L’influence du stress abiotique sur la production agricole

Plusieurs facteurs environnementaux sont impliqués dans la diminution du rendement final d’un produit agricole ou dans l’altération de sa qualité. La sécheresse, le pH, la salinité, le déséquilibre des nutriments (toxicité et déficience minérale) et les températures extrêmes constituent, souvent, les principales contraintes environnementales affectant la production agricole (Ashraf et Foolad, 2007).

Le stress abiotique est donc considéré comme le principal responsable des pertes associées aux cultures ; la sécheresse et la salinité sont responsables de 17 et 20% de pertes, respectivement, alors que la température élevée ou basse est responsable de 40 et 15% de pertes respectivement, 8% de pertes sont liées à d’autres facteurs (Athar et Ashraf, 2009) (figure 1).

2.1. La salinité

La concentration élevée des différents ions de sel dans le sol, principalement le sodium et le chlore mais aussi d’autres ions tel que [potassium, calcium, carbonate, nitrate, sulfate] provoque une diminution dans l’acquisition de l’eau par les racines des plantes. Aussi, La

concentration de certains ions, notamment Na+_{, est maintenue basse grâce à des vacuoles}

intracellulaires qui stockent ces ions à l’aide de pompes à ions ATP-dépendantes (Kosová et

al., 2011).

Le chlorure de sodium (NaCl) constitue le principal agent responsable du stress salin chez les plantes, son effet peut être observé par la diminution de la croissance ou même la mort de la plante. La salinité du sol provoque le stress chez la plante soit en rendant difficile le captage de l’eau par les racines ou bien par toxicité via l’accumulation d’une grande concentration de sel dans la plante. De plus, la salinité peut affecter la synthèse protéique, la photosynthèse et les métabolismes lipidiques (Rojas-Tapias et al., 2012).

Avec l’augmentation de la population humaine et ses besoins nutritionnels, l’utilisation, de plus en plus importante, de l’irrigation a considérablement augmenté. Cette dernière a accentué la salinisation du sol, provoquant ainsi une diminution importante des rendements agricoles (Poustini et Siosemardeh, 2004).

Figure 1 : pertes agricoles dues aux facteurs biotiques et abiotiques au niveau planétaire

2.2. La sècheresse

L’eau constitue l’élément de vie universel. Il est évident qu’elle est considérée depuis longtemps comme étant le principal déterminant de la répartition de la végétation sur la terre (Parker, 1956).

La sécheresse limite considérablement le rendement et la productivité des cultures, particulièrement dans les régions arides et semi-arides (Yang et al., 2009 ; Lashkari et Bannayan, 2012). Elle affecte le mouvement des nutriments dans le sol empêchant ainsi leur arrivée jusqu’aux racines de la plante (Powell et Klironomos, 2007).

Environ 45% des zones agricoles au niveau mondial constitue l’objet d’une sècheresse continue ou fréquente, et c’est là où réside plus de 38% de la population mondiale humaine (Ashraf et Foolad, 2007). Si cette évolution de la sécheresse évolue dans le même sens pour les années qui suivent, il est attendu que, vers l’année 2025, environ deux milliards personnes vivront dans des pays souffrants d’un manque absolu d’eau (Athar et Ashraf, 2009).

Dans les sols secs, les racines ne gardent pas leurs structures normales et ne peuvent pénétrer convenablement dans le sol afin d’en tirer profit ; la disponibilité en nutriments devient alors restreinte aux zones proches des racines (Tinker et Nye, 2000).

Le stress dû à la sècheresse peut affecter toute les étapes du développement des cultures. Les mécanismes de son influence sont très complexes, ils peuvent affecter plusieurs processus métaboliques et à plusieurs stades de développement de la plante, tels que la gamétogénèse, la fertilisation, l’embryogénèse et le développement des grains ainsi que le développement reproductif au moment de la floraison (Alqudah et al., 2011).

2.3. Les températures extrêmes

Les températures extrêmes influencent considérablement le rendement des cultures à plusieurs niveaux et pendant les différents stades de vie de la plante.

L’augmentation de la température au niveau mondial due au réchauffement climatique pose des problèmes majeurs en agriculture. Ainsi, Il a été démontré que les températures élevées affectent plusieurs stades du développement des plantes tels que la floraison et la fructification (Sarma et al., 2012). De même, une grande partie des enzymes impliquées dans

la photosynthèse est influencée ; le photosystème II (PSII) est endommagé à des températures au-delà de 45°. D’un autre côté, l’assimilation du CO2 par les plantes est également inhibée par

les températures élevées (Brestic et Zivcak, 2013).

La plupart du temps, le stress dû à la température élevée est lié à la sècheresse, ce qui rend difficile la détermination de l’effet de la chaleur sur les cultures et la réponse de ces dernières à ce type de stress. L’étude de l’effet de la chaleur sur les plantes peut être déterminée uniquement dans des conditions extrêmement humides. Ce type d’étude se réalise en se basant sur plusieurs paramètres tels que la proportion des tissus nécrotiques, la stabilité de la membrane et de la chlorophylle ainsi que le développement, la croissance et le rendement de la plante (Hall et al., 1979).

Le stress dû au froid est l’une des causes majeures des pertes agricoles, les conséquences de ce type de stress dépendent du degré de sévérité et du temps d’exposition. Les semis constituent le stade le plus sensible au froid, les principaux symptômes liés au froid se résument principalement à des lésions de surface, jaunissement des feuilles, dessiccation, destruction des tissus, accélération du vieillissement de la plante, diminution de sa durée de vie et production de l’éthylène. Concernant la reproduction, le froid peut engendrer la stérilité des pollens etc. (Yadav, 2010).

Au niveau cellulaire, plusieurs études ont montré que la membrane est le premier site de perception du froid, cette perception est le résultat de la rigidité membranaire et d’une modification qualitative et quantitative des lipides membranaires. Des modifications au niveau du cytosquelette cellulaire sont aussi observées sous l’effet du froid ; ces modifications exprimées par des réarrangements au niveau des microfilaments d’actine résultent de la modification de la fluidité membranaire (Solanke et Sharma, 2008).

2.4. Le déséquilibre nutritionnel en Azote (N)

L’azote (N) est un élément très important pour le développement des cultures, c’est un constituant de chlorophylle, des acides aminés et des acides nucléiques etc. Sa disponibilité pour les plantes est généralement inférieure à celle nécessaire pour leur bon développement. Ce manque est, dans la plupart du temps, compensé par l’ajout d’engrais azotés. Cependant,

seulement 40% de cet azote est assimilé par les cultures, ce qui peut aboutir à l’accumulation de cet élément dans le sol (Cavatte et al., 2012).