Travail du sol, photo F. Lhopiteau
Champ de blé au printemps, photo F. Lhopiteau
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Lundi 17 Mai 2004 Sol, plante et
atmosphère : par Daniel Tessier et Jean-François Morot-Gaudry INRA |
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Champ de blé au printemps, photo F. Lhopiteau |
La nutrition minérale L’azote est à la base de la synthèse des acides aminés (éléments des protéines, enzymatiques ou non) et des acides nucléiques (support de l’information génétique). Un hectare de maïs utilise plus de 200 kg d’azote par an. Le soufre et le fer interviennent dans les transferts d’électrons (oxydoréduction). Les anions et les cations en général assurent les équilibres électriques et ioniques entre les différents compartiments cellulaires. Le calcium est de plus impliqué dans la signalétique cellulaire. |
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Un hectare de maïs consomme par transpiration 60 tonnes d’eau par jour et par hectare. Ce mouvement d’eau du sol à l’atmosphère via la plante, en assure le refroidissement et permet le transfert des éléments minéraux. Depuis toujours, sol et plante sont intimement liés. La plante tire du sol eau et les minéraux. Les racines des plantes excrètent dans le sol des molécules organiques et des protons et en modifient l’environnement (pH). Coupe longitudinale de racine |
Plant de tabac (nicotiana) cultivé sur gel d’agarose déficient en Fer et contenant un indicateur coloré à pH, en jaune les zones où le gel a été acidifié (pourpre de bromocrésol de pK 6.5) (d’après Vansuyt et al., 2003). |
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| L’assimilation des ions minéraux implique de l’énergie (ATP) et des transporteurs membranaires. |  |
La photosynthèse ou synthèse à la lumière 1) Les plantes captent l’énergie lumineuse (photons de la lumière visible : 400 à 700 nm) et la transforme en pouvoir réducteur (NADPH + H+) et molécule énergétique (ATP) ; c’est la phase photochimique de la photosynthèse. 2) Les plantes fixent le carbone du CO2 atmosphérique et grâce au pouvoir réducteur et à l’ATP, synthétisent les glucides (ou sucres), molécules à la base de toutes les molécules organiques ; c’est la phase biochimique de la photosynthèse. Toutes ces réactions se déroulent
dans des petits organites foliaires, les chloroplastes (10 µm). |
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Feuilles de vigne |
Coupe de chloroplaste montrant le systèmes lamellaire portant la machinerie photosynthétique |
La phase photochimique de la photosynthèse
Les plantes captent la lumière grâce aux pigments, les chlorophylles (pigments verts) et les caroténoïdes (pigments jaunes) essentiellement. Ces derniers enchâssés dans une matrice protéique, constituent les antennes qui assurent la capture de l’énergie lumineuse (photons de la lumière visible). Des complexes protéines/chlorophylles/transporteurs d’électrons assurent la transformation de l’énergie lumineuse en courant électrique (séparation de charges électroniques) ; ce sont les centres réactionnels. Une chaîne de transporteurs permet le transfert spontané des électrons des centres réactionnels à un accepteur final, le NADP+ qui est réduit en NADPH + H+ (pouvoir réducteur). Simultanément, un transfert de protons accompagne le transfert d’électrons et créé un gradient de protons entre l’intérieur des thylacoïdes et le stroma du chloroplaste. La dissipation de ce gradient de protons génère de l’énergie qui permet la synthèse d’une molécule très énergétique l’ATP à partir d’ADP et de phosphate inorganique Pi. Ces réactions d’oxydoréduction nécessitent une source inépuisable d’électrons, l’eau. Le produit de déchet de l’oxydation de l’eau par la machinerie photosynthétique est l’oxygène qui est à l’origine de quasiment tout l’oxygène de notre atmosphère. Note
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La phase biochimique de
la photosynthèse
Les plantes fixent le carbone du CO2 sur un sucre bisphosphorylé à 5 carbones, le ribulose bisphosphate qui se scinde rapidement en deux molécules à 3 carbones, l’acide phosphoglycérique ; cette réaction est catalysée par une enzyme qui est la plus répandue dans le monde, la ribulose bisphosphate carboxylase/oxygénase ou plus simplement Rubisco. Ces molécules tricarbonées
en présence des produits de la phase photochimique , ATP et NADPH
+ H+ sont réduites en trioses phosphates, premiers sucres à
la base de toutes les molécules organiques de notre planète
(sucres, acides aminés, lipides, etc.). |
Le sol Le développement de la plante modifie les
propriétés physiques, chimiques et biologiques des sols.
Après leur décomposition les racines des plantes laissent
la place à des galeries permettent l’aération et
l’écoulement de l’eau et permettent ainsi le développement
des bactéries aérobies qui sont les principaux décomposeurs
des matières organiques dans les sols. |
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Microstructure d ’une argile à trois teneurs en eau (MEB). La plante pompe de l’eau dans l’argile laquelle se présente sous la forme d’une sorte d’éponge déformable. Le volume de l’argile diminue lorsque le contenu en eau diminue. Il en résulte la formation de fissures. Variation de volume à trois pressions (D. Tessier). a)P = 0.032 bar b)P = 1 bar c)P = 10 bars |
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Les racines rejettent
des sucres (en clair). Les organiques proviennent aussi de la biodégradation
des végétaux morts apportés aux sols. Les matières
organiques s’agrégent aux argiles (en foncé). C'est
ce qui donne au sol sa cohésion macroscopique. Les sucres sont
très aisément dégradés par les microorganismes
des sols alors que les matières organiques provenant de la décomposition
des végétaux peuvent avoir une durée de vie très
longue. |
