La symbiose au service de la nutrition des plantes

La symbiose au service de la nutrition des plantes : bactéries fixatrices d'azote et champignons mycorhiziens

 

Les bactéries fixatrices d'azote pénètrent dans les racines via les poils racinaires pour former des nodosités. Celles-ci résultent d'une différenciation du cortex de la radicelle abritant les bactéries. La bactérie réduit l'azote de l'air N2 en azote NH3 grâce à une enzyme spécifique : la nitrogénase. Ce procédé est plus économique que la production d'azote chimique par le procédé Haber-Bosh (température élevée de 450°C, pression de 200-300 bar et catalyseur métallique) qui consommerait 1 à 2 % de l'énergie mondiale. Le travail de ces bactéries fixatrices d'azote coûte ainsi beaucoup moins cher que la production d'engrais azoté chimique.

De plus, pour maximiser cette entrée d'azote atmosphérique dans les agrosystèmes, il est important de maintenir une faible disponibilité en N minéral dans la rhizosphère des légumineuses, soit en limitant l'apport de fertilisants soit en associant une céréale à la légumineuse.

À côté de cette association symbiotique propre aux légumineuses, il en existe une autre qui associe les racines et les champignons du sol.

 

L'association mycorizienne est caractérisée par la formation d'un organe mixte, la mycorhize. Une fois cette association établie, les hyphes vont sortir de la racine et se développer dans le volume du sol adjacent et ainsi augmenter fortement le volume du sol exploré par les racines mycorhyzées. Le rapport est de 1m de mycélium (filament fongique) par mm de longueur de racine.

 

Au-delà de ces symbioses, où les bactéries ou champignons s'incrustent dans les racines, les communautés d'organisme présentes dans les sols jouent aussi un rôle important dans la nutrition des plantes.

En effet, les racines produisent des exsudats racinaires notamment du carbone (environ 20 % du carbone fixé par la photosynthèse) mais aussi de l'azote, qui vont stimuler l'activité bactérienne au sein de cette rhizosphère. Ces champignons et bactéries vont s'attaquer à libérer l'azote organique bloqué dans les macromolécules complexes telles que les polyphénols ou les tannins.

Ces champignons et bactéries sont ensuite consommés par les protozoaires, les nématodes et les collemboles. Ces consommateurs bactérivores vont exercer un effet positif sur la minéralisation de l'azote dans le sol avec une augmentation moyenne de 80 % par rapport à une situation sans bactérivores. Ainsi une grande partie de l'azote ingéré par ces bactérivores est libérée sous forme minérale ou de composés organiques.

 

Il en est de même pour le phosphore. Un infime partie du phosphore est disponible pour les organismes vivants (les ions orthophosphates) dans la solution du sol. Ainsi l'association mycorhizienne en étendant le volume exploré grâce au mycélium permet de mobiliser plus de phosphore en le transférant aux racines de la plantes hôtes.

Au final les associations mychoriziennes contribuent grâce au développement d'un réseau mycélium à améliorer la structure du sol, sa stabilité et sa rétention en eau, à améliorer la nutrition minérale et hydrique de la plante et ainsi sa résistance à la sécheresse, à améliorer la résistance des plantes aux agents pathogènes des plantes comme certains nématodes.

 

Source : Claude Plassard et Al. « Les relations trophiques microfaune – bactéries rhizosphériques – mycorhyzes : quel rôle dans le recyclage des nutriments (N et P) ? et Robin Duponnos et Al. « Les associations mycorhiziennes dans les sols : pour une meilleure maîtrise de la production végétale, dans les sols et la vie souterraines : des enjeux majeurs en agroécologie. Edition Quae 2017