NUTRITIONMINERALEProf. H. ZAIDMars 2015 (Part 4)COURS DE NUTRITION DES PLANTES

Rsum de la 3me partieModalits dabsorptionAdsorption (CECR, Degr destrification)Absorption (ddp lectrique, gradient de concentration, ddp lectro-chimique)Mcanismes de transport des soluts dans les membranes Proprits des membranes Transport dans les membranes (transport passif, transport actif)Besoins nutritifs des vgtaux. Macrolments. Oligolments . Interactions ioniques . Loi du minimum

lments majeurs ou macrolments

Le calciumLe calcium dont le symbole chimique estCa, est un lment fondamental des parois cellulaires des plantes. Possde un rle important dans les changes trans-membranaires. Il favorise aussi la formation et la maturation des fruits et des graines.Il est absorb et assimil par les plantes sous forme dions calcium (Ca2+).

Essentiellement prsent dans la paroi cellulaire et dans la vacuole. Dans la paroi, Ca2+ est associ aux groupes carboxyles des hmicelluloses et composs pectiques quil stabilise. Il joue ainsi un rle de structuration du squelette parital, contrlant sa plasticit. Dans la vacuole, il participe la neutralisation lectrique danions inorganiques (sulfate, phosphates). Il se trouvesousforme de cristaux doxalatedecalcium.

Dansle cytoplasmeil est associ la calmoduline (protine de signalisation).En cas de danger (infection par un champignon ou un virus), le calcium se lie la calmoduline, pour envoyer la plante le signal de dpart de la production dacide salicylique.En temps normal, le taux dacide salicylique est faible chez les plantes : il augmente lorsquelles doivent se dfendre.Grce au calcium, la plante fabrique ses propres molcules daspirine pour lutter contre virus, bactries et autres agresseurs.

Face la prsence de calcium, on distingue deux types de plantes: les calcicoles, qui tolrent ou supportent le calcium en excs, et les calcifuges qui en sont incapables.Chez ces dernires, lexcs de Ca provoque des phnomnes de carence en fer, en phosphore, en bore et en magnsium.

Le soufreSymbole chimique SConstituant essentiel des AA soufrs (mthionine et cystine) que la plupart des animaux ne peuvent pas synthtiser et qu'ils trouvent dans les plantes qu'ils consomment.

Certaines plantes comme les liliaces, les lgumineuses ou les crucifres sont riches en ces AA soufrs, et plus gnralement en produits soufrs. S est responsable de l'odeur et de la saveur de certaines plantes (ail, oignon, chou).Rle essentiel dans le mtabolisme des vitamines.

Le soufre est prsent dans latmosphre essentiellement sous forme de dioxyde de soufre (SO2), sous leffet dvnements naturels (ruptions volcaniques) ou activits humaines (combustion de combustibles fossiles).

Le soufre prsent dans lair peut pntrer dans les feuilles sous forme de gaz de dioxyde de soufre. Mais la plus grande part du soufre atmosphrique pntre dans le sol sous forme de pluie acide.Prsent sous forme organique dans lhumus du sol.Le soufre a un fort effet acidifiant sur le sol.

Les racines des plantes ne peuvent assimiler le soufre que sous forme dions sulfate SO4- - . Les feuilles peuvent, elles aussi, assimiler le soufre de lair sous forme de dioxyde de soufre (SO2 ), mais cette source est ngligeable.

Le sulfate en tant quanion nest soumis aucune adsorption importante dans le sol et risque donc dtre emport par lessivage. Dans des conditions anarobies du sol, lion sulfate peut tre rduit par des bactries en hydrogne sulfur. Dans les deux cas, le soufre du sol ne peut plus tre utilis pour l'alimentation des plantes.

Le phosphore Le phosphore, dont le symbole chimique estP, intervient dans :les transferts nergtiques (transporte l'nergie dans la plante, exemple ATP), la transmission de caractres hrditaires (acides nucliques), la photosynthse et la dgradation des glucides.

Constituant important des protines phosphores (nucloprotines, phosphoprotines, lcithines, etc.). Un grand nombre de ractions mtaboliques exigent des phosphorylations pralables pour se drouler.

Il favorise la croissance gnrale de la plante, notamment du systme racinaire et des tiges. En fin de vgtation, il est stock dans les organes de rserve pour servir au dveloppement des futures pousses.

Le phosphate prsente une concentration relativement stable et contrle dans le cytoplasme, proche de 10 mmol.L-1. Cette stabilit ou homostasie traduit le rle essentiel du phosphate dans le mtabolisme nergtique, la synthse et lhydrolyse des liaisons riches en nergie (par exemple lATP).

Le phosphate participe galement au pouvoir tampon du cytoplasme, dont le pH est stabilis une valeur proche de 7,2 7,4. Le P est absorb et assimil sous forme de H2PO4- ou de HPO4- -Le phosphate est lessivable. Consquences fcheuses pour lenvironnement (eutrophisation)

Le potassiumLe potassium (K) n'est pas un lment constitutif des hydrates de carbone, des lipides ou des protines, mais il joue le rle d'activateur de diffrentes enzymes. Permet le maintien de la Turgescence cellulaire. Rgularise l'conomie de l'eau dans la plante et rduit l'vaporation; il en accrot donc la rsistance la scheresse.

