Le portail a été désactivé. Veuillez contacter l'administrateur de votre portail.

Vidéo de la leçon : Le transport dans le xylème Biologie

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à décrire les mécanismes du mouvement de des racines vers les feuilles dans le xylème.

16:50

Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous allons apprendre comment l’eau se déplace à travers la plante, des racines vers les feuilles, à travers un type de tissu vasculaire spécifique appelé le xylème. Nous allons voir les différentes théories qu’avaient différents scientifiques sur la manière exacte dont ce transport a lieu et comment elles ont été rejetées les unes après les autres, jusqu’à ce qu’une théorie pouvant expliquer ce fonctionnement de la plante soit trouvée, la théorie de la tension-cohésion.

L’eau est essentielle pour la capacité d’une plante à se développer et à pousser. Mais pourquoi donc? L’eau est un réactif clé de la photosynthèse, le processus grâce auquel de nombreuses plantes sont capables de fabriquer leur propre nourriture sous forme de glucose. La photosynthèse nécessite de l’énergie lumineuse, qui est généralement apportée par le soleil. En conséquence, la photosynthèse a principalement lieu dans les feuilles, qui se trouvent au-dessus du sol et essayent d’absorber un maximum de lumière.

Les plantes ont besoin de beaucoup d’eau, non seulement comme réactif pour la photosynthèse, mais aussi parce qu’au cours de la photosynthèse, une grande quantité d’eau est perdue directement dans l’atmosphère sous forme de vapeur d’eau à travers des pores appelés les stomates, qu’on retrouve surtout sur les faces inférieures des feuilles. Cette perte d’eau dans l’atmosphère par évaporation s’appelle la transpiration végétale. On estime que chaque jour, environ 90 pour cent de l’eau absorbée par les plantes est perdue par transpiration. Dans cette vidéo, nous allons essayer de comprendre comment la transpiration peut en fait être une force motrice du transport de l’eau chez les plantes.

Lorsqu’on arrose une plante, il faut toujours essayer d’arroser le sol dans lequel elle pousse, car en arrosant le sol nous arrosons efficacement les racines de la plante. Les racines sont les organes de la plante responsables de l’absorption des molécules d’eau du sol. Mais comment l’eau absorbée par les racines se rend-elle jusqu’aux feuilles où elle est nécessaire pour la photosynthèse? Elle s’écoule vers le haut, des racines vers les feuilles, à travers des vaisseaux spécialisés appelés vaisseaux du xylème. La fonction principale des vaisseaux du xylème est de transporter l’eau dans une seule direction, des racines vers les feuilles de la plante.

Les vaisseaux du xylème sont de très longues structures en forme de tubes constitués de cellules individuelles empilées les unes au-dessus des autres. Il n’y a pas de parois terminales entre les cellules des vaisseaux du xylème. Ces vaisseaux forment ainsi des tubes ouverts continus dans lesquels l’eau peut circuler facilement et sans grande force. Le tissu du xylème se compose au départ de cellules vivantes, mais au fur et à mesure de leur maturation, elles meurent et forment les tubes creux qui composent les vaisseaux du xylème. Pour transporter l’eau à travers la plante, le vaisseau du xylème est la voie de moindre résistance, et le chemin le plus direct pour atteindre les feuilles. La qui coule dans les vaisseaux du xylème est principalement constituée d’eau et s’appelle la sève brute. Mais elle contient également des ions minéraux dissous qui ont été absorbés du sol par les racines. Mais comment l’eau coule-t-elle vers le haut, des racines jusqu’aux feuilles?

La gravité fait couler l’eau vers le bas, vers la terre. Il doit donc y avoir des mécanismes plus forts que la force gravitationnelle, capables de déplacer l’eau vers le haut à travers les vaisseaux du xylème. Les premières théories sur le transport de l’eau dans la plante visaient à déterminer s’il y avait des forces physiques agissant dans les vaisseaux du xylème pour aider à déplacer l’eau vers le haut, contre la gravité. Le premier scientifique à tenter de répondre à la question du transport de l’eau dans les plantes se concentrait sur les similitudes entre les vaisseaux du xylème et les vaisseaux sanguins. Notant que les deux avaient un très petit diamètre, il a été suggéré que l’eau se déplace à travers la plante par capillarité.

La capillarité est la capacité des molécules d’eau à se déplacer vers le haut dans un espace étroit, dans le sens contraire de la gravité. Une simple expérience utilisant un bol d’eau et une série de tubes avec des tailles de capillaires décroissantes peut le démontrer. Ce phénomène a été décrit pour la première fois par Léonard de Vinci au XVIIe siècle avec cette simple expérience. Elle a montré que chez les plantes, les vaisseaux du xylème pouvaient élever le niveau de l’eau jusqu’à la destination prévue en ayant un diamètre de plus en plus petit. Cette simple expérience avec des tubes en verre montre que l’affirmation «Plus le capillaire est petit, plus l’eau monte» est vraie.

