Introduction
La plupart des gens se concentrent sur la photosynthèse quand ils pensent aux plantes. Mais ce guide complet sur la respiration des plantes couvre son partenaire souvent négligé. Les scientifiques publient 3 articles sur la photosynthèse pour 1 seul sur la respiration des plantes. Cette lacune a laissé les jardiniers dans l'ignorance sur la façon dont leurs plantes produisent leur énergie jour et nuit.
J'ai enseigné la biologie végétale pendant des années avant de réaliser à quel point les gens connaissent mal la respiration cellulaire. Ils apprennent que les plantes produisent de l'oxygène et pensent que cela raconte toute l'histoire. La vérité est que la respiration des plantes libère environ 60 pétagrammes de carbone chaque année. Ce chiffre est 6 fois supérieur à toutes les émissions humaines réunies. J'ai été stupéfait quand j'ai lu ces données pour la première fois dans une revue scientifique.
Qu'est-ce qui distingue ce processus de la photosynthèse ? La photosynthèse ne fonctionne que lorsque la lumière atteint les feuilles. Mais la respiration fonctionne 24 heures sur 24 dans chaque cellule vivante. Vos plantes d'intérieur respirent pendant que vous dormez. Vos légumes du jardin brûlent du carburant toute la nuit. Ce métabolisme énergétique végétal constant alimente la croissance même quand le soleil se couche.
Ce guide décompose le processus en trois étapes claires qui se produisent à l'intérieur de chaque cellule. Vous apprendrez comment les plantes convertissent le glucose en énergie utilisable. Les trois étapes sont la glycolyse, le cycle de Krebs et la chaîne de transport des électrons. Vous verrez aussi où cela se passe et pourquoi c'est important pour votre jardin. Ces bases vous aident à faire de meilleurs choix concernant l'arrosage, l'entretien du sol et le contrôle de la température.
Les 3 étapes de la respiration végétale
Pensez à la respiration des plantes comme une usine avec 3 postes sur une chaîne de montage. Chaque poste prend le produit du précédent et ajoute de la valeur. Le glucose entre au début. La production d'ATP se fait à chaque étape. Les trois étapes sont la glycolyse, le cycle de Krebs et la chaîne de transport des électrons.
La glycolyse se produit d'abord dans le liquide cellulaire en dehors des mitochondries. Cette étape divise un glucose en deux morceaux plus petits appelés pyruvate. Le processus produit 2 molécules d'ATP. Il libère aussi des électrons à haute énergie. Ces électrons sont transmis pour alimenter les étapes suivantes. La glycolyse fonctionne avec ou sans oxygène.
Le cycle de Krebs prend le relais à l'intérieur des mitochondries. Vous l'entendrez peut-être aussi appeler cycle de l'acide citrique. Ici, le pyruvate se décompose davantage et libère du dioxyde de carbone comme déchet. Cette étape capture plus d'électrons et produit 2 ATP supplémentaires. La majeure partie de l'énergie reste encore dans ces électrons capturés en attendant l'étape finale.
La chaîne de transport des électrons termine le travail sur la membrane interne des mitochondries. Les électrons circulent à travers des protéines qui agissent comme de petites roues à eau. Votre professeur appellera peut-être cette étape phosphorylation oxydative, mais vous pouvez simplement la considérer comme le grand gain énergétique. La majeure partie des 23 à 24 ATP provient de cette étape finale. L'oxygène récupère les électrons usés à la fin et les transforme en eau.
La plupart des manuels affirment encore que les cellules produisent 36 à 38 ATP par glucose. La recherche moderne montre que le vrai chiffre est plus proche de 27 à 28 ATP. Les plantes peuvent aussi utiliser une voie alternative qui réduit le rendement de 15 % à 31 % supplémentaires. Cette voie aide les plantes à gérer le stress mais leur coûte de l'énergie. J'ai enseigné les anciens chiffres pendant des années avant que la recherche mise à jour ne soit publiée.
