La plante et les éléments minéraux

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1 La plante et les éléments minéraux
Pour assurer leur croissance et leurs fonctions, les végétaux prélèvent dans le milieu environnant, le carbone, l’oxygène de l’air, les sels minéraux et l’eau de la solution du sol. I/ Le sol Le sol est la partie superficielle de la croûte terrestre modifiée par les agents atmosphériques (pluie, vent, alternance de chaud et de froid…) et par les êtres vivants qu’il abrite (flore, faune, miroorganismes).

2 A/ constitution du sol La fraction minérale représente l’ensemble des produits de la dégradation physique puis chimique de la roche mère. On peut les classer par diamètres décroissants : Les blocs ( de taille 4cm ) Les graviers (taille comprise entre 4cm et 4 mm) Les sables grossiers Les sables fins Les limons L’argile

3 La fraction organique Elle est constituée d’organismes vivants (racines, champignons, invertébrées et une multitudede microorganismes qui transforment la matière organique en matière minérale) et de l’humus qui est de la matière organique (feuilles mortes, cadavres, excréments) en cours de minéralisation. La phase gaseuse C’est l’atmosphère interne formée de bulles, sous l’effet des racines et des microorganismes, elle est appauvrie en O2 ( moins de 10%) et enrichie en CO2 (1 à 5 %).

4 La phase liquide : dite eau du sol ou solution du sol (eau avec les élts minéraux). Les colloïdes : sont des macromolécules très hydrophiles : +minérales : argiles (silicates d’alumine hydratés), hydrates de Fe et d’Al. +organiques : humus. Les particules colloïdales peuvent se présenter à l’état dispersé ou floculé.

5 II/ Absorption des éléments minéraux
1- généralités L’absorption des éléments minéraux se fait à partir de la solution du sol. Les éléments minéraux sont absorbés sous forme d’ions rarement hydrates ou chélats. L’absorption des éléments minéraux est sélective. La vitesse de franchissement se fait dans l’ordre suivant : les cations : NH4+/K+/Mg2+/Ca2+/Na+ les anions : NO3-/Cl-/H2PO4-/SO4 La vitesse des anions est inférieure à celle des cations 2- Facteurs de variation - L’intensité de l’absorption dépend de : l’espèce, l’âge, le type de cellules. - la composition minérale du milieu - l’état physiologique des cellules

6 III/ Composition minérale des végétaux
La composition minérale d’un végétal se détermine sur le résidu sec après minéralisation. *Les éléments caractéristiques des substances organiques (CHO) représentent 90 %. *Les macroéléments : azote (1 à 3%), potassium (2 à 4%), le calcium (1 à 2%), magnésium (0.1 à 0.7%), le soufre (0.1à 0.6%) et le phosphore (0.1 à 0.5%). La quantité de Na,Cl et si dépend du végétal. * les oligoéléments : Fe, Mn (0.01 à 1p.mill), Zn, Cu, B(0.01p.mille), Al, Ni,Co, Mo, I, Br, F ( à 1ppm). D’autres éléments contaminent les végétaux : Li, pb, Ti, Rb, Cs, Se, Cd.

7 1-La variation * Espèce Certaines espèces accumulent des teneurs élevées. ex : les algues marines (iode), crucifères (soufre), halophytes (Na), graminées (silicium), plantes métallophiles (Mn, Cu, cobalt, uranium). *Age et nature de l’organe Les plantules sont riches en éléments minéraux, l’absorption augmente avec le développement jusqu’à la fin de la croissance.

8 2- Rôle des élts minéraux
2-1- Les macroéléments * Le Potassium : - Accumulation dans la vacuole - Équilibre acido-basique - Accompagne les anions - Activation des enzymes - Synthèse des protéines et des polysaccharides * Le Sodium - N’est pas indispensable pour la majorité des plantes - Nécessaire aux algues marines, halophytes

9 * Le Calcium - Indispensable aux végétaux supérieurs Adsorbable sur les membranes biologiques - Diminue la perméabilité au Potassium et au Fer (chlorose calcique) - Contrôle l’ouverture des canaux ioniques transmembranaires - Neutralise les acides organiques - Messager secondaire de certaines hormones *Le Magnésium - Constituant de la chlorophylle : chlorose en cas de carence - Activateur d’enzymes de la photosynthèse, kinases et autres - Transférable des tissus âgés aux jeunes en cas de carence

