4 - Biologie du silicium
La végétation terrestre contient, en moyenne, 0.15 % en
poids de silicium.
Élément |
% |
Élément |
% |
Élément |
% |
O |
70.00 |
Fe |
0.02 |
Br |
1 x 10-4 |
C |
18.00 |
Mn |
7 x 10-3 |
Mo |
5 x 10-5 |
H |
10.50 |
F |
3 x 10-3 |
Y |
4 x 10-5 |
Ca |
0.50 |
Ba |
3 x 10-3 |
Ni |
2 x 10-5 |
N |
0.30 |
Al |
2 x 10-3 |
V |
2 x 10-5 |
K |
0.30 |
Sr |
2 x 10-3 |
Pb |
2 x 10-5 |
Si |
0.15 |
B |
1 x 10-3 |
Li |
1 x 10-5 |
Mg |
0.07 |
Zn |
3 x 10-4 |
U |
1 x 10-5 |
P |
0.07 |
Rb |
2 x 10-4 |
Ga |
3 x 10-6 |
S |
0.05 |
Cs |
2 x 10-4 |
Co |
2 x 10-6 |
Cl |
0.04 |
Ti |
1 x 10-4 |
I |
1 x 10-6 |
Na |
0.02 |
Cu |
1 x 10-4 |
Ra |
2 x 10-12 |
La quantité de silicium varie beaucoup selon
les espèces de plantes. Elle est élevée chez les graminées (sauf
le maïs) dont les cendres peuvent contenir 30 à 60 % de
SiO2, et elle est faible pour les plantes dites à calcium (légumineuses)
et les plantes à potasse (pomme de terre). Un hectare de légumineuses
extrait 10 kg de silice du sol à l'année, le hêtre 63 kg
et le blé 105 kg. La silice représente plus de 50 %
des minéraux extraits du sol par le blé. Le silicium est surtout
localisé dans les feuilles les plus âgées. Il est à l'état soluble
en combinaison avec les glucides, lipides et protéines, et insoluble
quand il imprègne les membranes cuticulaires et les concrétions.
Equisetum arvense L. (prêle) est particulièrement riche
en silice et les cendres de cette espèce primitive peuvent en
contenir jusqu'à 90 % (selon les saisons). Autre plante
riche en silice : le bambou.
En fait, le silicium est un agent fertilisant
essentiel. Mais, tout comme pour les espèces animales, la preuve
de son essentialité n'est pas facile à faire : aucun système
de culture (sol ou hors-sol) n'est jamais totalement
exempt de silice (sels minéraux, air ou eau en contiennent
toujours des traces significatives) (192). C'est le riz
(Oryza sativa) qui est la plante la plus couramment utilisée
pour étudier les carences en silice, le signe le plus typique
est la nécrose des feuilles. La croissance est retardée, les
feuilles ramollissent et ont un port tombant. Les graines de
graminées (blé, avoine, millet, orge, riz, à l'exception
du maïs), placées dans un milieu ou un sol sans silice poussent
peu et il y a une amélioration nette des rendements par addition
de silicates. La tomate serait également sensible à des apports
suffisants en silice.
L'effet promoteur du silicium pour l'orge,
le concombre ou le tabac, seraient dus pour certains à un effet
" détoxifiant " vis-à-vis de trop fortes concentrations
de fer (10-3 M) en solution (192). De façon comparable,
la présence d'acide silicique dans les eaux du sol réduit les
effets toxiques du manganèse pour certains végétaux. Elle favoriserait
également la résistance des céréales (millet) aux attaques
de moisissures et augmenterait la résistance du riz aux "
taches brunes ". La silification des parois de l'épiderme
des plantes aurait un effet de barrière mécanique à l'égard
des champignons parasites, peut-être en réduisant l'accessibilté
des hydrates de carbones aux enzymes lytiques.
La silice véhicule les ions alcalins et son
rôle tampon permet une économie d'acides organiques. En facilitant
la solubilisation des ions phosphates, elle permet une meilleure
utilisation de ceux-ci. Une grande partie de l'acide silicique
remonte dans les plantes par la sève à partir de l'eau de ruissellement.
Le gaz carbonique abondamment dissous dans les sucs cellulaires
interviendrait dans la solubilisation ou la précipitation de
la silice dans les extrémités sous forme d'opale (silice
hydratée amorphe, SiO2.nH2O). Le départ
du CO2 au cours de la transpiration expliquerait
ces dépôts. Ces corps opalins, ou phytolithes ont souvent des
formes caractéristiques des plantes qui les abritent.
La silice joue donc aussi un rôle de soutien
et associée au calcium elle intervient dans le coefficient de
rigidité de la plante ; il y a d'ailleurs souvent une balance
entre les taux de calcium et de silice. La feuille de châtaignier
par exemple contient dans ses feuilles 75 % de chaux et
1 à 5 % de silice, celle des roseaux 66 % de silice
et 5 % de chaux.
Certains utilisent l'acide germanique, comme
inhibiteur spécifique du métabolisme du silicium (192). De fait,
l'acide germanique n'interfère ni dans la croissance, ni dans
le métabolisme de bactéries, de fungi et d'algues vertes (green
algae) indépendantes du silicium. Par contre, il inhibe (0.15
- 0.75 mM) la croissance de plantes de plusieurs espèces
: Lemna minor (Lemnaceae), Nicotinia tabacum,
Lycopersicon pimpinelliforium (Solanaceae), Zinnia
elegans (Asteraceae), Sinapis alabae (Brassicaceae),
Tradescantia sp. (Commelinaceae), Secale cereale
(Poaceae). Ces effets sont partiellement réversibles par addition
d'acide silicique (5 mM).
Présente à l'état de traces dans le sang et
le tissu des vertébrés, la silice constitue le squelette des
infusoires et diatomées. Les dépôts fossilisés de ces squelettes
sont les gisements de kieselguhr ou terres d'infusoires (Algérie,
États-Unis).
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