Video Transcript
Dans cette vidéo, nous allons découvrir la structure et la fonction de certaines cellules spécialisées des plantes. Ces structures sont adaptées à interagir avec l’environnement ainsi qu’avec d’autres parties d’une plante pour collecter et distribuer des ressources ainsi que pour éliminer les déchets en utilisant des processus chimiques et physiques. Et nous allons également résoudre quelques exemples de problèmes.
Les plantes sont confrontées à quelques défis qui diffèrent de ceux des animaux. Les plantes ont aussi besoin de ressources similaires, comme l’énergie chimique que les animaux obtiennent dans la nourriture, l’eau et les gaz de l’air, mais elles ne peuvent pas se déplacer. Les plantes doivent donc extraire ces ressources de l’environnement en restant au même endroit presque toute leur vie. Commençons par regarder comment une graine de mûre tombée au sol, après avoir fait un vol gratuit avec un oiseau, réussit à survivre. Si la graine atterrit dans un endroit avec suffisamment de terre et d’eau, une racine et une pousse commenceront à germer.
Si nous regardons de plus près, nous verrons que les cellules à l’extrémité des racines et de la pousse se divisent activement, c’est donc là que la plante pousse. Ces zones sont appelées les méristèmes, qui contiennent les cellules souches de la plante. Les cellules souches se divisent pour produire des cellules qui se différencieront plus tard en cellules plus spécialisées. Des méristèmes peuvent également se trouver dans d’autres zones de la plante. À mesure que la plante grandit, de plus en plus de structures se développent, telles que des feuilles et de minuscules protubérances semblables à des poils le long de la racine. Si nous regardons au microscope, nous pouvons remarquer que ces protubérances s’étendent à partir d’un type de cellules spécialisées. Ces cellules sont appelées des poils racinaires et elles servent à obtenir de l’eau et des minéraux du sol.
En passant à un grossissement plus élevé, nous pouvons voir que les poils racinaires sont des cellules spécialisées de l’épiderme de la plante. Ils ont également plusieurs adaptations qui augmentent leur capacité à absorber l’eau et les minéraux vers l’intérieur de la plante. L’adaptation la plus évidente d’un poil racinaire est sa longue structure en forme de poil qui augmente la surface de contact où l’eau et les minéraux entrent dans la plante. Une autre adaptation importante d’un poil racinaire est sa grande vacuole qui est très concentrée en solutés, tels que le sel dissous, les minéraux et les sucres, mais relativement peu concentrée en eau. L’osmose est la diffusion de l’eau à travers une membrane semi-perméable. Et tant que la concentration de l’eau dans le sol est supérieure à la concentration d’eau dans la vacuole, l’eau rentrera dans les poils racinaires par osmose.
De plus, la majeure partie de la surface d’une plante est recouverte d’une substance cireuse appelée cuticule. Celle-ci évite la perte d’eau, mais ne se trouve pas sur les poils racinaires puisqu’ils doivent absorber l’eau. Les plantes doivent également absorber les minéraux dissous dans le sol. Mais comme la concentration en solutés dans les poils racinaires est plus élevée que dans le sol, ils doivent être absorbés par transport actif. Le transport actif déplace les substances de part et d’autre de la une membrane d’une concentration faible vers une concentration élevée en utilisant de l’énergie. Ainsi, les principales fonctions des poils racinaires sont d’absorber l’eau par osmose et les minéraux par transport actif. Et leur fonction est soutenue par leur structure.
Bien sûr, l’eau et les minéraux qui pénètrent dans le poil racinaire doivent également se déplacer vers d’autres parties de la plante. Il s’agit du travail d’une autre structure spécialisée des plantes appelée xylème. Le xylème est un système de tubes étroits et ramifiés dans une plante. Il est constitué de cellules mortes qui forment des vaisseaux étroits. Ceux-ci sont renforcés par un composé appelé lignine. L’eau, dans le xylème, ne peut se déplacer que dans une seule direction, du sol vers les feuilles. Et il est fréquent que les vaisseaux du xylème soient regroupés. Si nous regardons de plus près un vaisseau du xylème, nous pouvons remarquer qu’il est constitué de cellules mortes qui sont collées ensemble et qui n’ont pas de parois terminales entre elles. C’est pourquoi elles forment un vaisseau creux.
