Cours 4 - Nutriments principaux : Azote et phosphore

Question 1

Quelles sont les différentes formes de l’azote ?

Answer 1

• N2 : azote (gazeux)
• NH3 : ammoniac (gazeux)
• NH4OH : ammoniaque aqueux (en solution)
• NH4+ : ammonium (ion)
• NO2- : nitrite
• NO3- : nitrate
• Formes organiques dont l’urée (CO(NH2)2), les acides aminées, acides nucléiques, protéines)

Question 2

Quel est le principal réservoir de l’azote sur terre ?

Answer 2

L’atmosphère (78%)

Question 3

Quelle est la forme la plus abondante d’azote ?

Answer 3

• N2 gazeux

Question 4

Quelles sont les différents caractéristiques du N2 gazeux ?

Answer 4

• Moins soluble que O2, mais plus abondant dans l’atmosphère = concentrations de N2 dissous dans l’eau similaires à O2
• Non toxique à saturation
• Inaccessible à la majorité des organismes
• Accessible sous ses formes fixées

Question 5

Pourquoi le N2 gazeux est inaccessible pour la majorité des organismes ?

Answer 5

• Contient un triple lien covalent difficile à briser

Question 6

Qu’est-ce qui permet aux cyanobactéries de fixer le N2 et le transformer en NH3 ou NH4+ ?

Answer 6

Les hétérocystes

Question 7

Qu’est-ce que les hétérocystes ?

Answer 7

• Cellules qui permettent la fixation d’azote gazeux à l’aide de nitrogenase
• Fixation d’azote particulièrement efficace à basse concentration de O2

Question 8

Quand est-ce que la fixation de l’azote est effectuée ?

Answer 8

La fixation est un processus coûteux énergétiquement, alors utilisée seulement si les autres formes inorganiques sont indisponibles.

Question 9

Pourquoi l’ammoniac est un gaz toxique ?

Answer 9

À cause de son affinité avec l’hémoglobine (remplace l’oxygène)

Question 10

Quelles est la différence entre l’ammoniac et l’ammonium ?

Answer 10

• Ammoniac = forme non-ionisée
• Ammonium = forme ionisée

Question 11

Quelle est la forme la plus utilisable d’azote par les producteurs autotrophes et les bactéries ?

Answer 11

L’ammonium, car c’est la forme requise dans la cellules pour l’assimilation

Question 12

Comment est-ce que l’assimilation de nitrites et de nitrates est faite ?

Answer 12

Doivent être convertis au préalable (ce qui est couteux énergétiquement). L’ammonium est largement préféré. Nitrites et nitrates sont assimilables, mais pas utilisable si pas transformé en ammonium

Question 13

Comment appelle-t-on les enzymes qui permettent de convertir les nitrates en ammonium ?

Answer 13

Les réductases. Coûteux en milieu normoxique car l’ammonium a une plus grande énergie potentielle

Question 14

Que nécessitent les réductases qui convertissent les nitrates en ammonium (même chose pour la nitrogénase de la fixation) ?

Answer 14

Du molybdène

Question 15

Qu’arrive-t-il en carence de molybdène ?

Answer 15

Impossibilité d’utiliser les nitrates comme source d’azote

Question 16

Qu’est-ce qui peut influencer les stratégies d’acquisition de l’azote ?

Answer 16

L’emplacement dans la stratification d’un lac (quantités d’oxygène disponible) :
- Plus d’O2- = plus de NO3-

Question 17

Pourquoi est-il avantageux de faire de la fixation d’azote en symbiose avec les racines de certaines plantes ?

Answer 17

Enclavés dans le milieu relativement anoxique des nodules des racines. (oxygène inhibe la fixation car nitrogénase sensible à l’oxygène)

Question 18

Quel est le rôle des hétérocystes ?

Answer 18

Protéger la nitrogénase de l’O2

Question 19

Quelles sont les différentes adaptations pour protéger la nitrogénase de l’O2 ?

Answer 19

• Hétérocystes
• Taux respiratoire élevé (pour éliminer l’O2)
• Membrane cellulaire recouverte d’une couche gélatineuse imperméable aux gaz

Question 20

Quelles sont les sources naturelles d’ammoniac ?

Answer 20

• Métabolisme des animaux (et autres organismes)
• Matrière organique en décomposition (donne des ions NH4+ surtout)

Question 21

Qu’est-ce que l’ammonification ?

Answer 21

Quand l’azote organique redevient de l’azote sous forme d’ions NH4+

Question 22

Pourquoi retrouve-t-on surtout la forme NH4+ en milieu aquatique ?

Answer 22

En milieu terrestre, les excrétions d’azote se font souvent sous forme
d’urée car l’ammonium requiert de l’eau. Pour les organismes
aquatiques l’eau est rarement limitante alors c’est NH4+ qui est surtout produit

Question 23

De quoi dépend la proportion d’ammoniac ionisé vs non-ionisé ?

Answer 23

Le pH (autant dans le sol que dans l’eau) et de la température. Forme ionisée est privilégiée dans les milieux acides car beaucoup d’ions H+ (pH faible)

Question 24

Selon quoi varie l’ammoniac total ?

Answer 24

• Varie selon la productivité du lac : Ratio entre l’utilisation de l’azote vs fixation par les autotrophes
• Pollution (par matière organique) accroît l’azote total

Question 25

Comment qualifie-t-on la quantité d'ammoniac dans les rivières vs dans les lac et pourquoi ?

Answer 25

Rivières contiennent souvent plus d'ammoniac (photosynthèse faible (pas des communautés de phytoplanctons abondantes) et la respiration est important) = pas beaucoup oxygène

Question 26

Qu'est-ce que la nitrification (aérobie) ?

