Liste compilée des lectures obligatoires Lecture

Liste compilée des lectures obligatoires
Lecture # 1: La nutrition minérale des plantes
Référence complète
Extrait de cours de Rémi Rakotondradona
E.N.S. Université d’Antananarivo (Madagascar)
Résumé
Ce cours traite les caractéristiques générales de la nutrition des
végétaux. Il contient beaucoup d’informations sur les éléments
nutritionnels ainsi que leur métabolisme au sein de la cellule.
L’explication de quelques méthodes de détermination y est annoncée
de manière diffuse.
Justification
La lecture de ce document vous plongera au cœur des caractéristiques
générales de la façon dont les plantes se nourissent et de disciplines
qui interviennent. Il vous servira comme point d’encrage pour la
recherche d’autres informations qui vous aideront à confirmer ou
infirmer l’hypothèse de recherche.
BESOIN NUTRITIONNEL DES PLANTES
INTRODUCTION
Les différents éléments nutritifs des plantes sont absorbés sous forme dissoute, que la plante trouve dans le sol et qui constitue
la sève brute. Les agriculteurs y ajoutent sous forme d’engrais certaines matières qui sont indispensables à la plante et qui ne
se trouveraient pas en quantité suffisante dans le sol de culture. D’autre part, les espèces de plante ne prennent pas tous ces
éléments dans les mêmes proportions.
I NUTRITION DES PLANTES
I.a. Les poils absorbants
Les poils absorbants sont capables de puiser la sève brute du sol parce que ils possèdent des parois cellulosiques perméables,
alors que tous le reste de la racine étant imperméable, exception à la règle les plants aquatiques. Les poils absorbants
n’absorbent que les substances dissoutes. On peut s’en assurer en jetant dans l’eau de culture d’une plante des poudres
insolubles de carmin et on en trouve jamais aucune trace dans les tissus en les examinant au microscope. Cependant,
beaucoup de terrains renferment des sels insolubles de phosphate et de carbonate de calcium que les racines néanmoins
absorbent dans une certaine mesure. Mais les racines les dissolvent au préalable par des sécrétions acides ou par dégagement
d’anhydride carbonique lors de la respiration.
Les solutions minérales du sol pénètrent dans les poils absorbants des racines par osmose. La solution de saccharose se
trouve à un plus fort degré de concentration moléculaire dans l’eau des poils absorbants que dans l’eau du sol. Le suc cellulaire

est dit hypertonique par rapport à l’eau du sol qui est dite hypotonique. Cette solution hypertonique exerce une certaine
attraction (P.O.) sur la solution hypotonique et qui va se mélanger avec le saccharose, dont la concentration finit par devenir la
même dans le milieu intracellulaire du poil absorbant et dans le milieu extracellulaire. C’est l’équilibre osmotique.
A ce moment le suc cellulaire du poil absorbant se trouve hypotonique vis-à-vis des cellules corticales et qui l’attirent à leur tour
à travers leur paroi. Le suc cellulaire de ces cellules diminuant peu à peu finit par se trouver lui-même hypotonique par rapport
aux cellules adjacentes plus profondes, de sorte que des courants osmotiques s’établissent et se poursuivent ainsi de proche
en proche jusque dans les cellules les plus profondes du parenchyme épidermique. Les substances cristalloïdes, dont les
solutions sont osmotiques ne sont pas seulement des sucres, mais aussi des acides organiques (tartrique, malique, citrique).
En outre, la membrane pectocellulosique des poils absorbants est hydrophile à cause de la présence de groupements
hydrophiles (OH, COOH). Pour pouvoir bien expliquer la pénétration de l’eau dans les poils absorbants, il faut aussi faire
intervenir ce qu’on appelle la force de succion S. Elle a été définie par Ursprung en 1916 comme la différence entre la pression
osmotique P.O. du contenu cellulaire et la contre pression W exercée par la paroi cellulaire du fait de la turgescence ; le
gonflement de la paroi est limitée par la résistance des membranes pectocellulosique. S diminue au fur et à mesure de la
pénétration de l’eau, elle s’annule lorsque l’on a PO – W = 0 .Mais quand la cellule est plasmolysée W = 0 et S atteint son
maximum et égale à PO. A un certain moment on a PO = W, la turgescence contrebalance la pression osmotique et la force de
succion s’annule. D’un autre côté, toute la substance modifiant l’élasticité de la membrane pectocellulosique modifiera
également la force de succion et la capacité d’absorption de l’eau. Tel est le cas de sels de calcium lors de l’élongation
cellulaire. Voici quelques exemples de force de succion S :
Blé = 21 à 32 atm
Betterave = 12 à 16 atm
Tabac = 9,6 à 12 atm
Pommier = 7,6 à 10 atm
L’eau qui se trouve dans le sol est aussi retenue par une autre force de succion, celle-ci dépend de la teneur du sol en
colloïdes. L’eau utile ou utilisable d’un sol est celle qui se trouve retenue par une force de succion inférieure à la force de
succion de la plante.

