Nutrition des plantes

On sait qu’au moins 17 éléments sont des nutriments essentiels pour les plantes. En quantités relativement importantes, le sol fournit de l’azote, du phosphore, du potassium, du calcium, du magnésium et du soufre ; on les appelle souvent les macronutriments. En quantités relativement faibles, le sol fournit du fer, du manganèse, du bore, du molybdène, du cuivre, du zinc, du chlore et du cobalt, appelés micronutriments. Les éléments nutritifs doivent être disponibles non seulement en quantités suffisantes mais aussi dans des ratios appropriés.

La nutrition des plantes est un sujet difficile à comprendre complètement, en partie à cause de la variation entre les différentes plantes et même entre les différentes espèces ou individus d’un clone donné. Les éléments présents à de faibles niveaux peuvent provoquer des symptômes de carence, et la toxicité est possible à des niveaux trop élevés. En outre, la carence d’un élément peut se manifester par des symptômes de toxicité d’un autre élément, et vice versa. L’abondance d’un nutriment peut entraîner la carence d’un autre nutriment. Par exemple, l’absorption de K+ peut être influencée par la quantité de NH+
4 disponible.

L’azote est abondant dans l’atmosphère terrestre, et un certain nombre de plantes agricoles d’importance commerciale se livrent à la fixation de l’azote (conversion de l’azote atmosphérique en une forme biologiquement utile). Cependant, les plantes reçoivent principalement leur azote par le sol, où il est déjà converti en une forme biologiquement utile. C’est important car l’azote atmosphérique est trop volumineux pour être consommé par la plante et sa conversion en formes plus petites nécessite beaucoup d’énergie. Il s’agit notamment du soja, des haricots et des pois comestibles, ainsi que du trèfle et de la luzerne utilisés principalement pour l’alimentation du bétail. Les plantes telles que le maïs, le blé, l’avoine, l’orge et le riz, qui ont une grande importance commerciale, ont besoin de composés azotés dans le sol où elles poussent.

Le carbone et l’oxygène sont absorbés dans l’air tandis que les autres nutriments sont absorbés dans le sol. Les plantes vertes obtiennent habituellement leur approvisionnement en hydrates de carbone à partir du dioxyde de carbone de l’air par le processus de photosynthèse. Chacun de ces nutriments est utilisé à un endroit différent pour une fonction essentielle différente.

Nutriments de baseRévision

Les nutriments de base sont dérivés de l’air et de l’eau.

CarboneRévision

Le carbone forme le squelette de la plupart des biomolécules végétales, notamment les protéines, les amidons et la cellulose. Le carbone est fixé par la photosynthèse ; celle-ci transforme le dioxyde de carbone de l’air en hydrates de carbone qui sont utilisés pour stocker et transporter l’énergie dans la plante.

HydrogèneEdit

L’hydrogène est nécessaire à la construction des sucres et à la construction de la plante. Il est obtenu presque entièrement à partir de l’eau. Les ions hydrogène sont impératifs pour un gradient de protons pour aider à conduire la chaîne de transport d’électrons dans la photosynthèse et pour la respiration.

OxygèneEdit

L’oxygène est un composant de nombreuses molécules organiques et inorganiques au sein de la plante, et est acquis sous de nombreuses formes. Il s’agit notamment de : O2 et CO2 (principalement de l’air via les feuilles) et H2O, NO-
3, H2PO-
4 et SO2-
4 (principalement de l’eau du sol via les racines). Les plantes produisent de l’oxygène gazeux (O2) en même temps que le glucose au cours de la photosynthèse, mais ont ensuite besoin d’O2 pour subir une respiration cellulaire aérobie et décomposer ce glucose pour produire de l’ATP.

Macronutriments (primaires)Edit

AzoteEdit

L’azote est un constituant majeur de plusieurs des substances végétales les plus importantes. Par exemple, les composés azotés représentent 40 à 50 % de la matière sèche du protoplasme, et il est un constituant des acides aminés, les éléments constitutifs des protéines. Il est également un constituant essentiel de la chlorophylle. Dans de nombreux milieux agricoles, l’azote est le nutriment limitant pour une croissance rapide.