10 * Le Phosphore Strictement indispensable à la vie cellulaire Les ions phosphates sont métabolisés Le proupement phosphate assure la liaison entre deux résidus organiques La liaison entre P et un reste organique confère à la molécule un niveau énergétique élevé, ex : ATP Augmente la réactivité du substrat (oze-phosphate) - Essentiel à la floraison, nouaison, précocité. *Le soufre - constituant des aa - formation des ponts - constituant des protéïnes Fe-S, coenzyme A - La carence provoque la chlorose.

11 * Le chlore - abondant en milieu naturel -turgescence cellulaire avec le potassium -indispensable aux espèces adaptées au sel - nécessaire à la photosynthèse * Le silicium -inutile pour la plupart des plantes - minéralisation des parois et rigidité es tiges des graminées et autres plantes

12 2-2- Les oligoéléments Les oligoéléments necessaires sont : Fe, Cu, Mn, Zn, Mo, Bore… * Le fer : - agit par le changement de valence (Fe2+/Fe3+) - Trouvé dans les hémoprotéines - dans les protéines fe-S (ferredoxine, nitrite réductase, nitrogénase - la carence est provoquée par un pH élevé ou des doses élevées de calcium - essentiel à la formation de la chlorophylle (carence=chlorose). *Le cuivre - change de valence (Cu2+/Cu3+) - activation des enzymes - oxydation, constituant (cytochrome oxydase, autres) Toxique à forte dose( utilisé comme fongicide en viticulture) les plantes métallophylles (mimulus guttatus) l’accumulent

13 * Le molybdène - constituant de la NR et la nitrogénase * le manganèse - Rôle ds les oxydoréductions, hydrolyse des peptides et certaines décarboxylations - activateur de la nitrate réductase (NO3-, NO2-) - La carence rend des plantes ( avoine sensible aux infections bactériennes * Le zinc - constituant de enzymes et activateur d’enzymes ( peptidases) - rôle ds la formation de plusieurs phytohormones (auxines)

14 * Le bore - strictement indispensable aux végétaux - carence : troubles de fonctionnement des méristèmes et la différenciation, sensibilité aux hormones, résistance à certaines infections ( maladie du cœur de la betterave). * autres oligoéléments - Le Nickel : intervient dans le métabolisme des produits de fixation de N2 (légumineuse) - Le cobalt : constituant de la vitamine B12, la carence : inhibition des nodules des légumineuses. - L’aluminium : stimulation de la croissance de certaines plantes.

15 III/ Les doses utiles a/ les concentrations optimales La courbe d’action présente un pallier entre l’insuffisance et l’excès. Les valeurs optimales varient en fonction de l’espèce, des conditions de culture et des interactions entre éléments. Les déficiences et excès causent une diminution de la croissance et la productivité et des symptômes ex: *carence en N: chlorose , et excès: dvt de l’app. Vég./app. Rep. et verse des céréales. *carence en P: chlorose des extrémités des feuilles. *carence en fer et soufre: chlorose *excès de calcium: plantes calcifuge (chlorose cacique).

16 b/Exigences et adaptations des plantes
Les exigences sont variables: -plantes maraîchères: bcp d’éléments -plantes psammophiles: vivent sur les sables -plantes rupicoles: vivent sur les roches -Plantes métallophiles: vivent sur les gisments métallifères. *pH du sol Le pH explique la localisation des plantes .Les plantes acidophiles -sols très acides (pH de 3.5 à 5): camélias, fougères…. -sols légèrement acides (pH de 4.5-6: Framboises, petite pervenche…. .Les plantes neutrophiles: -sols très légérement acide ou neutre: muguet, lierre -pH voisin de 7: belladone, fraisier. .Les plantes basophiles: -pH supérieur à 7: belladone, fraisier.

