Le soja occupe déjà une place immense dans la vie moderne. Il nourrit les poulets, les porcs, les bovins et les poissons. Il sert aussi à produire de l’huile de cuisson, des aliments d’origine végétale et de nombreux produits transformés.
Ainsi, lorsque le soja évolue, les répercussions ne s’arrêtent pas à la sortie du champ.
Une nouvelle étude indique que les conditions climatiques futures pourraient entraîner un compromis déroutant : davantage de graines, mais une valeur nutritionnelle plus faible.
Sous l’effet combiné d’une hausse du dioxyde de carbone, de températures plus élevées et de la sécheresse, les plants de soja pourraient produire 50 % de graines en plus, tout en voyant les graines perdre une partie des nutriments qui font leur intérêt.
Plus de graines, moins de valeur alimentaire
Marco Buckeridge et son équipe, à l’Institute of Biosciences de l’Université de São Paulo, ont analysé la manière dont les graines de soja pourraient réagir à l’évolution du climat.
L’enjeu est important, car le soja est recherché pour sa teneur en protéines. Si cette teneur diminue, les agriculteurs et les fabricants d’aliments pour animaux devront peut-être revoir leurs critères d’évaluation de la réussite d’une culture.
Selon l’étude, lorsque les plants de soja sont soumis simultanément aux trois pressions climatiques, l’amidon baisse de 20 % et les protéines de 6 %. Dans le même temps, la teneur en acides aminés augmente de 175 percent.
« Cette hausse des acides aminés était inattendue. Nous ne connaissons même pas son effet sur les animaux », a souligné Buckeridge.
« Nous devons comprendre les effets de l’impact triple sur le métabolisme des protéines, ce qui est très important pour le soja utilisé dans l’alimentation animale.
« Nous avons vu que la protéine diminue dans des scénarios de changement climatique drastiques. En plus, la graine perd de l’amidon, ce qui signifie moins d’énergie. »
Pourquoi le dioxyde de carbone change la donne
Le dioxyde de carbone peut jouer un rôle de “carburant” pour les plantes. Quand sa concentration augmente, beaucoup d’espèces croissent plus vite et produisent davantage de graines.
Dans cette étude, l’augmentation du dioxyde de carbone, à elle seule, a fait grimper la production de graines jusqu’à 142 percent.
Mais le changement climatique ne se manifeste pas par un seul facteur isolé : la chaleur et la sécheresse l’accompagnent. Les températures élevées, prises seules, ont réduit le rendement de 91 %, tandis que la sécheresse l’a diminué de 60 %.
Le dioxyde de carbone a atténué une partie du stress lié à la sécheresse, car la plante pouvait en partie fermer ses stomates - de minuscules ouvertures sur les feuilles qui participent à la respiration et à la perte d’eau.
« Nous avons découvert que le CO₂ protège la plante contre les effets de la sécheresse », a déclaré Buckeridge.
Les graines ne suivent pas un scénario simple
Les chercheurs se sont concentrés sur la graine, puisqu’il s’agit du principal produit récolté.
Ils ont constaté que la plante ne se contentait pas d’additionner les effets de la chaleur, de la sécheresse et du dioxyde de carbone. La combinaison des facteurs a déclenché une réponse différente.
« C’est une étude très axée sur l’agriculture. Je m’attendais à ce que les trois facteurs de stress s’annulent, entraînant peu de changement dans la croissance de la plante. J’ai été surpris qu’elle pousse davantage avec les trois facteurs de stress », a expliqué Buckeridge.
« Cela signifie que la température et le CO₂ élevé contribuent à cet effet, puisque la sécheresse à elle seule amènerait la plante à produire moins. »
La baisse de l’amidon laisse penser que la plante a orienté le carbone capté vers les parois cellulaires, en fabriquant davantage de fibres plutôt qu’en stockant plus d’énergie dans la graine.
« Autrement dit, un niveau élevé de dioxyde de carbone provoque un écart par rapport au métabolisme normal de la graine. La sécheresse provoque un second écart, et la température un troisième », a indiqué Buckeridge.
« Quand nous combinons les trois, nous obtenons l’écart numéro quatre. Cela signifie que le processus n’est pas linéaire, ce qui constitue l’une des conclusions les plus importantes de nos derniers travaux publiés. »
Comment les chercheurs ont simulé le futur
L’équipe a utilisé des chambres à toit ouvert d’environ 1,58 à 1,71 m de haut (5.2 à 5.6 pieds). La concentration de dioxyde de carbone est passée d’environ 400 parts per million à 800 parts per million.
Les chercheurs ont aussi augmenté la température d’environ 5 °C (9 °F) et simulé une sécheresse en réduisant l’irrigation.
« Nous avons placé la plante sous un stress maximal, à la limite, avec une température plus élevée de 5 °C et deux fois plus de CO₂, en la forçant à réagir », a déclaré Buckeridge.
L’équipe a mobilisé l’intelligence artificielle et des modèles prédictifs pour estimer l’impact triple, car tester toutes les combinaisons possibles en conditions réelles exigerait davantage d’espace et d’équipements.
La suite pour les cultures
Les chercheurs veulent désormais identifier les gènes responsables de ces réponses au stress. L’objectif : aider la sélection variétale à obtenir des sojas qui maintiennent plus régulièrement leur teneur en protéines malgré des conditions climatiques plus difficiles.
« Avec ces connaissances, nous pourrons repenser la plante pour produire la même quantité de protéines tout en perdant moins d’amidon, par exemple », a affirmé Buckeridge.
« À terme, il sera possible de préparer la graine à une meilleure adaptation au changement climatique. »
D’autres cultures pourraient elles aussi réagir de manière complexe. L’équipe a déjà étudié la canne à sucre sous l’effet de deux pressions climatiques, et souhaite maintenant intégrer la chaleur dans de futurs modèles.
« Il est probable que d’autres espèces se comportent de manière similaire. Nous avons déjà mené l’expérience à double effet sur la canne à sucre. Maintenant, nous devons tester la température et lancer la simulation à l’aide de l’IA. »
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