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"La technologie de fixation de l’azote par toutes les plantes cultivées n’est pas une bonne solution"par le Dr Mae-Wan Ho

Traduction et compléments de Jacques Hallard
mercredi 6 novembre 2013 par Ho Dr Mae-Wan

ISIS Agriculture Azote
La technologie de fixation de l’azote par toutes les plantes cultivées n’est pas une bonne solution
Nitrogen-fixing for All Crops Not the Answer
La contribution à la production alimentaire durable, par cette technologie de substitution à l’emploi des engrais chimiques, est insignifiante en comparaison avec les résultats des modes de gestion en agroécologie et en agriculture biologique qui améliorent la fixation naturelle et biologique de l’azote dans les sols ; en même temps, ces dernières pratiques agricoles augmentent la mise à disposition des plantes, de nombreux autres nutriments essentiels, ainsi que la capacité de rétention d’eau dans les sols cultivés. D’après Dr Mae- Wan Ho

Rapport de l’ISIS en date 23/09/2013
Uneversion entièrement référencée de cet article intitulé Nitrogen-fixing for All Crops Not the Answer est posté et accessible par les membres de l’ISIS sur le site http://www.i-sis.org.uk/Nitrogen_fixing_for_all_crops_not_the_answer.php ; elle par ailleurs disponible en téléchargement ici . S’il vous plaît diffusez largement et rediffusez, mais veuillez donner l’URL de l’original et conserver tous les liens vers des articles sur notre site ISIS. Si vous trouvez ce rapport utile, s’il vous plaît, soutenez ISIS en vous abonnant à notre magazine Science in Society, et encouragez vos amis à le faire. Ou jeter un oeil à notre librairie ISIS bookstore pour d’autres publications

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 Une technologie pour changer le monde’, annoncée avec peu de détails

Dans un communiqué de presse diffusé par l’Université de Nottingham au Royaume-Uni [1] ’Une technologie pour changer le monde’ permet aux plantes cultivées d’absorber l’azote de l’air, annonce une découverte ’Breaking Ground’, [un programme innovant d’une importance capitale] réalisée à partir d’une souche particulière de bactéries fixatrices d’azote qui se développent dans la canne à sucre et qui pourraient pénétrer à l’intérieur des cellules de toutes les principales plantes cultivées, avec ’d’énormes’ conséquences pour l’agriculture.

Cette bactérie permet aux plantes d’utiliser directement l’azote gazeux N2 qui est présent dans l’atmosphère, plutôt que de faire appel aux engrais azotés chimiques qui sont coûteux et dommageables pour l’environnement. Et cette souche particulière de bactérie n’implique aucune modification génétique [il n’est donc pas nécessaire de faire un OGM].

L’azote est l’élément le plus important pour les organismes vivants, à côté du carbone, de l’hydrogène et de l’oxygène qui composent les glucides ; ces glucides sont ensuite transformés en acides aminés, les blocs constitutifs des protéines, et en bases organiques, qui sont les blocs de construction des nucléotides, des acides nucléiques et des autres molécules essentielles comme la chlorophylle pour la photosynthèse.

Bien que l’azote gazeux N2 soit abondant dans l’atmosphère (presque 79% des gaz totaux), ni les plantes ni les animaux ne peuvent l’utiliser. L’azote gazeux doit d’abord être fixé en combinaison avec de l’hydrogène sous la forme d’ions ammonium (NH4+) ou en combinaison avec de l’oxygène sous la forme d’ions nitrate (NO3-).

L’histoire en question a été largement et favorablement rapportée dans les médias populaires, notamment par le fait que la fixation de l’azote de l’air ait été un argument de vente majeur et une orientation vers les modifications génétiques depuis le début [du génie génétique] [2], et même si les scientifiques sérieux savaient que ça n’allait pas être une tâche facile [3 ].

Le communiqué de presse [1] a été remarquablement avare de détails et il a dit explicitement que les ressources supplémentaires, [pour poursuivre les travaux], n’étaient pas disponibles. Ma curiosité ainsi éveillée, j’ai commencé à chercher sur le web, surtout après avoir échoué à obtenir des réponses aux demandes d’informations complémentaires que j’avais faites.

