Vidéo de la leçon: Les hormones végétales Biologie

Transcription de la vidéo

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à décrire les rôles des différentes hormones végétales qui sont impliquées dans les réponses et la croissance des plantes. Le principal groupe d’hormones dont nous allons parler s’appelle les auxines, et nous allons décrire quelques expériences simples pour les étudier. Nous allons également en apprendre davantage sur deux autres hormones végétales, les gibbérellines et l’acide abscissique.

En marchant dans un parc en automne, vous êtes-vous déjà demandé pourquoi les feuilles changent de couleur et commencent à tomber des arbres? Ou peut-être avez-vous regardé des fruits mûrir et pensé, comment cela se produit-il? Ce ne sont là que quelques-uns des changements étonnants que les plantes peuvent subir au fil des saisons. Voyons les changements qu'elles peuvent apporter en un jour. Ces changements sont contrôlés par des hormones végétales. Les hormones sont des messagers chimiques qui se déplacent dans le corps d’un organisme comme une plante, généralement pour l’aider à répondre à des stimuli. Les stimuli, ou un stimulus au singulier, sont des changements dans le milieu interne ou externe d’un organisme qui peuvent déclencher un effet au sein de cet organisme. Voyons un exemple d’hormone végétale.

L’éthylène est une hormone végétale qui contrôle la maturation des fruits. La banane est un fruit classique dans lequel il est libéré pour faire mûrir le fruit. Cette image est celle d’une banane non mûre. Quand la banane mûrit, elle produit de l’éthylène qui est libéré sous forme gazeuse. Plus la banane mûrit, plus elle dégage du gaz éthylène. Ce gaz fait aussi mûrir d’autres fruits tels que des bananes non mûres. C’est pourquoi, si vous voulez que vos fruits mûrissent plus rapidement, vous pouvez simplement ajouter une banane déjà mûre dans le panier à fruit afin que l’éthylène qu’elle émet puisse commencer à faire mûrir le reste des fruits.

Les principales hormones sur lesquelles nous allons nous concentrer dans cette vidéo sont les auxines, les gibbérellines et l’acide abscissique, qui est souvent abrégé en ABA. Commençons par regarder le rôle des auxines dans les plantes. L'auxine est le nom donné à un groupe d'hormones végétales qui sont généralement produites dans les cellules de l'extrémité des pousses et des racines des plantes. Une fois produites, les auxines diffusent généralement de cellule en cellule pour accéder aux différentes parties de la plante. Elles ont de nombreuses fonctions variées dans une plante. Les principaux rôles sur lesquels nous nous concentrerons dans cette vidéo sont la capacité des auxines à contrôler l'élongation et les tropismes cellulaires, ainsi que leur capacité à maintenir la dominance apicale. Notez qu’elles ont également un rôle, en plus de la maturation des fruits, dans le développement des plantes, des fleurs et des fruits. Elles sont également impliquées dans la chute saisonnière des feuilles. Dans cette vidéo, nous allons nous concentrer principalement sur ces deux premières fonctions.

Un tropisme est une réponse de croissance directionnelle vers ou dans la direction opposée d’un stimulus. Un exemple est le phototropisme. Le préfixe photo- signifie lumière, et une source lumineuse, comme le soleil, peut agir comme un stimulus vers lequel certaines parties de la plante peuvent croître par phototropisme. Cela peut permettre aux parties d’une plante réalisant la photosynthèse, comme les feuilles, d’avoir accès à davantage de lumière pour la photosynthèse. Le phototropisme est principalement contrôlé par les auxines, et il fonctionne légèrement différemment dans les pousses pouvant réaliser la photosynthèse que dans les racines qui ne le peuvent pas. Examinons un mécanisme communément admis pour expliquer comment le phototropisme est contrôlé par les auxines dans les pousses.

Comme nous l'avons mentionné précédemment, les auxines sont produites principalement dans les cellules de l'extrémité des racines et des pousses. Dans les pousses, par exemple, elles sont produites spécifiquement dans le coléoptile. Le coléoptile est une gaine qui entoure l’extrémité des pousses dans les régions en croissance des plantes. L’auxine est produite dans les cellules de l’extrémité de la pousse. Et nous allons représenter l’auxine sous forme de points roses. Lorsque l’auxine s’accumule dans la cellule de la pousse, elle provoque l’allongement de la cellule. Si la source de lumière est directement au-dessus de la pousse de la plante, les molécules d’auxine diffusent de manière égale des deux côtés de la pousse de la plante. Cela provoque une élongation symétrique des cellules des deux côtés de la pousse de la plante, ce qui fait que la pousse se développe directement vers le haut, en direction de la source lumineuse.

