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Introduction

Le changement climatique provoque de plus en plus de variations brusques et extrêmes de températures. L'étude des réactions des plantes face à ces phénomènes devient alors primordial pour se prémunir de tout drames écologiques, alimentaires et humanitaires par le futur. Il est important de comprendre ainsi que de réfléchir aux solutions possibles pour cultiver en accords avec notre environnement.

Le maïs est l'une des céréales les plus importantes du monde avec le blé et le riz. Rien qu'en France c'est la seconde céréale la plus cultivée derrière le blé. Et passe devant ce dernier quand on regarde la production mondiale. Véritable symbole des Etats-unis entre le pop-corn au cinéma et les labyrinthes de maïs pour les touristes, il est un aliment de base à travers le monde ainsi que pour l'alimentation du bétail. Pour tout cela il est important d'étudier la réaction particulière du maïs aux températures et savoir comment mieux le cultiver.

Réaction de la plante face à de basses températures

Le maïs étant une céréale à la base tropicale, la plante est assez sensible au froid. Ainsi nous savons qu'en dessous de 6°C la pousse du maïs devient, pour la grande majorité des espèces cultivées, difficile voir impossible, ce qui en fait une plante d'été dans nos régions. Cependant une étude montre une adaptation à des épisodes de froid ponctuel chez une variété de maïs (Riva-Roveda et al., 2016) . En effet le maïs corné, originaire du nord des Etats-unis et du Canada, a trouvé une stratégie face au froid.

Durant une période de grand froid, entre 10°C le jour et jusqu'à 4°C la nuit, le maïs entre dans un état végétatif où il ne pousse plus, puis quand les températures redeviennent plus clémentes il pousse plus vite que la normale comme s'il avait gardé ses forces durant la période froide. Au final la différence est moindre voire négligeable par rapport au même maïs n'ayant pas subi de période froide (Riva-Roveda et al., 2016).

De plus une autre étude souligne qu'avec les récents progrès génétiques et biologiques en général, ainsi qu'en élevage sélectif, certains maïs résistent à des températures proche de 0°C (Sobkowiak et al., 2016). Ce qui laisse songeur quant au possibilités d'adaptation au froid du maïs.

Réaction de la plante face à de hautes températures

Le maïs reste tout de même sensible au chaud. Ainsi, au-delà de 29°C la productivité de la plante diminue drastiquement (Schlenker and Roberts, 2009). Cependant la chute est moins importante si les précipitations sont plus présentes ou plus denses. Ce qui pourrait dire que l'hydratation permet de contrebalancer un minimum l'effet de température plus chaude. Une solution face au réchauffement serait donc un arrosage plus abondant et/ou plus fréquent, sans pour autant être préjudiciable à la plante. Néanmoins il faudra aussi être prudent sur la consommation de l'eau car en utiliser en plus grande quantité pourrait être dangereux pour d'autre raisons comme le manque d'eau ou une hydratation trop importante.

Le maïs répond aussi à la chaleur par la création de protéines plus résistantes à la chaleur (Andrade et al., 2013). Autrement dit, il fait face au changement en s'adaptant à son nouvel environnement. Cependant une perte reste quand même inévitable au niveau du développement et du rendement du maïs.

On peut voir que le maïs ne possède pas de stratégie particulière de réponse à la chaleur comme il peut le faire face au froid, on peut penser qu'il n'en a pas été observé ou qu'il n'en existe tout simplement pas du tout et dans ce dernier cas le maïs risque gros avec le réchauffement climatique. D'un autre coté il résiste très bien à la chaleur de base de part son origine tropicale mais on peut s'attendre à une migration vers le nord des cultures de maïs au cours des prochaines décennies si le réchauffement continue de la même manière.

Réaction de la plante face à d'autres conséquences climatiques

Ces changements climatiques induisent diverses conséquences autres que l'augmentation des températures extrêmes. Par exemple de grands écarts de température se font sentir entre le jour et la nuit dans certaines zones, et des épisodes de grands froid ainsi que de gel sont plus fréquents et intenses. Ces épisodes peuvent causer de lourds dégâts. En effet le maïs à beaucoup de mal avec les écarts importants de température qui peuvent causer de sévères dommages sur les feuilles, provoquant un manque d'énergie lié à la photosynthèse ou encore handicapant la respiration de la plante. Ces écarts peuvent provoquer aussi un assèchement des pollens entraînant une diminution de la fertilité des plantes.

Une sécheresse peut s'avérer fatale pour une plante. Les épisodes de sécheresse provoque, chez le maïs, un arrêt de la pousse des feuilles, ainsi qu'un arrêt de la reproduction cellulaire dans la zone d'élongation de la plante. (Avramova et al., 2015). L'une des premières réponses du maïs à un manque d'eau est l'arrêt de la pousse des feuilles ainsi qu'une fermeture des stomates ce qui permet une économie d'eau et de réduire la transpiration de la plante. Ces épisodes seront sans aucun doute plus fréquents, intense et plus long avec le réchauffement climatique. Une autre étude montre que la fermeture des stomates est une réponse adaptative de la plante à un manque en eau et serait provoqué par une augmentation de l'expression d'un gène qui permet l'accumulation d'une phytohormone (Lu et al., 2013). Ainsi nous pouvons voir que la plante ressent son environnement et peut s'adapter à des épisodes climatiques divers. Pourtant ces réponses ont des limites et si ces épisodes deviennent trop intenses, trop longs ou trop fréquents, il faudra aider la plante ou changer notre manière de cultiver ces végétaux.

