Transcription de la vidéo
Dans cette vidéo, nous allons apprendre comment les plantes peuvent produire des déchets métaboliques tels que le dioxyde de carbone, l’eau et les déchets azotés. Nous explorerons ensuite comment certaines plantes sont adaptées pour excréter certains de ces déchets à travers divers mécanismes et structures.
Tous les organismes vivants, y compris les plantes, effectuent divers processus métaboliques pour leur croissance et leur survie. Ce schéma montre une vue très agrandie d’une cellule végétale typique. Dans les chloroplastes, qu’on retrouve dans de nombreuses cellules végétales, les aliments sont synthétisés sous forme de glucose par photosynthèse. De nombreuses cellules végétales contiennent également des mitochondries. Ces mitochondries sont le siège de la respiration cellulaire, où le glucose synthétisé lors de la photosynthèse est dégradé pour libérer de l’énergie. Les plantes ont également besoin d’absorber les minéraux du sol par leurs racines pour synthétiser des protéines, des pigments et d’autres composés essentiels. Ces composés sont impliqués dans divers réactions, dont la somme constitue le métabolisme des plantes.
Le métabolisme décrit toutes les réactions chimiques qui se produisent dans les organismes vivants pour maintenir la vie. Les plantes doivent donc effectuer ces réactions métaboliques pour survivre. Ces réactions chimiques génèrent toutes des produits dont la plante n’a pas toujours besoin et qui peuvent même être potentiellement toxiques. Ces sous-produits sont appelés des déchets métaboliques et doivent souvent être éliminés par excrétion s’ils ne peuvent pas être réutilisés ou recyclés par l’organisme dans un autre processus métabolique. L’excrétion est l’élimination des déchets métaboliques du corps d’un organisme. Contrairement aux animaux, les plantes ne disposent pas d’un système d’organes spécialisés pour l’excrétion. Au lieu de cela, elles ont plusieurs mécanismes différents par lesquels les déchets potentiellement dangereux peuvent être recyclés ou excrétés.
Découvrons les différents types de déchets métaboliques que les plantes génèrent et comment ces déchets sont éliminés. Les plantes sont autotrophes, ce qui signifie qu’elles synthétisent leurs propres nutriments ou alimentation. Dans ce cas, grâce à la photosynthèse, elles synthétisent le glucose. Nous avons également appris que la respiration cellulaire libère l’énergie des composés contenant du carbone comme le glucose. Voyons cela plus en détail. La principale forme de respiration cellulaire consiste à dégrader le glucose en le faisant réagir avec de l’oxygène pour produire du dioxyde de carbone et de l’eau. Ce processus libère également de l’énergie que la cellule peut utiliser. Les réactifs de la respiration cellulaire sont représentés en orange, tandis que les produits sont représentés en rose.
Lors de la photosynthèse, en revanche, le dioxyde de carbone réagit avec l’eau en présence d’énergie lumineuse pour produire du glucose et de l’oxygène. Dans ce cas, on nous indique les réactifs en rose et les produits en orange. En effet, ces deux réactions sont presque exactement l’opposé l’une de l’autre. Ces deux réactions libèrent des déchets gazeux. Alors que la photosynthèse libère de l’oxygène, la respiration cellulaire libère du dioxyde de carbone et de la vapeur d’eau. Chez les plantes, la photosynthèse et la respiration cellulaire vont de pair.
Alors que les produits de la photosynthèse forment les réactifs de la respiration cellulaire, les produits de la respiration cellulaire forment les réactifs de la photosynthèse. Ceci montre un exemple de la façon dont certains produits de réactions métaboliques peuvent être réutilisés dans les plantes. Cependant, dans certains cas, ces déchets gazeux doivent être excrétés. Les plantes peuvent éliminer les quantités excédentaires de ces déchets gazeux en les rejetant dans l’atmosphère par un processus appelé échange gazeux. C’est également grâce à lui que les plantes absorbent des gaz comme le dioxyde de carbone. Cependant, l’eau, comme les ions minéraux, devra pénétrer dans la plante par ses racines. Les tiges et les feuilles d’une plante ont des ouvertures spécialisées sur leurs surfaces à travers lesquelles des molécules gazeuses telles que l’oxygène, le dioxyde de carbone et la vapeur d’eau peuvent diffuser dans l’atmosphère.