Cependant, si la source de lumière est située d’un côté, l’auxine produite à l’extrémité de la pousse s’accumule dans les cellules du côté ombragé de la pousse. Ainsi, les cellules qui ne sont pas exposées à la lumière directe du soleil s'allongent comparativement plus que celles qui sont exposées à la lumière directe du soleil. La pousse de la plante se courbe donc dans la direction de la source lumineuse afin d’absorber davantage de lumière dans ses cellules réalisant la photosynthèse et produire davantage de nourriture. Vous vous demandez peut-être comment on a découvert que les auxines sont produites à l'extrémité de la pousse et quel rôle elles jouent dans le phototropisme. Différents scientifiques ont effectué diverses expériences pour le démontrer. L’un d’entre eux, Boysen-Jensen, a étudié la production d'auxine dans l'extrémité d'une pousse de plante en 1913. Examinons ses expériences pour comprendre ses conclusions.

Dans ses expériences, Boysen-Jensen a coupé l'extrémité de quelques pousses de plantes et a placé une fine couche d'agar ou de gélatine sur l'une de ces pousses. Il a ensuite replacé l'extrémité de la pousse sur cette couche, créant ainsi une séparation entre l'extrémité de la pousse et le reste de la pousse. Il a ensuite observé la croissance de ces plantes avec une source de lumière située sur un côté. Il a observé que sans l'extrémité de la pousse, la pousse de la plante ne se développerait pas davantage. Même si l'extrémité de la pousse de la plante avec la couche d'agar ou de gélatine avait été coupée à l'origine, il a observé que cette pousse continuait à croître et à se courber vers la source lumineuse.

Avec cela, ses expériences n’étaient pas terminées. Dans une autre pousse de plante, Boysen-Jensen a créé une séparation similaire entre l'extrémité et le reste de la pousse de la plante. Mais au lieu d’utiliser une couche d'agar ou de gélatine, il a utilisé une couche de beurre de cacao. Lorsque ces plantes ont été exposées à la lumière du soleil, Boysen-Jensen a observé que les plantes recouvertes d'une couche de beurre de cacao n'ont pas réagi. Il n'a pas non plus observé de croissance lorsqu'il a utilisé une feuille de mica, qui est un type de minéral, au lieu d'une couche de beurre de cacao. Quelle était la différence? Pourquoi a-t-il observé différents résultats?

L’agar et la gélatine sont toutes deux perméables à l'eau, ce qui signifie qu'elles laissent passer les substances solubles dans l'eau. Le beurre de cacao ne permet que la diffusion de substances liposolubles. C’est donc d’une barrière imperméable à l’eau, tout comme la feuille de mica. Par conséquent, cette expérience a montré que la substance responsable de la réponse de croissance d’une plante à la lumière est une molécule soluble dans l’eau. L'expérience a également montré que cette molécule est produite par l'extrémité de la pousse de la plante et qu'elle doit diffuser dans la pousse de la plante pour avoir son effet, car lorsque l'extrémité de la pousse a été retirée et non remplacée, aucune croissance n'a été observée.

Un scientifique nommé Went a poussé ces expériences un peu plus loin. Il a placé l'extrémité d'un coléoptile coupé sur une couche d'agar ou de gélatine et l'a laissé pendant une heure. Il a ensuite mis cet agar ou cette gélatine sur la pousse coupée à la place de la pointe et a placé la plante dans une pièce sombre. On a observé que la pousse grandissait directement vers le haut, montrant que quelque chose dans l’agar ou la gélatine diffusait dans la pousse coupée et provoquait sa croissance. L’agar ou la gélatine qui n’avait pas été placée sous l'extrémité de la pousse coupée n'a pas montré de réponse dans la même expérience. Cela nous montre qu'un élément de la pointe coupée a diffusé dans l'agar ou la gélatine plutôt que l'agar ou la gélatine elle-même ayant un effet.

Went a ensuite choisi un autre morceau d’agar et y a placé une autre pointe coupée, et comme dans la première expérience, il l'a laissé pendant une heure. Cette fois, cependant, il a placé l’agar dans laquelle ce mystérieux produit chimique s'était diffusé en ne couvrant qu'un seul côté de la pousse coupée. Il a remarqué que la pousse de la plante se courbait vers la direction opposée de l’agar, même si aucune lumière n’était présente. Cela signifie que le produit chimique a provoqué une réaction de croissance loin de la zone où il était fortement concentré.

