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  • 18. L’eau et la plante
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    Detailed outline Full text Le statut hydrique de la plante La réponse des plantes à la sécheresse Eau et agriculture durable Bibliography Author

    L'eau à découvert

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    18. L’eau et la plante

    Christophe Maurel

    p. 82-83

    Full text Le statut hydrique de la plante La réponse des plantes à la sécheresse Eau et agriculture durable Bibliography Référence bibliographique Author

    Full text

    1Bien que l’eau joue un rôle essentiel pour toutes les formes de vie, les plantes terrestres ont, vis-à-vis d’elle, à répondre à des défis spécifiques. En tant qu’organismes sessiles (fixés sur un support), elles doivent absorber cette ressource à partir de leur environnement proche. Cette fonction est principalement remplie par les racines, qui montrent une capacité remarquable à croître continûment pour explorer le sol. Sans possibilité d’échappement à court terme, les plantes doivent aussi faire face à des contraintes sévères de leur environnement, qui peuvent mettre en danger leur statut hydrique. Citons en particulier un manque ou un excès d’eau dans le sol (sécheresse et inondations), de grandes variations de lumière ou d’humidité de l’air, ou une exposition à des températures extrêmes (gels, canicules).

    2Alors que certains organes des plantes comme les feuilles et les tiges présentent souvent des teneurs très élevées en eau (voisines de 70-90 %), d’autres organes de la plante, comme les grains de pollen et les graines, peuvent passer par des états déshydratés et dormants, et contenir moins de 30 % d’eau. Ainsi, tout au long de leur cycle de vie, dans des environnements parfois très hostiles, les plantes doivent développer des stratégies très élaborées pour gérer de manière optimale l’eau qui leur est disponible.

    Le statut hydrique de la plante

    3En premier lieu, les plantes se sont munies de barrières efficaces évitant une perte rapide d’eau vers l’atmosphère. Leurs parties aériennes, tiges et feuilles, sont recouvertes d’une pellicule très étanche appelée « cuticule ». Ces parties aériennes doivent néanmoins réaliser un compromis subtil avec l’atmosphère, en absorbant du dioxyde de carbone (CO2), un élément fondamental pour la photosynthèse, et en relâchant de l’eau par transpiration (cf. III.19). Cet échange gazeux est réalisé par les stomates*, des pores microscopiques situés dans l’épiderme des parties aériennes. La transpiration est elle-même alimentée par un flux intense d’eau (sève) traversant la plante entière, des racines jusqu’aux feuilles où elle s’évapore (figure 1). Ce flux permet d’alimenter en eau et en nutriments les parties les plus hautes de la plante. En s’évaporant des feuilles, l’eau assure aussi le refroidissement des plantes exposées au soleil.

    4Alors que l’absorption initiale d’eau par les racines et sa distribution dans les feuilles se fait au travers de tissus vivants, l’eau circule aussi de manière ascendante et descendante dans toute la plante (cf. II.19), au travers de vaisseaux (phloème et xylème*), et véhicule ainsi les ions minéraux et les sucres (figure 1). Contrôler l’intensité et la direction de ces flux est particulièrement critique pour maintenir le statut hydrique de la plante entière.

    5Au niveau de leurs cellules, les plantes possèdent aussi des spécificités cruciales pour assurer leur équilibre hydrique. En premier lieu, les cellules végétales utilisent leur énergie chimique (produite par photosynthèse) pour accumuler ou métaboliser des solutés intracellulaires (cf. II.17). Cette activité crée une force osmotique* (cf. II.13), provoquant un influx d’eau.

    Image

    Fig. 1 – Transpiration d’une plante. L’eau du sol traverse diverses couches cellulaires avant d’atteindre les vaisseaux du xylème, situés au centre de la racine (A). L’eau, mise sous tension dans le xylème des tiges (B) est alors exportée vers les parties aériennes de la plante. Au niveau des feuilles, elle se vaporise et diffuse au travers des stomates (C)

    6Toutefois, les cellules sont entourées de parois formant un exosquelette qui limite leur expansion. Comme ces parois sont sous tension, la cellule est soumise, à l’équilibre, à une pression hydrostatique interne (ou « turgescence* ») de plusieurs bars. Cette turgescence permet en particulier le port dressé des parties aériennes. La croissance et le développement de la plante sont déterminés par des divisions cellulaires dans des territoires bien définis des racines, tiges et feuilles appelés « les méristèmes ». À la suite de leur division, les cellules s’allongent sous les effets de la turgescence. L’activité métabolique de la plante, sa croissance et son développement sont donc fortement dépendants de son statut hydrique.

