COLUMBUS, Ohio – On pourrait croire qu’il y a un côté positif à l’augmentation des niveaux de dioxyde de carbone dans l’atmosphère. Les plantes poussent plus vite.
Cependant, chez de nombreuses espèces de plantes, la quantité n’est pas la qualité. La plupart des plantes poussent plus vite, mais elles contiennent en moyenne plus d’amidon, moins de protéines et moins de vitamines clés, a déclaré James Metzger, professeur et président du département d’horticulture et de sciences des cultures du College of Food, Agricultural, and Environmental Sciences (CFAES) de l’Ohio State University.
Ce changement se produit parce que le niveau actuel de dioxyde de carbone dans l’atmosphère est de 400 parties par million, soit près du double de ce qu’il était au milieu du 18e siècle, au début de la révolution industrielle. Et il continue d’augmenter, stimulé par la combustion de carburants.
En absorbant du dioxyde de carbone et de la lumière, une plante forme d’abord des sucres et des amidons, puis d’autres nutriments, notamment des protéines, des graisses et des antioxydants. Bien que le dioxyde de carbone soit nécessaire aux plantes pour vivre, une trop grande quantité de dioxyde de carbone peut réduire la quantité de nutriments précieux que la plante produit, notamment le fer, le zinc et la vitamine C.
« La perte de nutriments, en particulier de protéines, est grave », a déclaré Metzger. « Cela n’aide pas dans l’effort pour que les gens aient une alimentation plus équilibrée et augmentent leur nutrition. »
La viande animale et les produits laitiers sont une source importante de protéines pour les humains. Donc, si les animaux ne reçoivent pas suffisamment de protéines des plantes, cela affectera ce qu’ils peuvent produire comme nourriture.
Ce qui se passe, c’est qu’un niveau plus élevé de dioxyde de carbone dans l’atmosphère réduit la quantité de photorespiration qui se produit dans les plantes. Pendant la photorespiration, les plantes absorbent l’oxygène de l’environnement, rejettent du dioxyde de carbone et produisent des déchets, notamment de l’acide glycolique, qu’une plante ne peut pas utiliser. Pour que la plante transforme l’acide glycolique en un produit qu’elle peut utiliser, elle doit faire plus de photosynthèse, le processus par lequel les plantes utilisent la lumière du soleil, l’eau et le dioxyde de carbone pour créer du glucose, une forme de sucre dont les plantes ont besoin pour survivre.
Les faibles taux de photorespiration, causés par les plus grandes quantités de dioxyde de carbone, sont associés à de faibles niveaux de stress chez les plantes, ce qui, ironiquement, n’est pas une bonne chose. C’est parce que les plantes stressées réagissent en produisant des antioxydants tels que les vitamines C et E, ainsi que des niveaux de protéines plus élevés. Ainsi, lorsque les niveaux de dioxyde de carbone dans l’atmosphère augmentent, il y a moins de photorespiration et donc moins de stress pour les plantes. Et la réduction du stress signifie une croissance accrue, mais à un coût, une baisse de la qualité nutritionnelle des plantes.
« Cela a été observé dans de nombreuses espèces différentes de plantes », a déclaré Metzger.
Si la plante ne produit pas assez d’antioxydants, ce n’est pas seulement moins sain pour les personnes qui mangent plus tard la plante, mais aussi pour la capacité de la plante à repousser les maladies, a déclaré Metzger. Les plantes peuvent devenir plus vulnérables aux maladies ainsi qu’aux insectes. Avec moins de nutriments dans les plantes, les insectes doivent en dévorer davantage pour obtenir la même valeur nutritionnelle.
Toutes les plantes ne réagissent pas de la même manière à l’augmentation des niveaux de dioxyde de carbone. Certaines cultures, notamment le maïs et la canne à sucre, ne voient pas leur valeur nutritionnelle diminuer au milieu d’une hausse des niveaux de dioxyde de carbone. C’est parce que leur processus de photosynthèse diffère de celui de la plupart des autres plantes.
La température est également un facteur. En fonction de la température, les plantes peuvent réagir de différentes manières aux niveaux élevés de dioxyde de carbone. La hausse des niveaux de dioxyde de carbone qui déclenche davantage de photosynthèse peut entraver la croissance de certaines plantes cultivées à des températures inférieures à 59 degrés Fahrenheit, comme le blé d’hiver, a déclaré Katrina Cornish, boursière de recherche de l’Ohio et titulaire de la chaire dotée en matériaux émergents biosourcés au CFAES.
Les plantes cultivées dans des conditions climatiques chaudes peuvent également être entravées par la hausse du dioxyde de carbone. Par temps chaud, de nombreuses plantes restent fraîches en ouvrant largement les pores de la face inférieure de leurs feuilles. Mais dans une atmosphère à forte teneur en dioxyde de carbone, les pores ne s’ouvrent pas aussi largement, ce qui empêche les plantes de se rafraîchir, a expliqué M. Cornish. Cela pourrait faire que « les plantes deviennent des bestioles croustillantes et meurent, alors qu’elles étaient OK à des niveaux de dioxyde de carbone plus faibles », a-t-elle dit.
« Les plantes ont besoin de temps pour s’adapter à l’augmentation des niveaux de dioxyde de carbone. Et cette augmentation se produit si rapidement que les plantes n’auront pas la possibilité de s’adapter. »
À court terme, la photosynthèse supplémentaire stimulée par des niveaux plus élevés de dioxyde de carbone peut entraîner de petits gains dans la quantité de feuilles, de tiges et de pousses produites par une culture, mais pas nécessairement dans la partie de la culture qui peut être récoltée. Et à long terme, cela fera plus de mal que de bien aux plantes, a déclaré M. Cornish.
« Il va y avoir un point de basculement, et ce point de basculement est différent pour chaque culture », a déclaré M. Cornish.
Déjà, il a été démontré que les plants de riz cultivés dans des conditions de dioxyde de carbone élevé produisaient plus de talles, qui comprennent les tiges et les feuilles de la plante, mais des grains moins nombreux et plus petits.
Une façon d’empêcher les niveaux plus élevés de dioxyde de carbone d’affecter la croissance et le rendement des plantes est le croisement des plantes et la manipulation des gènes, a souligné Metzger. Les deux pourraient conduire à la création de variétés de plantes dont la croissance et les niveaux de nutriments seront moins affectés par les quantités plus élevées de dioxyde de carbone dans l’environnement.
Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre comment une plante produit des antioxydants, a déclaré Metzger.
« Je pense qu’il est important que nous fassions des efforts pour vraiment comprendre comment ces voies biochimiques sont contrôlées et comment nous pouvons les manipuler sans effets néfastes sur la plante. »