Symbioses nutritives : mycorhizes et fixation d’azote
Certains micro-organismes ne se contentent pas de décomposer les morts : ils s’associent à des plantes vivantes
dans des partenariats gagnant-gagnant. Les mycorhizes permettent aux plantes d’explorer des centaines de mètres de sol
en plus ; les bactéries nodulaires offrent aux légumineuses de l’azote gratuit. Ce sont des symbioses nutritives —
des associations qui améliorent la nutrition des deux partenaires.
🎯 Objectifs de la leçon
- Définir la symbiose et la distinguer du parasitisme
- Décrire les deux types de mycorhizes et leurs avantages réciproques
- Expliquer l’association Rhizobium–légumineuse et la fixation d’azote
- Comprendre l’intérêt agronomique de ces symbioses
📋 Plan
- Symbiose, mutualisme et parasitisme : des notions à distinguer
- Les mycorhizes : champignons au service des racines
- Les nodosités et la fixation d’azote : les légumineuses et Rhizobium
1. Symbiose, mutualisme et parasitisme : des notions à distinguer
| Type d’interaction | Effet sur partenaire A | Effet sur partenaire B | Exemple |
|---|---|---|---|
| Symbiose / Mutualisme | + (bénéfique) | + (bénéfique) | Mycorhizes (plante + champignon) |
| Commensalisme | + (bénéfique) | 0 (neutre) | Rémora et requin |
| Parasitisme | + (bénéfique) | − (défavorable) | Tique et mammifère |
| Prédation | + (le prédateur mange) | − − (la proie est tuée) | Loup et cerf |
Dans une symbiose nutritive, les deux partenaires améliorent leur nutrition grâce à l’association :
c’est une relation étroite, durable et mutuellement bénéfique.
Les symbioses nutritives sont très répandues dans les écosystèmes et jouent un rôle crucial
dans la nutrition de la quasi-totalité des plantes terrestres.
2. Les mycorhizes : champignons au service des racines
Une mycorhize (du grec mykès = champignon et rhiza = racine) est une association
symbiotique entre un champignon et les racines d’une plante. Environ 80 % des plantes terrestres
forment des mycorhizes — c’est la règle, pas l’exception !
| Type | Position du champignon | Plantes concernées | Exemples de champignons |
|---|---|---|---|
| Ectomycorhizes | Enveloppe la racine de l’extérieur (manchon mycélien) | Arbres forestiers : chênes, hêtres, pins, épicéas… | Cèpes, bolets, amanites, truffes |
| Endomycorhizes (arbusculaires) | Pénètre à l’intérieur des cellules racinaires (arbuscules) | 80 % des plantes herbacées et de nombreuses plantes cultivées | Glomus (champignons non visibles à l’œil nu) |
🤝 Les avantages réciproques des mycorhizes
Ce que la plante gagne :
- Accès à 100–1000 fois plus de sol qu’avec ses seules racines (les filaments mycéliens sont beaucoup plus fins)
- Meilleure absorption de l’eau en période de sécheresse
- Absorption augmentée de phosphore (+40–60 %) et d’autres minéraux peu mobiles dans le sol
- Protection contre certains pathogènes racinaires
Ce que le champignon gagne :
- De 20 à 40 % des sucres produits par la plante (saccharose) — source indispensable de carbone pour le champignon qui ne peut pas faire la photosynthèse
🍄 Les champignons comestibles de la forêt : des mycorhiziens ?
Oui ! Les cèpes, bolets, amanites, trompettes de la mort sont tous des champignons ectomycorhiziens.
C’est pourquoi tu ne peux pas les cultiver facilement : ils ont besoin de leur arbre hôte.
À l’inverse, les champignons de Paris et les pleurotes sont des décomposeurs (saprotrophes),
cultivables sur substrats organiques sans plante.
3. Les nodosités et la fixation d’azote : légumineuses et Rhizobium
Les légumineuses (pois, haricots, soja, trèfle, luzerne, arachides…) hébergent dans leurs racines
des bactéries du genre Rhizobium dans des structures appelées nodosités.
Ces bactéries ont la capacité de fixer l’azote atmosphérique (N₂) — une prouesse que les plantes
ne peuvent pas accomplir seules.