Ce produit chimique a été appelé auxine du grec signifiant croissance. Un fait intéressant concernant les auxines est que différentes concentrations de la même hormone peuvent avoir des effets différents dans différentes parties de la plante. Par exemple, de fortes concentrations d’auxine dans les pousses de plantes favorisent l’élongation des cellules. C'est le contraire qui se produit dans les racines de certaines plantes, où des concentrations élevées d'auxine peuvent en fait inhiber l'élongation cellulaire. Regardons cela de plus près. Dans les racines de certaines plantes, les auxines produites à l'extrémité de la racine s'accumulent dans les cellules de la partie inférieure de la racine de la plante.

À ces concentrations élevées dans les cellules des racines, les auxines inhibent en fait l'élongation de ces cellules sur le côté inférieur ombragé de la racine. En revanche, les cellules situées de l’autre côté de la racine peuvent s’allonger normalement. Cette croissance asymétrique permet à la racine de la plante de pousser vers le bas, loin de la source lumineuse et plus profondément dans le sol. La racine montre donc un phototropisme négatif puisqu'elle pousse loin d'un stimulus lumineux. Il est important, cependant, de noter que la lumière n’est pas le seul stimulus qui provoque la pousse d’une racine vers le bas. La racine se développe également en direction de la gravité grâce à un gravitropisme positif et en direction de volumes d'eau plus importants dans le sol grâce à un hydrotropisme positif.

Comme la fonction des racines n’est pas d’effectuer la photosynthèse, elles n’ont pas besoin de croître vers une source de lumière. À la place, la fonction principale de la racine est d’absorber l’eau et les sels minéraux du sol. Les racines ont ainsi tendance à s’éloigner d’une source lumineuse et à s’enfoncer dans le sol où se trouvent généralement davantage d’eau et de minéraux. Examinons le rôle d'une auxine spécifique, appelée acide indole-3-acétique, ou AIA. L’AIA est principalement produite dans les feuilles en développement et également dans le bourgeon apical ou supérieur d’une plante. Il est responsable de l’induction de la division cellulaire et du contrôle de l’élongation cellulaire lorsque la plante a besoin de croître en réponse, par exemple, à un stimulus lumineux. L’AIA est produite par les cellules du bourgeon apical et diffuse dans la tige.

Voyons comment l’AIA peut contrôler l’élongation des cellules au niveau cellulaire. Nous pouvons voir ici la liaison de l'IAA à une cellule végétale typique dans la pousse. La liaison de l’AIA stimule une diminution du pH cellulaire. L’acidité accrue de la cellule entraîne un relâchement de la paroi cellulaire. Le relâchement de la paroi cellulaire signifie que davantage d’eau peut entrer dans la cellule. Cette eau est stockée dans les vacuoles qui deviennent plus grandes et plus nombreuses. Les vacuoles peuvent alors fusionner et se dilater, et l'augmentation de la teneur en eau accroît la pression de turgescence sur la paroi cellulaire relâchée. Cela conduit à une expansion et un allongement de la cellule.

Les cellules peuvent s’allonger pour rendre une plante plus grande ou plus large. Mais avez-vous déjà remarqué que la plupart des plantes comme cet arbre, par exemple, ont tendance à pousser vers le haut plutôt que sur les côtés? Grandir, plutôt que grossir, expose les plantes à davantage de lumière. C'est particulièrement important dans des environnements tels que les forêts denses où les arbres pourraient être ombragés par d'autres arbres plus grands s'ils ne le faisaient pas. Le fait de recevoir moins de lumière réduit le taux de photosynthèse, de sorte que les plantes pourraient produire moins de nourriture et avoir plus de mal à survivre. Le processus de croissance en hauteur plutôt qu’en largeur est appelé dominance apicale.

Le bourgeon apical au sommet de la tige pousse directement vers le haut, tandis que la croissance des bourgeons latéraux est inhibée. En effet, l’AIA s’accumule dans les nœuds entre les bourgeons latéraux, provoquant le détournement des sucres des bourgeons latéraux vers le bourgeon apical, entraînant la croissance du bourgeon apical et une dominance apicale. Une expérience simple peut montrer que le bourgeon apical est responsable de la dominance apicale. Si le bourgeon apical est retiré et si la plante peut pousser, la croissance latérale n’est plus inhibée et ces bourgeons commencent à se développer.

Rappelez-vous que l’auxine sous forme d’AIA est habituellement produite dans le bourgeon apical, à partir duquel elle diffuse dans la tige et s’accumule entre les bourgeons latéraux, inhibant leur croissance en détournant les sucres des bourgeons latéraux vers le bourgeon apical. En enlevant le bourgeon apical, les cellules qui produisent l’AIA disparaissent. L’absence d’AIA signifie que les sucres ne sont plus détournés vers le bourgeon apical, les bourgeons latéraux reçoivent donc les nutriments dont ils ont besoin pour grandir. Ainsi, la plante se développe en largeur plutôt qu'en hauteur.

