Avez-vous déjà vu des plantes d'intérieur devenir de plus en plus jaunes et commencer à avoir l'air triste?

Bien que le jaunissement des feuilles puisse être causé par de nombreux problèmes, l'un d'eux peut être une carence en nutriments. Certains des engrais les plus courants contiennent de l'azote, du phosphore et du potassium (NPK), mais il existe de nombreux autres éléments essentiels et non essentiels dont les plantes ont besoin.

Un élément minéral essentiel est manganèse (Mn) qui est important pour la photosynthèse et la respiration. Cependant, en quantités extrêmes, le Mn peut provoquer une phytotoxicité, en particulier dans les sols acides ou lorsque la plante est gorgée d'eau (c'est-à-dire que les racines sont dans l'eau stagnante). Un autre élément métalloïde non essentiel est silicium (Si), lequel est le deuxième élément le plus abondant de la croûte terrestre et est important pour la croissance et le développement des plantes.

Au cours des décennies précédentes, le rôle de l'ajout de silicium dans la tolérance aux stress environnementaux a suscité beaucoup d'intérêt car il peut entraîner un épaississement de la paroi cellulaire des plantes. Tester si Si peut aider certaines cultures à résister à la toxicité du Mn peut être fait dans des expériences en serre en utilisant différentes doses des éléments et en regardant comment les plantes poussent. Alors que ces observations conduisent à des conclusions peut-être trop optimistes, une nouvelle technique d'utilisation de la fluorescence micro-X (µ-XRF) permet aux scientifiques de visualiser où et combien de ces éléments sont absorbés par la plante.

van der Ent et ses collègues (2020) au Université du Queensland ont utilisé une µ-XRF basée sur un synchrotron (c'est-à-dire le rayonnement électromagnétique émis lorsque des particules chargées sont accélérées radialement) pour visualiser la distribution de Si sur des plants de soja et de tournesol présentant une toxicité au Mn. Tu peux regarder Docteur Antony van der Ent parle de ses recherches sur l'hyperaccumulation par les plantes pour éviter la toxicité sur Jardinage Australie.

Dans une courte interview, le Dr van der Ent a expliqué : « Notre groupe travaille sur les plantes hyperaccumulatrices depuis environ 10 ans, en se concentrant principalement sur les plantes des régions tropicales de l'Asie-Pacifique. Jusqu'à présent, nous avons concentré nos efforts principalement sur les plantes hyperaccumulatrices de nickel, de cobalt et de manganèse, mais nous travaillons également sur l'absorption et la toxicité des micronutriments dans les plantes cultivées, comme le soja et le tournesol.

Dans l'étude actuelle, les auteurs ont vu moins de tissus végétaux morts lorsque Si a été ajouté et que Si était souvent co-localisé avec Mn, mais en réponse, Mn s'est accumulé dans d'autres zones de la plante, provoquant toujours une phytotoxicité. Ces résultats démystifient de nombreuses idées précédentes sur la question de savoir si l'ajout de Si aide les cultures à résister à la toxicité du Mn. 

Photos de feuilles de soja après une semaine de toxicité au Mn. La plante témoin est à gauche et présente des symptômes de toxicité au Mn tandis que la plante de droite a reçu du Si supplémentaire. Les images ci-dessous montrent la quantité de Si et de Mn distribuée sur les feuilles. Source : van der Ent et al. (2020)

"Cette étude était techniquement difficile, en raison des difficultés à effectuer l'analyse microXRF tout en évitant/minimisant les artefacts d'échantillon", explique le Dr van der Ent. La percée dans leurs méthodes consiste à visualiser des éléments avec de petits numéros atomiques dans des tissus végétaux vivants et hydratés. Cela ne pouvait se faire auparavant qu'en utilisant des tissus séchés, ce qui n'est peut-être pas particulièrement représentatif d'une plante en croissance. Certains des auteurs ont déjà écrit une critique (Koppitke et coll., 2018) sur l'utilisation de µ-XRF synchrotron pour visualiser des éléments dans les plantes Physiologie végétale journal. Leurs méthodes aideront désormais d'autres scientifiques à visualiser en détail le processus d'absorption des nutriments à l'avenir.

L'auteur principal est enthousiasmé par leurs résultats car "Cette recherche a montré qu'il est possible de mesurer (et de cartographier la distribution) d'éléments très légers, tels que le silicium, dans des organes végétaux (vivants) entièrement hydratés, dans ce cas, le soja et feuilles de tournesol. Nous prévoyons d'appliquer ces méthodes à d'autres éléments et à d'autres espèces végétales et d'améliorer la méthodologie des études résolues dans le temps » et il a ajouté : « Nous espérons que ce travail inspirera davantage de scientifiques des plantes à utiliser la fluorescence micro-X en laboratoire (XRF ) la cartographie élémentaire dans leurs recherches ».

Cette recherche est un excellent exemple de la raison pour laquelle la recherche fondamentale et la recherche au-delà de l'assombrissement des nervures et des poils des feuilles sont essentielles pour informer les agriculteurs sur la façon de prendre soin de leurs cultures.

LIRE L'ARTICLE

van der Ent, A., Casey, L., Blamey, F., et Kopittke, P. (2020) La microfluorescence X en laboratoire résolue dans le temps révèle la distribution du silicium en relation avec la toxicité du manganèse dans le soja et le tournesol. Annals of Botany, 126(2), p. 331-341. Disponible à l'adresse : https://doi.org/10.1093/aob/mcaa081.