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Fiche explicative de la leçon : Soutien chez les plantes Biologie

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à décrire des exemples de soutien physiologique et structurel chez les plantes.

Avez-vous déjà remarqué que si un petit pois roule sous le réfrigérateur et que vous le retrouvez des mois plus tard, il sera tout ridé et sec?Si vous mettez ce même petit pois dans de l’eau, il regonflera quasiment à sa taille initiale, bien que le manger n’est plus une bonne idée!Le rétrécissement et gonflement du pois sont dus à sa perte et à son gain d’eau. C’est un exemple typique d’une méthode de soutien dans des cellules végétales.

Alors que les humains, comme de nombreux animaux, ont un squelette qui les soutient, les plantes quant à elles n’en ont pas. Les plantes ont donc besoin d’autres mécanismes de soutien pour maintenir la forme des cellules et de façon plus générale, pour les protéger.

Une plante utilise deux méthodes pour garder sa forme et sa structure:physiologique et structurelle. Le soutien physiologique est temporaire et dépend de la teneur en eau d’une cellule pour garder sa forme. Le soutien structurel est plus permanent et dépend du dépôt de substances qui rigidifient des parties spécifiques de la plante.

Définition: Soutien physiologique

Le soutien physiologique des plantes est temporaire car il dépend de la pression de turgescence sur les membranes cellulaires grâce à un grand volume d’eau dans les vacuoles des cellules, qui maintient la forme des cellules et ainsi les protège.

Définition: Soutien structurel

Le soutien structurel de la plante est le dépôt permanent de polymères tels que la lignine ou la cellulose dans les parois cellulaires pour maintenir la forme de la plante et de ses cellules.

Le rétrécissement et le gonflement des pois représente un exemple de mécanisme de soutien physiologique, et nous allons d’abord examiner cette méthode de soutien.

Vous pouvez voir la paroi cellulaire, la vacuole et la membrane cellulaire d’une cellule végétale typique sur la figure 1. Les parois des cellules végétales sont des couches structurelles rigides entourant leur membrane cellulaire. La vacuole d’une cellule végétale est généralement une grande structure remplie d’un liquide appelé la sève cellulaire qui est constituée d’eau et de substances dissoutes telles que des sucres ou des enzymes. La vacuole peut stocker une grande quantité d’eau, et à mesure que le volume d’eau stockée dans la vacuole augmente, la cellule gonfle. Voyons comment cela se produit et pourquoi c’est si important.

Figure 1 : Schéma illustrant certaines des principales structures dans une cellule végétale typique, telles que la paroi cellulaire, la membrane cellulaire et la vacuole. Ici, la vacuole est utilisée pour stocker un grand volume d’eau.

Terme clé: Paroi cellulaire

La paroi cellulaire est une couche structurelle rigide qui recouvre la membrane cellulaire des cellules végétales, fongiques et bactériennes.

Les cellules des plantes, comme celles des pois, deviennent flasques et se rétrécissent lorsque l’eau dans leur milieu est restreint. Par conséquent, la plante se fane. Mais lorsque la quantité d’eau à l’extérieur des cellules augmente, l’eau pénètre dans les cellules végétales à travers la membrane cellulaire par osmose. L’osmose est le mouvement de molécules d’eau d’une zone de faible à forte concentration de soluté.

Définition: Osmose

L’osmose est le mouvement de l’eau d’une zone de faible concentration de soluté vers une zone de forte concentration de soluté à travers une membrane semi-perméable.

Lorsque la concentration d’eau est faible dans les cellules, la concentration de soluté est alors élevée, l’eau pénètre donc dans la vacuole de la cellule végétale depuis son milieu environnant. Comme elle contient maintenant un plus grand volume d’eau, la vacuole augmente de taille et exerce ainsi plus de pression sur le cytoplasme de la cellule, ce qui plaque la membrane cellulaire contre la paroi cellulaire. Cela donne un effet gonflé à la paroi cellulaire, et à ce moment là la turgescence de la cellule est élevée. Dans la cellule turgescente de la figure 2, vous pouvez voir l’effet qu’a une quantité élevée d’eau à l’extérieur des cellules.