Respiration aérobie vs anaérobie
Vos plantes peuvent respirer de deux façons différentes selon leur environnement. La respiration aérobie est comme manger un repas complet qui tire le maximum d'énergie de votre nourriture. La respiration anaérobie ressemble plutôt à un en-cas rapide qui gaspille la plupart des nutriments. La différence clé est la disponibilité en oxygène dans le sol autour des racines de votre plante.
J'ai un jour trop arrosé une rangée de tomates jusqu'à ce que les racines restent dans un sol détrempé pendant des jours. Les plantes ont jauni et s'affaiblissaient même si elles avaient beaucoup d'eau. Un sol gorgé d'eau n'a presque pas d'oxygène pour les racines. Mes tomates sont passées à la voie anaérobie et manquaient d'énergie. Cette erreur m'a appris pourquoi l'efficacité énergétique des plantes est si importante.
La fermentation chez les plantes fonctionne comme un système de secours quand l'oxygène manque. Les cellules de votre plante produisent de l'éthanol pendant ce processus au lieu des déchets normaux. Certaines plantes se sont adaptées pour survivre aux inondations en utilisant cette voie pendant de courtes périodes. Le riz supporte mieux les racines humides que la plupart des légumes que vous cultivez dans votre jardin. Mais même le riz ne peut pas fonctionner uniquement par fermentation trop longtemps.
Comment les plantes échangent les gaz
Vos poumons pompent l'air pour respirer. Les plantes fonctionnent de manière très différente. L'échange gazeux chez les plantes se fait par diffusion passive à travers de minuscules ouvertures et des parois cellulaires fines. Cela signifie que la surface et les niveaux d'humidité comptent beaucoup pour la capacité de vos plantes à absorber l'oxygène et libérer le dioxyde de carbone.
Des recherches du US Forest Service montrent qu'environ la moitié de la respiration totale des plantes provient des feuilles. Le reste se produit dans les tiges, les racines et les autres tissus vivants. Chaque partie de votre plante a sa propre façon d'obtenir les gaz dont elle a besoin pour maintenir la respiration. Les cellules de garde sur les feuilles contrôlent l'ouverture et la fermeture des stomates selon la lumière, l'humidité et les niveaux d'eau dans la plante.
Stomates sur les surfaces foliaires
- Localisation : Situés principalement sur la face inférieure des feuilles, certaines espèces ayant aussi des stomates sur la face supérieure.
- Fonction : Ces pores microscopiques permettent au dioxyde de carbone d'entrer pour la photosynthèse et à l'oxygène de sortir pendant la respiration, tout en libérant de la vapeur d'eau.
- Régulation : Les cellules de garde entourant chaque stomate s'ouvrent et se ferment selon la lumière, l'humidité et les niveaux de dioxyde de carbone, contrôlant le moment de l'échange gazeux.
- Densité : Une seule feuille peut contenir des milliers de stomates par centimètre carré, maximisant la surface d'échange gazeux.
Lenticelles sur les tiges et l'écorce
- Localisation : Situées sur les tiges ligneuses, les branches et l'écorce des arbres et arbustes où la couche externe empêche la diffusion des gaz.
- Structure : Ces taches liégeuses surélevées contiennent des cellules peu compactes avec des espaces d'air entre elles, permettant aux gaz de passer.
- Fonction : Permettent à l'oxygène d'atteindre les tissus vivants sous l'écorce pour la respiration tout en laissant le dioxyde de carbone s'échapper.
- Apparence : Souvent visibles comme de petits points, lignes ou zones rugueuses sur la surface de l'écorce de nombreuses espèces d'arbres.
Poils absorbants et aération du sol
- Localisation : Fines extensions en forme de poils des cellules épidermiques des racines qui s'étendent dans les espaces d'air du sol entre les particules.
- Source de gaz : Les racines absorbent l'oxygène dissous dans l'eau du sol et des poches d'air piégées entre les particules du sol.
- Importance : Les sols gorgés d'eau ou compactés manquent d'oxygène adéquat, forçant les racines à une respiration anaérobie inefficace.
