Résumé

Comment la photosynthèse du blé est-elle affectée par l’ozone ?
Stéphanie Lebard et Jean François Castell.
Unité Environnement et Grandes Cultures INRA - INA PG. 78850 Thiverval Grignon.
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1) Que sait-on des effets de l’ozone sur le fonctionnement et les rendements du blé ?
Le blé est une plante d’intérêt agronomique dont la sensibilité à l’ozone est bien
démontrée (Krupa et al., 1994). Les principaux effets sont des réductions de la photosynthèse
et accélérations de la sénescence. L’importance de la culture du blé en Ile de France (40% des
surfaces cultivées) et les concentrations élevées en ozone pendant sa période de croissance
font qu’un intérêt particulier est porté sur l’estimation des pertes de rendement que ce polluant
entraîne. Actuellement, celles-ci sont faites grâces à des modèles empiriques qui corrèlent
rendement et concentrations en ozone (relation de Fuhrer, 1994). Ils montrent que les pertes
de rendement peuvent s’élever jusqu’à 25% dans le sud-ouest de l’Ile de France (Castell et
Lebard 2003). Cependant ces modèles ont été établis à partir de mesures effectuées dans
d’autres contextes environnementaux et sur d’autres variétés que celles utilisées dans cette
région. De plus cette approche est de plus de plus en plus critiquée car elle ne rend pas compte
des réponses physiologiques des plantes ni des processus physico-chimiques qui contrôlent la
quantité de polluant effectivement absorbée par les feuilles.
2) Peut-on proposer de nouveaux outils d’estimation des impacts fondés sur une
approche physiologique, prenant notamment en compte les effets sur la photosynthèse ?
L’idéal serait de passer à une modélisation mécaniste intégrant les effets de l’ozone sur
les principaux processus physiologiques qui entrent en jeu dans la production des grains. Le
modèle photosynthétique de Farquhar se prête bien à ce genre d’approche pour dans un
premier temps intégrer les effets de l’ozone à l’échelle foliaire. Nous avons ainsi réalisé des
expériences en chambre climatisée avec exposition du blé à 100ppb pendant 3, 5 ou 8 jours, 6
heures par jour. Ces expériences ont été réalisées sur les 3 dernières feuilles apparues (celles
qui contribuent principalement au remplissage des grains) et récemment ligulées (adultes mais
non sénescentes).
Principe du modèle de Farquhar.
C’est un modèle mécaniste qui intègre les principaux processus biochimiques du métabolisme
des plantes en C3. Il permet d’estimer l’assimilation du carbone à l’échelle foliaire en partant
de l’hypothèse qu’elle peut être limitée :
- soit par la capacité de la Rubisco à fixer le CO2 sur le RuBP ( paramètre Vcmax).
- soit par la lumière qui rend le RuBP limitant (paramètre Jmax).
- soit dans les cas extrêmes de lumière et CO2 non limitants par une limitation par la capacité
d’utilisation des trioses phosphates (paramètre VTPU).
Résultats : mise en évidence des relations doses d’ozone absorbées / impact sur les principaux
paramètres photosynthétiques.
Au bout de 5 jours d’exposition à l’ozone nous observons un impact sur la capacité
photosynthétique des feuilles. Nous avons ainsi déterminé chez la feuille 1 entre 13 et 15 %
de réductions de l’assimilation (fortes valeurs de CO2). Ces réductions de photosynthèse sont
dues aux actions de l’ozone sur Vcmax, Jmax et VTPU. Ainsi la valeur de ces paramètres
diminue à mesure que les doses d’ozone absorbées augmentent avec une réponse à tendance
asymptotique. Les rapports Jmax/Vcmax semblent ne pas être sensibles à l’ozone.
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Figure 1: Effets de l’ozone sur la photosynthèse maximale de la feuille drapeau
(A = assimilation du CO2, Ci = concentration interne en CO2).
Ces réductions de photosynthèse sont dues aux actions de l’ozone sur Vcmax, Jmax et VTPU.
Ainsi la valeur de ces paramètres diminue à mesure que les doses d’ozone absorbées
augmentent avec une réponse à tendance asymptotique. Les rapports Jmax/Vcmax ne sont pas
sensibles à l’ozone.
Figure 2: Impacts de l’ozone sur Vcmax, Jmax et VTPU
3) Conclusion et perspectives.
Les effets de l’ozone à des doses proches de celles observées en Ile de France ne sont
pas négligeables. Les trois principaux paramètres du modèle de Farquhar sont affectés par le
polluant. Après d’autres expériences de validation, ce modèle sera intégré dans un modèle
d’estimation de la production à l’échelle du couvert.
Références
Castell, J.F. et Lebard, S. (2003). « Estimation des impacts potentiels de la pollution par
l’ozone sur le rendement du blé en Ile de France.” Pollution atmosphérique (sous presse)
Fuhrer, J., A. Egger, et al. (1989). "Effects of ozone on the yield of spring wheat (Triticum
aestivum L. cv. Albis) grown in open-top field chambers." Environmental Pollution 60 (273289).
Krupa, S. V., M. Nosal, et al. (1994). "Ambient ozone and crop loss : establishing a causeeffect relationship." Environmental Pollution 83 (239-276).
Farquhar, G.D., von Caemmerer, S. and Berry, J.A. (1980). “ A biochemical model of
photosynthetic CO2 assimilation in leaves of C3 species”. Planta, 149 (78_90).
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