L’ozone (O3) dans la troposphère a un impression négatif sur la croissance et le développement des cultures, entraînant une diminution significative du rendement des cultures dans le monde entier. Ce polluant atmosphérique ne provient pas directement des cheminées ou des véhicules, mais se forme lorsque d’autres polluants, principalement des oxydes d’azote et des composés organiques volatils, réagissent en présence de la lumière du soleil. Dans une atmosphère de moreover en plus polluée, comprendre quelles plantes sont tolérantes à l’O3 est essentiel pour améliorer la productivité et la résilience des cultures.
Dans le cadre d’une collaboration entre les thèmes Creation de matières premières et Durabilité du Centre d’innovation avancée en bioénergie et bioproduits (CABBI), des chercheurs ont étudié les effets d’une teneur élevée en O3 sur cinq cultures C3 (pois chiche, riz, haricot mange-tout, soja, blé) et quatre cultures C4. cultures (sorgho, maïs, Miscanthus × giganteus, stress raide). Leurs résultats, publiés dans Proceedings of the Countrywide Academy of Sciences (PNAS), indiquent que les cultures C4 sont beaucoup furthermore tolérantes aux concentrations élevées d’O3 que les cultures C3.
« Comprendre la tolérance des cultures bioénergétiques C4 aux polluants atmosphériques nous aidera à les déployer stratégiquement dans les paysages du monde entier », a déclaré Lisa Ainsworth, responsable de la recherche à l’unité de recherche sur le changement global et la photosynthèse du Département américain de l’agriculture (USDA-ARS). et professeur adjoint de biologie végétale à l’Université de l’Illinois.
Les cultures C3 et C4 sont toutes deux des sources majeures de production alimentaire, de bioénergie et d’éthanol dans le monde. La différence entre les plantes C3 et C4 réside dans la voie de fixation du carbone qu’elles utilisent lors de la photosynthèse : les plantes C3 convertissent le CO2 et la lumière du soleil en une molécule à 3 carbones, tandis que le premier produit de la photosynthèse des plantes C4 est une molécule à 4 carbones. De as well as, la voie de photosynthèse C4 begin dans les cellules du mésophylle qui composent la surface de la feuille, puis se déplace vers les cellules de la gaine du faisceau situées furthermore profondément dans la plante. Cette séparation spatiale n’est pas présente dans la voie de photosynthèse C3. Les scientifiques ont toujours supposé que les usines C4 sont moins sensibles à la air pollution par l’O3 que les usines C3, mais cette hypothèse n’avait pas fait l’objet de recherches approfondies avant cette étude.
« La variation de taille et la durée de la saison de croissance signifient qu’il est difficile de faire des comparaisons côte à côte de la réponse des cultures C3 et C4 à l’ozone sur le terrain », a déclaré Shuai Li, auteur principal de l’article et postdoctorant au CABBI. « Cela limite les comparaisons précises de la sensibilité à l’O3 des cultures C3 et C4. »
En synthétisant la littérature disponible et les données non publiées provenant de cultures cultivées avec une air pollution accrue par l’O3 lors d’expériences en plein air au cours des 20 dernières années, les auteurs ont effectué une analyse complète de l’impact de l’O3 sur la physiologie et la manufacturing des cultures dans cinq cultures C3 et quatre cultures C4.
« Nous nous sommes concentrés sur des expériences sur le terrain et avons quantifié les réponses des cultures à une augmentation spécifique de la pollution par l’O3. Cette nouvelle méthode a montré quantitativement que les cultures C3 sont moreover sensibles à une focus élevée d’ozone que les cultures C4 », a déclaré Li.
Le raisonnement derrière une telle conclusion pourrait être lié aux différences dans les caractéristiques anatomiques des feuilles, la conductance stomatique et/ou les taux métaboliques entre les cultures C3 et C4. Dans les plantes C3, les espèces réactives de l’oxygène provenant de la dégradation de l’O3 peuvent endommager les cellules du mésophylle où se produit la photosynthèse. Dans les plantes C4, cependant, la séparation spatiale de la voie de photosynthèse C4 aide à empêcher l’O3 de s’infiltrer dans les cellules de la gaine du faisceau où les sucres sont fabriqués. De in addition, les cultures C4 ont généralement une conductance stomatique plus faible que les cultures C3, ce qui pourrait entraîner une moindre absorption d’O3 dans les cultures C4. Ces facteurs expliquent probablement la tolérance supérieure à l’O3 des plantes C4.
« Cette étude améliore notre compréhension des mécanismes de réponse des cultures à un taux élevé d’O3 et fulfilled en évidence la pertinence pratique pour la gestion des cultures et l’amélioration de la tolérance à l’O3. » » dit Li.
La air pollution par l’ozone augmente dans de nombreuses régions du monde. Cette étude a montré quantitativement que les réductions de la fonction et de la productivité des plantes induites par l’O3 sont as well as sévères dans les cultures C3 que dans les cultures C4, probablement parce que l’O3 interagit différemment avec les voies de photosynthèse C3 et C4. Sur la foundation de cette découverte, les terres agricoles situées dans des environnements pollués peuvent être gérées de manière à améliorer leurs performances globales. Les cultures C4, en particulier les matières premières bioénergétiques, peuvent maintenir la productivité dans les régions à forte teneur en O3.
Parmi les autres co-auteurs de cet short article figurent Christopher Moller du Carl R. Woese Institute for Genomic Biology (IGB) de l’Illinois et de l’USDA-ARS Christopher Montes, physiologiste végétal USDA-ARS Erik Sacks, professeur de sciences des cultures à l’Illinois et responsable adjoint du thème de la output de matières premières du CABBI DoKyoung Lee, professeur de sciences des cultures à l’Illinois et chercheur en développement sturdy au CABBI et Andrew Leakey, directeur du CABBI, professeur et responsable de la biologie végétale à l’Illinois.
