Zoom sur les bactéries fixatrices d’azote

Zoom sur les bactéries fixatrices d’azote

L’azote est un élément incontournable pour la croissance des cultures. Ses réserves sont considérées comme quasi illimitées de par son abondance dans l’atmosphère terrestre, composé à 78% de N2. Mais sous cette forme, l’azote ne peut être directement assimilé par la plante et doit être transformé avant de pouvoir être utilisé. C’est à ce stade qu’entrent en jeux les micro-organismes du sol. Certaines espèces sont en effet capables de transformer le diazote (N2) sous des formes parfaitement assimilables par la plante. Alors quels sont ces micro-organismes et comment fonctionne-t-ils ?

 

Pour pouvoir être absorbé par la plante, l’azote présent dans l’atmosphère sous forme N2 doit subir des processus de transformation biologique réalisé par des micro-organismes appelés bactéries fixatrices d’azote. Ces bactéries fixatrices d’azote ont pour fonction principale de capter l’azote présent dans l’air, mais aussi dans le sol (limitant ainsi les pertes dans les nappes), et de le restituer à la plante sous une forme disponible et assimilable. L’azote présent dans le sol est sous une forme NO3- (les nitrates du sol) et l’azote présent dans l’air est sous forme N2 (l’azote atmosphérique).

 

Les bactéries captent l’azote et le relargue sous une forme assimilable par la plante

 

Une fois fixé aux bactéries, l’azote non assimilable  est « transformé » puis restitué dans le sol sous une forme parfaitement assimilable par les cultures, à savoir sous forme NO3- ou NH4+ (ammonium). Seules ces formes nitrates (NO3-) et ammonium (NH4+) peuvent être absorbées par la plante au niveau racinaire.

 

Il existe quatre types de bactéries capables de fixer l’azote atmosphérique et de réaliser ces transformations.

 

Les différents types de bactéries fixatrices d’azote :

 - Les fixateurs symbiotiques :

Appartenant à la famille des micro-organismes rhizobiums, les fixateurs symbiotique sont des bactéries qui vivent en association avec les plantes légumineuses (ils entrent en symbiose avec elles). La fixation de l’azote intervient au niveau d’organes appelés les nodules, qui se forment au niveau de la racine de la plante. C’est le cas de Bradyrhizobium japonicum, qui est une espèce de nodosité que l’on retrouve sur les cultures de soja.

 

Dans les nodules, s’effectuent les échanges symbiotiques entre les racines de la plante et les bactéries : les fixateurs symbiotiques se nourrissent de composés carbonés libérés par les racines ; en contrepartie ils fixent le diazote de l’atmosphère et le rendent disponible aux racines sous une forme assimilable (voir schéma ci-dessous).

 

Ces micro-organismes sont capables de fixer jusqu’à 300 Unités d’azote par an. Cependant leur action est limitée aux cultures légumineuses, à l’exception des actinomycètes (catégorie de bactérie) du genre Frankia, capables d’entrer en symbiose avec des plantes actinorhiziennes telles les aulnes, les argousiers, et autres types d’arbres/arbustes.

 

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Dans les racines, circulent des glucides et composés carbonés (issus du métabolisme de la plante et de la photosynthèse), qui servent de nourriture pour la croissance des bactéries (flèches vertes). En parallèle, la bactérie prélève le diazote N2 de l’atmosphère et le transforme en NH4(grâce à la nitrogénase) qui va pouvoir être assimilée par la plante.

 

 

- Les bactéries diazotrophes libres :

Elles vivent librement dans le sol, dans une zone à l’interface entre le sol et les racines des plantes, appelée rhizosphère. A la différence des bactéries symbiotiques, leur action ne se cantonne pas aux cultures légumineuses. Les bactéries diazotrophes libres se nourrissent des molécules sécrétées par les racines (exsudats racinaires) et fixent en contrepartie le N2 pour le restituer à la plante sous des formes assimilables.

 

Dans des systèmes de culture intensifs, il est estimé que l’apport de ce type de micro-organismes permet de remplacer un apport de 20 à 40 Unités d’azote, tout en maintenant des rendements équivalents voire supérieurs.

 

Leur implication dans le cycle de l’azote ne se limite pas à la fixation de l’azote : certaines bactéries sont en effet capables d’immobiliser les nitrates résiduels pendant la période hivernale, pour les restituer ensuite à la plante lorsque ses besoins sont accrus. Elles permettent ainsi de lutter contre les phénomènes de lessivages.

C’est le cas notamment des bactéries Azotobacter, Pseudomonas, ou Azomonas, qui sont particulièrement impliqué dans ces types de mécanismes.

 

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Une enzyme indispensable : la nitrogénase

Toutes les bactéries fixatrices d’azote que nous venons de citer ont un point commun : le code génétique du complexe enzymatique qui entre en action dans le mécanisme de fixation de l’azote, appelé la nitrogénase. Ce complexe enzymatique permet de catalyser la réaction de transformation du diazote de l’air en azote assimilable par les plantes.

 

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La transformation de l’azote demande à la bactérie de fournir beaucoup d’énergie. Lorsque le sol contient déjà une grande quantité d’azote soluble, par exemple en cas d’intrants importants, la bactérie se met alors en mode économie d’énergie et réprime le fonctionnement de la nitrogénase.

 

Lorsque des bactéries fixatrices d’azote sont apportées au champ, il est donc préconisé de réduire la quantité d’apport de fertilisants azotés. Non seulement cela permet de diminuer les coûts et l’apport d’engrais chimique apporté au sol , mais en plus, cela permet d’optimiser l’action des bactéries en les encourageant à mettre en route leurs enzymes pour apporter de l’azote assimilable par les plantes de manière naturelle, plutôt qu’elles se mettent en mode « économie d’énergie ».

 

Les bactéries fixatrices d’azote ont la particularité de pouvoir stocker et transformer l’azote, pour pouvoir le restituer à la plante sous une forme assimilable et au bon moment. Même s’il en existe quatre types différents, elle toutes ont un point commun, la nitrogénase. C’est ce complexe enzymatique qui permet de catalyser la réaction de transformation du diazote de l’air en azote assimilable par les plantes. Tout leur intérêt réside dans ce processus : il permet d’apporter de l’azote assimilable par les plantes de manière naturelle, en utilisant les ressources de la nature, et de diminuer ainsi l’apport d’intrants chimique dans le sol.