Discussion

Il y a énormément d'études sur le sujet. Beaucoup de chercheurs se sont penchés sur la réaction, les stratégies et les réponses des plantes quant aux changements climatiques, que ce soit via une baisse ou une augmentation des températures, une augmentation de la pollution aérienne, aquatique ou terrestre, un changement de type de climat ou de terre et beaucoup d'autres critères. Cependant la pousse des plantes reste un domaine très complexe alliant une quantité de variables phénoménales. Certains effets sont difficilement reproductibles en laboratoire comme le type de sol exact, le système d'irrigation etc. Il est très difficile de lier tous ces paramètres dans une seule étude. C'est pour cela que nous devons garder à l'esprit que toutes ces études, articles et connaissances par rapport aux différentes réactions et stratégies des plantes sont biaisés et nous devons tenir compte de cela.

Nous avons aussi délibérément omis de parler des stress biotiques, comme les champignons, insectes et autres maladies, car nous nous sommes concentrés sur le stress thermique qui est abiotique. Cependant dans un cas plus général il devient nécessaire de prendre en compte ce type de stress qui peut détruire tout un champ ou le rendre impropre à la consommation. Il faudrait aussi penser aux réactions des plantes face à ces agressions extérieures ainsi qu'aux pesticides que nous pouvons utiliser pour la protéger.

De plus nous avons omis certaines pratiques qui ne rentrait pas dans notre sujet actuel car c'est une stratégie aidée ou créée par l'homme, tel que la manipulation génétique avec les OGM, dont le maïs est un cobaye souvent utilisé, le système de culture avec les serres par exemple. Il y a possiblement des dizaines voir des centaines de solutions pour aider le développement des plantes lors d'épisodes climatiques désastreux mais il convient aussi de changer notre façon de cultiver, limiter l'agriculture intensive en est un exemple.

Conclusion

Nous avons vu diverses stratégies de réponse d'une plante face à un stress climatique, face au froid elle peut limiter sa pousse pour mieux se développer après. Contre la chaleur elle est un peu plus démunie malgré la création de protéines plus résistantes à la chaleur. On a vu aussi que la plante subit quelques dégâts quand de grands écarts entre la température diurne et la température nocturne se fait sentir, ainsi que lors d'épisodes de sécheresse. Néanmoins lors des sécheresses, la fermeture des stomates et le non développement des feuilles permet de limiter les dégâts en conservant l'eau dans la plante. Ces stratégies permettent à la plante de maïs de s'adapter au climat changeant des régions où il est cultivé, mais elles restent coûteuses en terme de production et de fertilité de la plante.

Lors de notre expérience, et au regard des ses différentes études, nous pouvons alors nous attendre à une réaction du maïs suite au stress que nous allons lui faire subir. Il faudra s'attendre à une pousse limitée dans un premier temps lors du premier cycle avec la température basse. Puis lors du second cycle avec les températures plus chaudes il conviendra de bien faire attention à la surface des feuilles et une observation des stomates de la plante au microscope serait aussi intéressante au vu des précédents résultats d'études. Il aurait pu être intéressant aussi de réaliser une analyse des protéines de la plante. Une suite possible serais de lier température et humidité dans une expérience de plus grande envergure pour observer les résultats de cette corrélation et voir si il y a une différence avec un changement de température seul.

Bibliographie

Céréales en chiffres

la maïs

Caractèristiques sur les céréales

Corn maze

https://fr.wikipedia.org/wiki/Chlorophylle

Sobkowiak, A., Jończyk, M., Adamczyk, J., Szczepanik, J., Solecka, D., Kuciara, I., Hetmańczyk, K., Trzcinska-Danielewicz, J., Grzybowski, M., Skoneczny, M., et al. (2016). Molecular foundations of chilling-tolerance of modern maize. BMC Genomics 17.

Riva-Roveda, L., Escale, B., Giauffret, C., and Périlleux, C. (2016). Maize plants can enter a standby mode to cope with chilling stress. BMC Plant Biol. 16, 212.

Maïs Corné

Schlenker, W., and Roberts, M.J. (2009). Nonlinear temperature effects indicate severe damages to U.S. crop yields under climate change. Proc Natl Acad Sci U S A 106, 15594–15598.

Andrade, T., Von Pinho, E.V.R., Von Pinho, R.G., Oliveira, G.E., Andrade, V., and Fernandes, J.S. (2013). Physiological quality and gene expression related to heat-resistant proteins at different stages of development of maize seeds. Genet. Mol. Res. 12, 3630–3642.

Avramova, V., AbdElgawad, H., Zhang, Z., Fotschki, B., Casadevall, R., Vergauwen, L., Knapen, D., Taleisnik, E., Guisez, Y., Asard, H., et al. (2015). Drought Induces Distinct Growth Response, Protection, and Recovery Mechanisms in the Maize Leaf Growth Zone1[OPEN]. Plant Physiol 169, 1382–1396.

Lu, Y., Li, Y., Zhang, J., Xiao, Y., Yue, Y., Duan, L., Zhang, M., and Li, Z. (2013). Overexpression of Arabidopsis Molybdenum Cofactor Sulfurase Gene Confers Drought Tolerance in Maize (Zea mays L.). PLoS One 8.