Fiche explicative de la leçon: Structure de la tige Biologie

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à décrire la structure de base d’une tige de plante et rappeler les fonctions des différentes parties de la tige.

Les tiges des plantes sont essentielles à leur survie. Les tiges sont des structures longues, semblables à des brins, qui forment le corps principal d'une plante. Elles s'élèvent généralement au-dessus du sol, mais certaines tiges se trouvent également sous terre ! La tige aide à soutenir la plante et lui permet de s’orienter vers la lumière et de transporter des substances essentielles vers les différents organes de la plante.

Les tiges doivent être bien adaptées à ces fonctions, car certaines plantes, telles que l’arbre North American Hyperion dans l’image ci-dessous, peuvent avoir des troncs atteignant 115 mètres de haut ! Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre comment la structure des tiges des plantes peut favoriser sa survie, y compris dans ces énormes organismes.

Une Dicotylédone désigne un type de plante à fleurs qui produit des graines avec deux réserves nutritives. Ces réserves nutritives, appelées cotylédons, fournissent les nutriments à l’embryon de la plante en développement pendant la germination, et finiront par former les premières feuilles de la plante. Dans cette fiche explicative, nous examinerons la tige des Dicotylédones, mais il convient de noter que les Monocotylédones, qui n’ont qu’un seul cotylédon, auront une tige de structure légèrement différente. La figure 2 montre la différence entre les graines des Monocotylédones et les graines des Dicotylédones.

Une coupe transversale est réalisée à un angle droit par rapport à la croissance ascendante d'une plante. La figure 3 ci-dessous illustre une coupe transversale d'un tronc d'arbre.

Regardons la structure d’une tige dicotylédone classique.

La coupe transversale d'une tige dicotylédone à la figure 4 montre que certaines de ses structures sont les mêmes que celles dans le tronc d'arbre de la figure 3.

L’épiderme, qui est représenté sur la figure 4, forme une couche unique de cellules et constitue l’enveloppe externe de la tige de la plante. Il agit comme une « peau » rigide d’une plante. L’épiderme est recouvert d’une cuticule cireuse résistante à l’eau qui protège la tige contre les dommages mécaniques ou la perte d’eau, et empêche l’entrée de micro-organismes pouvant provoquer une infection. L’épiderme est également présent dans d’autres organes de la plante, tels que les feuilles, les racines et même les fleurs.

En dessous de l'épiderme de la tige, se trouve une couche de cellules spongieuses qui constituent le cortex. La majorité du cortex est constituée de tissu du parenchyme, l'un des trois tissus simples que l'on trouve dans les plantes. Les cellules du parenchyme sont les tissus mous et charnus qui composent l’intérieur de diverses parties d’une plante, telles que les feuilles, la tige et les racines. Le tissu parenchymateux possède de nombreux espaces intracellulaires entre chaque cellule, qui assurent l'aération pour favoriser les échanges gazeux. Les cellules du parenchyme contiennent des chloroplastes pour effectuer la photosynthèse.

Sous l'épiderme, dans le cortex des tiges en croissance, se trouve une partie fine de tissu du collenchyme. Les cellules du collenchyme se trouvent généralement sous l'épiderme des nervures des feuilles et des tiges, en particulier des jeunes tiges, et sont essentielles à la structure des régions en croissance d'une plante. Les cellules du collenchyme ont des parois cellulaires épaisses en cellulose et en pectine, et certaines contiennent des chloroplastes pour réaliser la photosynthèse.

Le tissu du sclérenchyme est le plus résistant des trois types de tissus simples que l'on trouve dans les plantes, et les cellules sclérenchymateuses sont généralement mortes. Le cortex des tiges et des feuilles matures, le revêtement externe situé juste en dessous de l'épiderme, est généralement rempli de cellules sclérenchymateuses car elles ont tendance à être présentes dans les parties de la plante qui n'ont plus besoin de se développer. Si le sclérenchyme et le collenchyme sont tous deux présents, le sclérenchyme est généralement celui le plus proche de l'épiderme. Ils sont robustes, car leur fonction est de fournir une résistance mécanique à la plante.

La couche la plus interne du cortex est appelée l’endoderme. On l'appelle aussi parfois la gaine d'amidon, car elle est responsable du stockage de l'amidon et de la régulation du mouvement de l'eau, des ions et des hormones végétales dans le système de transport des plantes.

Il y a sous l’endoderme plusieurs petites structures appelées des faisceaux vasculaires , dont la disposition est illustrée à la figure 4. Les faisceaux vasculaires forment le système de transport de la plante, qui déplace les substances essentielles à travers la plante vers différents organes qui en ont besoin. Bien que des faisceaux vasculaires soient présents dans les racines, les feuilles et la tige, leur disposition diffère selon leur emplacement. Les faisceaux vasculaires sont constitués du tissu phloème, du tissu xylème et d’une couche entre les deux appelée le cambium. Chaque faisceau vasculaire est soutenu par une partie rigide du tissu sclérenchymateux appelée péricycle.

