Comprendre et lutter contre le stress des cultures

Fiches techniques - Productivité

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Schéma des différents types de stress pouvant affecter les cultures

Comme tous les êtres vivants, les plantes sont soumises à divers stress qui peuvent compromettre leur croissance, leur reproduction, voire leur survie. Qu'ils soient d'origine biotique ou abiotique, ces stress déclenchent chez les plantes une série de réponses complexes. Comprendre les différents types de stress, les mécanismes de défense qu’elles mettent en place, ainsi que le rôle essentiel des éléments nutritifs dans leur résilience, est aujourd’hui un enjeu pour une agriculture durable.

Les différents types de stress

Stress thermique

Les températures élevées provoquent des dommages physiologiques et métaboliques. À basse température, la croissance des plantes ralentit considérablement. En cas de gel, des cristaux de glace peuvent se former dans les tissus, provoquant des dommages cellulaires et parfois la mort de la plante.

Stress hydrique

Le stress hydrique est l’un des plus fréquents. Il entraîne un déséquilibre entre l’évapotranspiration et l’absorption d’eau, ce qui empêche la plante de transporter efficacement les nutriments de la racine vers les feuilles. Ce stress a des conséquences sur la croissance et la production des cultures et peut entraîner la mort de la plante.

Par ailleurs, un excès d’eau dans le milieu provoque un manque d’oxygène car l’eau va chasser l’air du sol.

Stress lié à un manque ou un excès de lumière

La lumière est la source d’énergie de la photosynthèse. Chaque variété de plante a ses propres besoins en lumière et en soleil. Un manque ou un excès influence la croissance et le développement des plantes. Un excès de lumière, notamment en cas de fort rayonnement UV, peut provoquer des brûlures foliaires.

Stress dû à l’absence ou l’excès de nutriments

Le manque de nutriments a des répercussions sur la croissance des plantes, mais l’excès de nutriments a lui aussi des effets négatifs, comme l'excès d’azote qui peut contraindre de manière hormonale la plante à ne pas arriver à maturation.

Stress salin

Ce stress peut se produire en raison de l’excès de sel dans le sol ou dans l’eau d’irrigation. Il entraîne une différence de pression osmotique entre le sol et les racines de la plante ce qui limite l’absorption d’eau et crée donc un stress hydrique, un stress ionique et un stress nutritionnel.

Stress mécanique

Ce stress est causé par les perturbations engendrées par l’utilisation de machines agricoles et d’outils utilisés dans les activités agricoles, comme la taille ou l’éclaircissage, et aussi ceux provoqués par des conditions météorologiques comme la grêle ou le vent.

Stress causé par des bioagresseurs

Les plantes peuvent subir l’attaque de bioagresseurs qui limitent ou affectent leur développement. De plus, l’application de traitements pour les combattre peut aussi être stressante, selon les conditions dans lesquelles ce traitement est effectué.

Stress anthropique

Les activités anthropiques (activités réalisées par les populations humaines) sont également une source de stress car elles entraînent de la pollution, un stress mécanique ou peuvent même entraîner un excès d’eau à cause d’une irrigation trop importante.

Les mécanismes de réponse

Perception et régulation du stress

Le mécanisme de réponse des plantes au stress abiotique est multi-niveaux et multi-processus. Il implique d’abord la détection du stress, puis la transduction, la transcription et le traitement du signal, sa traduction et enfin la modification des protéines. C’est un mécanisme de réponse complexe impliquant de multiples gènes, voies de signalisation et processus métaboliques.

Les plantes détectent les changements environnementaux via des capteurs situés dans différentes parties cellulaires (paroi cellulaire, membrane plasmique, cytoplasme, etc.). Ces capteurs activent des messagers secondaires (comme les ions calcium Ca²⁺, les protéines kinases, etc.) qui déclenchent une cascade de réponses moléculaires. Des protéines spécifiques sont ensuite chargées de réguler l'expression des gènes liés à la tolérance au stress, entraînant alors des modifications qui permettent aux plantes de s’adapter. Par exemple, la sécheresse et la salinité entraînent un stress osmotique qui oblige les plantes à accumuler des solutés comme la proline ou les sucres solubles pour retenir l'eau.