    La réponse des plantes à la sécheresse

    7Les plantes ont développé des stratégies très élaborées pour économiser l’eau lorsque celle-ci devient rare. En premier lieu, les stomates sont des pores extrêmement régulés. La lumière provoque leur ouverture alors que deux composés, le CO2 et l’acide abscissique (hormone végétale induite par la sécheresse) sont responsables de leur fermeture. C’est l’équilibre subtil entre les effets de ces signaux qui permet à la plante de réguler au mieux son statut hydrique, et notamment d’éviter le flétrissement de ses feuilles. La plante régule également les flux d’eau au sein des feuilles et des racines en modifiant l’activité de protéines de type canal appelées « aquaporines » situées au niveau des membranes des cellules (figure 2).

    Image

    Fig. 2 – Contrôle de l’état hydrique de la plante. À la surface des feuilles, les stomates adoptent un état ouvert (a) ou fermé (b) en fonction de l’état physiologique de la plante ou de son environnement. Les membranes des cellules végétales contiennent des canaux hydriques appelés « aquaporines ». Leur structure moléculaire (c) indique comment le repliement de la protéine crée un pore central qui permet le passage d’une file de molécules d’eau (sphères bleues) au travers de la membrane

    8Lorsqu’une grande sécheresse du sol ou de l’air se prolonge, la plante déclenche d’autres réponses, dont la plus visible est un ralentissement de la croissance des feuilles, ou même une perte de celles-ci, afin de réduire les surfaces de déperdition d’eau. Les racines adaptent également leur croissance à la disponibilité en eau dans le sol. Chez les plantes des déserts, ces réponses sont poussées à leur extrême au détriment de la croissance de la plante elle-même. Certaines de ces plantes ont même développé des mécanismes particuliers : contrairement aux plantes de nos contrées, elles n’ouvrent leurs stomates que la nuit, lorsque l’évaporation de l’eau des feuilles reste limitée.

    Eau et agriculture durable

    9Nos sociétés modernes, et notre agriculture en particulier, sont devenues d’énormes consommatrices d’eau. Afin de développer une agriculture durable et soucieuse des ressources en eau, les chercheurs déploient d’intenses efforts pour comprendre les bases moléculaires, physiologiques et génétiques de la tolérance des plantes à la sécheresse. Ces études explorent plusieurs pistes, comme la fonction et la régulation des aquaporines, les réponses du métabolisme et de la croissance de la plante au déficit hydrique, ou l’adéquation de son cycle de développement aux scénarios climatiques. Elles permettront d’identifier des variétés cultivées de maïs, sorgho ou millet qui, tout en maintenant un rendement stable, pourront accepter des périodes de déficit en eau. Elles sont aussi essentielles pour optimiser, dans les pays en développement, l’extension de l’agriculture en zones semi-arides (cf. IV.4).

    Bibliography

    Référence bibliographique

    • J.-F. MOROT-GAUDRY, F. MOREAU, R. PRAT, C. MAUREL et al. – La plante et l’eau, In Biologie végétale – Nutrition et Métabolisme, 2e édition, Dunod, 2012.

    Author

    • Christophe Maurel

      Physiologiste moléculaire, Directeur de recherche au CNRS, B & PMP, Montpellier, p. 82.
      maurel@supagro.inra.fr

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    Maurel, Christophe. “18. L’eau et la plante”. In L’eau à découvert, edited by Agathe Euzen, Catherine Jeandel, and Rémy Mosseri. Paris: CNRS Éditions, 2015. doi:10.4000/books.editionscnrs.9827.
    Maurel, Christophe. “18. L’eau et la plante”. L’eau à découvert, edited by Agathe Euzen et al., CNRS Éditions, 2015, https://doi.org/10.4000/books.editionscnrs.9827.

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    Euzen, Agathe, et al., editors. L’eau à découvert. CNRS Éditions, 2015, https://doi.org/10.4000/books.editionscnrs.9746.
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