Voyons ensuite les rôles de deux autres hormones végétales, les gibbérellines et l’acide abscissique qui est souvent connu sous l’abréviation ABA. Ces deux hormones jouent un rôle dans le développement des graines. Les semences sont bien conçues pour pouvoir survivre au dessèchement et au froid en restant dormantes. L’acide abscissique est l’hormone responsable du maintien de cet état de dormance. La concentration élevée d'ABA dans les graines dormantes permet d'atteindre cet état en contrôlant l'absorption d'eau dans les tissus embryonnaires des graines. Lorsque les conditions difficiles sont passées, la concentration en ABA dans les graines diminue et la concentration en gibbérelline augmente.

Les gibbérellines déclenchent la mobilisation des réserves alimentaires de glucides de la graine pour permettre la germination. La germination se produit généralement lorsqu’une graine est dans des conditions chaudes, humides et bien oxygénées. Elle marque le début de la croissance, que nous pouvons voir ici dans cette graine en train de germer. La diminution d’ABA signifie que l'eau n'est plus empêchée de pénétrer dans la graine. La combinaison d'une teneur en eau accrue dans la graine, de conditions chaudes et bien oxygénées signifie que la germination peut commencer. Les gibbérellines, parfois appelées acide gibbérellique, rompent l’état de dormance des graines et stimulent la germination.

L’une des principales fonctions des gibbérellines est de provoquer la mobilisation des réserves d’amidon d’une graine et leur dégradation en sucres simples. Les sucres fournissent à l’embryon de la plante des ressources afin de démarrer la respiration cellulaire et libérer de l’énergie. Cela permet à la croissance de la tige et des racines de commencer. Lorsque la tige est suffisamment longue pour être au-dessus du sol et absorber la lumière, la photosynthèse sera utilisée pour produire de la nourriture. Les gibbérellines continuent de jouer un rôle tout au long de la vie de la plante en favorisant l’élongation et la division cellulaires afin que la plante devienne plus grande.

En plus de son rôle dans le maintien de la dormance des graines, l’acide abscissique joue également un rôle important dans la préservation de l’eau via la régulation des stomates. Les stomates sont des pores situés principalement sur la face inférieure des feuilles. Ils sont conçus pour permettre les échanges gazeux entre la feuille et l'atmosphère, comme le dioxyde de carbone, qui est un réactif de la photosynthèse, et l'oxygène, qui est libéré lors de la photosynthèse. Chaque stomate est entouré de deux cellules de garde. Ces cellules de garde contrôlent si les stomates sont ouverts ou fermés.

Cette fonction est vitale car un autre gaz qui peut se déplacer entre la feuille et l’atmosphère via les stomates est la vapeur d’eau. La plante a besoin de retenir autant d'eau que possible, car l'eau est un réactif de la photosynthèse, c'est-à-dire qu'elle est nécessaire pour fabriquer de la nourriture. Par conséquent, les cellules de garde doivent réguler étroitement le moment où les stomates sont ouverts et celui où ils doivent être fermés afin de conserver l'eau. Les cellules de garde s’ouvrent et se ferment en raison de leur turgescence. Lorsque les cellules de garde ont une turgescence élevée et que leurs vacuoles sont remplies d’eau, le stomate est ouvert Mais lorsque les cellules de garde ont une turgescence faible et qu’il y a moins d’eau dans leurs vacuoles, le stomate est fermé. La fermeture des stomates est stimulée par l’acide abscissique.

Lorsque la plante a une forte disponibilité en eau, l'eau peut s'écouler dans les cellules de garde. Cela les rend turgescentes et ouvre les stomates. Cela signifie que l’échange gazeux se produira à travers les stomates et que de la vapeur d’eau sera perdue. Cependant, lorsque la disponibilité en eau est faible, l’acide abscissique se lie aux récepteurs présents dans les cellules de garde. L'eau s'écoule alors hors des cellules de garde, ce qui réduit la turgescence des cellules de garde et provoque la fermeture des stomates. Cela signifie que moins d’eau est perdue à travers les stomates et que la plante peut en conserver davantage.

Résumons les points essentiels que nous avons appris dans cette vidéo. Les plantes ont besoin d’hormones pour réguler leurs fonctions corporelles souvent en réponse à des stimuli. Les auxines telles que l’AIA sont impliquées dans l’élongation cellulaire et le maintien de la dominance apicale. Le rôle des auxines a été étudié à l’origine par des scientifiques tels que Boysen-Jensen et Went. Les gibbérellines jouent un rôle important dans la germination des graines et l’élongation des cellules plus tard dans la vie de la plante. Et l’acide abscissique est impliqué dans la fermeture des stomates pour conserver l’eau.