COURS DE PHYSIOLOGIE VEGETALE NUTRITION MINERALE Prof. H. ZAID Fev. 2014 (Part 3)

Résumé de la 2ème partie Rôles de la racine ? Que fournit le sol à la plante ? Techniques de culture sans sol . Hydroponie . Aéroponie Modalités d’absorption Adsorption Absorption . ddp électrique . gradient de concentration . ddp électro-chimique 2

Propriétés des membranes Les membranes cellulaires ont une perméabilité sélective qui leur permet de contrôler l'entrée et la sortie des différentes molécules et ions entre le cytoplasme et le milieu extérieur. Les membranes ne sont perméables qu'aux petites molécules hydrophobes (O2, N2, glycérol ...).

Les autres molécules doivent avoir recours à des protéines transmembranaires qui régulent les échanges (canaux ioniques pour le transport d'ions par exemple). La membrane sert également à reconnaître des messagers tels que les hormones grâce à des récepteurs à sa surface.

Transport membranaire C’est le passage d'une molécule ou d'un ion à travers une membrane plasmique. Il existe plusieurs types de transport membranaire que l'on regroupe en transport passif et en transport actif.

Transport passif Se fait par des canaux protéiques et par des protéines porteuses. Si la molécule est non chargée, le transport est déterminé par le gradient de concentration. Si cette molécule est chargée, le transport est déterminé par le gradient de concentration et par le gradient électrique.

Transport passif : diffusion et osmose À travers la double couche de lipides. Par des protéines « canal ». Par des protéines déformables (diffusion facilitée)

Transport actif Peut se faire CONTRE le gradient de concentration ou le gradient électrique. Besoin d’énergie (ATP) Besoin d’un transporteur de membrane (protéine)

Transport actif La cellule utilise l’énergie Elle mobilise activement les molécules à destination de l’endroit où elles sont requises Le mouvement se fait d’un endroit de faible concentration vers un endroit de concentration élevée

Le transport actif peut être simple ou couplé. Lorsqu'il est simple, une seule molécule à la fois passe à travers le transporteur. S'il est couplé, différentes molécules peuvent passer à la fois soit dans le même sens (symport) ou dans des sens opposés (antiport). 

Uniport S'il y a transport d'un seul soluté Symport Processus par lequel deux solutés passent ensemble à travers la membrane. Antiport Deux molecules passent simultanément à travers un canal protéique, mais dans des directions opposées.

d’inhibiteurs du métabolisme: Quelques exemples d’inhibiteurs du métabolisme: Températures basses Anoxie Cyanure (KCN) Mercure (HgCl) (Voir TP Photosynthèse) DNP….

BESOINS NUTRITIFS DES VEGETAUX

Connaître les besoins nutritifs des plantes permet de fertiliser de manière raisonnée. Les engrais commerciaux (engrais chimiques) sont généralement formés d'un mélange d’éléments nutritifs. La plante puise dans le sol des éléments de construction et de croissance.

Eléments essentiels Un élément essentiel est un élément chimique dont une plante a besoin durant son cycle de développement, qui consiste à passer de l’état de graine à la production d’une autre génération de graines.

Pour qu'un élément soit considéré essentiel, trois critères doivent être réunis: Une plante donnée doit être incapable d'accomplir son cycle en l'absence de l'élément minéral en question. Dans sa fonction, cet élément ne doit pas être remplaçable par un autre élément minéral. L'élément doit être directement impliqué dans le métabolisme de la plante (constituant essentiel, requis dans une étape métabolique vitale etc.).

On divise généralement les éléments essentiels à une plante en : Éléments majeurs ou macroéléments Éléments mineurs ou oligoéléments (microéléments)

Oligoéléments 95 % Macroéléments MATIERE SECHE N H N C H C H Fe Cu Mn Zn Mo B etc. N C O N N H H O C N N C C H N H O H N H C C H H H O O K Ca Mg P S etc. N O N H O H 95 % H N 1 % 4 % Macroéléments

95 % environ de la matière sèche de la plupart des plantes sont composés de quatre éléments: le carbone, l'hydrogène, l'oxygène et l'azote. Les composés du carbone constituent la matière organique. Une autre partie, 4 % environ, est constituée de calcium (Ca), potassium (K), phosphore (P), magnésium (Mg), silicium (Si), aluminium (Al), soufre (S), chlore (Cl), sodium (Na). Le reste, 1 % ou moins du poids sec, est constitué d’oligo-éléments minéraux.

Eléments majeurs ou macroéléments Ce sont les éléments essentiels dont la plante a besoin en quantité relativement importante. On en dénombre 9, y compris les 6 constituants majeurs des substances organiques: le carbone, l’oxygène, l’hydrogène, l’azote, le soufre et le phosphore. Les 3 autres sont le calcium, le potassium et le magnésium.

On peut trouver souvent Na Cl Si qui ne sont pas nécessaires à tous les végétaux

Éléments mineurs ou oligoéléments Les oligoéléments sont appelés ainsi, non parce qu’ils sont moins importants pour la croissance des plants, mais parce qu’ils sont requis en plus petites quantités. Ils sont au nombre de 6 : le fer (Fe), le manganèse (Mn), le zinc (Zn), le cuivre (Cu), le molybdène (Mo) et le bore (B). Ces éléments n’ont une certaine utilité qu’à titre de cofacteurs des réactions enzymatiques.

