Quels nutriments considérez-vous comme importants pour une plante? De quoi les plantes ont-elles besoin pour réussir, pour pousser, photosynthétiser, se développer et se défendre efficacement contre les ravageurs et les maladies ? La majorité des gens, qu'ils étudient les plantes ou non, seraient capables d'en citer au moins quelques-uns : l'azote, le phosphore . . . peut-être du potassium. Probablement très peu, voire aucun, incluraient du silicium.

On sait depuis de nombreuses années que l'application de silicium peut favoriser la croissance des plantes. Une abondante littérature est associée au silicium en agriculture. Les Chinois utilisent plus de 30 millions de tonnes d'engrais siliciés par an. Pourtant, ce n'est qu'au cours des dernières décennies que nos connaissances sur les effets et les fonctions du silicium sur les plantes ont considérablement progressé.

Le silicium est le deuxième élément le plus abondant de la croûte terrestre, après l'oxygène. Cependant, la majeure partie du silicium présent dans le sol n'est pas soluble et n'est donc pas assimilable par les plantes. Ces dernières absorbent le silicium par leurs racines latérales sous forme d'acide monosilicique. Ce dernier est ensuite transporté dans la plante et, lorsqu'il atteint une certaine concentration, se polymérise naturellement pour former de la silice solide (SiO2), qui se dépose dans les tissus végétaux. Cette accumulation de silice confère de nombreux avantages potentiels à la plante, principalement par des mécanismes mécaniques ou physiques. Elle renforce la structure, augmente la rigidité et la résistance, et agit comme une barrière physique contre certains agents pathogènes. Cela réduit également la digestibilité des matières végétales pour les herbivores et peut endommager les pièces buccales des insectes.Massey et Hartley 2009). Par conséquent, le silicium peut être un moteur clé des interactions écologiques des plantes.

Il existe aujourd'hui de nombreuses études démontrant comment le silicium augmente la résistance des plantes aux maladies et à l'herbivorie, mais aussi aux stress abiotiques tels que la chaleur, la sécheresse et la salinité (Frew et coll. 2018). La grande majorité de ces études se concentrent sur une plante cultivée et souvent sur une seule espèce, généralement de la famille des Poacées (graminées). Les espèces de cette famille sont, en gros, des plantes à forte accumulation de silicium, qui transportent activement le silicium dans et autour de leurs tissus. Pourtant, de plus en plus d'études démontrent les effets bénéfiques du silicium chez les espèces qui ne sont pas de grandes accumulatrices. En effet, le silicium profite aux plantes non seulement par le dépôt de silice, mais il a également été démontré qu'il renforce les défenses biochimiques constitutives et induites des plantes, augmente l'efficacité photosynthétique et régule positivement le métabolisme antioxydant.

Ces données suggèrent fortement que le silicium ne se contente pas d'accroître la résistance physique et la robustesse des plantes. Il pourrait plutôt jouer un rôle dans le métabolisme primaire, la croissance et le développement des plantes (Frew et coll. 2018). Le silicium est actuellement considéré comme non essentiel pour la croissance des plantes, mais est considéré comme un nutriment bénéfique. Pourtant, il présente des effets extraordinaires sur les plantes (certains mentionnés ci-dessus), inégalés par tout autre nutriment non essentiel. Il existe également de plus en plus de preuves suggérant que le silicium peut être substituable au carbone dans les plantes, pour certaines fonctions végétales (Cooke et Leishman 2012). En effet, des compromis potentiels au sein des usines entre le silicium et d'autres défenses ont été démontrés (Frew et coll. 2016; Johnson et Hartley 2017).

À mesure que nos connaissances sur le silicium progressent, il apparaît clairement que notre compréhension de son rôle en biologie végétale présente des lacunes. Malgré la littérature croissante sur les multiples effets du silicium, peu de recherches ont été menées à ce jour sur les mécanismes sous-jacents par lesquels le silicium agit pour améliorer la croissance des plantes et leur résistance au stress.

Les effets bénéfiques du silicium recèlent un potentiel considérable à exploiter en production végétale. L'agriculture mondiale subit une pression croissante pour répondre à la demande alimentaire d'une population croissante. Cela doit se faire de manière durable, tout en préservant les profits. Les pesticides et engrais actuellement disponibles sont écologiquement non durables, coûteux et soumis à des restrictions croissantes (l'UE a récemment accepté d'interdire l'utilisation des néonicotinoïdes, les insecticides les plus utilisés au monde). Une meilleure compréhension de la biologie et de l'écologie du silicium dans les plantes pourrait conduire à des avancées significatives dans notre capacité à relever le défi d'une production alimentaire écologiquement et économiquement durable.