Terme clé : Turgescence cellulaire

La turgescence cellulaire est l'état où la membrane de la cellule exerce une pression sur la paroi cellulaire, rendant ainsi la cellule gonflée et ferme, normalement parce qu'elle est remplie de liquide.

Figure 2 : Schéma comparant la structure d’une cellule végétale flasque, normale et turgescente. Vous pouvez voir qu’à mesure que la vacuole augmente, la cellule se gonfle car sa turgescence augmente.

Ce processus est temporaire. Si la plante se déshydrate parce qu’elle ne reçoit pas assez d’eau, les cellules perdront de l’eau. La perte d’eau de la vacuole fait que la membrane cellulaire se détache de la paroi cellulaire puisque la pression exercée sur la membrane diminue. Cela réduit la turgescence, ce qui fait que la cellule se rétrécie et devient flasque comme vous pouvez le voir sur la figure 2. Lorsque plusieurs cellules végétales se rétrécissent de cette manière, la plante entière, en particulier ses feuilles, se flétrit, comme le montre l’image ci-dessous.

Plante d'intérieur flétrie, en manque d'eau
Figure 3

Exemple 1: Décrire les effets d’une turgescence des cellules non maintenue sur une plante

Qu’arrivera-t-il à une plante si la turgescence des cellules n’est pas maintenue?

  1. La tige se développera à un rythme plus rapide.
  2. La surface des feuilles augmentera.
  3. Les feuilles et la plante se flétriront.
  4. Les feuilles jauniront.
  5. Les fleurs tomberont.

Réponse

Lorsque la concentration d’eau autour des cellules végétales est plus élevée qu’à l’intérieur, l’eau pénètrera dans les cellules par osmose. L’osmose est le mouvement de molécules d’eau d’une zone de faible à forte concentration de soluté.

Comme la concentration en eau est faible dans les cellules, la concentration en soluté est élevée, l’eau pénètre donc dans la vacuole de la cellule végétale. La vacuole grossit et exerce ainsi plus de pression sur le cytoplasme cellulaire, poussant la membrane cellulaire contre la paroi cellulaire. La paroi cellulaire apparaît gonflée, et la turgescence de la cellule est alors élevée. Vous pouvez le voir à droite de la figure ci-dessous.

Ce processus est temporaire. Si la plante ne reçoit pas assez d’eau, les cellules perdront de l’eau. La perte d’eau de la vacuole décolle la membrane cellulaire de la paroi cellulaire car la pression exercée diminue. Cela réduit la turgescence, la cellule devient alors flasque comme vous pouvez le voir à gauche de la figure ci-dessus. Lorsque cela arrive à plusieurs cellules de la plante, la plante entière, et surtout ses feuilles, se fane.

Par conséquent, si la turgescence des cellules n’est pas maintenue, les feuilles et la plante se flétriront.

Regardons les différentes formes de soutien structurel dans les cellules végétales.

Le soutien structurel implique que des composés qui rigidifient spécifiquement la paroi cellulaire de la plante y soient incorporés de manière permanente. Selon leur fonction, les parois de différentes cellules contiennent différents composés. La plupart de ces composés ont pour fonction de former une barrière imperméable ou résistante à l’eau. Ces composés peuvent également aider à maintenir la forme des cellules végétales, et donc de la plante elle-même, en maintenant la plante droite et rigide.

Exemple 2: Décrire la fonction des composants du soutien structurel

Quelle est la fonction principale des composants du soutien structurel chez les plantes?

