Le règne végétal a développé différentes stratégies pour survivre. Certaines sont visibles, comme les épines de cactus par exemple, qui ne sont que des feuilles modifiées qui ont remplacé la capacité de photosynthèse par celle de protéger le corps de ces plantes. Mais il y en a d'autres qui ne le sont pas, comme le soi-disant Plantes C4.
Ce sont des plantes qui vivent généralement dans les régions arides ou semi-arides, donc ont évolué pour réduire la perte de dioxyde de carbone (CO2) lors de la photosynthèse, puisqu'il s'agit d'un gaz essentiel lors du processus de transformation de l'énergie solaire en nourriture pour les plantes.
Caractéristiques de la photosynthèse des plantes C4
Image - Wikimedia / Ninghui Shi
Pour mieux comprendre les plantes C4, nous allons d'abord expliquer la photosynthèse que nous connaissons le mieux, principalement parce que c'est celle qui est étudiée à l'école, le C3. Est consiste en l'absorption de l'énergie solaire et du dioxyde de carbone à travers les chloroplastes des cellules trouvés dans les parties vertes ou photosynthétiques des plantes, et l'eau des racines, pour la transformer en nourriture par une série de réactions chimiques.
Au début, cette énergie lumineuse se transforme en énergie chimique, ce sont les molécules NADPH (nicotine adénine dinucléotide phosphate) et ATP (adénosine triphosphate, la première à la stocker. Mais plus tard, ces molécules ils synthétisent des glucides lorsque le dioxyde de carbone est réduit.
La dernière étape de ce processus est lorsque les plantes utilisent l'énergie qu'elles ont obtenue pendant la journée pour fixer le carbone du dioxyde de carbone sous forme de glucose. Cela fait partie du cycle de Calvin.
Mais la photosynthèse chez les plantes C4 est différente. Ils ont deux types de chloroplastes. Certains sont à côté des vaisseaux conducteurs (on pourrait dire qu'ils sont l'équivalent des veines des animaux), et d'autres qui se trouvent dans les cellules du parenchyme chlorophyllien périphérique, qui sont celles qui sont plus proches des marges des feuilles. Ces dernières sont aussi appelées cellules mésophiles, et sont celles qui ont des chloroplastes qui vont fixer le dioxyde de carbone à l'aide de la molécule PEPA (acide phosphoénolpyruvique) et de l'enzyme phosphoénolpyruvate carboxylase.
A partir de ces molécules, l'acide oxaloacétique sera généré, qui est composé de 4 carbones (c'est pourquoi on les appelle plantes C4). Celui-ci est ensuite transformé en acide malique, et c'est alors qu'il passe dans les chloroplastes qui contiennent les cellules internes des vaisseaux conducteurs à travers les plasmodesmes (ce sont des structures que possède la paroi qui entoure le noyau cellulaire, le cytoplasme). Le CO2 y sera libéré et le cycle de Calvin pourra continuer.
Climat et plantes C4
Les plantes qui vivent dans des zones chaudes et sèches ont beaucoup plus de mal que les autres à éviter la perte d'eau. Mais pour vivre, il faut respirer, et ce faisant, il est inévitable de perdre de l'eau. Par conséquent, lorsque les températures sont élevées, les stomates (pores) des feuilles se ferment et, ce faisant, l'oxygène généré lors de la photosynthèse augmente sa concentration.
Dans des situations normales, lorsque la quantité d'oxygène et de dioxyde de carbone est équilibrée, l'enzyme responsable de la fixation du carbone (RuBisCO) peut remplir sa fonction sans problème. Mais lorsque la concentration de CO2 est inférieure à celle d'oxygène, cette enzyme catalyse ce dernier gaz et non le CO2, ce qui se passe dans les plantes C4.
Ceux-ci sont très particuliers, car en plus d'avoir deux types de chloroplastes (voir partie supérieure), l'enzyme phosphoénolpyruvate carboxylase, qui est l'une de celles impliquées dans la fixation du carbone, supporte des concentrations élevées d'oxygène.
Quels sont les avantages des plantes C4 ?
Ces plantes présentent plusieurs avantages importants :
- Habituellement, grandir plus vite que les plantes C3.
- Ils utilisent mieux le carbone, soit pour produire plus de racines et/ou plus de feuilles.
- Perdre moins d'eau pendant la photosynthèse (selon Cet article, on estime qu'elles perdent 277 molécules d'eau pour chaque molécule de CO2, tandis que les plantes C3 perdent 833 molécules d'eau pour chacune de CO2 qu'elles fixent).
- Augmenter la production de glucose, qui est le résultat final de la photosynthèse.
- Ils peuvent vivre sur des terres où il y a peu d'eau.
Pour toutes ces raisons, elles deviennent de plus en plus intéressantes, notamment pour la culture en climat sec.
Que sont les plantes C4 ?
Il existe de nombreuses plantes qui effectuent la photosynthèse en C4. Par exemple, maïs, herbe, amarante, canne à sucre, sorgho ou seigle. Ce sont ceux qui ont des tissus moins denses que ceux qui proviennent des climats tempérés, comme les érables ou les camélias, par exemple.
Par conséquent, les connaître peut être très utile pour savoir quoi cultiver dans les zones où il y a peu d'eau disponible.