 La fixation de l’azote est énergétiquement coûteuse et génétiquement complexe

Le système enzymatique responsable, la nitrogenase (nif, pour la fixation de l’azote), est présent dans une grande variété de bactéries du sol, mais pas dans les plantes ni chez les animaux, ne fonctionne que dans des conditions anaérobies, car le système enzymatique est inactivé de manière irréversible par l’oxygène. Il est énergétiquement coûteux et il nécessite 16 molécules d’ATP afin de réduire une molécule d’azote N2 en ammoniac, avec la libération d’une molécule d’hydrogène (voir l’équation 1) [4].

N2 + 8 H+ + 8 e- + 16 ATP 2 NH3 + H2 + 16 ADP + 16 Pi(1)

L’analyse génétique du système le plus connu dans la bactérie du sol Klebsiella pneumoniae a permis d’identifier 8 opérons (unités de gènes d’expression contrôlés chez les bactéries) et un total de 20 gènes dans une région d’environ 24 kb d’ADN ; trois gènes codent pour les sous-unités de l’enzyme nitrogénase, tandis que les autres sont impliqués dans l’assemblage et l’intégration des ions Fe (fer) et Mo (molybdène) dans les sous-unités de la nitrogénase, ou codent pour des protéines qui sont impliquées dans le transport et la régulation de l’expression d’autres gènes [3].

Le coût énergétique du processus biochimque est élevé pour différentes raisons : l’exigence de l’enzyme nitrogénase pour un environnement anaérobie, la complexité et le nombre de gènes impliqués, les différences fondamentales dans l’organisation du processus, la transcription et la traduction des gènes dans les bactéries et dans les plantes, y compris l’exigence de séquences promotrices distinctes ; en effet, la structure opéron des bactéries n’est pas reconnue par les plantes, mais aussi par le fait que des gènes végétaux sont impliqués dans la symbiose ; toutes ces caractéristiques font qu’une modification génétique [pour la fabrication d’un OGM] de plantes capables d’une fixation de l’azote, n’est guère plus qu’une proposition chimèrique, jusqu’à ce jour [3].

Donc, toute avance faite pour la réalisation du même objectif (la fixation de l’azote de l’air par les plantes), mais sans faire appel à des modifications génétiques [OGM], semble éminemment sensible et une autre forme de développement technologique serait bienvenue. Mais qu’en est-il vraiment ?

 Une technologie brevetée et sous licence, mais seulement basée sur une présentation ‘Power point’ et une publication écrite

Ma recherche a permis de débusquer une présentation ‘Power point’ [5], un article publié en 2006 [6], et un brevet [7] annonçant une invention ’pour la fixation de l’azote endosymbiotique, non-nodulaire et systémique dans les plantes’. La plupart des renseignements ont été fournis (mais non référencés et non publiés) dans une présentation ‘Power point’ [5] émanant d’Azotic Technologies, qui a obtenu de l’Université de Nottingham une licence de cette technologie pour fixer l’azote chez 200 plantes cultivées.

La bactérie fixatrice d’azote Gluconaetobacteria diazotrophicus [voir aussi une autre information sous Acetobacter Diazotrophicus], a été isolée à partir de la canne à sucre en 1988 (par d’autres chercheurs [8]) ; sa gamme d’hôtes naturelle comprend des plantes riches en sucre comme la patate douce, l’ananas, le sorgho sucrier et la mangue. Cette bactérie fixe l’azote et produit de l’acide indole acétique (AIA), qui est une hormone de croissance active chez les plantes.

Il a été démontré qu’une souche de la bactérie IMI501986 [5] « sous certaines conditions » (technologie brevetée), peut coloniser les plantes cultivées suivantes : blé, riz, coton, maïs, colza, trèfle blanc, tomate, ainsi que des graminées, de manière ’intracellulaire’ ; c’était la première découverte clé qui indiquait que la bactérie dans la nature colonise les espacesintercellulaires et les tissus morts dans les racines des plantes.

Une deuxième découverte clé, paraît-il, c’est qu’aucune colonisation intracellulaire n’a eu lieu lorsque une concentration habituelle de 106 bactéries a été utilisée lors de l’inoculation ; cela ne s’est produit que lorsque des nombres très faibles - autour de 5 bactéries ou une seule bactérie – ont été appliqués à la zone racinaire de chaque plantule mise en culture dans un milieu gélosé contenant du saccharose [7].

Selon Azotics [5], la perforation de la paroi de la cellule végétale est facilitée par des gènes bactériens codant pour la protéine B-expansine (qui ramollit vraisemblablement la paroi de la cellule végétale [9]), et une endo-1, 4-glucanase (qui dénature la cellulose [10]). La membrane de la cellule végétale enveloppe alors les bactéries dans une vésicule liée à la membrane à l’intérieur de la cellule [5].