  1. de maintenir la forme de la plante et des cellules végétales
  2. d’augmenter la vitesse à laquelle les composants traversent la plante
  3. de donner une flexibilité et du mouvement à la plante
  4. de contrôler quelles substances entrent et sortent des cellules végétales

Réponse

Le soutien structurel est permanent et dépend du dépôt de substances qui durcissent des parties spécifiques de la plante, en particulier dans les parois cellulaires. Différents composés sont déposés dans les parois de différentes cellules, selon leur fonction. Beaucoup de ces composés permettent à une cellule d’être imperméable aux micro-organismes. Certains composés servent à maintenir la forme des cellules végétales et donc de la plante en elle-même.

Le dépôt de ces composés peut diminuer la vitesse à laquelle certains composants, tels que l’eau, traverse la surface de la plante, mais il est certain qu’ils n’augmentent pas la vitesse.

Ils peuvent aussi, dans certains cas, diminuer la flexibilité de la plante. Ils ne permettent pas principalement d’être flexible.

La paroi cellulaire fournit la majorité du soutien structurel, mais c’est à la membrane cellulaire de contrôler le mouvement des substances dans et hors des cellules végétales.

Par conséquent, la fonction principale des composants du soutien structurel chez les plantes est de maintenir la forme de la plante et des cellules végétales.

Les parois des cellules végétales sont principalement constituées d’un glucide appelé cellulose. La cellulose est un polymère insoluble composé de milliers de molécules de glucose assemblées en une chaîne.

Figure 4 : Schéma illustrant la façon dont les fibres de cellulose s’accumulent pour former un maillage au sein des parois cellulaires des plantes, ce qui fournit à la cellule un soutien structurel. La paroi cellulaire enveloppe la cellule végétale.

Vous pouvez voir comment la cellulose constitue ces parois cellulaires sur la figure 4, qui agrandit progressivement l’image d’une feuille pour révéler la composition de ses cellules, des parois cellulaires et de la cellulose en elle-même. La cellulose est très robuste, et le maillage qu’elle forme dans la paroi crée une barrière physique qui soutient la cellule.

Figure 5 : Schéma illustrant les principaux tissus d’une feuille.

Vous pouvez voir l’emplacement de l’épiderme sur la figure 5. La cellulose permet également de maintenir la turgescence cellulaire lors de la réponse physiologique que nous venons voir. Les cellules sans paroi cellulaire, comme les cellules animales, éclatent lorsqu’elles absorbent trop d’eau. Mais dans le cas des cellules végétales, elles deviendront juste plus robustes car la paroi cellulaire rigide les empêche d’éclater!Lorsque la cellulose se trouve dans les tissus externes d’une plante, comme dans l’épiderme, les parois cellulaires en cellulose forment une barrière qui empêche les micro-organismes pathogènes de pénétrer dans les tissus internes.

Terme clé: Cellulose

La cellulose est le composé principal des parois cellulaires des plantes et est un polymère insoluble constitué de chaînes de molécules de glucose.

Les cellules de la cuticule d’une feuille, que vous pouvez voir sur la figure 5, ont dans leurs parois une substance appelée la cutine. La cutine est imperméable à l’eau, de sorte qu’elle évite les pertes d’eau excessives, préservant ainsi la forme de la plante. Elle augmente également l’efficacité de cette barrière physique en épaississant les parois cellulaires.

Terme clé: Cutine

La cutine est une substance cireuse et hydrophobe contenue dans l’épiderme et la cuticule des plantes.

Certaines plantes ont une couche de liège autour des organes, tels que la tige. Le liège se forme généralement à la suite d’une infection ou d’une chute des feuilles, et fait partie intégrante de la plante une fois fabriqué. Le liège est imperméable, formé par le dépôt de subérine dans les parois cellulaires. Comme il est imperméable et résistant à l’eau, le liège fournit une couche de protection et de soutien supplémentaire contre la perte d’eau et l’entrée de micro-organismes pathogènes.

Terme clé: Subérine

La subérine est une substance cireuse et imperméable présente dans les parois cellulaires des tissus en liège de la plante.

La lignine est un composé qui est déposé dans certaines parois cellulaires, comme dans le xylème. Le xylème fait partie du système de transport vasculaire de la plante, chargé de transporter l’eau et les minéraux des racines vers le reste de la plante. Vous pouvez voir la structure de base d’un vaisseau du xylème sur la figure 6.

