Les racines jouent un rôle fondamental dans la croissance et la survie des plantes. Elles assurent l’ancrage dans le sol, l’absorption de l’eau et des nutriments minéraux, et la communication avec les micro-organismes du sol. Parmi les interactions les plus importantes figurent les symbioses mycorhiziennes, qui favorisent l’échange mutuellement bénéfique entre les racines des plantes et les champignons du sol. Cette association améliore l'efficacité d'absorption des nutriments et augmente la tolérance des plantes face aux stress environnementaux.
Structure et fonctions des racines
La racine est constituée de plusieurs zones distinctes. À l’extrémité se trouve la coiffe, qui protège l’apex racinaire et sécrète des substances mucilagineuses facilitant la pénétration dans le sol. Juste derrière se trouve la zone de division cellulaire, puis la zone d’élongation, et enfin la zone de différenciation où apparaissent les poils absorbants, essentiels à l’absorption de l’eau et des ions minéraux.
Les racines comportent plusieurs tissus : l’épiderme en surface, le cortex qui stocke les réserves, l’endoderme qui contrôle les flux entrants, et le cylindre central qui contient le xylème et le phloème. Grâce à cette organisation, les racines régulent activement les échanges avec leur environnement.
Types de racines et adaptations morphologiques
Il existe différentes formes de racines selon l’espèce végétale et l’environnement. Les racines pivotantes sont profondes et adaptées à la recherche d’eau en profondeur. Les racines fasciculées sont plus superficielles mais couvrent une large surface. Certaines plantes développent des racines aériennes, adventives ou tubérisées, qui remplissent des fonctions particulières comme la respiration, la multiplication ou la réserve.
Les racines peuvent aussi répondre à des conditions environnementales stressantes. Par exemple, en milieu anoxique, certaines plantes développent des racines à aérenchyme pour faciliter les échanges gazeux. D’autres peuvent ajuster la ramification racinaire selon la disponibilité en phosphore ou en azote.
Exsudation racinaire et communication avec le sol
Les racines ne sont pas de simples organes passifs d’absorption. Elles libèrent dans le sol des exsudats riches en sucres, acides organiques, acides aminés, phénols et enzymes. Ces exsudats modifient la rhizosphère, c’est-à-dire la zone du sol immédiatement autour des racines.
Cette activité chimique attire des microorganismes bénéfiques, tels que les bactéries fixatrices d’azote ou les champignons mycorhiziens. Elle permet aussi de mobiliser certains nutriments peu disponibles, comme le phosphate ou le fer.
Les symbioses mycorhiziennes : généralités
Les symbioses mycorhiziennes désignent l’association entre les racines des plantes et certains champignons du sol. Cette collaboration est ancienne (plus de 400 millions d’années) et concerne environ 80 % des espèces végétales actuelles.
Les mycorhizes permettent à la plante de mieux capter l’eau et les nutriments, en particulier le phosphore, tandis que le champignon reçoit des sucres et des lipides produits par la photosynthèse. Cette symbiose améliore aussi la résistance des plantes aux pathogènes, à la sécheresse et aux métaux lourds.
Mycorhizes arbusculaires
Les mycorhizes arbusculaires, très répandues chez les plantes herbacées, sont dues à des champignons de la famille des Glomeromycètes. Ces champignons pénètrent à l’intérieur des cellules corticales des racines, où ils forment des structures spécialisées appelées arbuscules. Ce sont des sites d’échange intense entre le champignon et la plante.
Les arbuscules ont une durée de vie courte et se renouvellent régulièrement. Ils permettent une grande surface de contact, facilitant le transfert des nutriments et des signaux moléculaires. Les champignons forment aussi un réseau de filaments dans le sol appelé réseau mycélien, qui agit comme une extension du système racinaire.
Mycorhizes ectomycorhiziennes
Les mycorhizes ectomycorhiziennes sont surtout présentes chez les arbres (pins, chênes, bouleaux). Les champignons entourent la racine sans pénétrer dans les cellules. Ils forment un manchon fongique externe (le manteau) et un réseau de Hartig entre les cellules corticales.
Ces mycorhizes sont souvent visibles à l’œil nu sous forme de petites structures renflées à l’extrémité des racines. Elles jouent un rôle clé dans la nutrition des arbres forestiers, en particulier dans les sols pauvres et acides.
Signalisation et établissement de la symbiose
L’établissement de la symbiose repose sur une reconnaissance moléculaire fine entre la plante et le champignon. Les racines libèrent des strigolactones, des signaux qui activent la germination et la croissance du champignon dans le sol. En réponse, le champignon produit des myc facteurs qui sont perçus par des récepteurs spécifiques de la plante.
Cela déclenche une cascade de signalisations conduisant à la réorganisation des cellules racinaires, à la formation des arbuscules ou du réseau de Hartig, et à l’expression de gènes symbiotiques. Cette communication s’appuie sur des mécanismes également présents dans d’autres symbioses, comme celle avec les rhizobiums.
Avantages agronomiques et écologiques
Les mycorhizes améliorent l'efficacité de l’absorption des nutriments et la croissance des plantes dans les sols pauvres. Elles réduisent les besoins en engrais chimiques, augmentent la résistance aux pathogènes et favorisent une meilleure structuration du sol. Elles sont aussi impliquées dans la résilience des écosystèmes forestiers et agricoles.
En agriculture durable, des inoculums de champignons mycorhiziens sont parfois utilisés pour améliorer la santé des cultures. Toutefois, le succès dépend du type de sol, de la plante hôte et des champignons disponibles localement.