Fiche explicative de la leçon: Tropismes chez les plantes Biologie

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à définir le terme tropisme et à décrire des exemples de tropismes communs chez les plantes.

Avez-vous déjà vu un tournesol suivre le mouvement du soleil dans le ciel ? Ce n’est là qu’un exemple des mouvements incroyables des plantes en réaction au monde qui les entoure. Beaucoup de personnes pensent que les plantes sont des organismes statiques et immobiles, mais elles peuvent répondre à de nombreux stimuli. Un stimulus (stimuli au pluriel) est tout changement détectable dans l’environnement interne ou externe d’un organisme qui provoque un effet sur cet organisme.

Les plantes bougent en réaction à l’eau, à la lumière, à la température et à la gravité. Certaines plantes réagissent même au toucher, comme la tige de la vigne sur la figure 1.

Cependant, les plantes bougent plus lentement que nous, car pour bouger elles doivent croître, tandis que nos mouvements nécessitent simplement une contraction musculaire. La tendance des plantes à pousser vers un stimulus ou à s’en éloigner est appelée tropisme. Il existe différents types de tropismes que nous allons étudier dans cette fiche explicative. L’exemple représenté sur la figure 1 est appelé thigmotropisme, qui se produit lorsqu’une plante pousse en réponse à une stimulation tactile, comme au contact d’une perche en bois.

Les principaux tropismes que nous allons étudier dans cette fiche explicative sont le phototropisme, l’hydrotropisme et le géotropisme, parfois appelé gravitropisme. Ce sont les réactions directionnelles de la plante à la lumière, à l’eau et à la gravité respectivement.

Étudions d’abord le phototropisme. « Photo » signifie lumière, et les phototropismes sont des réactions de croissance d’une plante vers ou à l’opposé de la lumière. Vous avez probablement déjà vu apparaître « photo » dans plusieurs mots associés aux plantes, comme photosynthèse. Le mot photosynthèse signifie littéralement fabriquer des substances en se servant de la lumière. C’est le processus par lequel les plantes convertissent l’énergie lumineuse, généralement du soleil, en énergie chimique à l’intérieur de leurs cellules. Cette énergie chimique prend la forme de glucose, qui est donc la source de nourriture fabriquée par la plante.

Les plantes peuvent ensuite utiliser ce glucose pour effectuer la respiration cellulaire, où il sera décomposé pour libérer de l’énergie. Même si les plantes peuvent stocker de l’énergie sous forme d’amidon pendant de courtes périodes, la photosynthèse est le seul moyen pour la plupart des plantes d’obtenir de la nourriture. Par conséquent, les plantes doivent être en présence de lumière pour survivre et croître. C’est pourquoi les tiges, les feuilles et même les fleurs des plantes poussent souvent vers la lumière, comme vous pouvez le voir sur la figure 2. Ce processus appelé phototropisme signifie que les cellules photosynthétiques de la plante peuvent absorber plus de lumière et augmenter le taux de photosynthèse.

Il est intéressant de noter que les plantes peuvent également suivre la trajectoire du soleil qui se déplace dans le ciel de l’est à l’ouest pendant la journée. Ce processus est appelé héliotropisme ; le préfixe « hélio » vient du mot grec « helios » pour « soleil ». L’héliotropisme diffère du phototropisme car celui-ci est caractérisé par les plantes qui s’orientent face à une source de lumière fixe, alors que dans le cas de l’héliotropisme, la plante bouge tout au long de la journée ! 

Un exemple clair d’héliotropisme peut être observé chez les jeunes plantes de tournesol, qui tournent leur tige et leurs fleurs pour faire face au soleil tout au long de la journée. Ce mouvement aurait pour but d’augmenter la température des fleurs et la lumière à laquelle elles sont exposées. Ces mouvements peuvent accélérer la croissance des jeunes plantes et même les rendre plus attrayantes pour les insectes pollinisateurs. En fait, il a été démontré que les insectes pollinisateurs en quête de nourriture passent plus de temps sur les plantes héliotropes qui suivent de près le mouvement du soleil, probablement parce qu’ils peuvent se réchauffer au soleil pendant qu’ils pollinisent les plantes. Par conséquent, les plantes moins héliotropes d’une même espèce ont tendance à produire moins de graines ! 

