Fiche explicative de la leçon: Excrétion chez les plantes Biologie

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à décrire les processus par lesquels les plantes excrètent des substances et à décrire comment certains déchets peuvent être réutilisés par la plante.

Tous les organismes vivants effectuent plusieurs processus métaboliques pour leur croissance et leur survie. Chez les plantes, les aliments sont synthétisés par photosynthèse puis décomposés pour libérer de l’énergie lors de la respiration cellulaire. Les minéraux absorbés par le sol sont utilisés pour synthétiser des protéines, des pigments et d’autres composés essentiels.

Chacun de ces processus métaboliques n’est en fait qu’une réaction chimique, autrement dit la conversion de réactifs en produits dont la plante a besoin pour sa croissance et sa survie. Ces réactions chimiques génèrent également des sous-produits dont la plante n’a pas besoin. Ces sous-produits, qui sont potentiellement toxiques pour la plante, sont appelés des déchets métaboliques et doivent être éliminés par excrétion. L’excrétion est l’élimination des déchets du métabolisme d’un organisme.

Contrairement aux animaux, les plantes n’ont pas de système d’organes spécialisé pour l’excrétion. Au lieu de cela, elles possèdent plusieurs mécanismes différents par lesquels les déchets potentiellement dangereux sont recyclés ou excrétés. Découvrons les différents types de déchets produits par les plantes et la façon dont ces produits sont éliminés.

Comme nous le savons, les plantes sont autotrophes, ce qui signifie qu’elles synthétisent par photosynthèse leur propre nourriture, sous forme de glucose. Le processus de respiration cellulaire implique la décomposition des composés contenant du carbone, tels que le glucose, en dioxyde de carbone et en eau et la libération d’énergie.

Ces deux réactions libèrent des déchets gazeux. La photosynthèse libère de l’oxygène, tandis que la respiration produit du dioxyde de carbone et de la vapeur d’eau. Chez les plantes, la photosynthèse et la respiration aérobie vont de pair. Les principaux produits générés par chacune de ces réactions sont réutilisés comme réactifs pour l’autre réaction. Pour mieux le comprendre, examinons les équations des deux processus.

Vous remarquerez peut-être que ces deux réactions sont presque exactement à l’opposé l'une de l'autre. Les produits de la réaction de photosynthèse sont les mêmes molécules que les réactifs de la réaction de respiration, et inversement. Ceci est représenté sur la figure 1.

Exemple 1: Comment les plantes réutilisent les déchets de la respiration

Les plantes, comme la plupart des organismes vivants, respirent. L’eau est un déchet de la respiration. Comment cette eau peut-elle être réutilisée par les plantes ? 

1. comme source d’énergie pour les processus métaboliques
2. comme source d’azote pour la synthèse de composés azotés
3. comme réactif dans la photosynthèse
4. comme gaz isolant pour réguler la température

Réponse

Comme nous le savons, les plantes sont autotrophes, ce qui signifie qu’elles synthétisent par photosynthèse leur propre nourriture sous forme de glucose. Le processus de respiration cellulaire implique la décomposition du glucose en dioxyde de carbone et en eau et la libération d’énergie. Chez les plantes, la photosynthèse et la respiration vont de pair. Les produits générés par chacune de ces réactions sont réutilisés comme réactifs pour l’autre réaction. Pour mieux le comprendre, examinons les équations des deux processus.

Respiration : 

Photosynthèse : 

Vous remarquerez peut-être que ces deux réactions sont presque exactement à l’opposé l'une de l'autre. Les produits de la réaction de la photosynthèse sont les mêmes molécules que les réactifs de la réaction de la respiration, et inversement. Ceci est représenté sur le schéma ci-dessous.

Par conséquent, l’eau générée en tant que déchet pendant la respiration peut être réutilisée comme réactif dans la photosynthèse.

Bien que ces produits puissent être réutilisés dans les plantes, ils doivent dans certains cas être éliminés par excrétion. Les plantes éliminent l’excès de ces déchets gazeux en les rejetant dans l’atmosphère, par le biais d’un procédé connu sous le nom d'échange gazeux. La tige et les feuilles d’une plante ont des ouvertures spécialisées à leurs surfaces à travers desquelles les molécules gazeuses, telles que l’oxygène, le dioxyde de carbone et la vapeur d’eau, peuvent diffuser dans l’atmosphère.