Endoderme
épiderme
épiderme
poils absorbants
vaisseaux conducteurs
cylindre central
zone pilifère
coupe
transvers
ale
zone
croissance
coiff
e
0
0,7
1,3
1,5
2,1
2,8
3
1,3
0,9
Le gradient de pression osmotique du poil absorbant à
l’endoderme
1. Du poils absorbant à l’endoderme : transport passif par
osmose et par hydrophile
2. De l’endoderme aux stomates : transport actif par cohésion
des molécules + transportation (aspiration)

Certains auteurs pensent que le rôle primordial des poils absorbants est d’augmenter la surface de contact entre la
racine et le sol. Ceux-ci sont en contact étroit avec les particules du sol sur lesquelles ils s’appliquent ; leur
adhérence est due à la nature pectique de leur membrane ; leur nombre atteint fréquemment 200 à 300 par mm2,
d’où une augmentation considérable de la surface absorbante. L’existence des poils absorbants est de courte
durée, rapidement ils flétrissent et tombent ; mais au fur et à mesure que les plus anciennes disparaissent et que
la racine s’allonge, il s’en forme de nouveaux. La formation des poils absorbants est favorisée par l’aération du
sol.
Au niveau des vaisseaux ligneux, le courant osmotique n’est plus fonctionnel, pourtant il y a un flux continu d’eau du poil
absorbant jusqu’au niveau des stomates des feuilles. C’est le phénomène de la cohésion moléculaire de l’eau qui est mis en
cause. Lors de la transpiration, l’eau s’évapore mais à cause de cette cohésion des molécules d’eau, l’eau perdue sera
immédiatement remplacée par aspiration de nouvelles molécules d’eau. Dès fois, c’est aussi appelé le phénomène de la lampe
à pétrole.
I.b. L’eau dans la plante
L’eau est considérée comme l’une des substances les plus importantes de la terre ; elle couvre plus de 70% de la surface du
globe ; elle entre dans plus de 60 à 90% de la composition des être vivants. L’eau, c’est le solvant universel, il n’y a que très
peu de substances insolubles dans l’eau. La structure moléculaire est composée de 2 atomes d’hydrogène et de 1 atome
d’oxygène ; la molécule d’eau est donc assimilable à un dipôle, à la fois un anion et un cation.
H2O+ - OH2 - +
I.c. Les propriétés physiologiques de l’eau
Cohésion moléculaire et solvant universel
La forme monohydrol ne se rencontre qu’à l’état de vapeur, l’état liquide est un mélange de di, tri, quadri hydrol pouvant
atteindre des centaines d’hydrol ou polymères. Lors de la nutrition des plantes, il y a n flux d’eau continu de la racine à l’apex de
la plante facilitant la succion d’eau dès qu’il y a la moindre transpiration.
Chaleur de vaporisation
La valeur de cette chaleur est de 2435 j/g d’eau, très élevée par rapport aux autres liquides ; pour le méthane cette valeur est
seulement de 577 j/g. Cette propriété est la raison d’utiliser l’eau comme le réfrigérant classique des radiateurs des voitures
automobiles. La plante utilise aussi cette propriété pour se refroidir lors de la transpiration.
Chaleur spécifique
La chaleur spécifique de l’eau est de 1 cal/g/° ; c'est-à-dire pour élever de 1° la température de 1 cm3 d’eau, il
faut fournir 1 cal de chaleur. La chaleur spécifique de l’eau est aussi la plus élevée de tous les liquides et permet
aux plantes de stabiliser la température de leur organisme.
Phase aqueuse des réactions chimiques
Les réactions chimiques se déroulent toujours en phase aqueuse et c’est l’eau qui donne cette phase.
Volume souple
L’eau contribue au maintien de la structure et de l’organisation des cellules de la plante : structure colloïdale du cytoplasme,
structure morphologique de la plante, responsable de l’élongation cellulaire.
II. COMPOSITION CHIMIQUE DES VEGETAUX
Voici le tableau des concentrations des éléments indispensables aux plantes selon les résultats d’expérience de Stout en 1976
Il y a d’abord les éléments caractéristiques des substances organiques qui sont tirés de l’atmosphère, qui sont le carbone,
l’oxygène et l’hydrogène appelés éléments plastiques. Les autres éléments sont des minéraux tirés directement du sol et qu’on
peut diviser en 2 groupes selon l’importance de leur quantité : les macro éléments et les oligo éléments.
Les macro éléments sont au nombre de 8 et ils sont absorbés sous forme d’ions :
Catégorie des anions :azote, soufre, phosphore, chlore
Catégorie des cations : calcium, magnésium, potassium, fer
En plus de ces 8 macro éléments on peut considérer l’hydrogène comme faisant partie des anions car il fait l’objet d’échange
dans la formation du complexe argilo humique ; de même pour le sodium et le silicium qui sont utilisés par les plantes pour des

