Si vous êtes un fan de documentaires sur la nature, vous avez probablement appris que certains animaux prennent soin de leur progéniture jusqu'à ce qu'ils puissent être seuls. Ce comportement, connu sous le nom de soins parentaux, cherche à augmenter les chances de survie de la progéniture et se produit de différentes manières : des manchots empereurs mâles incubant des œufs, en passant par les grenouilles transportant leurs têtards, jusqu'aux groupes de femelles coatis gardant collectivement les juvéniles. Ce que vous ne savez probablement pas, c'est que les plantes peuvent aussi aider leur progéniture dans leurs premiers instants ! Bien sûr, ils ne peuvent pas activement protéger leurs graines ou les déplacer s'ils sont en danger. Cependant, ils pourraient leur fournir des structures pour améliorer la dispersion et la protection contre les prédateurs ou les nutriments pour soutenir leur croissance. L'allocation des nutriments est particulièrement cruciale à partir de ces formes de soins parentaux chez les plantes. Lorsque les graines germent, elles ne peuvent pas absorber les nutriments du sol ou effectuer la photosynthèse au tout début. Ainsi, ils dépendent entièrement des nutriments que leur plante mère a déposés dans leurs graines, tout comme un oisillon qui ne peut pas voler et chercher sa propre nourriture.

La façon la plus typique d'étudier la disponibilité des éléments nutritifs des graines en écologie consiste à mesurer la masse des graines. Il est logique de penser que les graines plus lourdes stockent plus de nutriments que les plus légères. Par conséquent, la plupart des études ont utilisé cette mesure pour évaluer comment les éléments nutritifs des graines sont liés aux différentes caractéristiques des plantes. C'est le cas de Dr Tereza Masková, qui a étudié la relation entre la masse des graines et l'architecture des racines des semis lors de son Master à l'Université Charles de Prague (République tchèque). Ses recherches ont montré que les espèces aux graines plus légères produisaient des semis qui dirigé relativement plus de leur biomasse vers leurs racines et avait systèmes racinaires plus larges qui se sont ramifiés plus tôt. Dans l'ensemble, ces résultats suggèrent que les graines contenant moins de nutriments ont utilisé plus de ressources pour produire un système racinaire qui leur a permis d'absorber les nutriments plus rapidement.

Il y a plusieurs problèmes avec l'utilisation de la masse des graines pour approximer la disponibilité des éléments nutritifs des graines. Surtout, cette mesure ne fournit aucune information sur les éléments individuels – tels que le carbone, l'azote et le phosphore – qui ne sont pas nécessairement stockés dans les mêmes proportions.

"Quand j'y réfléchissais profondément, j'ai réalisé que deux espèces avec la même masse de graines, ce qui signifie la même quantité absolue de nutriments, peuvent vraiment différer en termes de ce qui est stocké à l'intérieur. Cela pourrait être une énorme différence entre eux! a commenté le Dr Mašková dans une interview avec Botany One.

De plus, la masse de graines comprend des structures sans valeur nutritive, telles que son pelage et les appendices qui facilitent la dispersion des graines - comme les ailes des graines d'érable ou la structure ressemblant à des cheveux des graines de pissenlit. Par conséquent, l'utilisation de la masse de graines seule surestime la quantité de nutriments disponibles pour le futur semis. Compte tenu de ces problèmes, Mašková a décidé d'étudier plus en détail la disponibilité des éléments nutritifs des graines au cours de ses études de doctorat à l'Université Charles, une recherche qui a conduit à sa récente publication dans Oikos.

Les chercheurs ont mesuré la teneur en carbone non structurel - le carbone qui ne fait pas partie de la structure et est disponible pour la nutrition de l'embryon - l'azote et le phosphore dans les graines de plus de 500 espèces herbacées d'Europe centrale et ont évalué comment la teneur de ces nutriments était corrélée. à différentes caractéristiques de la plante, telles que sa masse de graines et son habitat. Notamment, la teneur en éléments nutritifs des graines variait entre les espèces, en particulier l'azote (0.8 à 9.9 % de la masse des graines) et le carbone non structurel (2.1 à 60.7 %). Cependant, cette variation n'était pas aléatoire. Par exemple, les espèces étroitement apparentées avaient tendance à avoir une teneur similaire en éléments nutritifs des graines. Cette tendance est assez nette lorsque l'on analyse le type de réserve de carbone : des familles comme les Poacées (famille des graminées et des céréales) et les Fabacées (légumineuses) stockent préférentiellement le carbone sous forme d'amidon, tandis que d'autres, comme les Astéracées (tournesol) et les Lamiacées (lavande ), stocker les huiles. Par conséquent, la teneur en éléments nutritifs des graines s'est avérée fortement influencée par l'histoire évolutive des espèces.