Regardons chacune de ces structures et examinons leur rôle dans l’excrétion. Les feuilles ont des ouvertures appelées des stomates, qui sont de minuscules pores situés dans leur épiderme. Les déchets gazeux métaboliques peuvent diffuser dans l’atmosphère à travers ces pores. Les stomates s’ouvrent et se ferment en fonction de la nécessité de l’échange gazeux, comme le montre la figure 2.

La tige de la plante joue également un rôle important dans les échanges gazeux. Chez certaines plantes, les tiges ont des pores à leur surface, appelés lenticelles, à travers desquels de l’oxygène, du dioxyde de carbone et de la vapeur d’eau sont libérés dans l’atmosphère. Les lenticelles se présentent sous la forme d'ouvertures proéminentes circulaires, ovales ou allongées sur les tiges et les troncs ligneux, comme vous pouvez le voir sur la photo ci-dessous.

Les plantes rejettent principalement l’excès d’eau sous forme de vapeur dans l’atmosphère par la transpiration. Les molécules d’eau s’évaporent des surfaces de la plante vers l’air ambiant. Il existe trois types de transpiration : stomatique, lenticulaire et cuticulaire.

La transpiration stomatique est l’évaporation de molécules d’eau à partir des stomates. Comme nous l’avons appris, les stomates sont capables de s’ouvrir ou de se fermer selon le besoin d’échange gazeux. Pendant la journée, lorsque l’intensité lumineuse est élevée, les cellules végétales effectuent la photosynthèse. Les stomates s’ouvrent donc pour permettre la diffusion du dioxyde de carbone de l’atmosphère vers les feuilles. En même temps, comme les stomates sont ouverts, la transpiration se produit. Dans la plupart des plantes, les feuilles contiennent un type de tissu composé de cellules du mésophylle. Ce type de tissu peut être spongieux et, par conséquent, avoir de grands espaces intercellulaires. La vapeur d’eau s’accumule habituellement dans ces espaces intercellulaires avant d’être éliminée par la transpiration à travers les stomates. Dans l’ensemble, la transpiration stomatique représente environ de l’eau perdue d’une plante par la transpiration.

La transpiration lenticulaire est l’évaporation de molécules d’eau à partir des lenticelles situées sur les tiges des plantes ligneuses. Seul un petit volume d’eau est perdue de cette manière représentant environ de l’eau totale perdue par transpiration.

La transpiration cuticulaire est l’évaporation de molécules d’eau à travers la cuticule. La cuticule est une couche cireuse qui recouvre l’épiderme des parties aériennes d’une plante. La transpiration cuticulaire peut se produire lorsque les stomates sont fermés. Dans l’ensemble, la transpiration cuticulaire représente moins de de l’eau totale perdue par la transpiration. Le taux de transpiration cuticulaire dépend de l’épaisseur de la cuticule cireuse. Les plantes qui poussent dans des conditions extrêmement chaudes et sèches peuvent développer des cuticules épaisses pour empêcher une perte excessive d’eau par transpiration.

La transpiration lenticulaire et cuticulaire se produisent tout au long de la journée et de la nuit. Cependant, la nuit, les stomates sont généralement fermés puisque la photosynthèse ne peut avoir lieu, la transpiration s’effectue donc principalement par les lenticelles et la cuticule.

Récapitulons rapidement ce que nous avons appris sur la transpiration. Dans le tableau 1, vous pouvez voir une comparaison entre les trois différentes formes de transpiration.

Exemple 2: Perte d’eau à travers les pores de la tige

Une plante ligneuse peut aussi perdre de l’eau à travers de petits pores de la tige. Comment s’appellent ces pores ? 

1. des glandes
2. des hydathodes
3. des lenticelles
4. des stomates

Réponse

Les plantes rejettent principalement l’excès d’eau dans l’atmosphère par la transpiration. Les molécules d’eau s’évaporent des surfaces de la plante vers l’air ambiant. Il existe trois types de transpiration : stomatique, lenticulaire et cuticulaire.