Étudions le mécanisme de phototropisme classique.

Les plantes produisent des substances qui contrôlent leur croissance en réponse à des stimuli et qui sont souvent appelées régulateurs de croissance ou hormones végétales. L’auxine est un exemple d’hormone végétale. L’auxine est produite dans le coléoptile, situé dans la zone de croissance des plantes, qui forme une gaine entourant le sommet de la pousse. Certaines données suggèrent également que l’auxine peut être produite au bout des racines des plantes. La présence d’auxine peut soit stimuler soit inhiber l’élongation cellulaire selon l’endroit où elle agit dans la plante et sa concentration.

Sur la figure 3, vous pouvez voir un schéma d’une tige de plante qui se plie vers la lumière. Vous pouvez également voir des molécules d’auxine produites par l’extrémité de la tige qui diffusent vers le bas de la plante, d’une cellule à l’autre. L’auxine s’accumule du côté de la plante opposé à la lumière directe du soleil et incite davantage ces cellules à s’allonger par rapport aux cellules qui absorbent la lumière. C’est ce qu’on appelle l’élongation cellulaire, ce qui signifie que le côté de la plante situé à l’ombre croît plus que le côté situé au soleil, ce qui fait plier la tige vers la lumière. Il est particulièrement intéressant d’observer ceci quand les plantes sont placées dans l’obscurité, car elles deviennent frêles et filiformes pour atteindre une lumière qui, d’après elles, devrait se situer quelque part au-dessus de la « terre » sombre.

Les tropismes peuvent être négatifs ou positifs, c’est-à-dire que les plantes se développent vers un stimulus ou s’en éloignent. Prenons notre exemple de phototropisme pour mieux comprendre. La tige de la plante est phototrope positive. Cela signifie qu’elle croît vers la lumière, comme nous l’avons vu sur les figures 2 et 3. Cependant, certaines racines de plantes, telles que les racines aériennes de Chlorophytum comosum, parfois appelée plante araignée, se sont révélées phototropes négatives dans certaines conditions. Vous pouvez voir les racines d’une plante araignée s’éloigner d’une source lumineuse (située au-dessus de la plante) sur la figure 4 ci-dessous.

Cette croissance directionnelle des racines observée chez certaines plantes pourrait découler du fait que la plupart des cellules des racines n’ont pas de chloroplastes et n’ont pas besoin d’absorber de la lumière pour la photosynthèse. Par conséquent, les racines des plantes poussent parfois vers le bas, en s’éloignant de toute source lumineuse. Plus la racine d’une plante s’enfonce dans le sol, plus elle est susceptible de trouver ce dont elle a besoin : de l’eau et des minéraux. Il est important de noter que le phototropisme n’est pas le seul facteur affectant la croissance des racines des plantes, et nous explorerons ces autres facteurs plus loin dans cette fiche explicative.

Il est intéressant d’observer que l’auxine agit différemment dans les racines, mais influence tout de même souvent la direction de leur croissance. Voyons comment cela peut se produire. Sur la figure 5, nous pouvons voir que l’auxine s’accumule parfois dans les cellules de la partie inférieure des racines de la plante, loin de la lumière. Dans certaines racines de plantes, l’auxine en faible concentration peut légèrement favoriser la croissance des racines mais, à des concentrations plus élevées, l’auxine inhibe l’élongation cellulaire dans les racines. Ce dernier exemple est visible sur la figure 5, car les cellules de la partie inférieure de la racine ayant de fortes concentrations d’auxine ne s’allongent pas. Cependant, les cellules de la partie supérieure de la racine s’allongent, et cette croissance asymétrique provoque un fléchissement de la racine vers le bas, ce qui montre qu’elle est phototrope négative.

