COURS DE PHYSIOLOGIE VEGETALE NUTRITION MINERALE Prof. H. ZAID Mars 2014 (Part 4)

Résumé de la 3ème partie Propriétés des membranes Transport membranaire . Transport passif . Transport actif Besoins nutritifs des végétaux . Macroéléments (calcium, soufre, phosphore, potassium) 2

Le magnésium Symbole chimique Mg Constituant de la chlorophylle (base de la photosynthèse). Il en favorise la synthèse ainsi que celles de la xanthophylle et du carotène. Entre dans la composition de constituants organiques essentiels (pectine). 3

Absorbé par les plantes sous forme Mg++ Activateur d'enzymes, en particulier celles qui sont à l'origine de la protéosynthèse. Très mobile dans la plante. Sa carence provoque la chlorose des vieilles feuilles. Dans le cytoplasme, il s’associe en particulier à l’ATP : le complexe ATP-Mg constitue le substrat effectif des enzymes à activité ATPasiques telles que les ATPases pompes à H+. Absorbé par les plantes sous forme Mg++ 4

Le sodium Glycophytes (plantes qui ne supportent pas le sel) Halophytes (plantes halophiles) qui supportent le sel. Les halophytes poussent dans les eaux saumâtres ou près de la mer (eaux salées). (exclusion du sel, accumulation dans vacuoles ou dans glandes à sel).

L’azote Symbole chimique N Joue un role principal dans la constitution de la matière végétale. Indispensable à la synthèse des protéines, de la chlorophylle, des enzymes, des acides nucléiques, des vitamines etc. 6

Il se trouve aussi bien dans le sol que dans l’air Il se trouve aussi bien dans le sol que dans l’air. Il en est l’un des éléments les plus abondants. Sa carence se manifeste par la décoloration ou le jaunissement des feuilles et un arrêt progressif de la croissance. Il est absorbé aussi bien sous sa forme cationique (ammonium) que sous sa forme anionique (nitrate). 7

Le cycle de l’azote

Le cycle de l’azote Ammonification Nitrification Dénitrification Assimilation du nitrate Assimilation de l’ammonium Fixation de l’azote 9

Ammonification Décomposition de la matière organique (animaux, végétaux) Obtention de l’ammoniac Agents responsables: Bactéries, Eucaryotes Devenir de l’ammoniac - Absorption par les Plantes - Dégagement dans l’atmosphère - Assimilation par les Micro-organismes - Fixation par les argiles ou la Mat. Org. - Nitrification 10

Nitrification Nitrosomonas NH4+ + 3/2O2 _____________ NO2- + 2H+ + H20 DG’0 = -65 à -84 Kcal Nitrobacter  NO2- + 1/2O2 _______________ NO3- DG’0 = -17 à -19 Kcal 11

Conséquences agronomiques Sol bien aéré Bonne réserve en eau Bonne température ambiante pH optimum entre 7 et 8 Conditions d’un sol fertile 12

Dénitrification NO3- NO2- NO N2O N2 +5 +3 +2 +1 0 13

Assimilation du nitrate NR NO3- + 2H+ + 2e- NO2- + H2O  NiR  NO2- + 6H+ + 6e- NH3 + H2O +OH- ____________________________________ NO3- + 8H+ + 8e- NH3 + 2H2O +OH- 14

Fixation de l’azote N2 N2H2 N2H4 2 NH3 Triple liaison difficile à casser N2 est une molécule inerte chimiquement Le fixation biologique de l’azote est l’œuvre de cellules procaryotes. 15

Paradoxes de la nutrition azotée !! 16

N2 (78% de l’atmosphère) non utilisable par les plantes Le 1er paradoxe !! N2 (78% de l’atmosphère) non utilisable par les plantes CO2 (0,03 % de l’atmosphère) utilisable par toutes les plantes chlorophylliennes. 17

Le 2ème paradoxe !! Nutritions nitrique et ammoniacale La nutrition ammoniacale épargne à la plante une dépense énergétique d’environ 15ATP par ion nitrate réduit (en ammoniac). On a pensé que cette épargne énergétique serait bénéfique à la plante. 18

Les résultats expérimentaux (comparaison des bilans des nutritions nitrique et ammoniacale) contredisent cette hypothèse. 19

Relation Puits/Source Le chloroplaste = organite source (lieu de synthèse de sucres et d’énergie) Le cytoplasme = milieu puits (lieu de consommation d’énergie) 20

