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Comment stimuler les semences à tolérer le stress

Photo 1 - Plantules de maïs

Comme les changements climatiques créent des extrêmes de température, sécheresse ou inondation, des scientifiques travaillent pour assurer la survie des grains en germination en conditions de stress importants, l’établissement de plantules en santé et la haute performance d’une culture. Selon Rajeev Arora, Physiologiste du stress et professeur d’horticulture à Iowa State University (ISU), la tolérance au stress des plantes est un phénomène relié à l’âge. Les plantes ont évolué pour tolérer certains stress et lui et son équipe tentent de comprendre comment.

Le pouvoir destructeur sur le corps humain du stress oxydatif a été rapporté dans de nombreuses études au cours des quinze dernières années. Les plantes souffrent également du stress oxydatif, ou des dommages des radicaux libres sur les cellules de la plante. Les radicaux libres sont produits dans toutes les plantes soumises au stress. Cependant les plantes possèdent un système complexe d’antioxydants appelé « charognards ». Des recherches récentes à l’ISU ont démontré comment stimuler le pouvoir antioxydant à l’intérieur même des semences, créant ainsi une plante plus forte. C’est l’osmostimulation par le prégermination de la semence par prétrempage.

 

OSMOSTIMULATION ET LA SANTÉ DES PLANTES

Sous certaines conditions, l’humidification d’une semence peut causer un stress qui aboutit à une production de radicaux libres. Lorsqu’une semence est placée dans un médium de germination humide, le processus d’imbibition humidifie les organelles et le protoplasme contenu à l’intérieur de chaque cellule, et les membranes entourant ces mêmes cellules. Les membranes sont composées de protéines et de lipides. Sous conditions de stress, les lipides produisent des radicaux libres qui provoquent des dommages oxydatifs en s’attachant aux autres molécules à l’intérieur de la cellule.

Chaque semence contient également un système antioxydant qui est composé d’enzymes peroxydase ascorbate (APX), de catalase (CAT) et de superoxyde dismutase (SOD), en plus de molécules non enzymatiques telles la vitamine C et le glutathion.

Les Drs. Rajeev Arora et Keting Chen et leur équipe savaient, qu’en conditions optimales, les semences prétrempées performaient mieux que celles non trempées. Ils voulaient donc savoir si ce principe s’appliquerait également en conditions de stress.

Pour se faire, ils ont prétrempées une partie des semences d’un lot, les ont semés dans un médium de germination et ont mesuré, chaque jour, l’activité enzymatique en extrayant des protéines des semence. Au cours des premiers quatre jours de germination, il n’y eu aucun changement. Entre les jours cinq et dix, les chercheurs ont retrouvé des niveaux élevés d’enzymes APX, de CAT et de SOD dans les semences prétrempées.

PHOTO 2 - Semences prétrempés vs non

 

CHANGEMENT DURABLE ?

Après quinze jours, l’activité enzymatique plus élevée chez les semences prétrempées a commencé à disparaître, les bénéfices du prétrempage sur l’activité antioxydante n’étant plus opérantes.

Les chercheurs ont, par contre, découvert une augmentation des niveaux d’une protéine végétale appelé déhydrine. Les déhydrines sont produites par les membranes de la plante lorsqu’elles sentent la venue d’un stress par dessiccation en conditions de sécheresse. Ses protéines hydrophiles piègent les molécules d’eau autour des membranes pour prévenir des dommages par un desséchement extrême. Durant leur recherche, Drs. Arora et Chen ont observé l’activité de la déhydrine au cours des deux premiers jours d’un traitement de huit jours de prétrempage. Dès le deuxième jour, les déhydrines ont atteint leur accumulation maximale. Au jour quatre, elles avaient disparu.

Cependant, ils ont découvert que même si les protéines déhydrines avait disparu au jour quatre du prétrempage, celles-ci réapparaissaient de nouveau quand les semences étaient exposées à des conditions de stress durant la germination. Également, les niveaux de protéines déhydrines étaient plus élevés dans les semences prétrempées que celles n’ayant pas reçu le traitement de trempage.

Les chercheurs pensent maintenant que, durant le prétrempage, les semences développent une mémoire, qui plus tard, sous conditions de stress, se réveille pour aider la semence à croître et se développer normalement.

Photo 3 - Champ de laitue

 

L’EFFET AU CHAMP

Comme les études des Drs. Arora et Chen se sont effectuées dans un environnement très contrôlé et non dans une situation naturelle, ils ne savent pas si cette étude se répètera au champ. Cependant leurs découvertes demeurent significatives. Les mécanismes de protection contre le stress, qu’ils proviennent des antioxydants, de déhydrines, ou de n’importe quel autre mécanisme, sont souvent cruciaux dans les premiers stades de développement des plantules à cause des stress externes présents (froid, chaleur, etc.). Ces stress sont plus dommageables pour les plantules que pour les plants bien établis. Les plants établis peuvent mieux tolérer les stress externes car ils produisent leurs propres mécanismes de défense.

Si les stress se produisent dans les quinze premiers jours de germination, cela peut être suffisant pour tuer les plantules. Les chercheurs pensent que leur travail amènera des bénéfices concrets aux producteurs de cultures à valeur élevée comme les légumes. Pour obtenir les meilleurs rendements et arriver à maturité selon la cédule prévue, la culture doit démontrer un bon départ, en commençant par une germination uniforme. S’en suivra une production de plants uniformes et de qualité pour répondre aux critères des acheteurs. Cependant, de plus amples recherches seront nécessaires pour développer des méthodes de mise en application de ces découvertes qui conviendront à la réalité agricole.

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