Figure 6 : Schéma illustrant la structure de base d’un vaisseau du xylème.

Lorsque la lignine est déposée dans les parois cellulaires, cela les rend étanches. Ceci est très utile dans le xylème, car elle réduit les risques de fuite d’eau des vaisseaux du xylème, augmentant ainsi l’efficacité du transport de l’eau. Elle fournit également un soutien structurel supplémentaire au xylème en rigidifiant ses vaisseaux, leur permettant de rester verticaux pour former une colonne d’eau continue.

Terme clé: Lignine

La lignine est un polymère contenue dans certaines parois cellulaires spécialisées pour fournir principalement un soutien mécanique.

Terme clé: Xylème

Le xylème est un tissu vasculaire chez les plantes qui transporte l’eau et les ions minéraux dissous des racines vers les autres parties de la plante.

La lignine et la cellulose peuvent également être incorporées dans les parois cellulaires des autres tissus d’une plante.

Il y a trois types de tissus simples dans une plante:le parenchyme, le collenchyme et le sclérenchyme. Les cellules du parenchyme ont de fines parois cellulaires en cellulose et contiennent généralement de nombreux chloroplastes pour la photosynthèse.

Les parois cellulaires des sclérenchymes sont renforcées par de la lignine et davantage de cellulose. Les cellules sclérenchymateuses sont généralement présentes dans les parties de la plante qui ne croîssent plus, afin d’ajouter un soutien structurel. Par exemple, les cellules sclérenchymateuses supportent les faisceaux vasculaires dans une tige, les tissus végétaux responsables du transport. Les tiges d’asperges sont pleines de tissu sclérenchymateux, ce qui produit un bruit caractéristique lorsqu’on les coupe en deux.

Les parois des cellules collenchymateuses sont renforcées avec davantage de cellulose et des substances en plus pour fournir un soutien supplémentaire, généralement dans les jeunes tiges car elles sont plus souples que le sclérenchyme. Les branches flexibles et modulables des tiges de céleri représente un exemple concret. Bien que la majorité de la tige soit faite de sclérenchyme la rendant dure et croquante, le collenchyme forme la structure principale des veines souples qui parcourent la tige.

Exemple 3: Décrire le rôle de la cutine et de la subérine chez les plantes

Quel est le rôle principal de la cutine et de la subérine chez les plantes?

  1. de déterminer ce qui entre et sort des cellules végétales
  2. de fournir une structure et un soutien aux tissus vasculaires
  3. de conserver la forme des parois cellulaires
  4. de servir de barrières imperméables et étanches
  5. de maintenir la forme des organes reproducteurs

Réponse

Les cellules de la cuticule d’une feuille ont une substance appelée la cutine dans leurs parois. La cutine est imperméable à l’eau, de sorte qu’elle évite les pertes d’eau excessives, préservant ainsi la forme de la plante. Elle augmente également l’efficacité de cette barrière physique en épaississant les parois cellulaires.

Certaines plantes ont une couche de liège qui recouvre les organes, tels que la tige. Le liège se forme généralement suite à une infection ou d’une chute des feuilles, et reste de façon permanente une fois fabriqué. Le liège est imperméable, formé par le dépôt de subérine dans les parois cellulaires. Comme il est imperméable et résistant à l’eau, le liège procure une couche de protection et de soutien en plus contre la perte d’eau et l’entrée de micro-organismes pathogènes.

Les membranes des cellules végétales déterminent et contrôlent ce qui entre et sort des cellules végétales.

C’est principalement le rôle de la lignine de fournir une structure et un soutien aux tissus vasculaires des plantes, tels que le xylème.

Les parois des cellules végétales sont principalement constituées de glucides appelés la cellulose. La cellulose est très robuste, et le maillage qu’elle forme dans la paroi constitue une barrière physique qui soutient la cellule et maintient sa forme.

