau vient à manquer". Dans le cas des cultures arables, l'utilisation de plantes dont la stratégie de conservation de l'eau est activée en permanence aurait pour effet de préserver l'humidité du sol, ce qui permettrait à la plante de croître et de survivre en cas de sécheresse future.

C'est une hormone végétale qui active le mode de conservation de l'eau

D'après la découverte faite par l'équipe de scientifiques de l'UTM, c'est une hormone végétale appelée acide abscissique qui est responsable du passage au mode de conservation de l'eau. Cette hormone végétale est produite en quantités plus importantes en cas de stress hydrique. Dans le cas de la plante modèle Arabidopsis --l'arabette de Thalius ou arabette des dames-- 14 récepteurs permettent de capter le signal de l'hormone spécifique à cette plante.

Les chercheurs munichois ont réussi à démontrer que l'augmentation de la production de quelques-uns de ces récepteurs dicte à la plante de passer au mode de conservation de l'eau même lorsqu'il n'y a pas de pénurie d'eau. Le hic, c'est que seulement trois de ces récepteurs n'ont pas d'effet négatif sur la croissance de la plante. Une économie qui peut atteindre 40 pourcent de l'eau requise précédemment peut être effectuée sans nuire au rendement de la plante.

"La prochaine étape permettra de vérifier si ces effets sur la conservation de l'eau se confirment dans les conditions du plein champ," affirme Hans Schnyder, Professeur d'études des pâturages à l'UTM et co-auteur de l'étude. Les expériences initiales de simulation effectuées dans les chambres climatiques du Helmholtz Zentrum München, le centre allemand de recherche sur la santé environnementale, confirment cette hypothèse.

"Reste à vérifier si des plantes vivrières comme le blé et le riz peuvent, grâce à ce mécanisme, produire plus de biomasse avec la même quantité d'eau," déclare le Professeur Grill. "Nous sommes optimistes. Dans la mesure où les mécanismes mis en œuvre existent dans toutes les plantes, il devrait être possible de transférer ces résultats de la plante modèle Arabidopsis aux plantes vivrières. Ce serait là un pas considérable vers l'assurance de la sécurité alimentaire."

(TUM/wi)

Références:
Zhenyu Yang, Jinghui Liu, Stefanie V. Tischer, Alexander Christmann, Wilhelm Windisch, Hans Schnyder, and Erwin Grill: Leveraging abscisic acid receptors for efficient water use in Arabidopsis, PNAS 2016.
DOI: 10.1073/pnas.1601954113