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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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