Les tiges des plantes jouent un rôle important dans les échanges gazeux, ainsi que dans l’absorption et la diffusion de l’eau. Elles ont des pores à leurs surfaces, appelés lenticelles, à travers desquels l’oxygène, le dioxyde de carbone et la vapeur d’eau sont libérés dans l’atmosphère. Les lenticelles peuvent souvent être considérées comme des ouvertures circulaires, ovales ou allongées sur les tiges et les troncs ligneux.

La transpiration lenticulaire est l’évaporation de molécules d’eau à partir des lenticelles situées sur la tige d’une plante. Seul un petit volume d’eau est perdu lors de cette forme de transpiration.

Par conséquent, les pores des tiges des plantes ligneuses par lesquels l'eau se perd sont appelés lenticelles.

Mis à part la transpiration, l’eau peut également être éliminée de certaines plantes sous forme liquide, par un processus appelé guttation.

L'eau chargée de minéraux dissous qui remonte des racines à travers les vaisseaux du xylème s'appelle la sève brute. L’absorption des molécules d’eau du sol vers les racines crée une pression vers le haut à travers les vaisseaux du xylème, appelée poussée radiculaire. L’excès de sève du xylème est exsudé sous la forme de gouttelettes d’eau à travers des structures appelées hydathodes, qui se trouvent sur les bords des feuilles, comme vous pouvez le voir sur la photo ci-dessous.

Ce processus est appelé guttation et est dû à la pression des racines vers le haut. Les gouttelettes d’eau exsudées sont riches en minéraux dissous. Ces gouttelettes d’eau ne doivent pas être confondues avec les gouttes de rosée, qui sont formées par la condensation de molécules d’eau de l’atmosphère sur les surfaces des plantes.

Alors que la transpiration se déroule généralement pendant la journée, les guttations sont plus fréquentes la nuit ou tôt le matin, lorsque les stomates sont fermés et que la plante doit éliminer de grandes quantités d’eau.

Les déchets azotés sont un autre type de déchets végétaux. Tout comme l’urée chez les animaux, les plantes génèrent aussi des déchets azotés. Ceux-ci sont le résultat du métabolisme des protéines, lors duquel les protéines sont décomposées en petits peptides et en acides aminés. Les déchets azotés peuvent être excrétés, mais ils peuvent aussi être réutilisés pour la synthèse de protéines. L’azote, sous forme d’ammonium et de nitrates, est utilisé pour synthétiser les acides aminés, qui sont les éléments constitutifs des protéines. Les plantes convertissent donc leurs déchets azotés en formes réutilisables pour synthétiser les protéines dont elles ont besoin pour leur croissance et leur développement.

Parfois, les plantes peuvent générer des déchets sous forme de sels minéraux ou d’acides, qui peuvent avoir un effet toxique sur la plante s'ils s'accumulent. Ces composés sont transformés en cristaux et stockés dans le cytoplasme ou la vacuole de certaines cellules végétales. Cela empêche ces composés potentiellement toxiques de se propager à différentes parties de la plante et d’avoir des effets néfastes. Ces cristaux insolubles s’accumulent dans les feuilles, l’écorce ou les fruits et sont ensuite éliminés ; la plante ne contient alors plus de substances toxiques. Par exemple, les plantes qui poussent dans des sols contenant un excès de calcium ont tendance à accumuler des cristaux insolubles d’oxalate de calcium, appelés raphides, dans leurs racines, feuilles ou tubercules.

Certaines plantes peuvent stocker certains déchets dans des résines ou des gommes, qui s’accumulent dans les vieux vaisseaux du xylème. Certaines plantes peuvent également produire ces substances en réponse à des lésions. Les sécrétions comme le latex et les huiles peuvent contenir des déchets métaboliques, et elles s’accumulent dans l’écorce, les feuilles ou les tiges. La photo ci-dessous montre un exemple de résine sécrétée par le tronc d’un arbre.

Les plantes sont également capables d’excréter certains composés comme les acides organiques, les acides aminés et les sucres dans le sol à l’aide de leurs racines. Certains de ces acides organiques aident la plante à solubiliser certains nutriments du sol afin qu’ils puissent être réabsorbés par les racines.

Résumons tout ce que nous avons appris sur l’excrétion chez les plantes.