Face à l’aridité et à la chaleur extrême avec des températures dépassant les 40 °C, les plantes ils risquent de perdre de l’eau très rapidement et endommager les engrenages cellulaires avec lesquels ils effectuent le photosynthèse. Le Figue de barbarie (Opuntia ficus-indica) met en œuvre un système de survie sophistiqué qui implique de multiples stratégies : il déplace une partie de la photosynthèse vers la nuit, pour éviter la déshydratation ; accumule des réserves d’eau dans un tissu spécifique des « lames », le parenchyme ; et possède une grande capacité d’adaptation à la chaleur, appelée acclimatationqui permet aux tissus et plantes plus âgés cultivés dans des environnements à température plus élevée de « s’entraîner » à tolérer des pics thermiques proches de 60 °C. Néanmoins, cette résistance a un prix : si même les nuits restent chaudes, notamment en l’absence d’eau, la photosynthèse ralentit et la croissance de la plante peut presque s’arrêter. La véritable particularité de cette plante est de pouvoir résister à la période défavorable et, dans certaines limites, redémarrer.
Photosynthèse nocturne d’Opuntia ficus-indica
Le soi-disant pelles de la figue de Barbarie ne sont pas des feuilles, mais des tiges aplaties appelées cladodes. En plus de stocker l’eau, ils effectuent le photosynthèse, ce processus par lequel les plantes utilisent la lumière du soleil pour se transformer cascade et le dioxyde de carbone (CO2) en sucres et en oxygène (O2) qu’ils rejettent ensuite dans l’environnement. Dans les cladodes matures, le métabolisme CAM entre en jeu (Métabolisme de l’acide crassulacéen), acronyme qui désigne le métabolisme des « plantes succulentes » (précisément, le Crassulacées). Le nom est compliqué, le principe un peu moins : au lieu d’absorber le dioxyde de carbone pendant les heures les plus chaudes, la plante le fait principalement la nuit.
L’air entre par le stomatesminuscules pores présents à la surface du cladodium, que la plante ouvre la nuit car la température est plus basse et les ouvrir à ce moment implique un perte d’eau réduite. Dioxyde de carbone (CO2) absorbé est transformé en acides organiques et conservé dans les vacuoles, petits compartiments présents dans les cellules. Pendant la journée, les stomates peuvent ainsi rester en grande partie fermé. À ce stade, les acides organiques sont « démantelés », le dioxyde de carbone redevient disponible à l’intérieur de la lame et la photosynthèse peut continuer sans avoir à maintenir ces pores ouverts pendant une longue période.
Les mesures effectuées dans une culture chilienne, expliquées dans un article publié sur Physiologie végétaleils ont bien montré ce « changement d’équipe ». Des cladodes âgés d’à peine deux semaines ouvraient encore leurs stomates pendant la journée ; ces six mois les ouvraient surtout la nuit. La transition se produit donc à mesure que la pelle mûrit. Malgré cette brillante stratégie, après 65 jours de sécheressel’ouverture nocturne des stomates avait presque disparu, mais l’accumulation d’acide a continué et elle était encore égale à environ un tiers de la valeur maximale. Dans des conditions aussi difficiles, la plante peut en effet réutiliser le dioxyde de carbone produite par sa propre respiration, limitant encore davantage les échanges avec l’extérieur.
Chaque pelle à figue de Barbarie contient une réserve d’eau
La partie externe du cladodium, approximativement épaisse 4-6 millimètresest le tissu riche en chlorophylle qui réalise la photosynthèse et est appelé chlorenchyme. Cependant, plus à l’intérieur se trouve le parenchyme de réserveconstitué de grandes cellules élastiques qui fonctionnent comme un réservoir.
Dans une expérience publiée sur Journal australien de physiologie végétale en 1991, certaines usines ont été laissées sans arrosage pendant trois mois. Le parenchyme a perdu environ 50 % de votre propre eautandis que le tissu photosynthétique (chlorenchyme) seulement 13 %. Des tests de déshydratation encore plus extrêmes ont montré que le parenchyme pouvait perdre jusqu’à 82 % de l’eau présente lorsqu’il était complètement turgescent (les cellules sont gonflées d’eau et maintiennent leur pression interne) et récupérer quand même après avoir été réhydraté. Le chlorenchyme atteint cependant 70 %.
Une partie de la réserve d’eau est liée à mucilagela substance gélatineuse qui sort lorsque l’on coupe une pelle. C’est un polysaccharide, c’est-à-dire une grosse molécule composée de sucres, capable de retenir beaucoup d’eau. Dans l’étude, il représentait en moyenne environ 14 % du poids sec du cladodium. Dans le parenchyme, il retient 30 % de l’eau totale des plantes irriguées et 34 % de celles soumises à la sécheresse. Comme l’eau peut continuer à se déplacer du tissu de réserve vers le tissu photosynthétiquequi, après quatre mois sans irrigation, conservait toujours une pression interne positive.
Quelle quantité de chaleur les cellules peuvent-elles supporter ?
