Cours : La vie fixée des plantes : se nourrir et se protéger

Se nourrir et respirer grâce à des surfaces d’échanges

L’organisation d’une plante peut être grossièrement divisée en deux parties distinctes :

• une partie aérienne composée de la tige et des feuilles ;
• une partie souterraine composée de racines.

À retenir

L’ensemble de ces structures est appelé appareil végétatif. Il permet à la plante d’effectuer simultanément des échanges avec deux milieux : l’atmosphère et le sol. Ces échanges vont permettre à la plante d’assurer ses fonctions vitales, notamment la photosynthèse.

Les végétaux chlorophylliens sont autotrophes, c’est-à-dire qu’ils sont capables de fabriquer leur matière organique à partir de lumière, et de substances minérales comme le $CO_2$, l’$H_20$ et les sels minéraux.

La plante va pouvoir puiser ces éléments dans l’atmosphère et le sol ; les éléments gazeux dans l’atmosphère au niveau de ses feuilles, et les éléments liquides dans le sol au niveau de ses racines.

Ces éléments étant extrêmement dilués dans les deux milieux, la plante a dû mettre en place de grandes surfaces d’échange.

Surface d’échange plante / atmosphère

Les feuilles servent d’interface entre la plante et l’atmosphère. Leur forme allongée et fine en fait une surface d’échange idéale. Elles absorbent le $CO_2$, captent l’énergie lumineuse, et rejettent de la vapeur d’eau. Pour que cet échange soit optimal, la feuille présente des structures et une organisation particulière.

• Le limbe est la partie principale de la feuille, c’est la partie large et aplatie.
• Le pétiole est la partie qui relie les feuilles à la tige.
• Les nervures, prolongement du pétiole, sont des vaisseaux conducteurs de sève contenant des éléments comme l’eau et les sels minéraux.

Ce schéma montre la partie supérieure de la feuille et sa structure.

La partie supérieure de la feuille comprend la cuticule, et les cellules chlorophylliennes, et la partie inférieure de la feuille comprenant des petites ouvertures, les stomates, et un espace lacuneux.

L’énergie lumineuse nécessaire à la photosynthèse est captée par les chloroplastes contenus dans les cellules chlorophylliennes représentées ici en vert.

• Ces cellules sont placées stratégiquement dans la partie supérieure de la feuille.

Les feuilles sont recouvertes d’une sorte de cire imperméable, la cuticule, qui permet d’éviter une perte trop importante d’eau qui provoquerait une déshydratation de la plante.

Les échanges gazeux se font donc dans la partie inférieure de la feuille pour minimiser l’évaporation.

À retenir

La partie inférieure de la feuille est composée d’un très grand nombre de stomates, petits orifices qui permettent l’absorption du $CO_2$ et le rejet de la vapeur d’eau.

Ces petites ouvertures sont constituées de deux cellules stomatiques appelées cellules de garde dont le degré d’ouverture et de fermeture permet de contrôler les échanges en fonction de la température ou de l’humidité par exemple.

• Le $CO_2$ va ensuite être facilement transféré aux cellules chlorophylliennes grâce au tissu lacuneux qui les sépare.

Au niveau des cellules chlorophylliennes, dans les chloroplastes, et en utilisant la lumière comme source d’énergie, la plante va alors pouvoir synthétiser de la matière organique à partir des sels minéraux et de l’eau puisés dans le sol et du $CO_2$ absorbé.

La formule de la photosynthèse :

Cette matière organique produite (glucides) constitue la sève élaborée. Elle sera ensuite envoyée dans les cellules non chlorophylliennes comme les racines, aux cellules des organes de stockage, et aux cellules des parties reproductrices de la plante.

Surface d’échange plante / sol

Les racines permettent un ancrage de la plante dans le sol et servent d’interface entre la plante et le sol. Le sol est composé de 3 phases : une phase solide, une phase liquide et une phase gazeuse. C’est dans la phase liquide que les racines peuvent puiser les sels minéraux et l’eau qui sont indispensables à la photosynthèse.

Pour une absorption plus efficace, l’extrémité des racines est composée de nombreux poils absorbants formant ce que l’on appelle la zone pilifère qui permet d’augmenter considérablement la surface d’échange.

• Les éléments absorbés par les racines forment ce que l’on appelle la sève brute, c’est-à-dire une solution diluée d’eau et de sels minéraux.

Ils seront ensuite transportés par des vaisseaux jusqu’aux cellules chlorophylliennes des feuilles pour la photosynthèse.

Circulation de matière dans la plante

La plante fait donc des échanges avec l’atmosphère et le sol pour obtenir des éléments nécessaire à la photosynthèse.

Mais pour que la photosynthèse soit possible, les sels minéraux et l’eau absorbés par les racines doivent être transportés vers les feuilles. De la même manière, les glucides obtenus doivent être transportés vers les organes de la plante. Il faut donc un système de circulation de matière reliant la partie aérienne et la partie souterraine de la plante.