Les oligoéléments sont très importants en agriculture aujourd’hui, aussi bien pour la croissance des plantes que pour la santé des humains. Ex 1: fer (intervient dans la biosynthèse de la chlorophylle des végétaux; Constituant de l’hémoglobine des mammifères), Ex 2: iode (indispensable à la thyroïde et à la synthèse des hormones thyroïdiennes. Besoin quotidien : 200 μg)

Interactions ioniques L'utilisation excessive de certains éléments peut contrarier l'assimilation d’autres nutriments.  C’est le cas de l’antagonisme entre le calcium et le fer

Éléments majeurs ou macroéléments

Le calcium Le calcium dont le symbole chimique est Ca, est un élément fondamental des parois cellulaires des plantes. Possède un rôle important dans les échanges trans-membranaires. Il favorise aussi la formation et la maturation des fruits et des graines. Il est absorbé et assimilé par les plantes sous forme d’ions calcium (Ca2+).

Essentiellement présent dans la paroi cellulaire et dans la vacuole. Dans la paroi, Ca2+ est associé aux groupes carboxyles des hémicelluloses et composés pectiques qu’il stabilise. Il joue ainsi un rôle de structuration du squelette pariétal, contrôlant sa plasticité. Dans la vacuole, il participe à la neutralisation électrique d’anions inorganiques (sulfate, phosphates). Il se trouve sous forme de cristaux d’oxalate de calcium.

Dans le cytoplasme il est associé à la calmoduline (protéine de signalisation). En cas de danger (infection par un champignon ou un virus), le calcium se lie à la calmoduline, pour envoyer à la plante le signal de départ de la production d’acide salicylique. En temps normal, le taux d’acide salicylique est faible chez les plantes : il augmente lorsqu’elles doivent se défendre. Grâce au calcium, la plante fabrique ses propres molécules d’aspirine pour lutter contre virus, bactéries et autres agresseurs.

Face à la présence de calcium, on distingue deux types de plantes: les calcicoles, qui tolèrent ou supportent le calcium en excès, et les calcifuges qui en sont incapables. Chez ces dernières, l’excès de Ca provoque des phénomènes de carence en fer, en phosphore, en bore et en magnésium.

Le soufre Symbole chimique S Constituant essentiel des AA soufrés (méthionine et cystéine) que la plupart des animaux ne peuvent pas synthétiser et qu'ils trouvent dans les plantes qu'ils consomment. Certaines plantes comme les liliacées, les légumineuses ou les crucifères sont riches en ces AA soufrés, et plus généralement en produits soufrés. 32

Rôle essentiel dans le métabolisme des vitamines. S est responsable de l'odeur et de la saveur de certaines plantes (ail, oignon, chou). Rôle essentiel dans le métabolisme des vitamines. L’alimentation des plantes en S s’effectue essentiellement à partir des sulfates, les racines absorbant les ions SO4- - présents dans le sol. 33

Le sulfate en tant qu’anion n’est soumis à aucune adsorption importante dans le sol et risque donc d’être emporté par lessivage. Dans des conditions anaérobies du sol, l’ion sulfate peut être réduit par des bactéries en hydrogène sulfuré. Dans les deux cas, le soufre du sol ne peut plus être utilisé pour l'alimentation des plantes. 34

Le phosphore Le phosphore, dont le symbole chimique est P, intervient dans : les transferts énergétiques (transporte l'énergie ex ATP dans la plante.), la transmission de caractères héréditaires (acides nucléiques), la photosynthèse et la dégradation des glucides. 35

Constituant important des protéines phosphorées (nucléoprotéines, phosphoprotéines, lécithines, etc.). Un grand nombre de réactions métaboliques exigent des phosphorylations préalables pour se dérouler. Il favorise la croissance générale de la plante, notamment du système racinaire et des tiges. En fin de végétation, il est stocké dans les organes de réserve pour servir au développement des futures pousses. 36

Le phosphate présente une concentration relativement stable et contrôlée dans le cytoplasme, proche de 10 mmol.L-1. Cette stabilité ou «homéostasie» traduit le rôle essentiel du phosphate dans le métabolisme énergétique, la synthèse et l’hydrolyse des liaisons riches en énergie (par exemple l’ATP). Le phosphate participe également au pouvoir tampon du cytoplasme, dont le pH est stabilisé à une valeur proche de 7,2 à 7,4. Le P est absorbé et assimilé sous forme de H2PO4- ou de HPO4- - Lessivable. 37

Le potassium Le potassium (K) n'est pas un élément constitutif des hydrates de carbone, des lipides ou des protéines, mais il joue le rôle d'activateur de différentes enzymes. Permet le maintien de la Turgescence cellulaire. Régularise l'économie de l'eau dans la plante et réduit l'évaporation; il en accroît donc la résistance à la sécheresse. 38

K n'est pas très mobile dans la plante. Il joue un rôle primordial dans l'absorption des cations. Il est essentiel pour le transfert des assimilats vers les organes de réserve (bulbes et tubercules). Pour ces raisons, il est particulièrement important pour les cultures de type pomme de terre et betteraves. 39

Il est absorbé sous forme de K+ Le potassium (K+) constitue le cation inorganique le plus abondant dans le cytoplasme de toute cellule, animale ou végétale. Joue un rôle fondamental dans les processus d'échanges trans-membranaires passifs et actifs dans les cellules. Il est absorbé sous forme de K+ 40

@ suivre…. 41