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Photo de stomates prise en microscopie © Hervé Cochard

Mieux comprendre comment les plantes survivent aux sécheresses

En condition de sécheresse, les plantes sont soumises à un compromis majeur entre limiter les pertes en eau et continuer à absorber du CO2 pour la photosynthèse. Des chercheurs Inra se sont intéressés à l’importance de la régulation des stomates (petits orifices présents à la surface des feuilles qui régulent les flux d’eau et de CO2) dans la résistance à la sécheresse. Leurs résultats montrent la nécessité de réviser la théorie actuelle qui repose sur une coordination étroite entre la fermeture des stomates et le début de l’embolie vasculaire chez les plantes. Ces travaux, parus dans la revue Ecology Letters le 19 septembre 2017, permettront à terme de modéliser plus finement la mortalité des plantes dans des conditions de sécheresse, ainsi que le cycle du carbone à l’échelle du globe.

Mis à jour le 21/09/2017
Publié le 19/09/2017

Avec le changement climatique, les événements extrêmes épisodiques, tels que les sécheresses, seront probablement plus fréquents. Aujourd’hui, les sécheresses sont connues pour être la cause de dépérissements massifs de peuplements forestiers à l’échelle mondiale, ayant des conséquences sur la productivité des forêts et sur les services écosystémiques qu’elles procurent. Ainsi, il est crucial d’identifier les mécanismes impliqués dans la résistance à la  sécheresse afin d’évaluer leurs impacts sur le fonctionnement des écosystèmes : bilans carbones, risque d’incendie..., mais aussi sur la conservation de la biodiversité.

L’objectif est donc de comprendre comment les plantes interagissent avec leur environnement, notamment dans le cas des sécheresses. Cette nouvelle étude s’est intéressée au rôle fondamental des stomates de plus de 100 espèces de plantes de différentes écosystèmes et biomes caractérisés par des niveaux d’aridité différents. Les stomates, de par leur ouverture et fermeture, permettent le contrôle de l’entrée du CO2 nécessaire à la photosynthèse et donc la fabrication des sucres, et le contrôle de la circulation en eau dans la plante, grâce à l’évapotranspiration. En situation de déficit hydrique extrême, ces organes arbitrent ainsi entre mourir de faim ou mourir de soif.

   
Les auteurs ont alors comparé deux types de traits impliqués dans le système hydrique des plantes en condition de sécheresse : le point de fermeture desdits stomates et la résistance à l’embolie, point de rupture des colonnes d’eau dans les conduits. 

L'hypothèse couramment admise en physiologie est que les valeurs de ces deux traits soient très proches, voire égales au sein du règne végétal. Les espèces de milieu aride, très résistantes à l’embolie devraient avoir un seuil de fermeture de leurs stomates très bas alors que les plantes originaires de milieux moins contraignants, moins résistantes à l’embolie, un seuil de fermeture stomatique plus élevé.

Les chercheurs ont testé cette hypothèse grâce, d’une part, à une méta-analyse regroupant des traits fonctionnels stomatique et hydraulique et, d’autre part, grâce à un modèle hydraulique sol-plante permettant de simuler la mortalité des plantes en conditions de sécheresse. Ils ont mis en évidence une limite universelle au-delà de laquelle les stomates ne  peuvent rester ouverts, qu’il s’agisse de stomates d’espèces adaptées aux milieux arides ou non, alors que le potentiel de dysfonctionnement hydraulique induisant un début d'embolie gazeuse varie substantiellement entre espèces. Ces résultats démontrent donc pour la première fois l’absence de coordination  étroite entre la fermeture des stomates et le début de l’embolie chez les plantes.

  
La révision du paradigme permettra à terme de mieux prédire les impacts des évènements extrêmes sur les écosystèmes (cycle de l’eau et du carbone) et les communautés végétales (biodiversité), modèles indispensables aux analyses, expertises et décisions publiques au centre des enjeux liés au réchauffement climatique.

Référence

Martin-StPaul N., Delzon S, Cochard H., Plant resistance to drought depends on timely stomatal closure. Ecology Letters DOI: 10.1111/ele.12851