Comme la fixation de l’azote exige l’absence d’oxygène, les bactéries s’enferment elles-mêmes ensuite dans un mucus de lévane fructane produit par la lévanesucrase bactérienne à partir de saccharose [11] qui retient l’oxygène à l’extérieur ; donc la fixation d’azote peut avoir lieu dans une large gamme de concentrations en oxygène, et la moitié de l’azote fixé est éliminé de la cellule pour son utilisation par la plante.

Il a été démontré que la nitrogénase est présente et active à l’intérieur des vésicules membranaires et dans le mucus [5]. Et dans le maïs colonisé par la bactérie, jusqu’à 30% de l’azote total dans la plante pourrait être dérivé de l’azote atmosphérique par la fixation de l’azote chez les jeunes plantes. Le colza et une graminée inoculés avec la bactérie se sont développés pendant plusieurs mois en l’absence d’engrais azotés synthétiques, en formant des pousses et des feuilles vertes.

Les résultats des études pilotes présentés sous forme de graphiques, sans plus de détails dans le ‘Power Point’, ont montré une augmentation encourageante de 30 à 40 % en poids sec des épis de maïs chez les plantes inoculées, par rapport aux témoins non inoculés ; de même pour la graminée Lolium perenne [ray-grass anglais ; plante herbacée vivace] cultivé dans un compost en comparant les semences enrobées avec la préparation bactérienne à des semences non enrobées.

La société prévoit des essais sur le terrain en 2013 sur la graminée, le blé et le colza au Royaume-Uni et sur ​​le maïs au Canada, avec l’assurance que la bactérie Gluconaetobacteria diazotrophicus est un micro-organisme classé au niveau de la biosécurité 1 (non pathogène) ; cette bactérie n’est pas connue pour être invasive dans un territoire quelconque.

Cependant, les bactéries, une fois à l’intérieur de la cellule des racines de la plante, peuvent se déplacer dans toute la plante et devenirsystémiques. Le matériel végétal est-il sans danger comme aliment ? La bactérie Gluconaetobacteria diazotrophicus n’est pas connue pour être un agent pathogène, et le lévane fructane n’a pas été signalé comme étant toxique, ni comme étant présent jusqu’ici en quantités importantes dans les aliments consommés.

Par ailleurs, la colonisation intracellulaire est probablement liée à une modification de l’expression des gènes de la plante et son profil métabolique peut être réalisé d’une manière qui peut avoir une incidence sur la sécurité et la sûreté alimentaire. Aucun essai de toxicologie alimentaire n’a été effectué et aucun n’a été prévu.

En outre, les effets de la fixation d’azote intracellulaire de ces plantes cultivées sur l’écosystème, en particulier sur l’écosystème du sol, doivent être soigneusement étudiés. Il y a un coût pour la plante quant à la fourniture du saccharose et d’autres substrats organiques pour les bactéries, ce qui signifierait que moins de matières sont extrudées à travers la zone racinaire de la plante pour soutenir la croissance des micro-organismes du sol : beaucoup sont impliqués dans le recyclage d’une multitude de nutriments autres que l’azote et pour le contrôle des maladies. J’ai demandé plus de détails auprès de la société, mais je n’ai reçu aucune réponse.

 La colonisation intracellulaire est-elle nécessaire ?

L’argument de vente majeur de cette technologie est la colonisation intracellulaire, réalisé principalement en réduisant le nombre de bactéries présentes au niveau des racines de plantules, tendant vers seulement 1 à 5 bactéries. Il n’est pas clair, cependant, que la colonisation intracellulaire soit indispensable pour bénéficier à la plante.

Après tout, l’engrais vert est systématiquement fabriqué par la rotation des plantes fixatrices d’azote avec d’autres espèces qui ne le fixe pas. Ou encore par des cultures mixtes (‘inter-cropping’), associant des plantes non fixatrices d’azote et des plantes fixatrices comme beaucoup d’espèces de légumineuses qui peuvent servir de fourrage pour le bétail (voir [12] Paradigm Shift Urgently Needed In Agriculture , SiS 60) *.