Les auteurs ont également trouvé des preuves de l'hypothèse classique selon laquelle la quantité totale de nutriments est positivement associée à la masse des graines. En d'autres termes, les graines plus lourdes stockent plus de nutriments que les plus légères. Cependant, vous vous souvenez peut-être que la masse des graines est la somme de différentes structures, y compris celles sans valeur nutritive ! Compte tenu de cet investissement dans des structures supplémentaires, les auteurs ont évalué la relation entre la masse des graines et la part consacrée au stockage des nutriments et ont constaté que les graines plus légères investissaient relativement plus dans le stockage des nutriments que les graines plus lourdes. Ce résultat est probablement dû au fait que les graines plus lourdes et plus grosses doivent potentiellement allouer plus de ressources à d'autres fonctions, telles que la défense contre les prédateurs. Pourtant, la relation entre la masse des graines et défenses des graines est complexe et des études futures sont nécessaires pour mieux le comprendre.

L'un des résultats les plus fascinants de cette recherche est que la teneur en carbone et en azote non structurel était corrélée aux habitats des espèces. Fait intéressant, les plantes stockaient de préférence les nutriments qui devaient être limités dans chaque habitat. D'une part, la disponibilité des nutriments dans l'habitat était corrélée au carbone non structurel, les espèces des habitats riches en nutriments stockant relativement plus de carbone que celles pauvres en nutriments. Mais pourquoi le carbone devrait-il être limité dans un environnement riche en nutriments ? En l'absence de restrictions nutritionnelles, les plantes devraient pousser rapidement et s'ombrer les unes les autres. Ce faisant, la photosynthèse pourrait être réduite, et ainsi réduire la synthèse de produits carbonés pour alimenter le développement des semis. Compte tenu de cela, fournir des semences avec du carbone permet aux jeunes plants de faire face aux limitations de carbone dans cet environnement.

D'autre part, la perturbation du sol était négativement associée à la teneur en azote, ce qui signifie que les plantes provenant de sites moins perturbés produisaient des graines avec de plus grandes réserves d'azote. Selon les auteurs, les habitats moins perturbés connaissent un faible renouvellement des nutriments ; ainsi, la compétition pour les éléments nutritifs du sol (azote compris) est plus élevée. Dans ce contexte, apporter plus d'azote aux semences semble être une stratégie pour faire face à ces limitations initiales.

Dans l'ensemble, ces résultats soulignent l'importance d'étudier le contenu des éléments individuels dans la graine au lieu de simplement utiliser la masse de graine pour évaluer la disponibilité des éléments nutritifs. Chaque nutriment semble fournir des informations essentielles sur la façon dont les plantes gèrent la limitation et la concurrence des nutriments. Selon ses propres mots, le Dr Mašková, actuellement post-doctorante à l'Université de Ratisbonne (Allemagne), déclare qu'« il est important de réaliser que la teneur en éléments nutritifs des graines est un trait important. Dans certains processus, les écologistes utilisent la masse de graines comme indicateur de l'investissement maternel, et ce n'est tout simplement pas la meilleure façon de le faire. Elle souligne également que les études futures devraient rechercher la variabilité entre les individus, étant donné qu'une seule espèce peut être présente dans un large éventail d'habitats. De plus, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre comment la teneur en éléments nutritifs des graines est façonnée par d'autres caractéristiques des graines et des organismes symbiotiques qui aident les semis à acquérir des éléments nutritifs. Une chose est sûre, cette étude ouvre la voie à un domaine de recherche passionnant sur la façon dont les plantes ont évolué pour préparer leurs graines pour l'avenir.

ARTICLE DE RECHERCHE

Mašková, T., & Herben, T. (2021). Différences interspécifiques dans le soutien maternel chez les plantes herbacées : la teneur en CNP des graines varie pour correspondre à la limitation nutritionnelle attendue des semis. Oikos, 130 (10), 1715-1725. https://doi.org/10.1111/oik.08186

Carlos A. Ordóñez-Parra (il/elle) est un MSc colombien. Étudiant au Programme de Biologie Végétale à l'Universidade Federal de Minas Gerais (Brésil). Outre ses recherches en écologie fonctionnelle des semences, il s'intéresse à la communication scientifique et a écrit pour Pesquisa Javeriana et Revue Javeriana dans son ancienne université en Colombie, et Recherche hebdomadaire sur les sciences végétales – le tour d'horizon hebdomadaire publié par Plantae.org. Suivez-le sur Twitter @caordonezparra.