Interaction symbiotique entre soja et bactéries du genre Rhizobium (TIPE)

Résumé du document

A. ... du phénomène de symbiose en relation avec le cycle de l'azote

Comment passe l'azote présent dans l'air sous forme de diazote N2 à l'azote assimilable par la plante
sous forme d'ammoniac NH3 (phénomène dit de fixation de l'azote) ? La réponse est donnée par le cycle de l'azote présenté ci-dessus de manière synthétique.

Le diazote est réduit, via la nitrogénase contenue dans les bactéries du genre Rhizobium, en ammoniac lui même protoné lors d'un réaction type acide/base en ammonium alors transformé en ion nitrite par l'action des bactéries nitreuses (Nitrosomonas) à son tour transformé en ion nitrate par l'action des bactéries nitriques (Nitrobacter). L'ion nitrate formé est cependant sensible au lessivage car non retenu par le complexe négatif argilo-humique présent dans le sol qui peut retenir les cations tels Fe2+, K+, NH4 +, Ca2+, Cu2+ , il est donc lessivé en majeure partie dans les nappes phréatiques qu'il pollue. Ainsi, pour que la plante puisse avoir un apport conséquent en nitrate, elle va développer avec une bactérie du genre Rhizobium une symbiose afin d'accroître la teneur du sol en nitrate, constituant essentiel à sa croissance.
Dans les terres pauvres en azote, comme la plupart des parcelles agricoles, la symbiose Rhizobium ? Légumineuse est donc un atout majeur qui permet de ne pas rompre le cycle de l'azote indispensable à la plante.

B. ... de la plante étudiée : Le soja

La famille des Légumineuse rassemble trois sous familles d'Angiospermes dont le fruit est un légume ou une gousse. Ces trois familles sont les Césalpiniacées, où l'on retrouve l'Arbre de Judée ou le Févier, les Mimosacées, où l'on retrouve par exemple l'Acacia, et les Fabacées (= Papilionacées), où l'on retrouve le Trèfle, la Luzerne ou encore la Lentille.
Le Soja, originaire de Chine et du Japon, que nous étudions appartient à la famille des Fabacées du genre Glycine max. C'est une plante herbacée annuelle qui présente des caractéristiques similaires à celle du haricot : il a une fécondation autogame et possède des feuilles trifoliées (une feuille est constituée d'un foliole central et de deux folioles latéraux de même taille). Le fruit est une gousse velue contenant 2 à 4 graines qui arrive à maturité après que les feuilles soient tombées. La plante est généralement velue. Les tiges dressées ont en général une longueur de 30 à 130cm. Elle est capable de réaliser une symbiose avec la bactérie Bradyrhizobium Japonicum pour mieux se développer. Présentons les caractéristiques de cette bactérie. (...)

Extraits

[...] Le deuxième arrosage avec les solutions a été fait le samedi 21 février et le troisième le samedi 07 mars. Ainsi, pendant 3 semaines, les plantes ont été exposées uniquement à des concentrations en nitrate différentes alors que leur croissance était a son maximum. Tous les arrosages ont été réalisés par mise du même volume de 50mL la solution correspondant à chaque pot grâce à une éprouvette graduée (250mL x 0,01). Remarque : Nos plantations ont été réalisés dans une terre argileuse pauvre en azote. [...]

[...] Illustration Photo de nodosités B. Protocole opératoire Les graines et la bactérie nous ont été fournies par le Lycée Valabre (Lycée Agricole) qui nous a également conseillé sur différents points du TIPE. La bactérie était fournie dans un sac dans lequel la Page 5 bactérie se trouvait sous forme de tourbe, ce sac était hermétique afin d'empêcher le dessèchement de la tourbe et donc la mort des bactéries. Cette tourbe présentait une concentration massique d'environ 109 germes par gramme. Valabre à fait des études sur l'efficacité de la bactérie selon le temps entre l'inoculation (mise en contact de la bactérie avec la graine) et la mise en terre des graines, mettant ainsi en avant le phénomène de mort de bactérie si le temps entre inoculation et mise en terre dépasse 4 heures. [...]

[...] Ainsi, on peut dire que BRJ joue un rôle d'intermédiaire entre le nitrate du sol et les cellules du système racinaire. Considérons la différence : volume du système racinaire d'un plant cultivé sans BRJ moins volume du système racinaire d'un plant cultivé avec BRJ, avec la même solution dans le sol. On observe que cette différence négative pour la solution C0 devient positive entre C1 et C2 et continue clairement de croître pour C3. Cette différence est continue et croissante pour des concentrations en nitrate croissantes. [...]

[...] La concentration seuil étant très élevée, elle ne sera jamais atteinte par les agriculteurs. Ils se trouvent donc dans le cas où la symbiose est bénéfique et où aucun apport d'azote supplémentaire n'est nécessaire, voir néfaste au développement de la plante. La symbiose Rhizobium - Légumineuse représente alors un enjeu écologique et économique considérable au vue de la pollution engendrée par ces intrants azotés coûteux. Ainsi, au lieu de développer de nouveaux engrais chimiques azotés toujours plus puissants, les grands laboratoires devraient élaborer plusieurs gammes de bactéries destinées à l'unique but de réaliser des symbioses avec d'autres plantes que les Légumineuses ou les Graminées. [...]

[...] DESAEGHER James NAAR Clément POSTAT Jérémy 1BCPST1 Travaux d'Initiative Personnelle Encadrés Interaction symbiotique entre soja et bactéries du genre Rhizobium Années 2008 2009 Page 1 Lycée THIERS Sommaire Introduction I. Présentation générale . A . du phénomène de symbiose avec le cycle de l'azote B . de la plante étudiée : Le soja C . de la bactérie étudiée : Bradyrhizobium Japonicum souche G-49 II. Matériel et méthodes d'étude A. Principe de l'expérience B. Protocole opératoire III. [...]