Exemple 1: Identifier les structures d’une tige de plante

Le schéma fourni montre une structure simplifiée d’une tige de plante dicotylédone. Quelle structure est indiquée par le point d’interrogation ? 

1. l’épiderme
2. le cortex
3. la moelle
4. le faisceau vasculaire

Réponse

Le schéma montre une coupe transversale d’une tige dicotylédone, et nous devons identifier une des structures qu'elle contient. Pour ce faire, examinons les différentes structures d'une tige dicotylédone et leurs fonctions.

L’épiderme est une couche unique de cellules qui forme le revêtement externe de la tige de la plante. Il agit comme la « peau » robuste d’une plante. La surface de l'épiderme contient une cuticule cireuse imperméable qui protège la tige contre les dommages mécaniques ou la perte d'eau et empêche l'entrée de micro-organismes susceptibles de provoquer une infection.

En dessous de l’épiderme de la tige se trouve une couche de cellules spongieuses qui constituent le cortex. La majorité du cortex est constituée de tissus du parenchyme et du collenchyme, deux des trois tissus simples que l'on trouve dans les plantes. Les cellules du parenchyme sont les tissus mous et charnus qui constituent l'intérieur des différentes parties d'une plante, tandis que les cellules du collenchyme lui donnent une structure.

La couche la plus interne du cortex est appelée l’endoderme. On l'appelle aussi parfois la gaine d'amidon, car elle est responsable du stockage de l'amidon et de la régulation du mouvement de l'eau, des ions et des hormones végétales dans le système de transport de la plante. La moelle est le tissu spongieux situé au centre des tiges, également constitué de cellules du parenchyme.

Il y a sous l’endoderme plusieurs petites structures appelées des faisceaux vasculaires. Les faisceaux vasculaires forment le système de transport de la plante qui déplace les substances essentielles à travers la plante vers les différents organes qui en ont besoin. Les faisceaux vasculaires se composent d'une partie rigide de tissu sclérenchymateux qui soutient le faisceau vasculaire, appelée le péricycle, ainsi que du tissu phloème, xylème et une couche située entre les deux appelée le cambium.

Par conséquent, la structure indiquée par un point d’interrogation est le faisceau vasculaire.

Entre chaque faisceau vasculaire se trouve une région de tissu parenchymateux appelée les rayons médullaires, que vous pouvez voir sur la figure 5. Vous remarquerez aussi que la majeure partie au centre de la tige d’une plante est constituée de moelle. La moelle est le tissu spongieux au milieu des tiges, également constituée de cellules du parenchyme. Les rayons médullaires et la moelle sont tous deux principalement des tissus de stockage, mais les rayons médullaires peuvent aussi transporter les substances des faisceaux vasculaires vers la moelle pour y être stockées. Vous pouvez voir la composition des tissus simples dans chaque partie de la tige sur la figure 5.

Exemple 2: Décrire la fonction de la moelle

Le schéma montre la structure simplifiée d’une tige de plante dicotylédone. La moelle occupe le centre de la tige et est constituée de cellules du parenchyme. Quel est la fonction principale de la moelle ? 

1. de décomposer ou de détruire les cellules végétales mortes
2. de dissoudre l’excès de dioxyde de carbone
3. d’être le site de la respiration
4. de stocker et de transporter les nutriments
5. de fournir un soutien mécanique à la tige

Réponse

Vous pouvez voir que la majeure partie au centre de la tige est un composant que l’on appelle la moelle. La moelle est le tissu spongieux au centre des tiges, constitué de cellules du parenchyme. Les cellules parenchymateuses forment les tissus mous et charnus de divers organes de la plante.

Sous l’endoderme se trouvent plusieurs petites structures appelées des faisceaux vasculaires qui constituent le système de transport de la plante. Il inclut le tissu phloème, le tissu xylème et une couche entre les deux appelée le cambium. Le phloème et le xylème transportent des substances à travers la plante, dont certaines doivent être stockées si elles ne sont pas utilisées immédiatement.

La moelle sert principalement de tissu de stockage et transporte également des substances des faisceaux vasculaires vers les cellules de la moelle pour y être stockées.

Par conséquent, la fonction principale de la moelle est de stocker et de transporter des nutriments.

Examinons plus en détail la composition d'un faisceau vasculaire dans la tige.