PhosphoreEdit

Comme l’azote, le phosphore est impliqué dans de nombreux processus vitaux des plantes. Au sein d’une plante, il est présent principalement en tant que composant structurel des acides nucléiques : l’acide désoxyribonucléique (ADN) et l’acide ribonucléique (ARN), ainsi qu’en tant que constituant des phospholipides gras, qui sont importants pour le développement et la fonction des membranes. Il est présent sous des formes organiques et inorganiques, qui sont toutes deux facilement transférées à l’intérieur de la plante. Tous les transferts d’énergie dans la cellule dépendent de manière critique du phosphore. Comme chez tous les êtres vivants, le phosphore fait partie de l’Adénosine triphosphate (ATP), qui est d’un usage immédiat dans tous les processus qui nécessitent de l’énergie avec les cellules. Le phosphore peut également être utilisé pour modifier l’activité de diverses enzymes par phosphorylation, et est utilisé pour la signalisation cellulaire. Le phosphore est concentré aux points de croissance les plus actifs d’une plante et stocké dans les graines en prévision de leur germination.

PotassiumEdit

Contrairement à d’autres éléments majeurs, le potassium n’entre dans la composition d’aucun des importants constituants végétaux impliqués dans le métabolisme, mais il est présent dans toutes les parties des plantes en quantités substantielles. Il est essentiel à l’activité enzymatique, notamment des enzymes impliquées dans le métabolisme primaire. Il joue un rôle dans la régulation de la turgescence, affectant le fonctionnement des stomates et la croissance du volume cellulaire.

Il semble avoir une importance particulière dans les feuilles et aux points de croissance. Le potassium est exceptionnel parmi les éléments nutritifs pour sa mobilité et sa solubilité dans les tissus végétaux.

Les processus impliquant le potassium comprennent la formation des hydrates de carbone et des protéines, la régulation de l’humidité interne des plantes, en tant que catalyseur et agent de condensation des substances complexes, en tant qu’accélérateur de l’action des enzymes, et en tant que contributeur à la photosynthèse, en particulier sous une faible intensité lumineuse. Le potassium régule l’ouverture et la fermeture des stomates par une pompe à ions potassium. Comme les stomates sont importants dans la régulation de l’eau, le potassium régule la perte d’eau des feuilles et augmente la tolérance à la sécheresse. Le potassium sert d’activateur des enzymes utilisées dans la photosynthèse et la respiration. Le potassium est utilisé pour construire la cellulose et aide à la photosynthèse par la formation d’un précurseur de la chlorophylle. L’ion potassium (K+) est très mobile et peut aider à équilibrer les charges anioniques (négatives) dans la plante. Une relation entre la nutrition au potassium et la résistance au froid a été constatée chez plusieurs espèces d’arbres, dont deux espèces d’épinettes. Le potassium contribue à la coloration et à la forme des fruits et augmente également leur brix. Par conséquent, des fruits de qualité sont produits dans des sols riches en potassium.

La recherche a lié le transport du K+ à l’homéostasie de l’auxine, à la signalisation cellulaire, à l’expansion cellulaire, au trafic membranaire et au transport du phloème.

Macronutriments (secondaires et tertiaires)Edit

SoufreEdit

Le soufre est un composant structurel de certains acides aminés (y compris la cystéine et la méthionine) et des vitamines, et est essentiel pour la croissance et la fonction des chloroplastes ; on le trouve dans les complexes fer-soufre des chaînes de transport d’électrons dans la photosynthèse. Il est nécessaire pour la fixation de N2 par les légumineuses, et la conversion du nitrate en acides aminés puis en protéines.

CalciumEdit

Le calcium dans les plantes se trouve principalement dans les feuilles, avec des concentrations plus faibles dans les graines, les fruits et les racines. Une fonction majeure est celle de constituant des parois cellulaires. Lorsqu’il est associé à certains composés acides des pectines gélatineuses de la lamelle moyenne, le calcium forme un sel insoluble. Il est aussi intimement impliqué dans les méristèmes, et est particulièrement important dans le développement des racines, avec des rôles dans la division cellulaire, l’élongation cellulaire, et la détoxification des ions hydrogène. D’autres fonctions attribuées au calcium sont : la neutralisation des acides organiques, l’inhibition de certains ions activés par le potassium et un rôle dans l’absorption de l’azote. Une caractéristique notable des plantes déficientes en calcium est un système racinaire défectueux. Les racines sont généralement touchées avant les parties aériennes. La pourriture terminale des fleurs est également le résultat d’une insuffisance de calcium.

