L'approvisionnement des cellules chlorophyliennes
1 L'approvisionnement en eau et en sels minéraux au niveau des racines
Les racines sont munies de deux sortes de dispositifs augmentant leur surface d'absorption de l'eau et des substances dissoutes dans le sol, les poils absorbants et les mycorhizes. Le liquide absorbé est appelé sève brute :c'est en fait une solution d'ions minéraux très diluée, ces ions représentant une concentration comprise entre 0, 1 et 2g par litre.
1.1 Les poils absorbants
Les poils absorbants sont des prolongements filamenteux, de diamètre compris entre 12 et 15 microns et de longueur quelques millimètres, d'une cellule de la couche externe des jeunes racines du végétal. Leur paroi cellulaire étant très fine et perméable, l'eau et les substances contenues dans le sol peuvent pénétrer dans la vacuole.
Le nombre de poils absorbants peut être considérable (pour une plante, il peut atteindre plusieurs milliards) et donc ils augmentent la surface d'échange racinaire, grâce à cette zone appelée zone pilifère, de manière considérable. Pour un plant de seigle par exemple, la surface de contact avec le sol est de l'ordre de 400 m².
De plus le revêtement pilifère est constamment renouvelé au fur et à mesure que la racine s'allonge : les poils supérieurs disparaissent tandis eus de nouveaux poils apparaissent à l'extrémité de la racine.
Structure d'un poil absorbant
1.2 Les mycorhizes
Les mycorhizes sont des filaments de mycelium (appareil végétatif des champignons formé de filaments souterrains) pénétrant dans la partie superficielle de la racine d'une plante. Leur structure est donc une association entre des cellules de champignon et celles de la racine de la plante. On a ici à faire à une relation de symbiose (à bénéfices réciproques) entre le végétal et le champignon. Le réseau mycélien permet d'absorber eau et sels minéraux efficacement, et le végétal mycorhizé transmet des molécules organiques au champignon.
Expérimentalement, on constate que les arbres mycorhizés se développent beaucoup mieux, surtout lorsque le sol est pauvre en ions minéraux, et résistent mieux à la sècheresse. C'est que la surface d'absorption est vraiment agrandie par les filaments mycéliens : leur longueur totale peut atteindre jusqu'à 1, 5 m et de plus, ce réseau peut absorber eau et sels minéraux plusieurs centimètres au-delà de la racine mycorhizée.
Développement des filaments mycéliens
1.3 L'absorption d'eau et d'ions minéraux
L'absorption de la l'eau et des substances minérales du sol, que ce soit par le biais des poils absorbants ou des mycorhizes, se fait par les cellules qui sont en contact direct avec le sol, puis ces deux éléments pénètrent dans les tissus de la racine, circulant de cellule en cellule selon deux voies, l'une étant les vacuoles et les cytoplasmes des cellules, l'autre leurs parois cellulosiques. Ils arrivent enfin dans le cylindre central de la racine pour constituer par la suite la sève brute lorsqu'elles sont endiguées dans les vaisseaux du bois, aussi appelés xylème.
Coupe transversale d'une racine
2 Comment la sève brute circule-t-elle ?
2.1 Les vaisseaux du bois
La sève brute est transportée par les vaisseaux du bois vers chaque tissu de la plante, mais surtout vers le tissu chlorophyllien. Ces vaisseaux sont en fait des files de cellules allongées, qui ont vu leur structure se modifier afin de former un tube, à la paroi cellulosique renforcée par des épaississements internes de lignine produits par le cytoplasme, et par la disparition des cloisons séparant les cellules successives (ce sont en fait des cellules mortes). C'est donc un véritable système circulatoire, qui nécessite un " moteur ".
2.2 La transpiration foliaire, moteur de l'ascension de la sève brute
La transpiration foliaire est une émission de vapeur d'eau qui a lieu essentiellement par les stomates localisés surtout sur la face inférieure des feuilles, la moins éclairée. Par un mécanisme de " succion ", la sève est aspirée et circule dans les vaisseaux pour approvisionner les cellules en ions minéraux (l'eau étant surtout rejetée).
Le rejet de cette vapeur d'eau par un orifice présent dans chaque stomate, l'ostiole, n'est néanmoins qu'une partie des échanges gazeux qui se produisent au niveau des feuilles, et qui ont pour but d'approvisionner les cellules chlorophylliennes en divers éléments : dioxyde de carbone, vapeur d 'eau et les divers ions minéraux dont nous venons de parler, même si le seul dioxyde de carbone est prélevé directement au niveau des feuilles, quand l'eau et les ions proviennent de la racine.
2.3 La poussée racinaire
Lorsque la sève monte au printemps chez un végétal dépourvu de feuille, le mécanisme de la respiration foliaire ne peut être celui qui en est responsable. Il existe en fait un autre mécanisme, celui de la poussée racinaire : les racines exercent une poussée et refoulent ainsi la sève dans les vaisseaux du xylème.
Néanmoins, ce mécanisme n'est pas présent chez tous les végétaux (absence chez les conifères par exemple) et n'intervient pas lorsque la transpiration foliaire est en cours.
Les différentes étapes de la formation raciniaire
3 L'approvisionnement des cellules chlorophyliennes : les échanges gazeux
3.1 Une structure adaptée aux échanges à l'extérieur de la feuille
Les feuilles sont recouverte par une couche de cellules épidermiques, recouvertes extérieurement d'un cuticule qui imperméabilise la cellule. Cependant, ce revêtement épidermique est interrompu en divers endroits par des ouvertures, les stomates, ce qui permet de faire communiquer la chambre sous-stomatique, cavité située sous l'épiderme de la feuille, et l'air ambiant, rendant ainsi possible les échanges gazeux.
Organisation fonctionnelle d'une feuille
3.2 Une atmosphère interne à la feuille
Les chambres sous-stomatiques, prolongées d'espaces intercellulaires, constituent une zone d'échange, approvisionnée en air et avec une véritable atmosphère interne, avec les cellules chlorophylliennes de la feuille
- Rejet du dioxygène et absorption du dioxyde de carbone dans le cadre de l'activité photosynthétique.
- Rejet de vapeur d'eau pour assurer l'approvisionnement en ions et en eau des cellules chlorophylliennes, dans le cadre du mécanisme de transpiration foliaire décrit précédemment.
De plus, les échanges sont contrôlés par un mécanisme d'ouverture et de fermeture de l'ostiole réglé par les stomates, dont les deux cellules changent de forme pour fermer l'ostiole dans certains cas. Les stomates se ferment ainsi la nuit, mais aussi à cause d'une éventuelle sécheresse de l'air, une élévation de température… pour éviter le dessèchement du végétal.
3.3 Les mots-clés
- Cellules et tissus : Poils absorbants, zone pilifère, mycorhizes, mycelium. Vaisseaux du bois, xylème, lignine, parenchyme, stomate, ostiole, chambre sous-stomatique, cuticule.
- Molécules : Ions minéraux : phosphate, potassium, nitrate, ammonium. Glucose, amidon, sève brute.
- Mécanismes : Absorption racinaire, transpiration folliaire. Symbiose.