Cependant, une série de calculs effectués par divers autres scientifiques ont montré que même les capillaires les plus fins ne seraient pas en mesure de porter l’eau à des hauteurs supérieures à 150 centimètres. Comme la plupart des plantes, en particulier les grands arbres, mesurent plus de 150 centimètres de hauteur, la capillarité seule ne peut pas expliquer le mouvement de l’eau vers le haut à travers le xylème. De plus, pour que la capillarité marche de façon optimale, il doit y avoir un contact direct entre le xylème et l’eau du sol, ce qui n’est pas le cas. Puisque les mathématiques et les expériences ont toutes deux démenti cette théorie, elle a rapidement été abandonnée.

En 1874 un grand botaniste, le docteur Julius Sachs, a suggéré une nouvelle vision du transport vers le haut de l’eau dans les plantes basée sur l’absorption d’eau. Sachs a soutenu l’idée que l’imbibition, qui est l’absorption de l’eau à travers les parois cellulaires des vaisseaux du xylème, est la force physique permettant le transport de l’eau dans la plante. Le mot «imbibition» vient du mot latin «imbibe» qui signifie «boire». Étant donné que les plantes absorbent beaucoup d’eau, la théorie de l’imbibition semblait logique. Comme l’imbibition est l’absorption d’eau par les parois cellulaires des cellules végétales, les cellules présentes dans les graines sèches qui sont placées dans l’eau, comme celles-ci, deviennent enflées en apparence, ce qui rend la graine entière enflée. Ce processus est généralement observé lorsque les graines sèches en dormance absorbent les molécules d’eau du sol par imbibition. C’est l’un des facteurs qui conduit à la germination des graines.

L’immibition est importante pour la germination des graines, car elle aide les graines à grossir et à germer. L’eau du sol est efficacement absorbée par le tégument d’une graine en germination. Après un examen plus approfondi, l’absorption d’eau se produit dans les racines qui sont enfoncées dans le sol et non sur toute la longueur du vaisseau du xylème. La force d’imbibition est également très faible. Par conséquent, malgré son importance dans la germination des graines, la théorie de l’imbibition n’est pas une explication raisonnable du mouvement de l’eau vers le haut à travers les vaisseaux du xylème.

Si vous coupez la tige d’une plante à sa base, vous verrez que la sève du xylème s’écoulera des racines. Ce phénomène s’appelle l’exsudation. En 1920, l’observation de l’exsudation chez les plantes est ce qui a poussé un autre biologiste, le docteur Priestley, à suggérer que la poussée radiculaire, aussi appelée pression racinaire, pourrait être la force physique permettant le transport de l’eau chez les plantes. Vous vous rappelez peut-être qu’en raison des gradients de pression, les liquides comme l’eau ont tendance à couler des zones de haute pression vers les zones de pression plus basse. C’est cette pression élevée dans les racines qui fait que l’eau coule vers le haut à travers la tige. Et c’est le phénomène que le docteur Priestley a utilisé comme base de sa théorie.

La poussée radiculaire est une pression positive qui se développe dans les vaisseaux du xylème de la racine. Elle est due à l’absorption par osmose d’eau dans les racines par. Cependant, en temps normal, la poussée radiculaire est assez faible et elle n’est pas capable de faire monter l’eau au sommet des très grands arbres. De plus, le transport de l’eau n’a pas toujours besoin des racines. Cela peut être bien observé avec une fleur fraîche et deux béchers de colorant alimentaire.

Si une tige de plante est coupée en deux et que chaque partie de la tige est placée dans un bécher d’eau colorée différent, la couleur de l’eau de ces béchers pourrait commencer à apparaître dans les pétales des fleurs de quelques heures à un jour plus tard. Cela est dû au transport de l’eau et des colorants dissous à travers le xylème. Dans cette simple expérience, nous pouvons remarquer qu’il y a eu un transport d’eau dans cette fleur coupée, même en l’absence de racines. Ainsi, si l’eau monte toujours le long de la tige même en l’absence de racines, la poussée radiculaire ne suffit pas à expliquer comment l’eau est transportée vers le haut des plantes.

Enfin, une équipe inattendue de botanistes et de physiciens a été capable trouver la meilleure explication du transport de l’eau dans les plantes. En 1894, un botaniste nommé Henry Dixon et un physicien nommé John Jolly développèrent l’idée de la tension-cohésion. Ils ont suggéré que la perte d’eau dans les feuilles par transpiration pourrait expliquer le mouvement de l’eau à travers la plante.