17 Les plantes cultivées:
pH=6: pomme de terre, tabac pH=7: blé, maïs pH=7:orge, luzerne, haricot *Plantes calcicoles et calcifuges Les cacicoles se développent sur terrain calcaire; clématite Les calcifuges se développent sur terrain siliceux; rumex *Les halophytes et résistance au sel Les plantes halophiles ou halophytes fréquentent les sols salés (halomorphes) chargés en chlorure de sodium (accessoirement d’autres sels). Les glycophytes poussent sur des sols doux (non salés). -Caractéristiques des halophytes: .Une morphlogie et une structure adaptés (cuticule épaisse, stomates rares). .Tissu à P.O très élevée grâce à l’épictèse.

18 .Synthèse de composés osmoprotecteurs: proline…
.Résistance interne à l’intoxication par le chlorure de sodium .Barrage limitant la pénétration. -Classification des plantes: plantes sensibles affectés à partir de 2 à 3 g/l (haricot, pois …) Plantes assez résistantes: tolérant 3 à 5 g/l (carotte, pécher, prunier) Plantes résistantes: acceptent jusqu’à 10g/l (tomate, maïs, blé) Plantes très résistante: culture sur sols salés: Epinards, betterave, palmier. Tolérance aux métaux lourds -Les métaux sont très toxiques (Cd, Hg, Pb, Ni). -résistance grâce à des protéïnes phytochélatines par chélation des métaux.

19 Nutrition azotée et engrais
I/ La nutrition azotée L’azote est indispensable pour les végétaux: *composition des protéïnes (acides aminées) *ADN *coenzymes (NADP, thiamine) et autres L’atmosphère terrestre contiet 80 % d’azote. 1- fixation de l’azote atmosphérique Bactéries et algues bleu: N2+3H NH3 2- fixation symbiotique Deux groupes de plantes fixent l’azote atmosphérique indirectement lorsqu’elles sont associées à des microorganismes: *Les légumineuses ( pois, trèfle, soja) le microbe est rhizobium. *d’autres angiospermes: association des Actinomycètes du genre Frankia.

20 2/ L’azote du sol Dans une bonne terre végétale , la teneur en azote est de 1g/kg de terre. Seulement 1 à 2 %est sous forme minérale, le reste est sous forme organique humus principalement. 2-1- Azote minéral Il résulte de la dégradation de la matière organique par ammonisation puis nitrification. La nitrification exige: -O2, mais aussi CO2 pour la croissance des bactéries T° élevée: optimum: 37°C , humidité suffisante PH optimum: 8.5 -sensible aux inhibiteurs, surtout les herbicides. 2-2- nature de l’azote minéral utilisé La majorité des plantes cultivées préfèrent les nitrates mais d’autres l’ammonium

21 II/ Les engrais Ce sont des substances souvent mélange d’éléments minéraux destinés à apporter aux plantes des compléments d’éléments nutritifs pour améliorer la croissance et le rendement des cultures. Il faut *éviter l’excès (toxicité , nuisance à l’environnement) *maîtriser les effets sur le sol *tenir compte des interactions entre éléments *tenir compte des limites imposées par d’autres facteurs. Les engrais apportent: N, P, K, Ca, MG, Na, Fe, Mn, MO, B, Zn, Cl, Co, Si. N, P, K sont souvent ajoutés au sol. 1/ types d’engrais Il existe 3 types: organique, minéraux et organo-minéraux. a- Les engrais organiques Ils sont d’origine animale ( déchets d’abattoirs: sang, déchets de poissons) et les engrais d’origine végétale (déchets végétaux, fumier: litièrevégétale et déjections).

22 b/ Les engrais minéraux
Ce sont des substances d’origine minérale produits soit par l’industrie chimique soit par l’exploitation de gisments naturels (phosphates). On distingue les engrais simples azotés, phosphatés et potassiques. Les engrais binaires: NP ou PK ou NK. Les ternaires: NPK. N: NO3 ou Nh4 ou urée. P: P2O5 et apporté ss forme de phosphate de calcium ou ammonium. K: K2O apprté ss forme de chloruren nitrate et sulfate de potassium. Exemples d’engrais: Ammoniac, nitrate de potassium, phosphate d’ammonium, sulfate de manganèse….. c/ Les engrais organo-minéraux Ils résultent du mélange d’engrais min éraux et engrais organiques.