Les molécules d’eau et les sels minéraux dissous adhèrent au bord du vaisseau du xylème ainsi qu’entre eux lorsqu’ils remontent le vaisseau en direction des feuilles. Mais ils ne peuvent pas descendre dans le vaisseau du xylème. Le flux ne se fait que des racines vers les feuilles et nous allons bientôt retrouver ces molécules d’eau dans les feuilles. Et les parois cellulaires qui composent le vaisseau du xylème sont renforcées par un composé appelé lignine.
Regardons ensuite ce qui se passe lorsque l’eau atteint les feuilles. La couche de cellules la plus superficielle autour d’une plante est appelée l’épiderme et les cellules de l’épiderme peuvent être appelées cellules épidermiques. L’extérieur de ces cellules est recouvert d’une couche cireuse appelée la cuticule. Elle couvre la majeure partie de la plante et l’empêche de se dessécher. Les cellules épidermiques sont généralement transparentes et fournissent une protection. Mais les cellules épidermiques spécialisées, appelées les cellules de garde que nous allons examiner brièvement, sont responsables des échanges gazeux. Et comme nous l’avons vu dans les racines, l’absorption d’eau et de minéraux se produit également à travers l’épiderme.
Le tissu du mésophylle palissadique, également appelé parenchyme palissadique, contient des cellules riches en chloroplastes. Et puisque la photosynthèse se déroule dans les chloroplastes, le tissu du mésophylle palissadique est le site majeur de la photosynthèse. C’est pourquoi les cellules épidermiques sont largement transparentes. La lumière peut passer à travers l’épiderme vers les chloroplastes des cellules du mésophylle palissadique. C’est là que la lumière alimente la photosynthèse qui produit du sucre que les plantes peuvent utiliser comme énergie chimique. Les cellules du mésophylle palissadique sont très serrées, il s’agit d’une autre adaptation augmentant la photosynthèse et la production de sucre, ce qui nous ramène au xylème. L’eau est un autre réactif requis pour la photosynthèse que le xylème transmet du sol à la plante pour qu’elle l’utilise lors de la photosynthèse.
La couche de cellules située sous le mésophylle palissadique est appelée mésophylle spongieux, ou parenchyme lacuneux. Et elle se compose de cellules peu compactes contenant moins de chloroplastes, qui absorbent toute la lumière transmise via le mésophylle palissadique. Les cellules du mésophylle spongieux absorbent l’eau du xylème et rejettent l’excès d’eau dans l’espace intercellulaire. Sous le mésophylle spongieux se trouve une autre couche d’épiderme et de cuticule cireuse. Cette couche inférieure de l’épiderme contient des structures spécialisées appelées des stomates, ou parfois stomie au singulier. Lorsque les plantes ont beaucoup d’eau, leurs stomates peuvent s’ouvrir, comme celui-ci. Cela permet à l’eau récupérée du sol à travers le xylème de s’évaporer dans l’atmosphère par l’ouverture.
Le mouvement de l’eau à travers une plante, depuis le sol jusqu’à ses feuilles et dans l’air, est appelé transpiration. Mais en cas de stress hydrique, une plante peut fermer ses stomates et bloquer la dernière étape de transpiration, ce qui maintient l’eau à l’intérieur de la feuille. Nous avons donc suivi le trajet de l’eau des poils racinaires vers le xylème des racines puis de la tige, pour finir dans les feuilles ou sortir dans l’atmosphère via les stomates. Et cela s’appelle la transpiration.
Faisons un peu plus de place pour voir comment les plantes transportent le sucre qu’elles fabriquent dans leurs feuilles pendant la photosynthèse vers leurs autres parties par le biais d’un tissu appelé phloème. Les ingrédients ou réactifs de la photosynthèse sont l’eau et le dioxyde de carbone, et nous avons déjà vu comment les feuilles obtiennent l’eau. Mais comment obtiennent-elles du dioxyde de carbone?