Afin de comprendre leur théorie, examinons d’abord ce qu’est la transpiration et comment elle se produit. Cette figure montre une vue en coupe de quelques cellules d’une feuille. Les feuilles de nombreuses plantes supérieures ont une cuticule cireuse, à travers laquelle l’eau ne peut pas diffuser, pour réduire la perte d’eau. Cependant, cela empêcherait également les échanges de gaz, comme l’entrée et la sortie du dioxyde de carbone et de l’oxygène des feuilles de la plante. Or les plantes doivent absorber du dioxyde de carbone, car il s’agit d’un réactif clé de la photosynthèse. Il y a donc dans cette cuticule cireuse, des trous appelés stomates, que nous avons mentionnés plus tôt, à travers lesquels le dioxyde de carbone peut diffuser à l’intérieur de la feuille. Une fois dans la feuille, le dioxyde de carbone peut se répandre dans les cellules où il est requis pour la photosynthèse.

La photosynthèse libère l’oxygène comme produit. L’oxygène se déplace dans le sens opposé au dioxyde de carbone, diffusant d’abord hors des cellules photosynthétiques des feuilles, puis dans les stomates et enfin dans l’atmosphère. Cependant, lorsque les stomates sont ouverts pour permettre cet échange de gaz pour la photosynthèse, de l’eau est également perdue dans l’atmosphère sous forme de vapeur d’eau. Cela se produit à un rythme incroyablement rapide par transpiration.

La transpiration peut sembler être une mauvaise chose car la plante perd sa précieuse eau. Cependant, la transpiration déclenche également une série d’évènements qui permettent de remplacer cette eau perdue. Simplifions notre schéma afin que nous puissions voir plus clairement comment cela se déroule. Lorsque l’eau s’évapore des feuilles et sort des stomates sous forme de vapeur d’eau, cela produit une tension ou une traction sur l’eau dans les vaisseaux du xylème. Cela attire l’eau des racines vers le haut. Ce sont les forces biochimiques des molécules d’eau qui permettent à l’eau de se déplacer vers le haut de la plante contre la gravité.

L’aspiration dans les feuilles, causée par l’évaporation de l’eau au cours de la transpiration foliaire, crée une réaction en chaîne qui tire toute la colonne de molécules d’eau tapissant le vaisseau du xylème. Voyons plus en détail les forces biochimiques de ces molécules d’eau. Les molécules d’eau dans le vaisseau du xylème sont fortement attirées les unes par les autres, ce qui fait qu’elles adhèrent entre elles. Cette adhérence entre les molécules d’eau s’appelle la cohésion, et elle a été représentée sur ce schéma par des tirets rouges entre les molécules d’eau. La cohésion entre les molécules d’eau est due aux liaisons hydrogène fortes qui se forment entre les différentes molécules d’eau

La cohésion entre les molécules d’eau dans les vaisseaux du xylème est complétée par l’adhésion. Sur cette figure, l’adhésion a été représentée par des tirets orange entre les molécules d’eau et les parois des vaisseaux du xylème. L’adhérence des liaisons hydrogène de l’eau l’aide également à coller ou adhérer très étroitement aux parois cellulaires des vaisseaux du xylème. La cohésion et l’adhésion sont toutes deux liées à la notion d’adhérence, mais les éléments auxquelles elles adhérent sont très différents. La cohésion a lieu entre différentes molécules d’eau, alors que l’adhésion est l’attraction entre les molécules d’eau et les parois des vaisseaux du xylème.

La cohésion entre les différentes molécules d’eau aide à former une colonne continue d’eau, tandis que l’adhésion aide cette colonne d’eau à se déplacer vers le haut, dans le sens opposé à la gravité. La cohésion et l’adhésion travaillent donc ensemble pour tirer les molécules d’eau des racines à travers les vaisseaux du xylème de la tige puis hors de la plante à travers les stomates des feuilles. C’est ce qu’on appelle la théorie de la cohésion-adhésion, ou plus généralement de la tension-cohésion du transport de l’eau.

Il existe quelques conditions à remplir pour que l’aspiration par transpiration ait lieu dans le xylème. Le vaisseau de xylème doit agir comme un tube capillaire. Les tubes doivent être exempts de bulles de gaz ou d’air, afin qu’il n’y ait aucune rupture dans la continuité des vaisseaux du xylème. Vous vous souvenez peut-être que quatre facteurs environnementaux principaux peuvent affecter le taux de transpiration. Ce sont la lumière, la température, l’humidité et le vent. Ces facteurs peuvent avoir un impact important sur le taux de transpiration. Plus il y a d’eau transpirée, plus la force d’aspiration de la transpiration au sommet des vaisseaux du xylème est importante. Par exemple, pendant la journée, la lumière du soleil stimule l’ouverture des stomates des feuilles, ce qui provoque la sortie de la vapeur d’eau des stomates par diffusion, accélérant ainsi le taux de transpiration.

