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LEGTA de Quetigny (21) • Classe préparatoire ATS Bio (post-BTSA-BTS-DUT) • Biol

LEGTA de Quetigny (21) • Classe préparatoire ATS Bio (post-BTSA-BTS-DUT) • Biologie : B.1 • Chapitre 13 : Prélèvement de la solution minérale du sol par les Angiospermes Cours complet rédigé • Page 1 EPLEFPA Dijon Quetigny Plombières-lès-Dijon Site de Quetigny (21) • LEGTA Olivier de Serres Classe préparatoire ATS (Adaptation Technicien Supérieur) Biologie Préparation des Concours agronomiques et vétérinaires (voie C) ENSEIGNEMENT DE BIOLOGIE • COURS Partie B. L’organisme dans son milieu : exemple de la nutrition Sous-partie B.1. L’approvisionnement des organismes dans leur milieu de vie [B.1.2. Le prélèvement des ressources dans le milieu de vie et la mise à disposition de l’organisme] Chapitre 13 Prélèvement de la solution minérale du sol par les Angiospermes Objectifs : extraits du programme 1.2 Le prélèvement des ressources dans le milieu de vie et la mise à disposition pour l’organisme 1.2.2. Le prélèvement de la solution minérale du sol par les Angiospermes ° L’entrée de la solution minérale au niveau de l’appareil racinaire - L’organisation extensive de l’appareil racinaire et les filaments mycéliens permettent l’exploration du milieu. - Les mécanismes d’absorption au niveau d’un poil absorbant sont précisés. Il est signalé qu’ils existent aussi au niveau des mycorhizes et sont responsables d’une part importante du prélèvement au stade adulte. [TP B1] Mots-clés [Potentiel hydrique, potentiel électrochimique des ions, aquaporine, transporteurs ioniques, force protomotrice, transports actifs primaire et secondaire] Présenter seulement les ectomycorhizes et les endomycorhizes arbusco- vésiculaires. ° Les mécanismes de transport des ions minéraux et de l’eau de la solution du sol jusqu’au système xylémien - Les voies apoplasmique et symplasmique, et leur importance relative, sont décrites en amont du complexe xylémien chez une dicotylédone. Mots-clés [Apoplasme, symplasme, plasmodesme, barrière endodermique] Introduction Les Angiospermes sont des organismes fixés autotrophes au carbone et à l’azote, c’est-à-dire qu’ils sont capables d’assimiler du carbone et de l’azote sous forme minérale. Exception faite du carbone qui est d’origine gazeuse (CO2) (et éventuellement de l’azote quand la plante est impliquée dans une symbiose fixatrice de diazote), les nutriments (ions minéraux) et l’eau sont absorbés au niveau du sol par l’appareil racinaire qui sert aussi par ailleurs d’ancrage au végétal (encadré A). Faire le lien avec le point B.2. (§§ sur la circulation des sèves) Comment les Angiospermes prélèvent-elles de l’eau et des ions dans le sol ? Encadré A L’appareil racinaire et les mycorhizes : quelques notions pratiques (TP) D’après SEGARRA et al. (2015) LEGTA de Quetigny (21) • Classe préparatoire ATS Bio (post-BTSA-BTS-DUT) • Biologie : B.1 • Chapitre 13 : Prélèvement de la solution minérale du sol par les Angiospermes Cours complet rédigé • Page 2 LEGTA de Quetigny (21) • Classe préparatoire ATS Bio (post-BTSA-BTS-DUT) • Biologie : B.1 • Chapitre 13 : Prélèvement de la solution minérale du sol par les Angiospermes Cours complet rédigé • Page 3 I. Le sol, point d’ancrage et réservoir de ressources hydro- minérales pour la plante [limite programme ?] A. Le sol, revêtement superficiel de la planète 1. Une interface entre géosphère, biosphère, atmosphère et hydrosphère • Le sol est un niveau superficiel terrestre qui résulte de l’altération de la roche sous-jacente par l’eau issue des précipitations et du ruissellement, les conditions atmosphériques (dont la température et la présence forte de dioxygène) et les êtres vivants. • Souvent, les roches sont composées de silicates, minéraux riches en silicium ; le produit d’altération est alors des argiles (figure 1). Pour information On trouve aussi des sables (résidus de quartz, un minéral quasi-inaltérable chimiquement) et des limons, particules notamment formées par le vent ou les déplacements fluviatiles. Ce qui distingue ces trois types de particules, c’est leur taille (très fin pour les argiles : diamètre < 2 µm, moyen pour les limons : 2-20 µm, plus gros pour les sables : > 20 µm). Pour information La composition du sol peut aussi provenir : De l’altération de roches non silicatées, par exemple des roches carbonatées qui génèrent des paysages karstiques ou calcifient les sols ; De matériaux emportés par les fleuves, glaciers… • La composition et l’organisation du sol dépendent donc de la nature de la roche- mère, des conditions climatiques et de la diversité biologique présente en un lieu. FIGURE 1. Contrôle climatique de l’épaisseur et de la composition minérale des sols : diagramme de PEDRO [pour information]. D’après LAGABRIELLE et al. (2013). Phyllites, kaolinite, gibbsite = minéraux argileux | Substratum : désigne ici la roche-mère LEGTA de Quetigny (21) • Classe préparatoire ATS Bio (post-BTSA-BTS-DUT) • Biologie : B.1 • Chapitre 13 : Prélèvement de la solution minérale du sol par les Angiospermes Cours complet rédigé • Page 4 2. Une pellicule découpée en niveaux, les horizons • Le sol peut être découpé en différents niveaux qu’on appelle horizons (figure 2) : les horizons les plus superficiels sont les plus riches en matière organique et en organismes vivants alors qu’en profondeur, on atteint la roche-mère (sous-sol). FIGURE 2. Un sol typique de région tempérée et son découpage en horizons [pour information]. D’après LAGABRIELLE et al. (2013). B. La solution du sol, réservoir de ressources hydriques et minérales pour la plante 1. La plante adulte, organisme fixé qui exploite le sol et l’atmosphère • Une plante adulte est fixée et exploite deux milieux (figure 3) : L’atmosphère : prélèvement (ou rejet) d’O2 et CO2 (voire de N2 dans le cas d’une symbiose fixatrice). Voir chapitre précédent : B.1.2.1. La réalisation des échanges gazeux Le sol : prélèvement d’eau et d’ions minéraux. Ce qui nous intéresse dans ce chapitre ☺ • Il est à noter que les racines réalisent des échanges gazeux (mais uniquement respiratoires : il n’y a pas de photosynthèse dans les racines). Dans les racines secondaires recouvertes de liège, on peut trouver des lenticelles. FIGURE 3. Importance du sol et de l’atmosphère dans la nutrition végétale. D’après CAMPBELL & REECE (2004). 2. Une fraction minérale et une fraction organique qui forment un complexe argilo-humique (CAH) retenant les cations • Le sol comprend : Des particules minérales, entre autres des argiles comme nous venons de le voir. Des particules organiques qui sont issues de la décomposition des êtres vivants par les conditions climatiques ainsi que par la pédofaune (animaux du sol), les ‘champignons’ décomposeurs et les bactéries du sol. Ces particules forment l’humus et les molécules qui le composent, de nature extrêmement diversifiée, sont appelée molécules humiques – ou, très souvent, acides humiques car ce sont souvent des acides. • Les argiles et les acides humiques s’agglomèrent et forment alors des structures colloïdales chargées négativement qui retiennent les cations : ce sont des complexes argilo-humiques (CAH). • Les anions sont quant à eux dissous dans l’eau du sol sans être directement associés aux CAH, quoiqu’ils soient attirés par les cations portés par le CAH (exemple du phosphate sur la figure) (figure 4). O LEGTA de Quetigny (21) • Classe préparatoire ATS Bio (post-BTSA-BTS-DUT) • Biologie : B.1 • Chapitre 13 : Prélèvement de la solution minérale du sol par les Angiospermes Cours complet rédigé • Page 5 FIGURE 4. Une représentation du CAH associé aux cations qui le stabilisent. D’après Wikipédia (consultation janvier 2016). 3. Une composante hydrique plus ou moins disponible FIGURE 5. Disponibilité de l’eau dans le sol. D’après PEYCRU et al. (2010b). • L’eau présente dans le sol (figure 5) peut être classée en plusieurs catégories en fonction de sa disponibilité (on considère un sol saturé en eau suite à une pluie) : L’eau gravitaire ou eau non liée est l’eau qui s’infiltre dans le sol par gravité et atteint ses horizons les plus profonds, voire termine dans une nappe phréatique. Cet écoulement de l’eau gravitaire porte le nom de ressuyage et intervient rapidement après une précipitation (durée : quelques heures au plus). L’eau gravitaire n’est pas disponible pour les plantes. L’eau liée est l’eau qui s’associe aux particules du sol. On peut y distinguer : o L’eau capillaire située dans les interstices entre les particules et retenue par tension superficielle [eau disponible]. o L’eau de constitution, emprisonnée dans les particules hydrophiles comme les argiles [eau non disponible]. o L’eau de rétention fortement adsorbée par les particules du sol et qui est difficile à leur « arracher » [eau non disponible]. Nous allons revoir un peu plus loin la notion de potentiel hydrique : l’eau de constitution et l’eau de rétention présentent une forte composante matricielle du potentiel hydrique, ce qui explique leur faible capacité à être mobilisée. • La fraction d’eau qui peut être prélevée par les plantes se situe dans un intervalle situé entre les deux limites suivantes : La capacité au champ ou capacité de rétention maximale : situation où l’eau liée est à son maximum après ressuyage. L’eau est aisément mobilisable par la plante qui peut prélever l’eau capillaire. Le point de flétrissement : situation où l’eau n’est plus mobilisable, toute l’eau liée appartenant à l’eau non disponible (eau de constitution et de rétention). On observe alors souvent et plutôt rapidement le flétrissement uploads/Geographie/ ats-b1-3-absorption-racinaire 1 .pdf