Par conséquent, le rôle principal de la cutine et de la subérine dans les plantes est de servir de barrières imperméables et étanches.

Les plantes dépendent de ces méthodes de soutien pour survivre. La conservation de l’eau est avantageuse pour les plantes car, l’une de ses fonctions est de servir de réactif dans la photosynthèse et est donc essentielle à la synthèse des aliments de la plante. Ces nutriments seront utilisés pour libérer de l’énergie par la respiration cellulaire.

Il est avantageux pour une plante de rester droite car cela lui permet d’accéder à plus de lumière du soleil. Cela lui permet d’effectuer plus de photosynthèse, qui est le processus biologique par lequel elle fabrique leurs propres nutriments. Les plantes sont en concurrence pour accéder à la lumière afin de produire leur nourriture. Une plante qui est grande et forte peut être avantageux pour atteindre la lumière par rapport à une concurrente, lui permettant de survivre en devançant les autres organismes.

De plus, une tige robuste permet aux plantes de supporter des pressions environnementales telles que des vents violents, et de soutenir le poids des branches, des fruits ou des fleurs dans les parties supérieures de la plante. Garder les fruits et les fleurs éloignés du sol est utile car cela les protège contre certains insectes herbivores, la pourriture, la moisissures et les dommages.

Des parois cellulaires épaisses et impénétrables sont utiles pour restreindre l’entrée et le mouvement de micro-organismes pathogènes dans les tissus internes de la plante.

Exemple 4: Comparer le soutien structurel et physiologique chez les plantes

Lequel des tableaux suivants différencie correctement les exemples de soutien structurel et physiologique chez les plantes?

  1. TypeStructurelPhysiologique
    Exemplescellulose dans les parois cellulaires
    lignine dans les parois du xylème
    la vacuole augmente / diminue la turgescence des cellules
  2. TypeStructurelPhysiologique
    ExemplesLa vacuole augmente / diminue la turgescence des cellules cellulose dans les parois cellulaires
    lignine dans les parois du xylème

Réponse

Il existe deux catégories principales de soutien:physiologique et structurel. Le soutien physiologique est temporaire et dépend de la teneur en eau d’une cellule pour garder sa forme. Le soutien structurel est plus permanent et dépend du dépôt de substances qui rigidifient des parties spécifiques de la plante.

Un exemple de soutien physiologique est la vacuole d’une cellule végétale se remplissant ou perdant de l’eau en fonction de sa disponibilité. Quand il y a beaucoup d’eau de disponible, elle pénètre dans les cellules végétales par osmose, remplissant la vacuole. Cela augmente la pression exercée sur le cytoplasme de la cellule végétale, ce qui augmente la pression sur sa membrane cellulaire. La membrane cellulaire est donc plaquée contre la paroi cellulaire et la cellule devient turgescente et rigide.

Un exemple de soutien structurel est le dépôt de cellulose dans les parois cellulaires des plantes, ce qui renforce les cellules et les aide à conserver leur forme. La lignine est un autre exemple, qui se trouve dans les parois des vaisseaux du xylème, ce qui les rend étanches et rigides.

Par conséquent, le tableau qui différencie correctement entre les exemples de soutien structurel et physiologique chez les plantes est celui-ci:

TypeStructurelPhysiologique
Exemplescellulose dans les parois cellulaires
lignine dans les parois du xylème
la vacuole augmente / diminue la turgescence des cellules

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

Points clés

  • Le soutien physiologique est temporaire et se réfère à la capacité des cellules végétales à augmenter ou diminuer leur turgescence par osmose.
  • Le soutien structurel est permanent et fait référence au dépôt de composés qui rigidifient les parois cellulaires à des endroits spécifiques de la plante nécessitant un soutien supplémentaire ou une étanchéité.
  • Les mécanismes de soutien sont avantageux pour une plante car cela leur permet de conserver l’eau, d’obtenir de la lumière et de se protéger contre les herbivores, les dommages et les maladies.

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