Vous vous souvenez que les stomates s’ouvrent quand une plante a suffisamment d’eau? Les stomates sont constitués de deux cellules de garde qui les ouvrent en se dilatant quand il y a suffisamment d’eau ou qui les ferment en se contractant quand il y a une pénurie d’eau. Cela favorise non seulement l’évaporation de l’eau des feuilles, mais également l’échange de gaz entre la feuille et l’environnement, notamment du dioxyde de carbone. Ainsi, tant que les stomates sont ouverts, le dioxyde de carbone se diffusera selon son gradient de concentration de l’atmosphère vers le mésophylle spongieux de la feuille, tandis que l’eau se diffusera dans l’atmosphère.
À présent, les chloroplastes, qui sont principalement contenus dans les cellules du mésophylle palissadique, utilisent le dioxyde de carbone et l’eau avec l’énergie lumineuse du soleil pour produire du sucre grâce au processus de photosynthèse. Ce sucre, avec d’autres substances, telles que les acides aminés, est transporté par le phloème vers les zones de la plante qui en ont besoin, telles que les racines, les fleurs ou les fruits. Les réactions chimiques de la photosynthèse produisent non seulement du sucre, mais aussi de l’oxygène. Et il se diffuse dans les espaces du mésophylle spongieux, puis à l’extérieur via les stomates tant qu’il y a suffisamment d’eau pour les garder ouverts.
Le xylème et le phloème sont souvent regroupés en ce que l’on appelle des faisceaux vasculaires. Mais la structure du phloème est différente de celle du xylème. Alors examinons-la. Comme le xylème, le phloème contient de longs vaisseaux que l’on appelle des tubes criblés. Et au lieu de faciliter la transpiration comme le fait le xylème, le phloème permet à une plante de transférer des substances, notamment les sucres produits lors de la photosynthèse, des lieux de fabrication vers les lieux d’utilisation. Le tube criblé est constitué de cellules vivantes creuses, appelées cellules criblées, qui ont moins d’organites pour permettre le transport de matériaux. Entre chaque cellule criblée se trouve une paroi poreuse à travers laquelle les matériaux peuvent circuler. Elles sont appelées parois criblées.
Étant donné que les tubes criblés sont creux et ont un ensemble réduit d’organites, ils ont besoin du support des cellules compagnes. Les cellules compagnes ont de nombreuses mitochondries pour fournir de l’énergie au transport actif des matériaux des lieux de fabrication jusqu’aux lieux d’utilisation. De plus, elles fournissent également des protéines que les cellules criblées ne peuvent pas produire elles-mêmes. Nous avons vu beaucoup de structures spécialisées des plantes. Nous allons donc les passer en revue à la fin de la vidéo. Mais avant, étudions une question pratique.
Les cellules palissadiques situées près du haut de la feuille contiennent de nombreux chloroplastes. Laquelle des réponses suivantes explique le mieux la raison de cette composition? (A) Les cellules palissadiques contiennent de nombreux chloroplastes pour capturer la lumière du soleil nécessaire à la respiration. (B) Les cellules palissadiques contiennent de nombreux chloroplastes pour permettre une diffusion maximale des gaz. (C) Les cellules palissadiques contiennent de nombreux chloroplastes pour étendre la cellule et augmenter la surface disponible à l’absorption d’eau. (D) Les cellules palissadiques contiennent de nombreux chloroplastes pour capturer la lumière du soleil nécessaire à la photosynthèse.
Puisque la question utilise le terme feuille, nous savons que nous avons affaire à une plante. Et elle mentionne un type de cellule qui se trouve dans la feuille. Nous devrons donc également connaître certaines cellules végétales. Un autre terme clé dans la question est chloroplastes. Les chloroplastes sont des organites, et les organites sont des structures et des cellules responsables de fonctions spécifiques. Regardons les termes et les réponses possibles pour voir ce que nous devons savoir de plus sur ces cellules végétales.
La réponse (A) contient le terme respiration, qui se produit dans un organite appelé mitochondrie. La réponse (B) mentionne la diffusion des gaz entre l’intérieur d’une feuille et l’environnement, ce qui se produit à travers une structure appelée stomate formée de deux cellules de garde. La réponse (C) contient les mots absorption d’eau, mais en réalité, cela se produit dans les racines, en particulier via de minuscules structures appelées poils racinaires qui augmentent la surface dédiée à l’absorption d’eau. La réponse (D) mentionne le processus de photosynthèse. La photosynthèse peut être résumée par l’équation ci-dessous, où le dioxyde de carbone et l’eau réagissent, en utilisant l’énergie du soleil, pour former du sucre et de l’oxygène.