* Version en français : ’Les Agences des Nations Unies appellent à un changement de paradigme urgent pour mettre fin à l’agriculture industrielle et à notre système d’alimentation’ par le Dr Mae-Wan Ho. Traduction et compléments de Jacques Hallard ; accessible sur le site : http://isias.transition89.lautre.net/spip.php?article338

La canne à sucre brésilienne, à partir de laquelle la bactérie a été isolée, semble tirer de 60 à 80% de son azote N à partir de l’association intercellulaire [13], tandis que l’inoculation expérimentale de plants de blé (Triticum aestivum L.) avec une bactérie fixatrice d’azote Klebsiella pneumoniae a été capable de remédier à des symptômes de carence en azote et d’augmenter la concentration totale d’azote dans la plante, même si la bactérie est restée dans l’espace intercellulaire du cortex racinaire [14].

Mais … il y a d’autres bonnes raisons pour lesquelles la colonisation intracellulaire n’est ni nécessaire ni souhaitable.

 La fixation biologique de l’azote prédomine au niveau mondial

La fixation biologique de l’azote prédomine de loin sur la planète Terre : elle produit plus de deux fois plus d’azote que la fixation non biologique et 3 à 4 fois plus que le procédé industriel Haber Bosch qui permet notamment de fabriquer les engrais chimiques azotés (tableau 1), mais avec de grands coûts énergétiques, ainsi qu’avec des émissions de carbone et des coûts environnementaux.

Une expérimentation en agriculture sur une durée de 50 ans a permis de constater que l’application des engrais azotés synthétiques avait entraîné la disparition de tous les résidus de carbone provenant des cultures, plus une perte moyenne d’environ 10 tonnes de carbone dans le sol par hectare (voir [12]).

Les engrais azotés sont également responsables de la majorité (70 % selon certaines estimations) de gaz à effet de serre associées à la production de cultures, à la fois par l’énergie fossile qui est utilisée pour sa fabrication, d’une part, et par les émissions de N2O [protoxyde d’azote] du sol à la suite de leurs applications, d’autre part.

Ainsi, il ne fait aucun doute que les engrais chimiques azotés devraient être progressivement éliminés ; tout comme il ne fait aucun doute que la fixation biologique de l’azote peut déjà remplacer les engrais chimiques azotés, à raison de 3 ou 4 fois en quantité, sans qu’il n’y ait nécessité de faire appel à une fixation de l’azote intracellulaire chez les plantes cultivées. Au niveau mondial, la fixation biologique de l’azote pourrait être encore plus abondante si l’agriculture biologique et l’agroécologie venaient à remplacer toute l’agriculture industrielle intensive qui est fondée sur les engrais chimiques et les pesticides, qui sont destructeurs du sol.

Tableau 1 - Estimations de l’azote fixé à l’échelle mondiale [16]

Types de fixation Millions de tonnes d’azote N2 par an
Non biologique
Industriel (Procédé industriel Haber-Bosch)  50
Combustion  20
Foudre  10
Totale  80
Biologique
Les terres agricoles  90
Les forêts et les terres non agricoles  50
Mer  35
Totale  175

De nombreux bactéries vivant naturellement dans l’environnement, ainsi que les bactéries symbiotiques qui se développent normalement dans les sols sains, gérés selon les principes de l’agriculture biologique, et sans apports d’engrais chimiques et d’autres produits agrochimiques ; ces bactéries peuvent fixer beaucoup d’azote, en particulier dans les zones habitées par les racines des végétaux, de manière à les rendre l’azote facilement disponible pour les plantes. Il n’y a vraiment pas besoin de mettre des bactéries à l’intérieur des cellules des plantes cultivées, en particulier sur la base de ces connaissances incomplètes en matière de recherche scientifique.

 Les sols gérés en agriculture biologique fournissent beaucoup plus que simplement de l’azote

Il est important de reconnaître qu’avec des sols conduits en agriculture biologique, on n’évite pas seulement l’emploi des engrais chimiques [de synthèse indistrielle] et on ne se contente pas de cultiver des plantes qui fixent l’azote : on se réfère à tout un système de pratiques qui retournent les matières organiques dans les sols, dont dépendent la bonne santé et la productivité agricole.

Non seulement, la matière organique contenue dans le sol fixe du carbone, mais elle est cruciale pour la fertilité des sols, pour influencer positivement la structure des sols ; elle est favorable à la diversité et à l’activité des organismes du sol qui recyclent les nutriments ; elle assure aussi la disponibilité de ces nutriments pour les végétaux et elle augmente la capacité de rétention de l’eau dans les sols [15].

