En quoi les symbioses mycorhizienne et rhizobienne procurent-elles un avantage à la plante ?
Explication détaillée
Nous allons maintenant expliquer en détails le phénomène permettant l’augmentation considérable de cette masse d’azote.
Tout d’abord, les plantes comme les légumineuses sont incapables de fixer l’azote atmosphérique directement. Or, l’azote est nécessaire à la vie et à la croissance de tous les êtres vivants, car il entre dans la composition des acides nucléiques, des protéines, etc. Les légumineuses ont donc un avantage considérable par rapport aux autres plantes : elles peuvent, en s’associant aux rhizobium, fixer de l’azote par leurs racines. Cette fixation se réalise dans les nodules sur les racines.
Le but est de transformer l’azote atmosphérique (diazote) en ions ammonium assimilables par la plante. Cette transformation chimique est permise par l’action d’une enzyme produite par les bactéries : la nitrogénase. Les bactéries rhizobium contiennent des gènes spécifiques, appelés gènes fixateurs : nif et fix, qui sont responsables de la synthèse et du fonctionnement de cette nitrogénase. Elle catalyse la réaction suivante :
La nitrogénase effectue d’abord une première action sur l’ATP.
L'ATP ou adénosine triphosphate, est un nucléotide de la famille des purines* servant à emmagasiner et à transporter de l'énergie (les purines sont des bases azotées). Il est constitué de l'adénine (une base azotée), du ribose (un sucre avec cinq atomes de carbone) et de trois groupes phosphates unis les uns aux autres par deux liaisons pyrophosphates à haut potentiel énergétique.
Chez les végétaux, la photosynthèse produit de l'ATP dans les chloroplastes.
Dans le cas de la nitrogénase, cette dernière va briser une des 3 liaisons phosphates de l’ATP, libérant alors des électrons permettant d’équilibrer la réaction. Ce processus libère de l’énergie permettant au reste de la réaction de s’effectuer. Les produits de cette première réaction sont de l’ADP, adénosine diphosphate, ainsi qu’un groupement de phosphates libre Pi.
Les autres réactifs sont du diazote N2 provenant de l’atmosphère et des ions hydrogènes H+ provenant de la plante. Les ions H+ réagissent avec le diazote pour former des ions ammonium NH4+ et du dihydrogène. La molécule de N2 contient une triple liaison covalente. Pour être coupée, elle nécessite donc une importante quantité d'énergie apportée par l'ATP.
Nous avons cherché à déterminer si cette réaction était une oxydo-réduction. Le couple H+ et H2 pourrait être un couple oxydo-réducteur tout comme le couple N2 et NH4+. Les deux oxydants supposés seraient N2 et H+ et les deux réducteurs le NH4+ et H2. Or dans une oxydo-réduction les réactifs contiennent un oxydant et un réducteur et les produits également. Nous nous sommes demandées alors si l’ATP et l’ADP ne formeraient pas un autre couple où l’ATP serait le réducteur et l’ADP l’oxydant. Nous ne sommes malheureusement pas en mesure, malgré nos recherches, de répondre à cette question.
A la fin de la réaction, les nodules contiennent donc de l’ammonium, c’est à dire une forme d’azote que la plante est capable d’assimiler.
Il n’est absorbé directement par la culture qu'en faible quantité . Chargé positivement, le cation ammonium se fixe sur les minéraux du sol. Les racines doivent donc être proches de l'ammonium pour l'absorber. La majeure partie de l'ammonium est transformée en nitrate par des bactéries telles que les rhizobiums. C'est le processus de « nitrification ».
Les nitrates sont la forme la plus oxydée de l’azote présente dans le sol et les eaux, sous forme de sels minéraux très solubles et très mobiles. Ils sont assimilables par les plantes. Pour que cette assimilation soit possible, l’ammonium est d'abord oxydé en nitrite, c'est la nitritation. Enfin, le nitrite est oxydé en nitrate, c'est la nitratation. Nous pouvons résumé ce processus par les équations suivantes : de l'ammonium au nitrite NH3 + O2 → NO2− + 3H+ + 2e− et aussi du nitrite au nitrate NO2− + H2O → NO3− + 2H+ + 2e−. Une fois le nitrate formé, il est directement absorbé par les plantes, par les racines.