Nécessité de neutralisation des ions OH- Notion de pH stat Au niveau des racines, il y a expulsion des ions OH- dans la rhizosphère. Au niveau foliaire, les ions OH- produits provoquent une élévation pH cellulaire. Nécessité de neutralisation des ions OH- Cas de l’assimilation racinaire Cas de l’assimilation foliaire 21

Activation de la PEP Carboxylase. Formation d’OAA Activation de la MDH (Malate Dehydrogenase). Formation de Malate Lorsque le pH baisse: Activation de l’EM (Enzyme Malique). Formation de Pyruvate 22

S Mg Particule NH4 N Ca NO3 Energie (ATP) K P p Turgescence

Éléments mineurs ou oligoéléments

Les oligoéléments Bien que présents en très faible quantité dans les plantes, les oligo-éléments y jouent un rôle très important, à la fois pour la santé de la plante et pour ceux qui les consomment. Ils participent à de nombreuses fonctions physiologiques de la plante, notamment dans les réactions d’oxydo-réduction de leur système enzymatique.

Le fer Symbole chimique Fe. Bien qu'il ne soit pas un constituant de la chlorophylle, il est indispensable à sa formation. Le fer participe à la constitution de nombreuses enzymes d'oxydation. C’est un composant de l’hème, des cytochromes, de beaucoup d’enzymes du métabolisme azoté. Rôle central dans la fixation du carbone, l’assimilation de l’azote et la respiration.

Le fer est absorbé sous forme Fe++ Sur un sol basique, il ne peut pas être absorbé car il précipite. Très peu mobile dans la plante. Sa carence provoque la chlorose des jeunes feuilles. Il existe des plantes Fe-efficientes et d’autres Fe-inefficientes.

Le cuivre Symbole chimique Cu. Dans les sols bien aérés, Cu est généralement disponible pour les plantes sous forme Cu++ . La fonction principale de Cu semble résider dans son rôle de cofacteur de différentes enzymes d’oxydation comprenant la plastocyanine (transporteur d’électrons dans la photosynthèse), la cytochrome oxydase (oxydase terminale de la respiration mitochondriale)

Le zinc Symbole chimique Zn. Outre son rôle dans de nombreuses enzymes d'oxydation, le zinc participe à la synthèse des auxines (substances de croissance) et influe donc la croissance juvénile des plantes. C’est l'activateur ou composant de nombreuses enzymes. Absorbé par les plantes sous forme de Zn++

Le molybdène Symbole chimique Mo. En solution aqueuse, il se présente surtout sous la forme ionique bivalente de MoO4- - (ion molybdate) Nécessaire au métabolisme de l'azote (fixation de l'azote et réduction des nitrates). Constituant d’enzymes du métabolisme azoté (nitrate réductase, nitrogénase). Absorbé par les plantes sous forme de MoO4- -

Le bore Symbole chimique B. En solution aqueuse, le B se trouve sous forme d’un acide faible B(OH)3 (acide borique ou H3BO3) Absorbé sous forme d’ion borate (H2BO3-).

Le bore est impliqué dans 4 processus physiologiques importants : - le métabolisme glucidique et le transport transmembranaire des sucres (vers les organes de stockage), - la formation des parois cellulaires (pectines);  

- l’activité méristématique (favorise la croissance des plantes par influence sur la division cellulaire); - la synthèse des acides nucléiques (et par conséquent la synthèse des protéines) et de “phytohormones”. Le B est nécessaire au maintien de l’intégrité de la structure de la paroi.

Nécessaire à l'intégrité de la membrane chloroplastique et pour la libération d'oxygène dans la photosynthèse. Active la réduction des nitrates

Le manganèse Symbole chimique Mn. La plante absorbe le manganèse exclusivement sous forme d´ion Mn++. Activateur de certaines enzymes (exemple: enzyme gouvernant l’oxydation de l’auxine: régulateur de croissance);

Facteurs provoquant les carences en oligo-éléments * Rétention dans le complexe argilo-humique * Interaction avec d’autres ions (phosphates) * Présence de carbonates * Sols avec un pH élevé * Forte teneur en matière organique

Pour ces différentes raisons, il est nécessaire de protéger l’oligo-élément

Comment protéger l’oligo-élément ? Le chélate est une structure cyclique résultant des liens entre une molécule organique (agent chélatant) et un atome métallique.

Principe de la chélation

CHELATE (Oligo-élément protégé) + AGENT CHELATANT OLIGO-ELEMENT CHELATE (Oligo-élément protégé)

@ suivre…. 43