Les systèmes vasculaires sont essentiels pour tout organisme multicellulaire. Les organismes unicellulaires, comme une Amibe, peuvent généralement diffuser vers l’intérieur de leurs cellules les substances dont ils ont besoin, à travers leur surface. Les organismes multicellulaires, tels que les plantes et les animaux, en sont quant à eux incapables. Ils possèdent trop de cellules pour acquérir de leur environnement toutes les substances dont ils ont besoin par simple diffusion à travers leur surface, car les substances prendraient beaucoup trop de temps à se diffuser jusqu'aux cellules les plus internes. Par conséquent, les organismes multicellulaires possèdent des systèmes vasculaires spécifiquement adaptés pour transporter les substances dont ils ont besoin vers chaque cellule corporelle.

Une marguerite, par exemple, est multicellulaire et nécessite un système de transport qui déplace l’eau et les minéraux absorbés par les racines vers la tige, la fleur et les feuilles. Elle a également besoin d'un système de transport pour acheminer les sucres et les acides aminés produits dans les feuilles et la tige vers les autres parties de la plante. L’Amibe peut simplement diffuser des substances comme l’eau et les sucres à travers la membrane de sa surface cellulaire.

Chez les plantes, ce système de transport est constitué du faisceau vasculaire, qui se répartit dans les racines, à travers la tige, puis vers les feuilles et les autres organes de la plante. Vous pouvez voir les deux principaux constituants du faisceau vasculaire, le xylème et le phloème, sur la figure 6.

Le faisceau vasculaire contient des tissus du xylème.

Le tissu du xylème se compose de deux principaux types de cellules : les vaisseaux du xylème, parfois appelés trachéides, et les fibres du xylème. Les vaisseaux du xylème sont constitués de cellules sclérenchymateuses lignifiées, et sont donc mortes. Ces cellules sont empilées bout à bout, et leurs cloisons étant décomposées au bout forment un tube creux permettant à l'eau et aux minéraux dissous de s'écouler à travers comme dans une paille.

Les parois cellulaires du vaisseau apparaissent différentes, ce qui est dû à la manière dont la lignine est déposée. Par exemple, lorsque cet épaississement se produit sous forme annulaire, il forme des anneaux discrets, tandis que l'épaississement en spirale apparaît sous la forme d'une hélice continue de lignine répartie sur toute la longueur du vaisseau. La lignine imperméabilise les vaisseaux du xylème et fournit un soutien structurel supplémentaire pour éviter qu'ils ne s'affaissent. Les vaisseaux et les trachéides du xylème sont perforés pour permettre à l'eau et aux minéraux de s'écouler, et les trachéides sont effilées et fermées. Les fibres du xylème sont également lignifiées, et leur rôle principal est de fournir un support mécanique.

La fonction principale des vaisseaux du xylème est de transporter l’eau absorbée du sol par les racines, vers les parties de la plante qui en ont besoin. L'eau est un réactif clé dans le processus de photosynthèse et est donc nécessaire dans les parties de la plante qui réalisent la photosynthèse, comme les feuilles. Parmi ses autres fonctions dans une plante, telles que le remplissage des vacuoles et le maintien de la forme des cellules, l'eau est également un moyen de transport essentiel.

En plus de transporter l’eau, le xylème transporte les ions minéraux dissous qui ont été absorbés du sol par les racines. Ces minéraux sont transportés vers le haut de la plante, et sont dissous dans l'eau que le xylème distribue aux différentes cellules afin de remplir leurs fonctions, telles que la construction d'acides aminés pour la croissance et le soutien.

Le phloème est l’autre principal système vasculaire que l’on trouve dans le faisceau vasculaire. Le tissu du phloème se compose de quatre types principaux de cellules : les membres du tube criblé (ou éléments du tube criblé), les cellules compagnes (qui sont des exemples de cellules spécialisées du parenchyme), les fibres et les sclérites.

Le rôle du phloème est de transporter les sucres et d’autres substances telles que les acides aminés à travers la plante. Les sucres, tels que le glucose, sont principalement fabriqués par les feuilles de la plante lors de la photosynthèse, car ce sont les parties de la plante qui sont exposées au soleil. Cependant, ces sucres sont nécessaires à la respiration cellulaire de toutes les parties de la plante, afin de libérer l’énergie essentielle aux diverses fonctions de la plante. Par conséquent, les sucres sont transportés des feuilles au reste de la plante via le phloème.

Le cambium, qui se situe entre le xylème et le phloème dans le faisceau vasculaire, est une région de cellules non spécialisées à division active appelées cellules du méristème. Ces cellules du méristème peuvent former un xylème ou un phloème secondaire. Cela signifie que, même après la croissance initiale, le xylème et le phloème peuvent s’agrandir au fur et à mesure de la croissance d’une plante.

Le péricycle est rempli de cellules du parenchyme ou de cellules fibreuses du sclérenchyme qui entourent les faisceaux vasculaires et les soutiennent en maintenant les « tubes » du xylème et du phloème en position verticale, ce qui leur permet de continuer à fonctionner efficacement pendant la croissance de la plante.

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