Perdre ? Garder ses feuilles en automne ?

Sur la photographie ci-dessus, nous voyons deux arbres… Le pin, comme beaucoup de conifères avec leurs feuilles en forme d’aiguille, est un arbre persistant. Au contraire le bouleau est un arbre à feuilles caduques comme beaucoup de feuillus. Ses petites feuilles changent de couleur puis tombent en automne. Savez-vous pourquoi ? Avant d’aller plus loin, voyons en quoi le gel est dangereux pour les végétaux…

Les basses températures, un stress pour les végétaux

Des végétaux stressés ?

Quand on parle du stress chez les végétaux, on ne parle bien sûr pas d’un mode de vie trépidant, « métro boulot dodo », avec des inquiétudes pour le travail, les fins de mois, la vie de famille… Il s’agit ici de facteurs de l’environnement pouvant engendrer des blessures. Le stress dont il est question ici est celui des basses températures. Il inclut deux phénomènes : le froid et le gel.

Le froid

Le stress dû au froid est difficile à définir quantitativement. Est dite froide toute température assez froide pour blesser le végétal, mais pas assez pour le geler.

Ce froid agit à différents niveaux sur les cellules : les « briques » de base de tout être vivant. Les cellules sont délimitées par une membrane qu’on ne différencie pas toujours de la paroi. Et le matériel génétique est renfermé dans le noyau. Il y a d’autres constituants importants. Ainsi, dans les parties vertes, les chloroplastes sont les « usines » effectuant la photosynthèse, c’est-à-dire la fabrication de sucre grâce à l’énergie solaire. Enfin dans toutes les cellules, les mitochondries sont des « centrales » productrices d’énergie par des réactions de respiration cellulaire.

Il fait froid ? Parmi les blessures primaires, notons des phénomènes membranaires. Les membranes sont constituées en grande partie de lipides = de matière grasse. Avez-vous déjà placé de l’huile au réfrigérateur ? Elle fige. Plus ou moins selon l’huile. L’huile de coco devient dure même à 15-20°C. De même, les membranes cellulaires sont-elles sensibles aux changements de température. En cas de choc, la perméabilité membranaire augmente soudainement, engendrant la mort des cellules.

Mais la plupart des blessures sont indirectes, elles apparaissent lentement.

• L’enveloppe des chloroplastes devient plus perméable. De plus, quand il fait froid, il y a aussi moins de lumière et les jours sont courts. De ce fait, la photosynthèse diminue voire s’arrête. Les parties vertes ne produisant plus de sucre, il peut y avoir « famine ».
• De même, la perméabilité de l’enveloppe des mitochondries augmentant, la respiration cellulaire peut être interrompue. Les cellules vont manquer d’énergie. De plus, utilisant davantage les voies anaérobies, des toxines risquent de s’accumuler.

Enfin, les basses températures engendrent une dessication souvent létale : Il s’agit de blessures secondaires.

La résistance au froid des plantes

Les plantes sont des organismes poïkilothermes. Leur température interne suit étroitement celle de leur environnement. Toutefois, on peut observer une très légère atténuation des variations thermiques sur des structures volumineuses comme les bourgeons de châtaignier. Mais les écailles qui enveloppent les bourgeons ne constituent pas une barrière efficace contre les variations thermiques de longue durée.

Par conséquent, une résistance au froid ne peut être qu’une tolérance, et non un évitement. De même qu’une huile placée au froid va plus ou moins figer selon que vous prenez de l’huile de coco, de l’huile d’olive, de l’huile de colza…, de même les plantes tolèrent-elles plus ou moins le froid.

La résistance dépend de la plante, mais elle résulte aussi en grande partie du traitement qu’elle a subi au cours de sa croissance : Régime thermique et alimentaire, contact avec des substances chimiques…

• Les plantes toujours résistantes renferment des lipides membranaires dont la température de solidification est basse. Ces matières grasses contiennent des acides gras au degré d’insaturation élevé (avec plusieurs liaisons doubles).

• Les plantes sensibles qui souffrent d’un choc rapide au froid contiennent des lipides membranaires dont la température de solidification est relativement élevée. Ces matières grasses sont relativement saturées (elles contiennent peu voire pas de liaisons doubles). D’autres plantes sensibles souffrent de blessures indirectes, par exemple à cause des toxines accumulées qui augmentent la saturation des lipides membranaires. Ainsi, pour les phalaenopsis ci-dessous, une température de 10° est froide ! Quant au cacaoyer, il a froid quand il fait 15°…

• Enfin, certaines plantes supportent le froid mais sont sensibles au gel. Par exemple on peut cultiver certaines salades en hiver. Elles supportent le froid. Mais sans protection… La salade gelée…