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

Le potassium constitue le cation inorganique le plus abondant dans le cytoplasme de toute cellule, animale ou vgtale. Joue un rle fondamental dans les processus d'changes trans-membranaires passifs et actifs dans les cellules. Il est absorb sous forme de K+

Le magnsiumSymbole chimique MgConstituant de la chlorophylle (base de la photosynthse). Il en favorise la synthse ainsi que celles de la xanthophylle et du carotne.Entre dans la composition de constituants organiques essentiels (pectine).

Activateur d'enzymes, en particulier celles qui sont l'origine de la protosynthse.Trs mobile dans la plante. Sa carence provoque la chlorose des vieilles feuilles.Dans le cytoplasme, il sassocie en particulier lATP : le complexe ATP-Mg constitue le substrat effectif des enzymes activit ATPasiques telles que les ATPases pompes H+.Absorb par les plantes sous forme Mg++

Le sodiumGlycophytes (plantes qui ne supportent pas le sel) Halophytes (plantes halophiles) qui supportent le sel. Les halophytes poussent dans les eaux saumtres ou prs de la mer (eaux sales). (exclusion du sel, accumulation dans vacuoles ou dans glandes sel).

Lazote

Le cycle de lazote(voir TD n 2)Ammonification Nitrification Dnitrification Assimilation du nitrate Assimilation de lammonium Fixation de lazote

ParticulePMgKSCaNpTurgescenceNH4+NO3-

lments mineurs ou oligolments(voir TD n 3)

Les 3 paradoxes de la nutrition azote !!

N2 (78% de latmosphre) non utilisable par les plantesCO2 (0,03 % de latmosphre) utilisable par toutes les plantes chlorophylliennes. Le 1er paradoxe !!

N2 N2H2 N2H4 2 NH3

Triple liaison difficile casserN2 est une molcule inerte chimiquementLe fixation biologique de lazote est luvre de cellules procaryotes.

Le 2me paradoxe !! Nutritions nitrique et ammoniacale La nutrition ammoniacale pargne la plante une dpense nergtique denviron 15ATP par ion nitrate rduit (en ammoniac). On a pens que cette pargne nergtique serait bnfique la plante.

Assimilation du nitrate NRNO3- + 2H+ + 2e- NO2- + H2O NiRNO2- + 6H+ + 6e- NH3 + H2O +OH-____________________________________

NO3- + 8H+ + 8e- NH3 + 2H2O +OH-

Les rsultats exprimentaux (comparaison des bilans des nutritions nitrique et ammoniacale) contredisent cette hypothse.

Relation Puits/Source

Le chloroplaste = organite source (lieu de synthse de sucres et dnergie)Le cytoplasme = milieu puits (lieu de consommation dnergie)

Notion de pH stat

Au niveau des racines, il y a expulsion des ions OH- dans la rhizosphre.Au niveau foliaire, les ions OH- produits provoquent une lvation pH cellulaire.Ncessit de neutralisation des ions OH-Cas de lassimilation racinaireCas de lassimilation foliaire

Activation de la PEP Carboxylase.Formation dOAAActivation de la MDH (Malate Dehydrogenase).Formation de Malate

Lorsque le pH baisse:Activation de lEM (Enzyme Malique).Formation de Pyruvate

Le 3me paradoxe !!

Plantes insectivores (carnivores)

Vivent essentiellement dans les rgions tropicales. Aussi bien terrestres quaquatiques, ces plantes se nourrissent majoritairement dinsectes (voire de petits mammifres) (ce qui leur a valu la qualification de plantes insectivores ou de carnivores).O vivent-elles ?

La conqute du caractre insectivore est dun point de vue volutif le seul moyen pour ces plantes de survivre aux conditions difficiles de leur environnement (milieux pauvres en azote).

Le moyen de survie de ces plantes : se procurer l'azote organique, venu d'une proie qui sera soit noye dans une urne, soit retenue prisonnire entre deux parties de feuille.

Mchoires vgtales, Colles naturelles, Parfum attirant.

Quand il s'agit de se nourrir pour survivre, les plantes sont capables de mettre en place des dispositifs cruels. Quels sont leurs piges ?

Plusieurs piges sont mis en place par les feuilles pour attirer la proie, la capturer et la digrer pour en assimiler lazote.

Les piges sont spars en deux groupes:Passifs (feuilles gluantes)Actifs (mchoires)

Les plantes insectivores en forme durne secrtent du nectar pour attirer leurs proies.Les proies glissent alors au fond de lurne remplie dun liquide enzymatique.

Deux modes de digestion existent chez les plantes insectivores: laide denzymes laide de bactriesComment se fait la digestion ?

La digestion est indispensable pour assimiler lazote de lanimal prisonnier. Contrairement aux animaux, ces plantes ne possdent pas dappareil digestif.

La digestion enzymatique ncessite des enzymes qui vont couper en petits morceaux la proie. Selon les plantes, les enzymes sont secrtes en permanence ou alors sur commande.

Les enzymes oprent sur lanimal uniquement quand il est immerg dans un liquide (au fond dune urne, par exemple).

Chez les Nepenthes, la rabsorption des lments de la digestion se ralise au moment du processus de vieillissement du pige: la snescence.

La digestion quasi complte dune proie dure en moyenne 2 3 semaines.

Diversit des formes

Dione

Drosera

Darlingtonia(plante cobra)

Nepenthes

Sarracenia

Bon cour@ ge

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