Pour mesurer la résistance à la chaleur, les chercheurs Park S. Nobel et Erick De la Barrera ont analysé plantes cultivées à différentes températures puis exposé des échantillons de cladodes, de fruits et de racines à des températures progressivement plus élevées pendant une heure. Puis ils ont utilisé le rouge neutreun colorant qui pénètre dans les vacuoles uniquement si les cellules sont encore vivantes. Ils ont ainsi calculé le LT50c’est-à-dire la température à laquelle la part des cellules vivantes est réduite de moitié par rapport à un échantillon non chauffé. Il ne s’agit pas de la température à laquelle la plante entière meurt instantanément, mais d’un moyen de comparer la résistance des différents tissus.
L’étude a révélé que la tolérance à la chaleur n’est pas une valeur fixemais varie selon les tissus. Dans les cladodes matures, le LT50 était 56,2 °C pour les plantes cultivées avec 20°C le jour et 10°C la nuit. La salive un 59°C lorsque les usines avaient été entretenues à 30°C le jour et 20°C la nuit. Chez les jeunes cladodes, il passait de 54,6 à 57,4 °C et dans les racines de 52,7 à 55,6 °C. Les fruits sont cependant restés autour de 55 °C dans les deux conditions : ils n’ont pas montré la même capacité d’adaptation.
L’âge du figuier compte également. L’étude précitée a également montré qu’entre un et dix ans la température tolérée par les cladodes il augmente d’environ un demi-degré chaque année. Globalement, les dix ans ont toléré 4,8°C plus élevé par rapport à ceux d’un an.
La chaleur peut « entraîner » la plante
Cette surprenante capacité d’adaptation s’appelle acclimatation: après une période passée à des températures plus élevées, la plante et même les tissus individuels deviennent nettement plus résistants à un pic de température ultérieur. Les plantes cultivées (et donc acclimatées) à des températures plus élevées tolèrent mieux les changements de température et les pics de chaleur que les plantes cultivées à des températures plus basses. Cela explique également pourquoi la partie la plus ancienne de la plante est aussi celle qui a le plus de chances de survivre à un épisode de chaleur exceptionnelle.
Dans l’étude Récupération des réactions photosynthétiques après traitements à haute température d’un cactus tolérant à la chaleur les chercheurs ont comparé des plantes acclimatées pendant quatre semaines à 30/20 °C et d’autres à 45/35 °C. Le premier, soumis à 60 °C pendant une heure, zones nécrotiques développées en quelques heuresc’est-à-dire des portions de tissus morts, sur plus de la moitié de la surface. L’absorption de dioxyde de carbone n’a pas repris une fois rétablie dans des conditions optimales, et les dix plantes traitées sont mortes en deux mois environ. Mais ils suffisaient cinq degrés de moins pour changer le résultat : après une heure à 55 °C, la photosynthèse s’est arrêtée, mais les plantes ont survécu et ont complètement récupéré l’absorption du dioxyde de carbone en 60 jours.
Les plantes acclimatées à 45/35 °C, cependant, ils ont même dépassé une heure à 60°C sans présenter de zones pâles ou nécrotiques. Revenus à 30/20 °C, ils ont recommencé à absorber du dioxyde de carbone au bout d’un jour et se sont complètement rétablis en 30 jours. Le prix de l’acclimatation était cependant clair : tant qu’ils restaient à 45°C le jour et 35°C la nuit, leur bilan net de dioxyde de carbone sur 24 heures était nul. Ils étaient donc vivants, mais ils ne grandissaient pas normalement.
A 40 °C, il survit, mais ne reste pas indifférent : l’étude
Que se passe-t-il lorsque, récemment, 40 °C ne constitue pas un pic de température l’après-midi, mais est-ce qu’ils continuent jour et nuit ? Une expérience menée sur nous l’explique Opuntia streptacanthaune espèce apparentée à la figue de Barbarie, chez laquelle les chercheurs ont maintenu en permanence plants de sept mois à 40°C pendant 5, 10 ou 15 jours et comparé à des plantes à 25 °C. Après 15 jours, ils étaient tous encore en vie, mais leur appareil photosynthétique fonctionnait bien moins bien.
L’efficacité maximale du photosystème II, une partie de l’appareil qui utilise l’énergie lumineuse, avait diminué de 5,3 % après cinq jours, de 18 % après dix jours et de 52% après quinze ans. Au cours des cinq premiers jours, l’accumulation nocturne d’acides a été réduite de moitié. Le quinzième jour la croissance a également été réduite: le taux mesuré était de 0,006 gramme par gramme par jour, contre 0,009 dans les plantes témoins, donc environ un tiers de moins.
Cela est dû au fait que, comme nous l’avons dit dans le premier paragraphe, les cactus comptent sur des nuits fraîches pour réaliser leur photosynthèse spéciale (CAM), absorbant le dioxyde de carbone dans l’obscurité afin de ne pas perdre d’eau. Lorsque les nuits restent trop chaudes, le mécanisme se détraque. Une étude menée au Mexique sur Opuntia ficus-indica il le démontre clairement en comparant les valeurs de température et les conditions des plantes de l’été 1997 au printemps 1998. En décembre 1997, avec des températures moyennes de 26°C le jour et de 16°C la nuit, les plantes ont absorbé 618 millimoles de dioxyde de carbone par mètre carré en une journée. Au mois de mai suivant, après une longue sécheresse, avec des températures diurnes atteignant 36°C et 23°C la nuit et une humidité du sol inférieure à 5%, le bilan est tombé à -40 millimoles. Le signe moins indique que, tout au long de la journée, la plante a émis plus de dioxyde de carbone par la respiration qu’elle n’a réussi à en absorber.