Avantage écologique et agronomique des plantes en C4
Notons tout d'abord que les plantes en C4 sont originaires de latitudes où le climat est chaud ; c'est le cas par exemple de la canne à sucre, du sorgho et du maïs. Le facteur température influence fortement la photosynthèse. Vous pouvez le déduire de vos enseignements de biochimie au cours desquels vous avez appris que l'activité des enzymes est influencée par le température. Par ailleurs, nous avons vu que pour arriver dans le stroma des chloroplastes dans lequel se trouve la RuBisCO, le CO2 doit traverser le cytoplasme pour être utilisé. Il ne peut pas le faire sous forme gazeuse et il doit se dissoudre dans ce compartiment de la cellule. Or la température influence négativement la dissolution des gaz - O2 et CO2 - dans les solutions aqueuses (Fig. 54).
Donc lorsque la température de l‘air se réchauffe, la température de la feuille d'une plante augmente également et pour la même quantité de CO2 dans l'air, il y a moins de HCO3- formé dans le cytoplasme, ce qui réduit la capacité fixatrice de la RuBisCO. Il apparaît dès lors clairement que la capacité de fixation du CO2 des plantes ayant à leur disposition un mécanisme de concentration du CO2 seront bien moins influencées par une augmentation de la température que celles qui n'en disposent pas. C'est ce qu'illustre la figure 55.
A. Lorsque la température de la feuille augmente, la dissolution du CO2 atmosphérique dans le cytoplasme diminue (Fig. 54). Ce phénomène affecte la capacité à fixer le CO2 des plantes en C3 telle qu'Encelia californica (B) car il y a moins de CO2 disponible pour la RuBisCO. La capacité à fixer le CO2 diminue donc lorsque la température de la feuille augmente. Ce phénomène ne se déroule pas dans les cellules de gaine des plantes en C4 telle qu'Atriplex rosea car le CO2 provient de la décarboxylation du malate en pyruvate. La capacité à fixer le CO2 peut rester constante lorsque la température de la feuille augmente.
B. Encelia californica est une plante de la famille des Asteraceae. E. californica appartient au groupe de plantes présentant une photosynthèse de type C3.
C. Atriplex est un genre de la famille des Amaranthaceae. Atriplex rosea appartient au groupe de plantes présentant une photosynthèse de type en C4. Certaines espèces du genre Atriplex appartiennent au groupe de plantes présentant une photosynthèse de type en C3.
Pour faire le point sur les connaissances que vous avez acquises et la compréhension que vous avez de la photosynthèse des plantes en C3 et en C4, je vous propose de résoudre l'exercice suivant.
La capacité photosynthétique d'une plante en C3, Larrea divaricata (Fig. 56A) et d'une plante en C4, Tidestromia oblongifolia (Fig. 56B) sont mesurées en fonction de la température de la feuille et ce dans deux conditions de concentration atmosphérique en CO2 (“ambient” = habituelle, et “high” = élevée; Fig. 56C-D). A l'aide de vos connaissances, élaborez un raisonnement permettant d'expliquer la forme des courbes et les changements d'amplitude observés. A partir de ce raisonnement, déduisez les avantages et inconvénients qui pourraient résulter d'une augmentation de la quantité de CO2 atmosphérique telle que celle que nous visons actuellement. Quel(s) seraient les impacts sur le rendement agricole ?
A. Larrea divaricata est une plante de la famille des Zygophyllaceae. L. divaricata appartient au groupe de plantes présentant une photosynthèse de type C3.
B. Tidestromia oblongifolia est une plante de la famille des Amaranthaceae. T. oblongifolia appartient au groupe de plantes présentant une photosynthèse de type en C4.
C. Courbes présentant les variations de l'activité fixatrice du CO2 en fonction de la température et de la concentration en CO2 dans l'atmosphère.