- Lien avec le jardinage : Cela explique pourquoi un sol bien drainé et éviter l'excès d'arrosage sont essentiels pour une respiration racinaire saine.
Échange direct des cellules épidermiques
- Localisation : La couche externe de cellules recouvrant les jeunes tiges, racines et autres parties non ligneuses de la plante.
- Mécanisme : Chez les plantes herbacées et les tissus jeunes, les gaz peuvent diffuser directement à travers les parois cellulaires fines et les membranes.
- Limitation : À mesure que les tissus mûrissent et développent des couches protectrices plus épaisses, des structures spécialisées comme les lenticelles deviennent nécessaires.
- Rôle : Fournit un échange gazeux supplémentaire en plus des stomates et lenticelles dans les parties appropriées de la plante.
J'ai appris la respiration des racines à mes dépens quand j'ai tassé le sol trop fort autour d'un nouvel arbuste. Les racines ne pouvaient pas obtenir assez d'oxygène à travers la terre dense. Vos plantes ont besoin d'un sol meuble et aéré pour que la respiration dans les feuilles et la respiration dans les racines fonctionnent bien toutes les deux. Les stomates et les lenticelles s'occupent des parties aériennes tandis que les poils absorbants font le travail en dessous.
Pourquoi la respiration est importante pour la croissance
Pensez à la respiration comme le paiement de la facture d'électricité de l'usine de votre plante. La photosynthèse construit du glucose à partir de la lumière solaire et de l'air. Mais votre plante doit dépenser une partie de ce glucose juste pour garder les lumières allumées et les machines en marche. L'importance de la respiration se manifeste dans chaque aspect de la croissance et de la survie de vos plantes.
Voici un chiffre qui m'a surpris quand j'ai lu la recherche pour la première fois. Les plantes renvoient environ 50 % du carbone qu'elles fixent par photosynthèse directement par la respiration. Cela semble être beaucoup de gaspillage. Mais cette énergie aide votre plante à grandir et à prendre du poids. Cette croissance s'appelle l'accumulation de biomasse. Elle aide aussi à l'absorption des nutriments et alimente la réponse au stress. Sans elle, votre plante ne pourrait pas ajouter de nouvelles cellules ni combattre les maladies.
Les jeunes tissus en croissance ont besoin de beaucoup plus d'énergie que les parties matures de votre plante. Une plantule ou une nouvelle pousse a des cellules qui se divisent et s'étendent rapidement. Chaque nouvelle cellule a besoin d'ATP pour construire ses parois, copier l'ADN et fabriquer des protéines. C'est pourquoi la respiration de croissance végétale tourne à plein régime au printemps quand tout se réveille. Les feuilles matures qui ont cessé de croître ont besoin de moins d'énergie pour l'entretien de base.
Je me demandais autrefois pourquoi mes plants repiqués flétrissaient et souffraient pendant des semaines après les avoir déplacés. Maintenant je connais la réponse. Quand vous déterrez une plante, vous endommagez beaucoup de ses racines. La plante doit regénérer ces racines rapidement, ce qui demande une énorme poussée d'énergie. Mais avec moins de racines, la plante ne peut pas absorber autant d'eau ni de nutriments. Cette crise énergétique est ce qu'on appelle le choc de transplantation.
Vous pouvez aider vos plantes en sachant quand les besoins en respiration augmentent. Le stress hydrique, les canicules et les attaques de ravageurs déclenchent tous des besoins élevés de réponse au stress. Votre plante brûle du glucose rapidement pour réparer les dégâts et s'adapter aux nouvelles conditions. Les plantes saines avec de bonnes réserves d'énergie gèrent ces défis mieux que celles stressées ou affamées.
Facteurs qui affectent le taux de respiration
De nombreux facteurs affectant la respiration des plantes contrôlent la vitesse à laquelle vos plantes consomment de l'énergie. Certains viennent de l'intérieur de la plante elle-même. D'autres dépendent du monde qui l'entoure. Ces facteurs aident à expliquer pourquoi les plantes se comportent comme elles le font.