Il existe un système de vaisseaux conducteurs de sève au sein de la plante permettant un flux descendant pour la sève élaborée, et un flux ascendant pour la sève brute. Ces faisceaux contiennent deux types de vaisseaux indépendants pour chaque sève, le phloème et le xylème.

Définition

Xylème :

Le xylème est un tissu conducteur composé de cellules mortes permettant de transporter la sève brute constituée d’eau et de sels minéraux jusqu’aux feuilles.

Ce mouvement ascendant est réalisé par l’aspiration de l’eau par les feuilles. L’eau s’évapore rapidement au niveau des stomates des feuilles donc l’aspiration par les feuilles empêche une déshydratation de la plante.

• Ces vaisseaux de circulation de sève sont visibles en plongeant la tige d’une fleur blanche dans de l’eau colorée avec une cartouche d’encre par exemple.

Définition

Phloème :

Le phloème est un ensemble de vaisseaux composé de cellules vivantes permettant de transporter la sève élaborée contenant les glucides issus de la photosynthèse des feuilles au reste de la plante.

À retenir

Il existe deux circulations simultanées de sève, un mouvement ascendant de la sève brute dans le xylème et un mouvement descendant de la sève élaborée dans le phloème.

Se protéger contre les agressions du milieu

Les plantes ont dû trouver des adaptations pour se nourrir et respirer. Mais elles doivent également trouver des mécanismes de défense pour se protéger des agressions issues de leur environnement proche.

Ces agressions peuvent prendre plusieurs formes comme des prédateurs, des conditions du milieu hostiles, ou encore une disponibilité des ressources réduite dans l’environnement proche.

Se protéger des prédateurs

Les plantes étant fixes, elles ne peuvent pas fuir les prédateurs, elles rivalisent donc d’ingéniosité pour se protéger.

Certaines plantes présentent des structures morphologiques particulières comme des épines qui dissuadent les agresseurs.

D’autres plantes mettent en place des substances chimiques pouvant être toxiques ou mortelles pour éloigner les animaux.

Exemple

C’est le cas de l’acacia en Australie qui, pour se protéger des antilopes, sécrète une molécule dans ses feuilles, le tanin, lorsqu’elle se sent agressée. La concentration en tanin peut être toxique voire mortelle pour l’animal. En plus du tanin, l’acacia libère également une molécule volatile qui va passer le message aux autres individus de l’espèce.

Les plantes n’ont pas forcement d’adaptations morphologiques pour faire face à leurs prédateurs. Il peut y avoir un mutualisme entre certaines espèces, c’est-à-dire une sorte de coopération ; chaque espèce peut être bénéfique à l’autre.

Exemple

C’est le cas par exemple de certaines plantes avec des fourmis. La plante sert de refuge à l’animal et lui offre une source d’alimentation grâce au nectar qu’elle fabrique. En échange, les fourmis débarrassent la plante de ses prédateurs herbivores.

Se protéger des variations de conditions du milieu

Les conditions du milieu peuvent également être hostiles pour la plante. Elles peuvent varier en fonction des saisons mais peuvent également être extrêmes de manière permanente.

Exemple

La plante peut par exemple avoir besoin de se protéger face à une température trop forte ou au contraire face au gel.
En hiver, les plantes ont développé des adaptations pour se protéger du froid. C’est le cas des bourgeons, une adaptation des arbres qui permet de protéger les futures feuilles. Un bourgeon est composé d’écailles protectrices imperméables à l’extérieur et la jeune feuille est protégée par une sorte de duvet qu’on appelle la bourre à l’intérieur du bourgeon.

De la même manière, on a également vu tout à l’heure que les stomates permettaient à la plante de réguler l’humidité en fonction de la température extérieure.

Certains milieux extrêmes nécessitent également des adaptations particulières comme le cactus par exemple qui possède des tissus de réserves d’eau.

Faire face à la disponibilité des ressources

Pour faire face à la disponibilité des ressources, certaines plantes ont mis au point des adaptations dans leur structure. Des racines plus longues, plus proches de la surface, ou encore plus nombreuses permettent à certaines plantes de faire face à un milieu aride. De la même manière, des milieux ayant une carence en éléments nutritifs dans le sol sont peu colonisés. Certaines espèces comme les plantes carnivores ont su s’adapter à ces conditions.

Bien que autotrophes, elles sont également capables de capturer des proies et donc de devenir partiellement hétérotrophes en fonction de la disponibilité des ressources.

• Elles vont alors, par un phénomène de digestion, assimiler les éléments nutritifs dont elle a besoin pour compléter la faible quantité obtenue par assimilation des ressources du sol par les racines.
• Pour pouvoir capturer leurs proies, les plantes carnivores possèdent des adaptations de structure comme des pièges à mâchoires ou encore des pièges à glu.