Le gel

Que se passe-t-il quand de l’eau gèle ? Elle change de phase. Elle était liquide et devient solide, en augmentant de volume. Mettez une bouteille bien remplie d’eau au congélateur… l’augmentation de volume la fait éclater ! A plus petite échelle, le gel peut de même endommager les structures cellulaires. De plus, l’ADN, les lipides et les protéines peuvent être altérés par le gel. Les réactions chimiques ne peuvent plus se produire normalement dans les cellules. Enfin, les cellules peuvent manquer d’eau et d’air…

Les basses températures ont de nombreux effets létaux (mortels) sur les systèmes biologiques. Pourtant, on trouve des plantes dans l’Arctique. N’oublions pas que Groënland signifie « terre verte »… Les plantes ont développé des mécanismes de résistance aux basses températures. Les plantes annuelles passent la saison froide sous la forme de graines déshydratées en vie ralentie. Des plantes pérennes savent aussi survivre à très basses température, en protégeant elles aussi leurs tissus vitaux. Prenons l’exemple des conifères : pins, sapins, épicéas…

La résistance au gel des épicéas

A l’exception du mélèze, les conifères gardent leurs aiguilles en hiver. Ces feuilles à la forme particulière sont recouvertes d’une épaisse couche de « cire » qui les protège, notamment, contre le gel. Mais leur croissance est en arrêt durant l’hiver.

Jean Dereuddre a mené d’intéressantes expériences sur le refroidissement des bourgeons de rameaux d’épicéa (Physiologie végétale, 1978, 3, 469-489).

• Jusqu’à -15°C, les bourgeons d’épicéa résistent au gel par surfusion, c’est-à-dire en évitant la formation de glace intracellulaire. La déshydratation partielle abaisse la température limite de surfusion et la température de cristallisation. Elle permet de plus la résistance des bourgeons soumis à un refroidissement graduel à des températures inférieures à -15°C.
• La résistance des bourgeons est due à l’existence d’une migration d’eau vers les espaces présents entre les cellules des écailles.

Comme ceux d’épicéa, de nombreux bourgeons évitent – dans certaines limites – les dégâts du gel par surfusion.

Des antigels cellulaires

Dans votre voiture, vous ne mettez pas d’eau, vous utilisez par exemple un lave-glace qui contient de l’antigel ? Même principe chez les animaux et végétaux résistants. Chez les plantes, il s’agit essentiellement de sucres solubles. Ils protègent du gel tout en apportant une source d’énergie. Dans les arbres et buissons, le sucre est souvent du raffinose. Chez les herbacées, il y a souvent du saccharose (le sucre de table). De nombreuses études portent sur la nature et l’emplacement des sucres chez différents végétaux, en corrélation avec leur résistance au gel. D’autres molécules solubles protectrices peuvent aussi intervenir.

Enfin, des recherches s’intéressent aux cascades de réactions permettant aux végétaux de percevoir le froid et, en réponse, mettre en jeu certains gènes impliqués dans la résistance au gel.

La résistance aux basses températures n’est pas le seul facteur important. Dans les déserts froids, la résistance à la sécheresse est également fondamentale à la survie. Et dans de nombreux lieux, il existe d’importantes amplitudes thermiques, à l’échelle du jour ou de l’année, auxquelles les plantes doivent savoir répondre.

Des organes en dormance chez les feuillus

En automne, les plantes à feuilles caduques perdent leurs feuilles riches en eau et forment des bourgeons. Il s’agit de structures écailleuses protégeant les futures jeunes pousses.

Leur entrée en dormance contribue à leur résistance aux très basses températures. De même, les graines peuvent passer l’hiver dans un état de dormance. Cela signifie que, même si les conditions deviennent favorables, le bourgeon ne débourre pas, la graine ne germe pas.

->Vivaces au microscope

Quant à de nombreux chênes notamment, on dit qu’ils sont marcescents : les feuilles se sèchent sur l’arbre durant l’automne mais ne tombent que progressivement durant l’hiver.

Et les couleurs des feuilles en automne ?

J’évoquais plus haut la photosynthèse, cette réaction qui permet la fabrication de sucre dans les chloroplastes. Pour cela, il faut capter la lumière, grâce à des substances colorées appelées pigments.

Le pigment majeur est la chlorophylle, de couleur verte. C’est pourquoi au printemps et en été la plupart des feuilles et une partie des tiges sont vertes.

Septembre arrive (pour l’hémisphère Nord)… Les journées sont plus courtes. Les végétaux recevant moins de lumière effectuent de moins en moins la photosynthèse. La chlorophylle est progressivement détruite. Dès lors, on peut voir les autres pigments photosynthétiques contenus dans les feuilles :

• carotène (orange)
• xanthophylles (jaunes).

Autre réaction. Il n’y a plus de chlorophylle protectrice. Et il y a le froid automnal, stressant pour les végétaux. Par conséquent, les feuilles accumulent des tannins :

• anthocyanes (rouges)
• flavonoïdes (jaunes).

Quand les feuilles meurent, ces tannins s’oxydent. Dès lors, les feuilles deviennent brunes.