La fixation de l'azote atmosphérique par les légumineuses

L'azote est un élément essentiel à la vie : il est un composant majeur des protéines, des acides nucléiques (ADN, ARN) et de la chlorophylle. L'atmosphère terrestre est composée à près de 78% de diazote gazeux (N₂). Paradoxalement, cette forme d'azote est quasiment inutilisable directement par la plupart des organismes vivants, y compris les plantes. Il doit d'abord être converti en formes chimiques assimilables, comme l'ammonium (NH₄⁺) ou les nitrates (NO₃⁻). C'est là qu'intervient le processus crucial de la fixation de l'azote.

Certaines plantes, appelées légumineuses (pois, haricots, luzerne, trèfle, etc.), ont développé une stratégie unique pour accéder à cet azote atmosphérique : la symbiose avec des bactéries spécifiques du sol, principalement du genre Rhizobium. Cette association est un exemple parfait de bénéfice mutuel :

• Pour la bactérie (Rhizobium) : La plante lui fournit un abri sûr dans ses racines et des nutriments (sucres) produits par la photosynthèse, qui sont nécessaires à son métabolisme et à la fixation de l'azote.
• Pour la plante (légumineuse) : La bactérie lui apporte des composés azotés sous une forme qu'elle peut directement utiliser pour sa croissance. Cela permet aux légumineuses de prospérer même dans des sols pauvres en azote, sans avoir besoin d'engrais azotés externes.

Le processus de fixation de l'azote par les légumineuses est fascinant et se déroule en plusieurs étapes clés :

1. Reconnaissance et infection : Les racines des légumineuses émettent des substances chimiques qui attirent les bactéries Rhizobium présentes dans le sol. En réponse, les bactéries envoient des signaux qui entraînent une déformation des poils absorbants de la racine, permettant aux bactéries de pénétrer.
2. Formation du cordon infectieux : Les bactéries pénètrent dans les cellules racinaires et se multiplient, formant un cordon infectieux qui progresse vers le cortex de la racine.
3. Développement des nodules : Les cellules corticales de la racine se divisent activement, formant une nouvelle structure appelée nodule. À l'intérieur du nodule, les bactéries se transforment en formes particulières appelées bactéroïdes, qui sont les véritables 'usines' de fixation de l'azote.
4. Fixation de l'azote : Au sein des bactéroïdes, une enzyme appelée nitrogénase catalyse la réaction de conversion de N₂ en ammoniac (NH₃), puis en ammonium (NH₄⁺). Ce processus est très coûteux en énergie, fournie par la plante. L'ammoniac est ensuite rapidement transformé en acides aminés et autres composés azotés que la plante peut utiliser. Les nodules contiennent une protéine, la léghémoglobine, qui donne aux nodules leur couleur rose et protège la nitrogénase de l'oxygène, car cette enzyme est très sensible à l'oxygène.

La fixation de l'azote par les légumineuses a des conséquences majeures pour l'environnement et l'agriculture :

• Fertilisation naturelle des sols : Les légumineuses enrichissent naturellement les sols en azote, ce qui est bénéfique pour les cultures suivantes. C'est pourquoi elles sont souvent utilisées dans la rotation des cultures.
• Réduction de l'utilisation d'engrais chimiques : En apportant de l'azote de manière biologique, elles diminuent le besoin d'engrais azotés de synthèse, dont la production est très énergivore et qui peuvent causer des pollutions environnementales (eutrophisation des eaux).
• Biodiversité : Elles contribuent à la diversité des écosystèmes et jouent un rôle clé dans les cycles biogéochimiques de l'azote.
• Alimentation : Les légumineuses (lentilles, pois chiches, haricots) sont de plus excellentes sources de protéines végétales pour l'alimentation humaine et animale.