Le lien entre température et respiration suit une règle appelée Q10. Le taux de respiration de votre plante double environ tous les 10°C d'augmentation dans la plage normale. Cela explique pourquoi les produits se gâtent plus vite pendant la chaleur estivale. Le froid ralentit ce processus dans votre réfrigérateur. Je garde cette règle à l'esprit quand je récolte des tomates les jours chauds. Je les mets à l'ombre fraîche rapidement pour ralentir leur consommation d'énergie.
Effets de la température
- Réponse Q10 : Le taux de respiration double environ tous les 10°C d'augmentation dans la plage optimale pour cette espèce végétale.
- Limite supérieure : Les températures très élevées dégradent les enzymes respiratoires, causant une chute rapide de la respiration et pouvant tuer les tissus végétaux.
- Conservation au froid : Les basses températures ralentissent considérablement la respiration, c'est pourquoi la réfrigération prolonge la durée de conservation des fruits et légumes récoltés.
- Usage pratique : Cette relation aide les jardiniers à prévoir les besoins accrus en eau et nutriments pendant les périodes chaudes.
Disponibilité en oxygène
- Conditions normales : Un oxygène suffisant dans le sol et l'air permet à la respiration aérobie efficace de se produire, générant un maximum d'énergie ATP.
- Sol gorgé d'eau : Quand les pores du sol se remplissent d'eau, l'oxygène ne peut pas atteindre les racines, forçant le passage à une respiration anaérobie inefficace.
- Dommages aux racines : Une perte d'oxygène prolongée entraîne la mort des racines car les cellules ne peuvent pas produire assez d'énergie pour les fonctions de survie.
- Solutions d'aération : Les plates-bandes surélevées, un bon drainage et éviter le compactage du sol aident tous à maintenir un oxygène adéquat dans la zone racinaire.
Disponibilité du substrat
- Apport en glucose : Les plantes ont besoin de glucides produits par la photosynthèse comme carburant pour la respiration, donc les plantes ombragées ou stressées peuvent en manquer.
- Réponse à la famine : Sans substrat adéquat, les plantes ne peuvent pas maintenir les taux de respiration nécessaires aux fonctions de croissance et de réparation.
- Réserves de stockage : Les racines, tubercules et graines stockent de l'amidon qui peut se transformer en glucose pendant la germination ou les périodes de faible photosynthèse.
- Conseil pratique : Assurer une lumière adéquate pour la photosynthèse soutient la respiration nécessaire à une croissance saine.
Âge de la plante et type de tissu
- Tissus en croissance : Les jeunes feuilles et les fruits en développement ont des taux de respiration beaucoup plus élevés que les tissus matures.
- Entretien vs croissance : Les tissus matures ont besoin d'énergie pour l'entretien de base, tandis que les tissus en croissance active nécessitent de l'énergie supplémentaire pour la division et l'expansion cellulaires.
- Changements saisonniers : Les besoins en respiration culminent pendant les périodes de croissance active et diminuent pendant la dormance chez les plantes vivaces.
- Germination des graines : Les graines montrent de fortes augmentations de respiration quand elles sortent de dormance et commencent une croissance active.
Deux autres facteurs ressortent de mes années de jardinage. La disponibilité en oxygène dans votre sol décide si les racines peuvent bien respirer. Votre plante a aussi besoin de disponibilité en substrat, qui est juste un terme technique pour avoir assez de carburant glucose. La sécheresse coupe l'approvisionnement en glucose tandis que l'inondation coupe l'oxygène. Gardez votre sol humide mais pas détrempé pour le meilleur taux de respiration.
Respiration et changement climatique
La respiration des plantes joue un rôle énorme dans le cycle global du carbone auquel la plupart des gens ne pensent jamais. Les plantes libèrent environ 60 pétagrammes de carbone chaque année. C'est ce qu'on appelle la libération de carbone par respiration. Ce chiffre est environ 6 fois supérieur à toutes les émissions humaines. Cela fait du budget carbone des écosystèmes une pièce clé du puzzle du changement climatique.