Answer 26

Transformation de l'ammoniac en nitrite et ensuite en nitrate

Question 27

Est-ce que la nitrification mène à l'assimilation de l'azote ?

Answer 27

Non, mène seulement à un changement de forme

Question 28

Qu'est-ce que le nitrate ?

Answer 28

Produit finale de la nitrification et forme préférée des macrophytes enracinées.

Question 29

Qu'est-ce qu'un indication d'un apport externe en nitrates ?

Answer 29

Lorsque sa concentration dépasse 5mg/L (ruissellement souvent)

Question 30

Comment varie l'azote dans les lacs selon les saisons ?

Answer 30

- En été : nitrates épuisés plus vite que l'apport "naturel", alors que les autotrophes de la zone euphotique (épilimnion) font bcp de photosynthèse. Donc peu de nitrates dans la couche supérieure - En hiver : eaux souterraines sont un apport en nitrates ou ammonium. Bactéries nitrifiantes sont actives et les nitrates sont peut utilisés

Question 31

Comment varie l'azote dans les lac en fonctions de la disponibilité en oxygène ?

Answer 31

- Si l'hypolimnion est oxique, les nitrates s'y accumuleront. S'il est anoxique, c'est l'ammonium qui domine (nitrates sont convertis par dénitrification)

Question 32

Sous quelle forme se retrouve le phosphore ?

Answer 32

- Minérale - Nutriment essentiel et rare en milieu naturel - Pas de gaz avec P

Question 33

Quels sont les 3 types de phosphore composant le phosphore total (PT) ?

Answer 33

1 - Phosphate dissous dans l'eau (inorganique) 2 - Phosphore total dissous (DOP) 3 - Phosphore lié à des particules organiques (PP)

Question 34

Comment peut être utilisé le phosphate dissous dans l'eau (inorganique) ?

Answer 34

Il peut être directement utilisé par les autotrophes de toutes sortes

Question 35

Qu'est-ce que le phosphore total dissous (DOP) ?

Answer 35

Matières organiques dissoutes auxquelles sont liés des phosphates PO43- (recyclé plus rapidement que le PP)

Question 36

Qu'est-ce que le phosphore lié à des particules organiques (PP) ?

Answer 36

Forme dominante : - Protéines - Acides nucléiques - Composantes cellulaires

Question 37

Quels sont les ratio N:P favorables à la multiplication des autotrophes ?

Answer 37

Entre 7:1 et 15:1 c'est ok, mais 10:1 est favorable : - Si ratio augmente, le P devient plus limitant, alors que c'est l'inverse pour N

Question 38

Quelles sont les différentes sources de P ?

Answer 38

1- Particules organiques et inorganiques par les tributaires 2 - Relargage interne à l'interface entre les eaux et les sédiments si milieu anoxique 3 - Recyclage : déchets de zooplancton et poissons. Disponible seulement dans l'épilimnion et la zone littorale si le lac est profond, mais partout si le lac est peu profond 4 - Macrophytes enracinées : capte le P des eaux interstitielles 5 - Pollution : organique vs inorganique

Question 39

Qu'est-ce qui entraine le dépot des P dans les sédiments ?

Answer 39

En présence d'oxygène, le fer (et autres ion comme Al, Ca, Mg) fixe le PO43-

Question 40

Où se trouvent les phosphates dans un lac ?

Answer 40

Concentrés dans les sédiments du lac

Question 41

De quoi dépend la vitesse de relargage du phosphore ?

Answer 41

Fonction du différentiel de concentration entre les sédiments et l'eau du lac (de l'hypolimnion)

Question 42

Avec quoi augmente le taux de relargage ?

Answer 42

Avec le brassage des sédiments

Question 43

Qu'est-ce qui affecte la quantitié de phosphate libre dans les eaux interstitielles ?

Answer 43

L'activité biologique car les bactéries décomposent la matière organique (plus il y a de décomposition, plus libère les phosphates dans le milieu)

Question 44

Au printemps, quelle est la quantité de phosphore normalement retrouvée dans l'eau ?

Answer 44

Peu de phosphore dans l'eau (une des raisons pourquoi cyanobactéries sont peu abondantes)

Question 45

Qu'est-ce qui se passe avec le phosphore dans un lac peu profond ?

Answer 45

- Pas de stratification stable, eau en moyenne assez chaude - Plantes enracinées abondantes, on accès aux nutriments des sédiments - Passablement de turbulence - Alors les phosphates circulent particulièrement lors des bris de stratification

Question 46

Que se passe-t-il avec le P dans un lac profond en été ?

Answer 46

- Relargage dépend de la concentration d'O2 dans l'hypolomnion (O2, fer fixe phosphate) - En absence d'O2, relargage considérable du phosphate sédimenté dans les eaux

Question 47

Quelle est la dynamique du phosphore dans les rivières ?

Answer 47

- Phosphate est absorbé ou relâché selon sa concentration dans l'eau et la salinité - Souvent évacué avant d'être utilisé

Question 48

Comment et quand se fait le recyclage du phosphate par le phytoplancton ?

Answer 48

- Fin du printemps : épilimnion manque de PO4 - Lors épisodes d'abondance de phosphate -. réserves de P dans la cellule autotrophe - Organismes phytoplanctoniques produisent une enzyme qu'ils libèrent dans le milieu et qui brise les liens entre P et molécules organiques

Question 49

Quand se fait idéalement le dosage du PT ?

Answer 49

- Idéalement pendant la période de brassage - Sinon, fait la moyenne de plusieurs tests pendant la période de stratification (mesure séparées selon la couche)