Implications pour l'agriculture

• Les recherches actuelles visent à identifier les gènes impliqués dans la tolérance au stress afin d'améliorer les rendements agricoles malgré les conditions défavorables.
• Cependant, un défi majeur reste l'équilibre entre croissance et résistance : sous stress, les plantes réduisent souvent leur croissance pour économiser leurs ressources.
• Des approches comme l'ingénierie génétique ou la sélection variétale cherchent à maximiser la productivité tout en augmentant la résilience.

Rôle des éléments nutritifs dans la lutte contre le stress

De manière générale en conditions de stress les besoins des plantes en éléments nutritifs augmentent. Les besoins diminuent uniquement si la source de stress est un excès en un élément nutritif.

Par exemple le potassium augmente la résistance des plantes aux stress abiotiques car il a plusieurs rôles comme réguler la rétention d’eau et contrôler l’ouverture et la fermeture des stomates ce qui augmente la tolérance à la sécheresse en réduisant les pertes d’eau. En culture de pommes de terre, il peut aussi aider à lutter contre le gel.

Un autre exemple est le calcium, un élément essentiel pour la croissance de nouveaux tissus cellulaires et qui permet de rigidifier la paroi. Il favorise donc la résistance mécanique des plantes face au stress. Des études sur des cultures de pommes de terre ont aussi montré que des applications foliaires de calcium, permettant d’augmenter rapidement les quantités disponibles, permettent de lutter plus efficacement contre des stress comme la chaleur et le gel.

Pour retrouver en détail le rôle des macronutriments et des microéléments nutritifs, voir l'article : Gérer les carences en grandes cultures

Observer et mesurer le stress chez les plantes

Pour pouvoir lutter efficacement contre le stress chez les plantes, il faut pouvoir diagnostiquer de quel stress la plante souffre.

Observations visuelles

En cas de carences en nutriments, des observations foliaires peuvent être faites pour savoir de quel nutriment la plante manque.

Approche pH-Rédox

Le potentiel d’oxydoréduction est un indicateur du stress chez les plantes, car ce sont des réactions d’oxydoréduction qui régulent les mécanismes de la plante. Ainsi un bon équilibre pH/Redox est nécessaire à la bonne santé des plantes.

Analyses de sève

Les analyses de sève permettent d’identifier les carences et les excès durant le cycle de culture.

Nutriscope

Mesure avec le Nutriscope sur colza

Le Nutriscope est un scanner développé par Senseen qui fournit en temps réel des informations sur le stress et la santé des plantes. Cet appareil utilise la spectrométrie et l’intelligence artificielle pour quantifier des paramètres liés à la santé des plantes (chlorophylle, nutriments…) et aider les agriculteurs à piloter au plus juste leur fertilisation en identifiant des carences, des excès ou des déséquilibres.

Fluorescence chlorophyllienne

La mesure de fluorescence chlorophyllienne permet de mesurer un ensemble de stress perturbant l’activité photosynthétique des plantes. Elle révèle la présence d’un stress, peut en identifier la cause, et peut aussi prévoir l’apparition de symptômes (de 2 à 25 jours en fonction des carences) et mesurer l’effet correctif des apports d’engrais. Sept types de stress minéraux (N, K, Ca, Mg, Fe, Mn, B) peuvent être identifiés grâce à cette méthode.

Une source de stress perturbe la photosynthèse et donc les mécanismes de transferts d’électrons, ce qui peut être détecté par fluorimétrie.

Comment lutter contre les stress abiotiques ?

Apport d’éléments nutritifs

Ainsi en fonction du type de stress subi par la plante, un apport en certains éléments nutritifs peut permettre d’aider la plante à lutter, par exemple avec un apport de potassium en cas de stress thermique.

Biostimulants

Pour lutter contre les stress abiotiques, l’apport de biostimulants peut aussi aider la culture.

Les biostimulants contribuent au développement et à la croissance des plantes et peuvent les aider à résister aux stress abiotiques. Les produits biostimulants permettent de renforcer la vigueur des plantes et donc la tolérance aux stress.

Les biostimulants peuvent être appliqués par pulvérisation sur les cultures, sur les semences ou directement dans la terre. L’utilisation de biostimulants favorise l’absorption des nutriments et donc le développement des plantes.