J'ai découvert ces chiffres pour la première fois dans un article de recherche. Ils ont changé ma façon de penser à mon jardin. L'échange total de carbone atteint environ 120 gigatonnes par an. Ce chiffre inclut à la fois l'expiration et l'absorption du carbone. Les cultures seules ajoutent environ 8 gigatonnes de CO2 chaque année. Ce sont de gros chiffres qui s'accumulent rapidement.
Voici où le changement climatique crée une boucle de rétroaction. Les températures plus élevées accélèrent les taux de respiration comme nous l'avons vu avec la règle Q10. Si la planète se réchauffe, les plantes respirent plus vite et libèrent plus de carbone. Ce carbone supplémentaire peut piéger plus de chaleur, ce qui réchauffe encore plus la planète. Les scientifiques craignent que cela puisse aggraver le changement climatique au-delà des prédictions des modèles actuels.
Des recherches de PMC montrent autre chose qui a surpris les experts. Beaucoup pensaient que les plantes respireraient moins quand elles sont cultivées dans des conditions de CO2 élevé. Mais les données montrent que les taux de respiration restent à peu près les mêmes même avec plus de CO2 dans l'air. Cela signifie que nous ne pouvons pas compter sur les plantes pour ralentir leur libération de carbone à mesure que les niveaux de CO2 augmentent.
Qu'est-ce que cela signifie pour vous en tant que jardinier ? Vos plantes font partie de ce système mondial. Les plantes saines qui poussent bien absorbent plus de carbone par la photosynthèse qu'elles n'en libèrent par la respiration. Mais les plantes stressées ou mourantes peuvent devenir des sources nettes de carbone. De bonnes pratiques de jardinage aident à maintenir votre petit morceau du budget carbone de l'écosystème du côté positif.
5 mythes courants
Les plantes ne produisent que de l'oxygène et ne libèrent jamais de dioxyde de carbone dans l'atmosphère autour d'elles.
Les plantes libèrent du CO2 en continu par la respiration 24 heures sur 24. Pendant la journée, la photosynthèse dépasse la respiration, créant une production nette d'oxygène.
Dormir près de plantes la nuit est dangereux parce qu'elles consomment tout l'oxygène de la pièce.
La quantité d'oxygène qu'une plante d'intérieur utilise pendant la nuit est négligeable par rapport au volume d'air de la pièce. Une seule personne utilise bien plus d'oxygène que des dizaines de plantes.
La respiration des plantes produit exactement 36 à 38 molécules d'ATP à partir de chaque molécule de glucose consommée.
La recherche moderne évaluée par des pairs montre que le rendement réel en ATP est de 27-28 par molécule de glucose, significativement inférieur aux valeurs obsolètes des manuels.
La respiration ne se produit que dans les feuilles où les stomates permettent l'échange gazeux avec l'environnement.
La respiration se produit dans toutes les cellules végétales vivantes, y compris les racines, les tiges, les fleurs et les fruits. Chaque tissu possède des structures adaptées pour l'échange gazeux.
La photosynthèse et la respiration sont des processus opposés qui s'annulent complètement.
Bien que chimiquement opposées, les plantes saines fixent plus de carbone par la photosynthèse qu'elles n'en libèrent par la respiration, permettant la croissance et l'accumulation de biomasse.
Conclusion
La respiration des plantes fonctionne 24 heures sur 24 dans chaque cellule vivante. Le processus de respiration végétale décompose le glucose en trois étapes. Cela produit 27 à 28 molécules d'ATP d'énergie. Chaque cellule de votre plante dépend de ce carburant pour rester en vie et accomplir sa fonction.
La photosynthèse reçoit la plupart de l'attention. Mais la respiration mérite autant de reconnaissance de votre part. Vos plantes ont besoin des deux pour prospérer. L'une construit la nourriture tandis que l'autre la brûle pour alimenter la croissance. Sans respiration, vos graines ne germeraient jamais. Vos fleurs ne fleuriraient jamais. J'y pense chaque fois que je me promène dans mon jardin.