L’augmentation de la température fournit aux molécules d’eau plus d’énergie thermique, ce qui augmente leur énergie cinétique. Cela augmente la vitesse du mouvement des molécules d’eau et donc leur taux d’évaporation, et par conséquent de transpiration à travers les stomates. En outre, une faible humidité ou une vitesse du vent élevée peuvent augmenter le taux de transpiration des feuilles en augmentant le gradient de concentration de la vapeur d’eau entre l’intérieur de la feuille et l’environnement extérieur. Un gradient de concentration plus important entre la feuille et l’atmosphère signifie que l’eau transpirera plus rapidement.

Voyons maintenant ce que nous avons appris sur le transport dans le xylème en appliquant nos connaissances à une question d’entraînement.

Cette figure est un schéma simplifié du mouvement de l’eau à travers une plante. Via quel vaisseau de transport la majorité de l’eau se déplace-t-elle? (A) La veine, (B) le phloème, (C) les parois cellulaires, ou (D)le xylème.

Pour répondre à cette question, passons en revue les différentes réponses possibles et discutons du rôle de chacune des différentes structures mentionnées.

Une veine, dans le contexte des vaisseaux de transport, est un type de vaisseau sanguin retrouvé chez les animaux, par exemple chez l’Homme. Les veines font partie de l’appareil cardiovasculaire humain et sont responsables du transport du sang des tissus de l’organisme vers le cœur. Un autre type de veine peut également être trouvé dans les feuilles. Bien que les veines des feuilles jouent un rôle dans le transport, elles ne sont pas elles-mêmes des vaisseaux de transport. Comme la question nous demande spécifiquement le vaisseau de transport dans lequel l’eau se déplace, nous pouvons éliminer l’option (A).

Le phloème et le xylème sont tous deux des vaisseaux de transport des plantes, la paroi cellulaire en revanche est une couche structurelle rigide qui entoure les cellules végétales. Les parois cellulaires ont pour rôle de fournir soutien structurel et protection aux cellules végétales, mais ce ne sont pas des vaisseaux de transport. Cette réponse peut donc également être éliminée.

Comme nous l’avons mentionné, le phloème et le xylème sont tous deux des vaisseaux de transport, mais ils diffèrent par leurs structures et leurs fonctions. Le phloème transporte des substances comme les sucres et les acides aminés à la fois vers le haut et vers le bas de la tige de la plante. Comme ces sucres et ces acides aminés sont dissous dans l’eau, il y a bien un transport d’eau dans le phloème, mais le transport d’eau n’est pas sa fonction principale.

Le xylème, en revanche, est responsable du transport de la majorité des molécules d’eau d’une plante. Il transporte également les ions minéraux dissous. Les molécules d’eau et les ions sont généralement absorbés du sol par les racines, puis transportés des racines vers la tige de la plante. Contrairement au phloème, où les substances peuvent se déplacer vers le haut et vers le bas de la plante, le xylème ne transporte l’eau et les ions minéraux des racines que vers le haut de la plante, vers les feuilles, les fleurs et tous autres organes en ayant besoin.

Si nous regardons de nouveau la figure fournie avec la question, nous pouvons remarquer que l’eau ne fait que remonter dans la plante, des racines vers les feuilles. Cela nous aide à confirmer que le phloème n’est pas le vaisseau dans lequel se déplace la majorité de l’eau, car il transporte les sucres et les acides aminés à la fois vers le haut et vers le bas de la tige de la plante. C’est le xylème qui a pour rôle de déplacer la majorité de l’eau dans la plante.

Prenons un moment pour terminer la vidéo en passant en revue les points clés que nous avons appris. L’eau est tout d’abord absorbée du sol vers les racines d’une plante. Elle doit ensuite être transportée, contre la force de gravité, vers les parties photosynthétique du haut de la plante. Ce transport d’eau se produit dans les vaisseaux du xylème, des racines à la tige puis enfin jusqu’aux feuilles, où la photosynthèse a lieu.

Le fonctionnement de ce transport de l’eau dans le xylème fut longtemps un mystère, et plusieurs scientifiques tentèrent de développer des théories pour expliquer ce mécanisme. Les théories de la capillarité, de la poussée radiculaire et de l’imbibition furent toutes rejetées. La théorie validée est celle de la transpiration, qui produit une attraction ou tension de l’eau vers le haut dans les vaisseaux du xylème. Cette théorie dite de la tension-cohésion explique comment les forces biochimiques entre les différentes molécules d’eau et entre les molécules d’eau et les parois des vaisseaux du xylème permettent le mouvement de l’eau vers le haut de la plante.

Nagwa utilise des cookies pour vous garantir la meilleure expérience sur notre site. En savoir plus sur notre Politique de Confidentialité.