Examinons chacune de ces structures pour comprendre comment l’excrétion de gaz chez les plantes peut se produire. Les feuilles contiennent des ouvertures appelées stomates. Ce sont de minuscules pores entre les cellules de l’épiderme, principalement sous les feuilles. Les stomates sont l’endroit où s’effectuent les échanges gazeux entre les feuilles et l’atmosphère extérieure. À travers ces pores, les déchets métaboliques gazeux, tels que l’oxygène produit lors de la photosynthèse et non utilisé dans la respiration cellulaire, peuvent diffuser hors de la feuille et dans l’atmosphère. D’autres gaz peuvent également diffuser entre la feuille et l’environnement extérieur à travers le stomate et nous y reviendrons plus en détail dans quelques instants.
La tige de certaines plantes peut également jouer un rôle clé dans les échanges gazeux. Par exemple, la tige qui constitue le tronc ligneux de cet arbre contient de nombreux pores à sa surface appelés lenticelles. À travers ces lenticelles, l’oxygène, le dioxyde de carbone et la vapeur d’eau peuvent être échangés avec l’atmosphère. Les lenticelles sont des ouvertures surélevées, ovales, circulaires, ou ici allongées, sur les tiges ligneuses des troncs et même sur certaines racines. Les plantes libèrent principalement l’excès d’eau dans l’atmosphère sous forme de vapeur d’eau par un processus appelé transpiration. La transpiration est la perte d’eau par évaporation dans l’atmosphère depuis les parties supérieures, aussi dites aériennes. Ainsi, l’eau ne sera pas seulement perdue sous forme de vapeur d’eau par la transpiration des lenticelles, mais aussi par les stomates, qui, rappelez-vous, sont des pores situés sur le dessous des feuilles.
Si nous examinons une coupe transversale de certaines des cellules principales d’une feuille, nous pouvons voir plus clairement comment la transpiration a lieu. Nous pouvons toujours voir le stomate en dessous de la feuille. Nous pouvons également encore voir les cellules environnantes de l’épiderme inférieur sur le bas de la feuille et les cellules de l’épiderme supérieur qui se trouvent sur le haut de la feuille. Parfois, les cellules de l’épiderme produisent une cuticule cireuse pour les recouvrir. Il existe trois principaux types de transpiration : la transpiration stomatique, la transpiration lenticulaire et la transpiration cuticulaire. Examinons d’abord la transpiration stomatique un peu plus en détail.
Nous savons déjà que cela inclut l’évaporation des molécules d’eau par les stomates. Mais regardons cela dans une vue latérale de la feuille pour voir plus clairement comment cela se produit. Pendant la journée, lorsque l’intensité lumineuse est élevée, de nombreuses cellules végétales effectuent la photosynthèse. Comme nous le savons, de l’oxygène est produit lors de la photosynthèse. Et les molécules d’oxygène qui ne peuvent pas être utilisées dans la respiration diffusent à travers les espaces entre les cellules et la feuille et sortent par les stomates. Et le dioxyde de carbone, qui est nécessaire à la photosynthèse, diffuse de l’atmosphère à travers les stomates entre les espaces et dans les cellules qui en ont besoin pour la photosynthèse.
En même temps, cependant, la transpiration stomatique a lieu. L’eau liquide produite dans les cellules par la respiration cellulaire s’accumule dans les espaces intracellulaires. Là, les molécules d’eau peuvent s’évaporer et la vapeur d’eau sort de la feuille dans l’atmosphère par les stomates. Au total, la transpiration stomatique représente environ 90 pour cent de l’eau perdue par une plante par transpiration.
Mais vous vous souvenez peut-être que l’eau est un réactif clé dans la photosynthèse. Donc, pour faire sa propre alimentation et survivre, la plante ne peut pas se permettre de perdre de grands volumes d’eau. Par conséquent, la nuit, lorsque l’intensité lumineuse est trop faible pour que la photosynthèse ait lieu, les stomates se ferment car il n’y a aucune raison d’absorber le dioxyde de carbone dans la feuille si la photosynthèse ne peut pas se produire. Cela empêche la perte excessive d’eau par transpiration stomatique lorsque l’intensité lumineuse est faible.
La transpiration lenticulaire est la perte d’eau à travers les lenticelles sous forme de vapeur d’eau. Seul un volume minimal d’eau, environ 0,1 pour cent de l’eau totale perdue par la transpiration, est perdu par les lenticelles. La transpiration cuticulaire correspond à l’évaporation de l’eau de la cuticule. La cuticule est une couche cireuse, et cette cire rend la surface de la plante un peu moins sujette à la perte d’eau. Mais ceci est toujours possible et la transpiration cuticulaire peut se produire même lorsque les stomates sont fermés. Globalement, la transpiration cuticulaire représente moins de 10 pour cent 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 très épaisses pour éviter une perte d’eau supplémentaire par transpiration. La transpiration lenticulaire et cuticulaire peuvent se produire tout au long de la journée ou de la nuit, tandis que la transpiration stomatique ne peut avoir lieu que pendant la journée.