Les leçons pratiques de ce guide peuvent vous aider à cultiver de meilleures plantes. Gardez votre sol meuble pour que les racines puissent respirer. Surveillez votre arrosage pour éviter de noyer ces racines dans un sol détrempé. Mettez les produits récoltés au stockage au frais rapidement pour ralentir la respiration et les garder frais. Accordez un soin supplémentaire aux plants repiqués pendant qu'ils reconstruisent leur système racinaire.
Tout le métabolisme énergétique végétal que vous avez lu aujourd'hui est le moteur caché derrière votre jardin. De la première pousse verte à la dernière tomate, la respiration des plantes rend tout cela possible. Utilisez ces conseils pour une croissance saine des plantes dans votre jardin dès aujourd'hui.
Sources externes
Questions fréquemment posées
Qu'est-ce que la respiration chez les plantes ?
La respiration des plantes est le processus biochimique par lequel les plantes convertissent le glucose et l'oxygène en énergie ATP, libérant du dioxyde de carbone et de l'eau comme sous-produits.
Comment les plantes respirent-elles sans poumons ?
Les plantes échangent les gaz par des structures spécialisées :
- Stomates (petits pores sur les feuilles)
- Lenticelles (pores sur les tiges et l'écorce)
- Poils absorbants (absorbent l'oxygène des espaces d'air du sol)
Les plantes respirent-elles la nuit ?
Oui, les plantes respirent en continu 24 heures sur 24. La nuit, la respiration continue tandis que la photosynthèse s'arrête, faisant des plantes des producteurs nets de CO2 dans l'obscurité.
Quelle est la différence entre la respiration et la photosynthèse ?
Différences clés entre les deux processus :
- La photosynthèse construit du glucose en utilisant l'énergie lumineuse ; la respiration le décompose
- La photosynthèse absorbe le CO2 et libère l'O2 ; la respiration fait l'inverse
- La photosynthèse ne se produit qu'en présence de lumière ; la respiration se produit 24 heures sur 24
Pourquoi les plantes ont-elles besoin d'oxygène ?
Les plantes ont besoin d'oxygène pour la respiration aérobie, qui extrait le maximum d'énergie (27-28 ATP) du glucose dans les mitochondries.
Quels facteurs affectent les taux de respiration des plantes ?
Plusieurs facteurs influencent les taux de respiration :
- La température (les températures plus élevées augmentent le taux jusqu'à un certain point)
- La disponibilité en oxygène dans les racines et les tissus
- La disponibilité en substrat (glucose)
- L'âge de la plante et le stade de croissance
- Le stress hydrique et les conditions environnementales
Les plantes peuvent-elles réduire les niveaux de dioxyde de carbone en intérieur ?
Les plantes absorbent plus de dioxyde de carbone qu'elles n'en libèrent pendant la journée grâce à la photosynthèse, mais la nuit elles en libèrent. Globalement, les plantes saines dans des conditions lumineuses fournissent une réduction nette.
Quels sont les types de respiration des plantes ?
Les plantes utilisent différentes voies de respiration :
- Respiration aérobie (avec oxygène, produit 27-28 ATP)
- Respiration anaérobie/fermentation (sans oxygène, produit 2 ATP)
- Photorespiration (dépendante de la lumière, se produit parallèlement à la photosynthèse)
Quel est le lien entre la respiration et le changement climatique ?
Les plantes libèrent 60 pétagrammes de carbone annuellement par la respiration. L'augmentation des températures peut accroître les taux de respiration, affectant potentiellement l'équilibre carbone mondial.
Pourquoi les jardiniers se soucient-ils de la respiration ?
Les jardiniers bénéficient de la compréhension de la respiration car :
- La température affecte la croissance et l'efficacité énergétique
- Les racines gorgées d'eau ne peuvent pas respirer correctement
- Le stockage après récolte nécessite une gestion de la respiration
- La taille et le repiquage augmentent les besoins en respiration
