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par Jean Marc Sanchez


Alors que la fabrication d’engrais azotés entraine d’importants impacts environnementaux, les rhizobiums sont un outil particulièrement intéressant pour les agriculteurs. Ces bactéries, qui vivent en symbiose sur les racines des légumineuses, ont la capacité de fixer l’azote atmosphérique présent dans le sol et le rendre disponible aux plantes.

Cette symbiose entre les légumineuses et les rhizobiums présente ainsi un intérêt écologique et agronomique.

Commençons par un peu d’histoire.

L’air de l’atmosphère comprend 78 % d’azote gazeux (N2) très stable que les plantes sont incapables d’assimiler directement.

Au début du 20e siècle, le procédé Haber-Bosch a permis de fixer l’azote de l’air sous une forme assimilable, en quantité industrielle. Cela a permis de fabriquer, entre autres, des engrais azotés. S’il s’agit d’un des plus importants procédés industriels mis au point à cette époque, il traine un lourd bilan sur le plan environnemental.

Pourtant, depuis des millions d’années, des bactéries sont capables de fixer l’azote atmosphérique pour le rendre disponible aux plantes.

Les bactéries du sol du genre Rhizobium sont donc une solution alternative et/ou complémentaire à l’utilisation d’engrais azotés classiques.

1 - Utilisation des rhizobiums en agriculture

Les plantes de la famille des légumineuses ont un avantage majeur : elles ont la capacité d’établir une symbiose avec les bactéries du sol du genre Rhizobium.

Comment?

Au contact des rhizobiums, la plante va former de petits organes racinaires, appelés nodules, au sein desquels les bactéries peuvent se loger et qui vont constituer de véritables usines à produire de l’azote assimilable.

Il s’établit alors une relation donnant-donnant entre les bactéries et la plante :

✅ D’une part, la plante fournit aux bactéries une niche écologique et des sources de carbone nécessaires à leur développement.

✅ En retour, les bactéries fixent l’azote atmosphérique et le transfèrent à la plante sous une forme assimilable, l’ammoniac.

Nodosités sur racines de fèves (Vicia Faba).

2 - Les avantages de la symbiose légumineuse + rhizobium

En plus de ses avantages écologiques, la symbiose entre les légumineuses et les bactéries rhizobiums a un réel intérêt agronomique :

✅ Plus de rendement. Les champs de légumineuses inoculés avec des rhizobiums vont généralement avoir un meilleur rendement que ceux qui n’en contiennent pas.

✅ Un sol plus riche. À l’issue de la culture, la décomposition des plantes va enrichir le sol en azote, ce qui permettra de fertiliser naturellement les champs.

3 - Cinq genres de rhizobium et leurs plantes hôtes

Le rhizobium n’est pas le partenaire de n’importe qui !

Non, le rhizobium ne fait pas alliance pas avec n’importe qui!

Il faut savoir que les rhizobiums sont différents en fonction de chaque légumineuse, c’est-à-dire qu’un Rhizobium de soja ne pourra pas créer de symbiose avec un pois (et inversement).

Et si ce procédé fonctionne bien pour les légumineuses, attention aux « vendeurs de rêve » qui proposent ces bactéries pour d’autres cultures.

La famille des légumineuses, ou Fabacées, comprend plus de 18 000 espèces différentes.

Ce sont des plantes très riches en protéines qui sont largement utilisées pour l’alimentation animale et humaine.

Dans le domaine agricole, on distingue deux types de légumineuses : les légumineuses fourragères (luzerne, trèfles) et les légumineuses à grains (haricot, pois, soja, fève).

Voici quel rhizobium utiliser en fonction de la plante hôte :

🌱 Rhizobium : trèfles, pois, féveroles et haricots

🌱 Mesorhizobium : lotus et acacia

🌱 Sinorhizobium : medicago, trigonella et melilot

🌱 Azorhizobium : sesbania rostrata

🌱 Bradyrhizobium : soja et mimosa

4 - Les grandes étapes de la symbiose

Infection de légumineuses par les rhizobiums

 

L’interaction débute par un échange de signaux moléculaires spécifiques entre la plante et la bactérie.

D’abord, la plante produit des flavonoïdes. Ces molécules vont déclencher la production d’autres molécules appelées facteurs Nod. Les Nod vont déclencher à leur tour deux processus parallèles : l’infection de la plante par la bactérie et la formation du nodule par la plante.

Il s’ensuit un effet domino.

Les facteurs Nod stimulent la croissance des poils absorbants qui, en réponse, vont se courber pour former une structure appelée crosse de berger. C’est à l’intérieur de cette structure que les bactéries vont se multiplier et former une « microcolonie ».

Puis, la paroi végétale va se dissoudre. Une structure tubulaire, appelée cordon d’infection, va ensuite se former.

C’est par ce cordon que les bactéries vont pouvoir pénétrer dans les cellules végétales.

Les bactéries, une fois libérées dans le cytoplasme des cellules végétales, sont capables de fixer l’azote atmosphérique.

La symbiose prend fin avec la sénescence des nodules, qui s’accompagne par une baisse de la fixation d’azote.

La sénescence dépend du type de nodule

Le nodule de type indéterminé

Il est formé par les légumineuses issues de milieux tempérés comme la luzerne, le pois ou le trèfle.

La configuration des tissus fait en sorte que les cellules végétales se multiplient à l’extrémité du nodule, ce qui lui donne une forme allongée.
Résultat ? Les cellules végétales ne vont pas être au même stade de développement en même temps. Concrètement, ça veut dire que le vieillissement du nodule part de la base, où se trouvent les cellules plus anciennes, vers l’extrémité.

Les 4 zones du nodule indeterminé :
I—meristem
II—infection zone A—invasion zone B—pre-fixing zone
II–III—intermediate zone between the infection and nitrogen fixation zones III—nitrogen fixation zone C—efficient zone D—inefficient zone
IV—senescent zone.
L’image montre également l’architecture cellulaire du nodule: NC—nodule cortex NE—nodule endodermis NP—nodule parenchyma VB—vascular bundle – credit Ninjatacoshell

 

Le nodule de type déterminé

Il est formé par les légumineuses d’origine tropicale comme le soja ou le haricot.

Il a une forme sphérique. Sa croissance est due à une augmentation de la taille des cellules végétales et non aux divisions cellulaires. Par conséquent, les cellules du nodule sont au même stade de développement. Elles entrent pratiquement toutes en sénescence en même temps.

NC—nodule cortex, NE—nodule endodermis, NF—nitrogen fixation zone, NP—nodule parenchyma S—senescent zone, VB—vascular bundle – credit Ninjatacoshell

On pourrait donc résumer les grandes étapes de la symbiose ainsi :

  • Infection de légumineuses par les rhizobiums
  • Maturité du nodule
  • Sénescence du nodule

5 - L’efficacité des semences inoculées

Les bactéries du genre Rhizobium sont assez fragiles. Leur stabilité sur semence est faible et n’est pas assurée. C’est pourquoi elles doivent être inoculées sur les semences au dernier moment pour être efficaces.

Les semences pré-inoculées ne garantissent pas une bonne survie.

L’efficacité des bactéries du genre rhizobium dépend de la souche sélectionnée (voir l’article pourquoi inoculer les cultures) mais également du processus de fabrication.

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