Exemple 2: Décrire le phototropisme dans les plantes

Les pousses de plante sont phototropes positives ; qu’est-ce que cela signifie ? 

1. Elles poussent vers un stimulus lumineux.
2. Elles poussent en s’éloignant de la lumière du soleil.
3. Elles réfléchissent la majorité des longueurs d’onde de la lumière.
4. Elles poussent vers d’autres plantes aux couleurs vives.

Réponse

Les tiges et les feuilles contiennent la majorité des cellules photosynthétiques d’une plante. La photosynthèse permet à une plante de fabriquer sa propre nourriture et est essentielle à sa survie. C’est un processus qui nécessite de la lumière, donc les pousses des plantes doivent croître vers une source lumineuse pour effectuer efficacement la photosynthèse. Pour ce faire, la pointe des pousses végétales produit de l’auxine. Lorsque la lumière ne vient que d’une direction, l’auxine s’accumule sur le côté de la tige situé à l’ombre, ce qui fait que ces cellules s’allongent plus que celles du côté de la lumière et que la tige s’incline vers la lumière. La pousse est phototrope positive, car elle croît vers le stimulus lumineux, comme vous pouvez le voir sur la figure ci-dessous.

Les racines sont phototropes négatives, car elles s’éloignent du stimulus lumineux. De fortes concentrations d’auxine inhibent l’élongation cellulaire sur la partie inférieure de la racine, un effet contraire à celui sur la pousse. Ainsi, les cellules situées sur la partie supérieure de la racine se développent relativement plus, et la racine se plie vers le bas, s’éloignant de la lumière.

Notre réponse correcte est donc l’option A : elles poussent vers un stimulus lumineux.

Une expérience simple permet d’étudier le phototropisme chez les plantes. Deux plantes sont placées chacune dans une boîte, avec une source lumineuse venant de différentes directions, comme sur le schéma de la figure 6.

On peut alors observer la direction dans laquelle les deux plantes se plient.

Sur la figure 6, à gauche, la lumière vient directement du dessus de la plante, et nous pouvons observer que la plante a poussé vers le haut sans se plier. Cela peut s’expliquer par le fait que l’auxine aura diffusé de manière égale des deux côtés de la plante, provoquant un allongement similaire des cellules de chaque côté.

Sur la figure 6, à droite, la lumière vient du côté droit et illumine les cellules du côté droit de la tige. On observe que la tige de la plante se plie vers la lumière à sa droite. Cela peut s’expliquer par l’auxine qui s’accumule sur le côté gauche situé à l’ombre, ce qui provoque un allongement plus important de ces cellules que celles situées à droite, à l’origine du fléchissement de la tige.

Exemple 3: Identifier les tropismes des plantes par des expériences

Le schéma ci-dessous illustre une expérience de base sur les tropismes des plantes. Quel est le tropisme végétal positif de ces pousses ? 

1. l’hydrotropisme
2. le gravitropisme
3. le phototropisme
4. le thigmotropisme

Réponse

Le phototropisme est la tendance d’une plante à pousser vers la lumière ou à s’en éloigner. Le phototropisme positif signifie qu’une plante croît vers la lumière, et le phototropisme négatif qu’elle s’en éloigne. Les pousses des plantes sont phototropes, comme vous pouvez le voir sur la figure de cette expérience. L’expérience montre que, lorsque la lumière illumine la plante par le haut, l’auxine produite à l’extrémité de la pousse diffuse uniformément vers le bas et entraîne un allongement cellulaire égal des deux côtés de la pousse. Lorsque la lumière illumine le côté gauche de la plante, l’auxine s’accumule sur le côté droit de la pousse, situé à l’ombre. Par conséquent, ces cellules s’allongent plus que celles du côté gauche illuminé. Cet allongement asymétrique des cellules amène la plante à se plier vers le stimulus lumineux sur la gauche, afin que toutes ses cellules photosynthétiques bénéficient d’une intensité lumineuse plus élevée. Le contraire se produit lorsque la lumière vient de la droite, comme le montre le schéma ci-dessous.