Résumons les informations que nous avons apprises sur les transpirations stomatique, lenticulaire et cuticulaire dans un tableau. La transpiration stomatique se produit à travers les pores de la surface des feuilles appelés stomates, et elle représente environ 90 pour cent de l’eau qui est perdue par transpiration. Mais elle ne peut se produire que pendant la journée car les stomates ne s’ouvrent que lorsque la lumière est présente pour que la photosynthèse se produise. La transpiration lenticulaire se produit à travers les lenticelles, qui sont des ouvertures surélevées de différentes formes et tailles sur les tiges et parfois les racines des plantes ligneuses. Elle ne représente qu’environ 0,1 pour cent de l’eau totale perdue par transpiration. Mais les lenticelles ne se ferment pas, la transpiration lenticulaire peut donc avoir lieu le jour comme la nuit.
La transpiration cuticulaire a lieu au niveau de la cuticule, qui correspond à des couches cireuses qui recouvrent en l’épiderme généralement des feuilles. La transpiration cuticulaire représente moins de 10 pour cent de l’eau totale perdue par transpiration, et elle peut avoir lieu le jour comme la nuit.
Mis à part la transpiration, l’eau peut également être éliminée de l’intérieur de certaines plantes sous forme liquide par un processus appelé guttation. L’eau est d’abord absorbée par les plantes depuis le sol par leurs cellules racinaires ciliées. Les ions minéraux, représentés ici en vert, sont également absorbés du sol de la même manière. L’eau est ensuite transportée avec les minéraux dissous à travers la plante jusqu’à ses organes aériens, comme les feuilles, à travers de longues structures en forme de tube appelées les vaisseaux de xylème. Lorsque l’eau et les minéraux dissous se trouvent dans les vaisseaux du xylème, ils sont appelés sève brute ou encore sève montante. L’absorption des molécules d’eau du sol dans les poils racinaires crée une pression ascendante à travers les vaisseaux du xylème. C'est ce que l'on appelle pertinemment la poussée ou pression racinaire ou 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 en bordure des feuilles. Ce processus s’appelle la guttation, ou parfois exsudation de gouttelettes, où la sève du xylème riche en minéraux dissous est exsudée par les hydathodes. Et c’est le résultat de la poussée racinaire exercée par l’eau qui pénètre dans les poils racinaires. Les gouttelettes d’eau produites par guttation ne doivent pas être confondues avec les gouttes de rosée qui se trouvent souvent sur l’herbe au petit matin. Les gouttes de rosée, elles, se forment par condensation de l’eau atmosphérique sur la surface des plantes. Alors que la transpiration a lieu principalement pendant la journée, la guttation est plus susceptible de se produire la nuit ou tôt le matin, lorsque les stomates sont fermés mais que la plante a besoin d’éliminer en grandes quantités les volumes excédentaires d’eau et d’ions minéraux.
Les déchets azotés sont un autre type de déchet végétal. Tout comme certains animaux, les plantes peuvent générer des déchets azotés comme l’urée, les nitrates et l’ammonium. Ceux-ci sont formées suite au métabolisme des protéines, dans lequel les protéines sont dégradées en peptides plus petits, qui peuvent ensuite être dégradés en acides aminés. Les acides aminés peuvent ensuite être convertis en d’autres substances ou utilisés dans diverses réactions métaboliques. Ces réactions métaboliques produisent des déchets métaboliques qui doivent être excrétés. Alternativement, ces acides aminés peuvent être recyclés dans la synthèse des protéines pour fabriquer de nouvelles protéines pour la croissance et la réparation.
L’azote sous forme d’ammonium et de nitrates peut également être utilisé pour synthétiser à nouveau des acides aminés. Comme les acides aminés sont les éléments constitutifs des protéines, ces déchets peuvent théoriquement être recyclés par la synthèse protéique pour former des protéines nécessaires à la croissance et au développement.