Le calcium régule le transport d’autres nutriments dans la plante et intervient également dans l’activation de certaines enzymes végétales. Une carence en calcium entraîne un rabougrissement. Ce nutriment intervient dans la photosynthèse et la structure des plantes. Il est nécessaire comme cation d’équilibre pour les anions dans la vacuole et comme messager intracellulaire dans le cytosol.

MagnésiumEdit

Le rôle exceptionnel du magnésium dans la nutrition des plantes est celui de constituant de la molécule de chlorophylle. En tant que transporteur, il intervient également dans de nombreuses réactions enzymatiques comme activateur efficace, dans lesquelles il est étroitement associé à des composés phosphorés fournisseurs d’énergie.

Micro-nutrimentsEdit

Les plantes sont capables d’accumuler suffisamment la plupart des oligo-éléments. Certaines plantes sont des indicateurs sensibles de l’environnement chimique dans lequel elles poussent (Dunn 1991), et certaines plantes ont des mécanismes de barrière qui excluent ou limitent l’absorption d’un élément ou d’une espèce ionique particulière, par exemple, les rameaux d’aulne accumulent couramment le molybdène mais pas l’arsenic, alors que l’inverse est vrai pour l’écorce d’épinette (Dunn 1991). Autrement, une plante peut intégrer la signature géochimique de la masse de sol perméable par son système racinaire ainsi que les eaux souterraines contenues. L’échantillonnage est facilité par la tendance de nombreux éléments à s’accumuler dans les tissus aux extrémités de la plante. Certains micronutriments peuvent être appliqués sous forme d’enrobage de semences.

FerEdit

Le fer est nécessaire à la photosynthèse et est présent comme cofacteur d’enzymes dans les plantes. Une carence en fer peut entraîner une chlorose et une nécrose internervaire.Le fer n’est pas une partie structurelle de la chlorophylle mais très indispensable à sa synthèse. Une carence en cuivre peut être responsable de la promotion d’une carence en fer.Il aide au transport des électrons de la plante.

MolybdèneEdit

Le molybdène est un cofacteur des enzymes importantes dans la construction des acides aminés et est impliqué dans le métabolisme de l’azote. Le molybdène fait partie de l’enzyme nitrate réductase (nécessaire à la réduction du nitrate) et de l’enzyme nitrogénase (nécessaire à la fixation biologique de l’azote). La réduction de la productivité résultant d’une carence en molybdène est généralement associée à la réduction de l’activité d’une ou plusieurs de ces enzymes.

BoreEdit

Le bore a de nombreuses fonctions au sein d’une plante : il affecte la floraison et la fructification, la germination du pollen, la division cellulaire et l’absorption active du sel. Le métabolisme des acides aminés et des protéines, des glucides, du calcium et de l’eau est fortement influencé par le bore. Bon nombre des fonctions énumérées peuvent être incarnées par sa fonction de déplacement des sucres hautement polaires à travers les membranes cellulaires en réduisant leur polarité et donc l’énergie nécessaire pour faire passer le sucre. Si le sucre ne peut pas passer aux parties à croissance la plus rapide assez rapidement, ces parties meurent.

CuivreEdit

Le cuivre est important pour la photosynthèse. Les symptômes d’une carence en cuivre sont la chlorose. Il est impliqué dans de nombreux processus enzymatiques ; nécessaire pour une bonne photosynthèse ; impliqué dans la fabrication de la lignine (parois cellulaires) et impliqué dans la production de céréales. Il est également difficile à trouver dans certaines conditions de sol.

ManganèseEdit

Le manganèse est nécessaire à la photosynthèse, notamment à la construction des chloroplastes. Une carence en manganèse peut entraîner des anomalies de coloration, comme des taches décolorées sur le feuillage.