L’hydrotropisme est la tendance d’une plante à croître vers l’eau ou à s’en éloigner. Le gravitropisme est la tendance d’une plante à croître vers ou contre l’attraction gravitationnelle. Le thigmotropisme est la tendance d’une plante à croître vers un stimulus tactile ou à s’en éloigner.

Notre réponse correcte est donc l’option C : le phototropisme.

Étudions maintenant l’hydrotropisme. « Hydro » signifie eau, donc l’hydrotropisme est la tendance d’une plante à pousser vers l’eau ou à s’en éloigner. Les plantes ont besoin d’eau pour effectuer la photosynthèse, car celle-ci permet de transporter les minéraux et de remplir les vacuoles pour maintenir la forme des cellules. L’eau est obtenue à partir du sol et absorbée par osmose dans les poils absorbants des racines. Par conséquent, les racines doivent être hydrotropes positives pour pouvoir croître vers l’humidité dans le sol, où les molécules d’eau sont en plus forte concentration.

L’hydrotropisme est plus difficile à étudier que les autres tropismes, car le gravitropisme prend le dessus sur l’hydrotropisme. Il est cependant possible de limiter les réactions gravitropes d’une plante en stimulant l’hydrotropisme de ses racines par un potentiel hydrique important dans le sol.

Un exemple d’une expérience que vous pouvez mener pour étudier l’hydrotropisme dans les racines des plantes est de placer une plante dans un sol sec, avec un pot poreux rempli d’eau à proximité, comme vous le voyez sur la figure 7. L’eau va s’écouler par les pores du pot et augmenter le potentiel hydrique dans le sol à droite de la plante. La figure 7 montre comment les racines des plantes poussent ensuite vers la droite, en direction du potentiel hydrique plus élevé dans le sol.

Étudions maintenant le gravitropisme. « Gravi » est une abréviation de gravité, et le gravitropisme, parfois appelé géotropisme, est la tendance d’une plante à pousser vers ou contre l’attraction gravitationnelle. Le gravitropisme est utile pour deux raisons principales. La pousse d’une plante est gravitrope négative, car elle pousse vers le haut, contre l’attraction gravitationnelle. Cela signifie que la lumière, qui vient généralement d’en haut, est plus accessible aux parties photosynthétiques de la plante.

Les racines des plantes sont gravitropes positives, car elles poussent vers le bas, vers l’attraction gravitationnelle. Cela signifie qu’elles sont plus susceptibles d’entrer en contact avec de l’eau et des minéraux plus profondément dans le sol. Le gravitropisme est si fort qu’il se produira même lorsque la plante est renversée, comme vous le voyez sur la figure 8. C’est une expérience facile que vous pouvez mener pour observer le gravitropisme chez les plantes.

Le gravitropisme est également influencé par l’auxine, car l’accumulation sur la partie inférieure de la racine inhibe sa croissance, ce qui la fait se plier vers le bas, comme nous l’avons vu dans l’exemple du phototropisme. Nous avons également déjà observé la réponse de la pousse à l’accumulation d’auxine sur sa partie inférieure, ce qui provoque un allongement relativement plus important de ces cellules et une flexion de la pousse vers le haut. L’effet de l’auxine est le même, ainsi que la réponse. Seuls les termes que nous donnons aux mouvements en réponse à la lumière ou à la gravité sont différents. Ainsi, notre pousse est phototrope positive et gravitrope négative, tandis que la racine est phototrope négative, hydrotrope positive et gravitrope positive.

Récapitulons certains des points clés que nous avons couverts dans cette fiche explicative.