raisons particulières, les plantes halophytes, leur cellule contient un taux très élevé de sodium dans leur tissu pour pouvoir
absorber l’eau de mer, les graminées présentent du silicium dans leur tissu pour pouvoir supporter les épis.
Les oligo éléments sont ainsi appelés car au sein du tissu végétal leur concentration est infinitésimale. Ils sont au nombre de
11, bien que Stout n’en a mentionné que 4 dans son expérience. Voici ces éléments : le manganèse Mn, le zinc Zn , le cuivre
Cu, le bore B, le molybdène Mo, l’iode I, le brome Br, l’aluminium Al, le nickel Ni , le cobalt Co et le fluor Fu. D’autres éléments
peuvent être détectés mais en général on les considère comme contaminant, c’ est le cas du lithium Li et du chrome Cr.
Tableau I. Les éléments indispensables aux plantes selon les
résultats de l’expérience de Stout en 1976
Element
% en masse de matière
Carbone
45
Oxygène
45
Hydrogène
6
Azote
1,5 ( 1 à 3)
Potassium
1 (0,3 à 6)
Calcium
0,5 (0,1 à 3)
Magnésium
0,2 (0,05 à 0,7)
Phosphore
0,2 (0,05 à 1,5)
Soufre
0,1 (0,05 à 1,5)
Chlore
0,01
Fer
0,01
Manganèse
0,005
Bore
0,002
Cuivre
0,0001
Molybdène
0,0001
II. 1 Les critères d’Arnon et de Stout de 1939
Selon ces deux biologistes, 3 critères sont à considérer pour pouvoir déterminer si un élément minéral est indispensable ou
non à la croissance et au développement des plantes. :
- si la carence en cet élément empêche la plante de terminer son cycle biologique ;
c’est le cas de l’azote
- si cet élément ne peut pas être remplacé par un élément de propriétés similaires ;
le potassium ne peut pas être remplacé par le sodium
- si l’élément ne participe pas directement au métabolisme de la plante ; le cobalt
est utilisé par le rhizobium et non pas par les légumineuses.
II. 2 Des concentrations exceptionnelles d’élément
Selon l’espèce de plante
Les algues ont un grand pouvoir d’accumuler l’iode, atteignant un taux de 0,01 g/g du poids sec alors que les autres plantes ce
taux est seulement de l’ordre de 0,000000001 g/g du poids sec ; c’est la même chose pour le potassium, leur taux au sein des
algues atteint une valeur élevée de 8 % du résidu sec par rapport à la valeur normale de 1 % pour les autres plantes. La
pomme de terre et la banane sont riches en potassium mais pas du niveau des algues. Les choux contiennent beaucoup de
soufre et les graminées de silicium de l’ordre de 5 %.
Selon la nature du sol
L’aluminium n’est pas vraiment indispensable à la croissance des plantes, mais on en trouve toujours dans les
résidus secs de toutes les plantes. Lorsque le sol est acide, l’absorption d’aluminium s’élève ; pour la plante
Hydrangea macrophylla ces fleurs bleues deviennent roses lors de cette absorption d’aluminium. Le plutonium
est en général toxique, mais en cas de concentration élevée en cet élément dans le sol, les plantes sont forcées
d’en absorber sans se faire de mal. Mais les herbivores consommant de telles plantes risquent d’attraper le
cancer.
III. ROLE DES ELEMENTS ESSENTIELS
III. 1. Les éléments plastiques