Faisons donc le lien entre ces structures sur notre schéma. Premièrement, l’eau est absorbée par les poils racinaires. Elle se déplace à travers un tissu appelé xylème et elle finit par arriver à la feuille. Tant qu’il y a assez d’eau dans les cellules de garde du stomate, elles resteront dilatées, ce qui maintient la stomate ouverte pour les échanges gazeux, notamment la diffusion du CO2 le long de son gradient de concentration de l’atmosphère vers la zone de la feuille appelée mésophylle spongieux. Les plantes utilisent le dioxyde de carbone et l’eau dans le processus de photosynthèse pour produire du sucre et de l’oxygène. Le sucre peut être utilisé par les mitochondries dans le processus de respiration cellulaire. L’oxygène peut soit être utilisé par les mitochondries lors de la respiration cellulaire, soit être rejeté dans l’atmosphère par diffusion dans le sens de son gradient de concentration.
Ainsi, la réponse (A) doit être fausse car la respiration cellulaire se déroule dans les mitochondries et non dans les chloroplastes. La réponse (B) est incorrecte car la diffusion des gaz a lieu dans les stomates des plantes situés sous les feuilles. Et la réponse (C) est incorrecte car l’absorption d’eau se produit dans les poils racinaires, pas dans les chloroplastes. La réponse (D) affirme que les chloroplastes capturent la lumière du soleil nécessaire au processus de photosynthèse. Et c’est effectivement vrai. C’est ce qui se passe dans le chloroplaste.
Il est, cependant, intéressant de noter que nous n’avions même pas besoin de savoir ce qu’était une cellule palissadique pour pouvoir répondre correctement à cette question. Ainsi, si vous ne connaissez pas un terme dans une question, ne le laissez pas vous intimider. Regardez le reste de la question et essayez d’en tirer un maximum. Évidemment, c’est encore mieux de savoir ce qu’est une cellule palissadique. Les cellules palissadiques constituent le mésophylle palissadique, qui se trouve directement sous l’épiderme et la cuticule situés sur le dessus de la feuille. Elles contiennent de nombreux chloroplastes. Et le tissu sous le mésophylle palissadique s’appelle le mésophylle spongieux. Il est spongieux parce qu’il possède de nombreuses poches d’air qui permettent aux gaz de se diffuser à travers.
La réponse à la question «Les cellules palissadiques situées près du haut de la feuille contiennent de nombreux chloroplastes. Laquelle des réponses suivantes explique le mieux cette composition?» est donc la (D). Les cellules palissadiques contiennent de nombreux chloroplastes pour capturer la lumière du soleil nécessaire à la photosynthèse.
Voici quelques points clés de la vidéo. L’idée principale est que les cellules végétales ont des adaptations spécialisées qui leur permettent de remplir leur fonction. Les poils racinaires ont une grande surface pour augmenter l'absorption d’eau et sont très concentrés en solutés afin de favoriser l’osmose vers les racines. L’eau et les minéraux sont transportés des racines jusqu’au sommet de la plante à travers un tissu appelé xylème. Le xylème est composé de cellules mortes et creuses qui forment des vaisseaux.
Si nous regardons une coupe transversale d’une feuille au microscope, la première couche est la cuticule cireuse qui protège la plante contre le déssèchement. Les cellules situées sous la cuticule cireuse sont appelées cellules épidermiques. Elles procurent également une protection et sont transparentes afin de laisser passer la lumière. Les cellules palissadiques très serrées du mésophylle palissadique ont de nombreux chloroplastes, et le rôle principal de ce tissu est la photosynthèse. Le mésophylle spongieux est composé de cellules peu compactes pour permettre un échange gazeux.
Les pores fermables sous les feuilles sont appelés stomates. Chaque stomate est constitué de deux cellules de garde qui contrôlent la diffusion de l’eau, du dioxyde de carbone et de l’oxygène entre l’intérieur et l’extérieur de la feuille. Le sucre produit par la photosynthèse est transporté des feuilles vers d’autres zones de la plante via un tissu appelé phloème. Tandis que le xylème est composé de cellules mortes qui ont des parois très épaisses renforcées par un composé appelé lignine, le phloème est composé de cellules criblées vivantes soutenues par des cellules compagnes.