Examinons un autre type de déchet végétal. Parfois, ces déchets se présentent sous la forme de sels minéraux ou d’acides. Ces composés peuvent avoir un effet toxique sur une plante s’ils s’accumulent. Au lieu de cela, ces composés peuvent être convertis en cristaux. Sous cette forme de cristaux, représentée sur ce schéma par des points roses, ils peuvent être stockés dans la vacuole ou le cytoplasme de certaines cellules. Cela peut empêcher ces composés potentiellement toxiques de se diffuser dans différentes parties de la plante et de provoquer des effets nocifs. Ces cristaux peuvent s’accumuler dans des structures « jetables » comme les feuilles, l’écorce et les fruits. Ces structures peuvent éventuellement tomber, laissant la plante exempte de substances toxiques, afin qu’elle puisse faire repousser ces nouvelles structures à partir de zéro.
Par exemple, des plantes comme cette pomme de terre cultivée dans un sol avec un excès de calcium ont tendance à accumuler des cristaux insolubles d’oxalate de calcium à l’intérieur de leurs feuilles, leurs racines et leurs tubercules. Ces cristaux d’oxalate de calcium sont parfois appelés raphides. Parfois, les acides organiques peuvent aider la plante pour rendre les éléments nutritifs du sol plus solubles afin qu’ils puissent être réabsorbés par les racines.
La dernière méthode d’excrétion végétale que nous allons voir dans cette vidéo est la façon dont les plantes peuvent accumuler certaines substances qui peuvent ensuite être éliminées par des sécrétions. Par exemple, certaines plantes peuvent stocker certains déchets dans les résines et les gommes, qui s’accumulent dans les vieux vaisseaux du xylème. Ces substances peuvent ensuite être excrétées de la plante, par exemple en réponse à des dommages. Certaines plantes peuvent même produire ces substances en réponse à une blessure pour bloquer un endroit endommagé afin d’empêcher l’entrée d’agents pathogènes. Les sécrétions comme le latex et les huiles peuvent également contenir des déchets métaboliques qui s’accumulent dans l’écorce, les tiges et les feuilles. Voyons ce dont nous nous rappelons sur l’excrétion chez les plantes en appliquant nos connaissances à une question d’entraînement.
L’eau peut notamment être perdue chez une plante ligneuse à travers de petits pores dans la tige. Comment s’appellent ces pores? (A) Des glandes, (B) des hydathodes, (C) des lenticelles ou (D) des stomates.
La tige des plantes joue un rôle important dans les échanges gazeux, ainsi que dans l’absorption et la diffusion de l’eau. Les surfaces des tiges de certaines plantes ligneuses comme celles mentionnées dans la question contiennent des ouvertures surélevées appelées lenticelles. Les lenticelles sont un site d’échanges gazeux entre la tige et l’atmosphère entourant la tige. Plus précisément, elles sont le site de la transpiration lenticulaire. Ceci décrit comment la vapeur d’eau, qui est représentée sur notre schéma par des points bleus, peut passer de la tige à l’environnement extérieur à travers les lenticelles. Bien que seul un volume minimal d’eau soit perdu par la plante par transpiration lenticulaire, c’est bien l’une des voies de perte d’eau depuis une tige de plante ligneuse.
L’eau peut également être perdue par la transpiration stomatique. Mais comme les stomates ne se trouvent que sur les feuilles et que la question nous interroge sur les pores situés sur la tige à travers lesquels l’eau peut être perdue, les stomates ne peuvent pas être notre bonne réponse. L’eau peut également être perdue par les plantes par un processus appelé guttation, à travers des structures appelées hydathodes. Mais comme les hydathodes, tout comme les stomates, se trouvent sur les feuilles des plantes et non sur la tige, cela ne peut pas être notre bonne réponse.
Les glandes sont des structures qui produisent des hormones, généralement présentes dans le corps des animaux. Bien que les plantes produisent des hormones, elles n’ont pas de glandes. De plus, les glandes ne sont généralement pas associées à la perte d’eau, ce n’est donc pas notre bonne réponse. Nous avons donc déterminé que les pores de la tige d’une plante ligneuse par lesquels l’eau peut être perdue sont appelés des lenticelles.
Passons maintenant en revue certains des points clés que nous avons abordés dans cette vidéo sur l’excrétion chez les plantes. Les plantes génèrent des déchets métaboliques qui doivent être excrétés ou réutilisés. Les produits générés lors de la photosynthèse servent de réactifs dans la respiration, et les produits de la respiration peuvent servir de réactifs dans la photosynthèse s’ils ne sont pas libérés dans l’atmosphère. L’eau peut être éliminée par évaporation via les transpirations stomatique, lenticulaire et cuticulaire. L’eau peut être éliminée sous forme de sève brute du xylème par guttation à travers les hydathodes. Les déchets azotés peuvent souvent être réutilisés dans la synthèse des protéines.