De nombreux micro-organismes fixent l’azote, souvent en association avec des plantes : les cyanobactéries associées aux lichens, la fougère d’eau Azolla (dans les rizières) et les cycadacées ; les espèces de Rhizobium vivant en symbiose avec les légumineuses, Frankia, un genre de bactéries actinomycètes filamenteux qui forment des nodules avec les racines de plantes ligneuses actinorhiziennes comme l’aulne (espèces du genre Alnus spp.), et l’argousier (Hippophae rhamnoides).

Les cyanobactéries libres fixent également de l’azote et sont principalement responsables de l’azote fixé dans les mers [17]. Dans le sol, de nombreuses bactéries hétérotrophes (celles qui dépendent de l’oxydation des molécules organiques libérées par d’autres organismes vivants ou par la décomposition de ceux-ci), fixent des quantités importantes d’azote sans interagir directement avec d’autres organismes ; elles comprennent notamment les espèces suivantes : Azotobacter, Bacillus, Clostridium et Klebsiella [18].

Une étude menée en Australie, avec un système de cultures en rotation intensive avec du blé, a montré que les micro-organismes vivant à l’état libre contribuent pour 20 kg / ha / an (soit 30 à 50 %) aux besoins en azote du système de culture [19], le reste pouvant être fourni par la décomposition des matières organiques dans le sol. Le maintien des chaumes de blé et un travail réduit du sol sont les conditions pour une haute teneur en carbone, une faible teneur en azote dans l’environnement [noyamment sous la forme de nitrates dans les eaux des nappes phréatiques], ainsi qu’une optimisation de la fixation de l’azote de l’air.

Enfin, les espèces Azospirillum peuvent former des associations étroites avec les plantes de la famille des Poaceae, tels que le riz, le blé, le maïs, l’avoine et l’orge : elles fixent des quantités importantes d’azote dans les zones autour des racines des plantes, où l’oxygène est présent à de faibles concentrations et les plantes hôtes peuvent fournir des substrats organiques qui sont dégagés à partir des racines pour fournir des nutriments aux bactéries [20].

 Pour conclure

La fixation biologique de l’azote est effectuée par de nombreuses espèces de bactéries, vivant à l’état libre ou en association, ou symbiotiques, fournissant ainsi 3 à 4 fois plus d’azote pour les plantes que les engrais chimiques [de synthèse industrielle], nuisibles à l’environnement et qui sont produits par un procédé industriel très gourmand en énergie et à l’origine de taux élevés d’émissions de gaz à effet de serre.

Les plantes qui poussent dans les sols riches en matières organiques, sains et exempts de produits agrochimiques, ne sont pas limitées par l’élément nutritif azote N ; de plus, ces sols offrent tous les autres éléments nutritifs qui sont indispensables aux végétaux cultivés, et surtout une bonne capacité à retenir l’eau dans les sols.

L’introduction d’une fixation intracellulaire de l’azote par les plantes, pour remplacer les engrais chimiques, esttriviale en termes de promotion de la croissance des végétaux et avec des effets qui restent encore inconnus sur la santé et sur l’environnement.

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Complément : article en français en rapport avec le sujet traité dans cet article de l’ISIS

* L’azote atmosphérique remplacera-t-il les engrais ? Le 30/07/2013 à 11:22 - Par Delphine Bossy, Futura-Sciences

« N-Fix, un procédé développé au Royaume-Uni, est présenté comme la prochaine révolution agricole. Il donnerait aux plantes cultivées la possibilité d’utiliser l’azote atmosphérique, et donc de se passer d’engrais. Nul besoin de combinaisons chimiques ni de manipulations génétiques : il suffirait d’introduire la bonne bactérie dans les graines. Et l’innovation serait commercialisée dans trois ans. Étonnant... »

Le 30/07/2013 à 11:22 - Par Delphine Bossy, Futura-Sciences

Article à lire sur : http://www.futura-sciences.com/magazines/nature/infos/actu/d/plante-azote-atmospherique-remplacera-t-il-engrais-48070/

 Traduction, compléments entre […], sélection d’un article en rapport avec le thème traité et inclusion des liens donnant accès à des informations plus détaillées

Jacques Hallard, Ing. CNAM, consultant indépendant.

Relecture et corrections : Christiane Hallard-Lauffenburger, professeur des écoles.

Adresse : 585 Chemin du Malpas 13940 Mollégès France

Courriel : jacques.hallard921@orange.fr

Fichier : ISIS Agriculture Azote Nitrogen-fixing for All Crops Not the Answer French version.3

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La bactérie fixatrice d’azote Gluconaetobacteria diazotrophicus

6 novembre 2013
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6 novembre 2013
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