SodiumEdit

Le sodium est impliqué dans la régénération du phosphoenolpyruvate chez les plantes CAM et C4. Le sodium peut potentiellement remplacer la régulation de l’ouverture et de la fermeture des stomates par le potassium.

Essentialité du sodium:

• Essentiel pour les plantes C4 plutôt C3
• Substitution du K par le Na : Les plantes peuvent être classées en quatre groupes :

1. Groupe A-une forte proportion de K peut être remplacée par du Na et stimuler la croissance, ce qui ne peut être obtenu par l’application de K
2. Groupe B-des réponses de croissance spécifiques à Na sont observées mais elles sont beaucoup moins distinctes
3. Groupe C-Seulement une substitution mineure est possible et Na n’a aucun effet
4. Groupe D-Aucune substitution ne se produit

• Stimuler la croissance-augmenter la surface foliaire et les stomates. Améliore l’équilibre hydrique
• Fonctions du Na dans le métabolisme

1. Métabolisme C4
2. Impare la conversion du pyruvate en phosphoénol-.pyruvate
3. Réduire l’activité du photosystème II et les changements ultrastructuraux dans le chloroplaste du mésophylle

• Remplacer les fonctions K

1. Interne. osmotique
2. Fonction stomatique
3. Photosynthèse
4. Contre-action dans le transport à longue distance
5. Activation enzymatique

• Améliore la qualité de la récolte par ex.ex. améliore le goût des carottes en augmentant le saccharose

ZincEdit

Le zinc est requis dans un grand nombre d’enzymes et joue un rôle essentiel dans la transcription de l’ADN. Un symptôme typique de la carence en zinc est le retard de croissance des feuilles, communément appelé « petite feuille » et est causé par la dégradation oxydative de l’hormone de croissance auxine.

NickelEdit

Dans les plantes supérieures, le nickel est absorbé par les plantes sous forme d’ion Ni2+. Le nickel est essentiel à l’activation de l’uréase, une enzyme impliquée dans le métabolisme de l’azote et nécessaire à la transformation de l’urée. Sans nickel, des niveaux toxiques d’urée s’accumulent, entraînant la formation de lésions nécrotiques. Chez les plantes inférieures, le nickel active plusieurs enzymes impliquées dans divers processus, et peut se substituer au zinc et au fer comme cofacteur dans certaines enzymes.

ChloreEdit

Le chlore, sous forme de chlorure composé, est nécessaire à l’osmose et à l’équilibre ionique ; il joue également un rôle dans la photosynthèse.

CobaltEdit

Le cobalt s’est avéré bénéfique pour au moins certaines plantes, bien qu’il ne semble pas être essentiel pour la plupart des espèces. Il a cependant été démontré qu’il est essentiel pour la fixation de l’azote par les bactéries fixatrices d’azote associées aux légumineuses et à d’autres plantes.

SiliciumEdit

Le silicium n’est pas considéré comme un élément essentiel pour la croissance et le développement des plantes. Il est toujours présent en abondance dans l’environnement et donc en cas de besoin, il est disponible. Il se trouve dans les structures des plantes et améliore la santé des plantes.

Dans les plantes, le silicium a été montré dans des expériences pour renforcer les parois cellulaires, améliorer la force, la santé et la productivité des plantes. Des études ont montré que le silicium améliore la résistance à la sécheresse et au gel, diminue le potentiel de verse et renforce les systèmes naturels de lutte contre les parasites et les maladies. Il a également été démontré que le silicium améliore la vigueur et la physiologie des plantes en augmentant la masse et la densité des racines, ainsi que la biomasse végétale et le rendement des cultures. Le silicium est actuellement à l’étude par l’Association of American Plant Food Control Officials (AAPFCO) pour être élevé au rang de « substance bénéfique pour les plantes ».

VanadiumEdit

Le vanadium peut être requis par certaines plantes, mais à des concentrations très faibles. Il peut également se substituer au molybdène.

SéléniumEdit

Le sélénium n’est probablement pas essentiel pour les plantes à fleurs, mais il peut être bénéfique ; il peut stimuler la croissance des plantes, améliorer la tolérance au stress oxydatif et augmenter la résistance aux agents pathogènes et à l’herbivorie.