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Le phosphore joue un rôle essentiel dans la vie de tous les organismes vivants, de par son implication dans de nombreux processus biochimiques. Au même titre que les éléments les plus importants pour les plantes – le carbone, l'azote et le potassium – le phosphore est l'un des éléments dont les plantes ont des besoins nutritionnels particulièrement élevés. Il remplit des fonctions importantes et irremplaçables dans des processus vitaux tels que la respiration, la photosynthèse, le métabolisme des lipides, le métabolisme de l'azote et bien d'autres. Toutefois, d'un point de vue biochimique, le rôle le plus important du phosphore réside dans sa capacité à former des liaisons riches en énergie, donnant naissance à des composés qui servent de « réserves énergétiques ».
Le cycle du phosphore dans la nature.
L'échange constant de minéraux ou d'éléments entre les organismes et leur environnement est appelé cycle biogéochimique. L'un des plus importants est le cycle du phosphore. Ce cycle décrit la circulation de cet élément à travers les composantes vivantes et non vivantes de la biosphère. De nombreux éléments chimiques présents sur Terre sont essentiels aux processus vitaux et aux organismes vivants. Contrairement à l'oxygène et au carbone, le phosphore suit des voies complexes. Il circule dans les sols, les roches, l'eau et l'atmosphère terrestre, ainsi que dans les organismes qui peuplent ces écosystèmes.
Le phosphore et les plantes.
Les composés phosphorés se trouvent principalement dans les roches. Le phosphore ne se disperse pas dans l'atmosphère, mais les roches qui en contiennent libèrent des phosphates (PO₄³⁻ ) dans l'écosystème par altération et érosion. Pour les plantes, le phosphore est un nutriment essentiel (après l'azote). Les plantes absorbent les phosphates (H₂PO₄⁻ , HPO₄²⁻ ) grâce aux poils absorbants , de minuscules projections présentes sur l'épiderme de la racine, appelé rhizoderme. Elles peuvent également absorber le phosphore par les feuilles, les jeunes tissus et les feuilles étant les plus efficaces. Une fois à l'intérieur de la plante, le phosphore est transformé en composés organiques. Il entre dans la composition des sucres phosphates, des nucléotides, des acides nucléiques, des phospholipides et des coenzymes. Les plantes mettent en œuvre diverses stratégies pour optimiser la disponibilité et l'absorption des orthophosphates inorganiques présents dans leur substrat. La disponibilité du phosphore peut être accrue par la sécrétion d'acides organiques, notamment les acides citrique et formique, par les racines dans le substrat, et par la conversion des phosphates de fer, d'aluminium et de calcium en citrates, lesquels sont absorbés par les plantes. Une disponibilité réduite en phosphore entraîne également une augmentation de l'activité et de la sécrétion de phosphatases extracellulaires dans les racines, qui hydrolysent les composés organophosphorés. Une diminution de la teneur en phosphore dans les tissus accroît l'absorption des ions phosphate après le transfert des plantes dans un milieu complet. Cette capacité accrue d'absorption des ions PO₄³⁻ s'explique par une augmentation du nombre de transporteurs de phosphate dans les membranes cellulaires et de leur affinité pour ces ions. On sait que des transporteurs de phosphate sont présents dans les membranes des chloroplastes et des mitochondries.
Carence en phosphore et croissance des plantes
La croissance des plantes carencées en phosphore est altérée. Contrairement aux plantes carencées en azote, elles présentent une couleur vert foncé. Une carence en phosphore entraîne souvent une accumulation excessive de pigments anthocyaniques dans les tissus végétaux, premier symptôme de cette carence. En cas de carence sévère en phosphore, les jeunes feuilles absorbent les ions phosphate au détriment des feuilles plus âgées, provoquant leur mort. Une diminution de la teneur en phosphore, voire son absence, dans le milieu détermine la morphologie racinaire : la masse et la longueur des racines augmentent, tandis que leur diamètre diminue ; les racines latérales se développent davantage et s’allongent. Ces modifications accroissent la surface d’absorption des ions. Des études ultrastructurales des cellules de la zone de croissance racinaire ont également révélé une augmentation du nombre de vacuoles et la présence de vacuoles secondaires dans le cortex. La teneur en phosphore des tissus influence significativement le déroulement et l’intensité de la photosynthèse en modifiant la teneur en chlorophylle et la structure des chloroplastes, ainsi que les réactions des phases lumineuse et obscure de la photosynthèse, et la séparation et le métabolisme des produits de la photosynthèse. Une légère carence en phosphore dans les tissus végétaux entraîne une augmentation de la teneur en chlorophylle dans les feuilles.
Le rôle du phosphore dans le stockage et le transfert d'énergie dans les tissus végétaux.
L'une des propriétés du phosphore est sa capacité à former des liaisons riches en énergie, permettant ainsi le stockage temporaire de l'énergie libérée lors de divers processus et son utilisation ultérieure dans des processus nécessitant un apport énergétique. Les réactions biologiques se divisent en réactions exothermiques et endothermiques. Les premières libèrent de l'énergie, tandis que les secondes absorbent cette énergie du milieu environnant ; autrement dit, ces réactions nécessitent un apport énergétique. Tous les principaux processus de synthèse cellulaire sont endothermiques. Les réactions de synthèse dans les systèmes biologiques étant généralement endothermiques, elles doivent être couplées à une autre réaction, capable de fournir cette énergie, pour se produire. Les liaisons phosphate qui fournissent des quantités importantes d'énergie sont dites à haute énergie.
Auteur : Marcin Kołodziejczyk
- Iwona Ciereszko, « Croissance et métabolisme des plantes en conditions de carence en phosphore », Kosmos, vol. 49, n° 1-2, 2000.
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