🔬 La fixation biologique de l’azote
Grâce à une enzyme appelée nitrogénase, les bactéries Rhizobium convertissent le N₂ atmosphérique
(très stable, difficile à « casser ») en ammonium (NH₄⁺), directement assimilable par la plante :
N₂ + 8 H⁺ + 8 e⁻ + 16 ATP → 2 NH₃ + H₂ + 16 ADP
Les nodosités se reconnaissent à leur couleur rose ou rouge (due à la leghémoglobine,
une protéine qui maintient une faible teneur en O₂ — nécessaire car la nitrogénase est inhibée par l’oxygène).
🤝 Les avantages réciproques de la symbiose légumineuse–Rhizobium
Ce que la légumineuse gagne :
- De l’azote assimilable (NH₄⁺) produit à partir du N₂ atmosphérique inépuisable → croissance sans engrais azotés
- Avantage majeur dans les sols pauvres en azote
Ce que Rhizobium gagne :
- Des glucides (sucres) fournis par la plante → source d’énergie et de carbone
- Un milieu de vie protégé et stable à l’intérieur des nodosités
🌾 Intérêt agronomique
En agriculture, les légumineuses sont utilisées depuis l’Antiquité en rotation culturale
pour enrichir le sol en azote : une année de trèfle ou de luzerne peut apporter jusqu’à
200 kg d’azote/ha au sol — l’équivalent d’un engrais chimique coûteux.
En agriculture biologique, cette pratique est essentielle pour maintenir la fertilité du sol sans intrants chimiques.
🧠 À retenir absolument
- Symbiose : association durable, étroite et bénéfique pour les deux partenaires (≠ parasitisme qui nuit à l’un).
- Mycorhizes : association champignon + racine (80 % des plantes). La plante gagne des minéraux ; le champignon gagne des sucres.
- Ectomycorhizes : enveloppent la racine (chênes, cèpes). Endomycorhizes : pénètrent dans les cellules (80 % des plantes cultivées).
- Rhizobium + légumineuses : fixation du N₂ atmosphérique en NH₄⁺ dans les nodosités racinaires roses. Base de l’agronomie durable.
❓ Questions fréquentes
Le lichen est-il une symbiose ?
Oui ! Le lichen est une symbiose entre un champignon (qui constitue la structure externe et protège l’ensemble) et une algue ou une cyanobactérie (qui fait la photosynthèse et fournit les sucres au champignon). C’est une symbiose si efficace que les lichens colonisent des milieux extrêmes (roches nues, désert arctique) où ni le champignon ni l’algue ne pourraient survivre seuls.
Peut-on utiliser des mycorhizes pour améliorer les cultures agricoles ?
Oui, et c’est de plus en plus pratiqué. Des inoculants mycorhiziens (solutions contenant des spores de champignons mycorhiziens) sont vendus pour traiter les semences ou les plants. Ils améliorent la croissance et la résistance à la sécheresse des cultures, réduisant les besoins en engrais phosphatés. Cependant, l’utilisation d’engrais chimiques en excès peut inhiber la formation des mycorhizes (la plante n’en a plus besoin si les minéraux abondent).
Pourquoi Rhizobium ne peut-il pas vivre librement dans le sol sans légumineuse ?
Rhizobium peut en réalité survivre librement dans le sol en mode de vie saprophyte, mais il ne peut pas fixer l’azote atmosphérique dans cet état. La fixation d’azote est une réaction très coûteuse en énergie, qui nécessite un apport en glucides que seul l’intérieur des nodosités (et les sucres fournis par la plante) peut fournir. La symbiose est donc nécessaire pour que la fixation d’azote soit efficace.
Pourquoi les nodosités sont-elles roses ou rouges ?
La couleur rose-rouge des nodosités actives est due à la leghémoglobine, une protéine apparentée à l’hémoglobine de notre sang. Elle régule la concentration en O₂ dans les nodosités : elle maintient une faible teneur en O₂ (quasi-anaérobie) car la nitrogénase est détruite en présence d’O₂. Des nodosités vertes ou blanches sont inactives (pas de fixation d’azote).
Les plantes peuvent-elles survivre sans mycorhizes ?
Dans des sols riches en éléments minéraux (notamment le phosphore), les plantes peuvent se passer des mycorhizes. Mais dans des conditions naturelles, les mycorhizes sont presque universellement présentes et vitales, surtout dans les sols pauvres. C’est pourquoi la destruction des champignons du sol (par les pesticides, le labour intensif) peut fragiliser profondément les écosystèmes et les cultures, même si les effets sont moins visibles que ceux d’une carence en eau.