High temperature during anthesis affects the salinity tolerance of quinoa under field conditions

Dans les paysages arides du Moyen-Orient et de l'Asie centrale, où le sol est souvent salin et l'air sec, les agriculteurs sont confrontés à un choix difficile : cultiver de la nourriture ou laisser la terre en jachère. Pendant des décennies, le monde s'est appuyé sur une poignée de cultures de base comme le blé et le riz pour nourrir sa population, mais ces plantes sont fragiles lorsque le sol est salé ou que l'air est trop chaud. Alors que le climat change et que les températures augmentent, la recherche d'une alternative résiliente s'est tournée vers une humble graine des Andes : le quinoa. Cette plante n'est pas seulement une source de protéines et de nutriments ; c'est une survivante. Elle prospère dans des conditions difficiles là où d'autres cultures échouent, supportant un sol salé qui tuerait un champ de blé. Les scientifiques savent depuis longtemps que le quinoa peut supporter le sel, mais ils ont eu du mal à prédire exactement quelle quantité il peut en absorber dans le monde réel, surtout lorsque la météo se retourne contre lui. La question n'est plus seulement de savoir si le quinoa peut pousser dans un sol salé, mais s'il peut survivre au double choc du sel et de la chaleur extrême, une combinaison qui devient de plus en plus courante dans les régions où cette culture est le plus nécessaire.

Pour répondre à cela, des chercheurs en Iran se sont donné pour mission de tester cinq variétés différentes de quinoa dans des conditions réelles de plein champ sur deux années consécutives. Ils ont planté les graines dans un sol de limon sableux sur le plateau central, une région connue pour son climat exigeant. L'équipe a créé un environnement contrôlé où elle pouvait manipuler la salinité de l'eau utilisée pour l'irrigation, testant des niveaux allant de l'eau douce à une eau aussi salée que l'océan. Ils ont fait pousser les plantes pendant deux saisons complètes, 2017 et 2018, pour voir comment les cultures se comporteraient. La première année était relativement clémente, mais la seconde apporta une surprise : une période de chaleur intense durant la période la plus critique pour les plantes, lorsqu'elles étaient en pleine floraison et remplissaient leurs graines de grains. Cette variation naturelle a permis aux scientifiques de comparer la réaction des mêmes plantes au sel lors d'une année normale par rapport à une année de forte chaleur.

Les résultats ont brossé un tableau clair des limites de la plante. Lors de l'année plus fraîche de 2017, le quinoa s'est bien comporté, produisant une récolte saine même dans un sol modérément salé. Les plantes ont poussé haut, leurs graines étaient lourdes et elles ont produit un rendement significatif de grains. Cependant, l'histoire a radicalement changé en 2018. Lorsque les températures élevées ont frappé pendant la phase de floraison, la capacité des plantes à produire des graines s'est effondrée. Le rendement moyen en graines est passé de près de 400 grammes par mètre carré la première année à moins de 76 grammes par mètre carré la seconde. La chaleur n'a pas seulement réduit la quantité de grain ; elle a modifié les priorités de la plante. Au lieu de consacrer de l'énergie à la production de graines, les plantes se sont concentrées sur la croissance des feuilles et des tiges, ce qui a entraîné une grande quantité de paille mais très peu de récolte. Les graines qui se sont formées étaient plus petites et plus légères, et les plantes sont devenues beaucoup plus sensibles au sel du sol.

Ce que les chercheurs ont découvert, c'est que le stress thermique a fondamentalement altéré la façon dont le quinoa gère le sel. Lors de l'année plus fraîche, les plantes pouvaient tolérer des niveaux élevés de salinité, certaines variétés produisant de bons rendements même lorsque le sol était assez salé. Mais quand la chaleur est arrivée, la dynamique de tolérance des plantes a changé. La valeur seuil à laquelle le rendement commence à décliner a montré des résultats mitigés sous le stress thermique ; pour certains génotypes comme Sadoq, le seuil a augmenté, tandis que pour d'autres comme NSRCQE, il a diminué. Cependant, la pente du déclin du rendement est devenue beaucoup plus raide de manière généralisée ; pour chaque unité de sel ajoutée au-delà du seuil, le rendement a chuté beaucoup plus rapidement lors de l'année chaude que lors de l'année fraîche. Essentiellement, bien que le point de départ du stress varie selon la variété, les dommages infligés par le sel sont devenus bien plus sévères une fois ce point atteint, rendant les plantes beaucoup plus fragiles globalement. L'étude a montré que la sensibilité du quinoa à la salinité augmentait considérablement lorsqu'elle était combinée au stress thermique, particulièrement durant les périodes de floraison et de remplissage des graines.

L'expérience a également mis en évidence que toutes les variétés de quinoa ne se valent pas. Certaines lignées, comme celle nommée Sadoq, ont montré une plus grande capacité à produire des graines au cours des deux années, bien que même cette variété résiliente ait subi une chute massive de rendement lors de l'année chaude. D'autres variétés étaient moins constantes, certaines performant bien une année et mal la suivante. Les chercheurs ont observé que la capacité des plantes à produire de grosses graines était particulièrement vulnérable à la chaleur, le pourcentage de grosses graines ayant chuté de près d'un quart lors de l'année chaude. Cette incohérence suggère que planter simplement du quinoa dans des régions salines n'est pas une solution garantie. Le moment de la plantation et la composition génétique spécifique de la graine comptent tout autant que les conditions du sol.

Les conclusions offrent une leçon de sobriété pour l'agriculture dans un monde qui se réchauffe. Bien que le quinoa reste une culture prometteuse pour les sols salins, son succès n'est pas absolu. Ce n'est pas une solution miracle capable d'ignorer la météo. L'étude démontre que les températures élevées durant la phase de floraison peuvent perturber le processus de reproduction de la plante, provoant l'avortement des graines ou la production de graines minuscules et légères. Cette perturbation survient parce que la chaleur interfère avec la pollinisation, un processus qui repose sur des plages de températures spécifiques. Lorsque l'air est trop chaud, la capacité de la plante à transformer la lumière du soleil et les nutriments en grain est compromise, et le sel dans le sol devient un facteur beaucoup plus dommageable. Les chercheurs ont conclu que pour faire du quinoa une source de nourriture fiable dans ces environnements difficiles, les agriculteurs et les sélectionneurs doivent se concentrer sur la sélection de variétés moins sensibles à la chaleur lors de la floraison et doivent ajuster les dates de plantation pour éviter les périodes les plus chaudes de la saison. Sans ces ajustements, la promesse du quinoa en tant que culture résiliente au climat pourrait rester inaboutie dans les régions qui en ont le plus besoin.