L'effet de la pollution de l'air sur les plantes
La pollution de l'air, tout comme sur les humains, a aussi des effets nocifs sur les plantes. Les différents gaz toxiques libérés dans l'atmosphère provoquent des réactions chimiques nocives. La combustion d'hydrocarbures dans les moteurs des véhicules automobiles produit du CO2, du CO, du SO2 (dioxyde de soufre), du NOx (NO[monoxyde d'azote]) et du NO2 dans des proportions variables - et du C2H4 (éthylène), ainsi que divers autres hydrocarbures.
Le SO2 supplémentaire provient de la combustion domestique et industrielle de combustible. Les installations industrielles, comme les usines chimiques et les fonderies de métaux, rejettent dans l'atmosphère du SO2, du H2S, du NO2 et du HF (fluorure d'hydrogène). De hautes cheminées peuvent être utilisées pour transporter les gaz et les particules à haute altitude et éviter ainsi la pollution locale, mais les polluants reviennent sur Terre, parfois à des centaines de kilomètres de leur source initiale.
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Des gaz polluants nocifs pour la végétation
L'ozone (O3) et le nitrate de peroxyacétyle (PAN) produits dans ces réactions complexes peuvent devenir nocifs pour les plantes et les autres formes de vie, selon la concentration et la durée de l'exposition. Le peroxyde d'hydrogène, une autre molécule potentiellement nuisible, peut se former par la réaction entre l'O3 et les substances volatiles naturellement libérées (terpènes) des arbres forestiers.
Les concentrations de gaz polluants, ou de leurs solutions, auxquelles les plantes sont exposées sont donc très variables selon l'emplacement, la direction du vent, les précipitations et la lumière solaire. Dans les zones urbaines, les concentrations de SO2 et de NOx dans l'air sont généralement de 0,02 à 0,5 mL L-1, la valeur supérieure se situant dans la plage qui empêche la croissance des plantes. Des expériences à relativement long terme à des concentrations appropriées de polluants sont nécessaires pour établir l'impact réel de la pollution atmosphérique sur la végétation. La réaction des plantes à de fortes concentrations de polluants dans des expériences à court terme peut submerger les mécanismes de défense des plantes et provoquer des symptômes anormaux. Les réactions des plantes aux gaz polluants peuvent également être influencées par d'autres conditions ambiantes, comme la lumière, l'humidité, la température et l'approvisionnement en eau et en minéraux. Les expériences visant à déterminer l'impact d'une exposition chronique à de faibles concentrations de gaz devraient permettre aux plantes de pousser dans des conditions quasi naturelles.
Les gaz polluants tels que le SO2 et le NOx pénètrent dans les feuilles par les stomates, suivant la même voie de diffusion que le CO2. Le NOx se dissout dans les cellules et produit des ions nitrites (NO2-, qui sont toxiques à des concentrations élevées) et des ions nitrates (NO3-) qui entrent dans le métabolisme de l'azote comme s'ils avaient été absorbés par les racines.
Dans certains cas, l'exposition aux gaz polluants, en particulier le SO2, provoque une fermeture stomatique, qui protège la feuille contre l'entrée ultérieure du polluant, mais limite également la photosynthèse. Dans les cellules, le SO2 se dissout pour donner des ions bisulfite et sulfite ; le sulfite est toxique, mais à de faibles concentrations il est métabolisé par les chloroplastes en sulfate, qui n'est pas toxique.
A des concentrations suffisamment faibles, le bisulfite et le sulfite sont effectivement détoxifiés par les plantes, et la pollution de l'air par le SO2 fournit alors une source de soufre pour la plante.
Dans les zones urbaines, ces gaz polluants peuvent être présents à des concentrations si élevées qu'ils ne peuvent être détoxifiés.
L'ozone est très réactif :
Il se lie aux membranes plasmiques et modifie le métabolisme. Par conséquent, les ouvertures stomatiques sont mal régulées, les membranes thylakoïdes chloroplastiques sont endommagées, le rubisco est dégradé et la photosynthèse est inhibée.
L'ozone réagit avec l'O2 et produit des espèces réactives de l'oxygène, dont le peroxyde d'hydrogène (H2O2), le superoxyde (O2-), l'oxygène singulet et le radical hydroxyle (-OH). Ces derniers dénaturent les protéines et endommagent les acides nucléiques (provoquant ainsi des mutations), et provoquent la peroxydation des lipides, qui décompose les lipides dans les membranes.