Retour à Partie 3 : De la plante sauvage à la plante domestiquée

Chapitre 1 – L’organisation fonctionnelle des plantes

Les plantes terrestres sont constituées de différents organes (racines, tige, feuilles, fleurs, bourgeons, fruits) dont le fonctionnement et les interactions permettent le bon développement et la survie des plantes. Etant fixés au sol et vivant dans des environnements aux conditions variables (variations de la luminosité, de la température, des ressources en eau et sels minéraux …), les plantes présentent différentes adaptations leur permettant de supporter ces conditions et leurs modifications.

I. Les feuilles : de grandes surfaces aériennes adaptées aux échanges

Les feuilles sont les organes qui assurent la production de matière organique par la photosynthèse, réaction métabolique qui consomme des éléments minéraux, en particulier du CO2 (d’origine atmosphérique), de l’eau (prélevée dans le sol) et nécessite de la lumière.

L’absorption de la lumière et la photosynthèse sont réalisées par les cellules chlorophylliennes qui constituent un tissu spécialisé, le parenchyme chlorophyllien. Celui-ci est principalement développé sur la face supérieure de la feuille (il forme le parenchyme chlorophyllien palissadique) ce qui optimise l’exposition à la lumière et donc l’absorption de l’énergie indispensable à la photosynthèse.

Les échanges gazeux (CO2, O2, H20) se réalisent uniquement au niveau de structures spécialisées, appelées stomates qui sont constituées de deux cellules épidermiques qui limitent un orifice central, appelé pore ou ostiole. En dehors des stomates, l’épiderme des feuilles est recouvert d’une couche isolante, appelée cuticule, plus ou moins épaisse qui rend impossible tous les mouvements d’entrée et de sortie de gaz. La cuticule constitue donc une adaptation des plantes aériennes permettant de limiter leurs pertes en eau par évaporation qui ne peut se produire qu’au niveau des stomates.

Différentes adaptations caractérisent les feuilles de plantes vivant dans des environnements particuliers. Ainsi, en milieu très sec, les feuilles présentent des adaptations permettant de limiter les pertes en eau (surface réduite, cuticule épaisse, stomates peu nombreux, présence de poils, régulation de l’ouverture des stomates …). En milieu aquatique, les feuilles flottantes ne possèdent pas de cuticule.

II. Les racines : de grandes surfaces d’échanges avec le sol

Les racines sont les organes spécialisés dans l’absorption de l’eau et des ions, prélevés par la plante dans le sol. L’absorption est d’autant plus importante que la surface d’échange entre les racines et le sol est étendue. Cela est facilité par le développement important des racines, la présence de poils absorbants (qui sont des cellules épidermiques spécialisées portant un poil) et par différentes symbioses, en particulier les mycorhizes. Ce sont des associations symbiotiques réunissant un champignon et des racines. La présence d’une grande surface de filaments mycéliens (= filaments du champignon) qui entourent et pénètrent les racines permet d’augmenter la surface d’absorption de l’eau et des ions, ceux-ci étant ensuite transférés aux cellules racinaires de la plante.

III. Des tissus conducteurs canalisent les circulations de matière dans la plante

Les éléments minéraux prélevés par les racines sont en partie utilisés au cours de la photosynthèse qui se réalise dans les feuilles. Ces ions minéraux associés à l’eau constituent une solution très diluée appelée sève brute. Ce mélange circule depuis les racines jusqu’aux feuilles. Les substances organiques produites pendant la photosynthèse constituent la sève élaborée : elle circule entre les feuilles et le reste de la plante, où ces substances sont utilisées pour la croissance par exemple, ou pour être stockées dans les fruits, les racines, etc…..

La circulation des deux types de sève se réalise par l’intermédiaire de cellules spécialisées qui constituent les tissus conducteurs des plantes. Ces cellules conductrices ont une forme allongée et sont organisées en tubes appelés vaisseaux conducteurs, chaque vaisseau étant formé de plusieurs cellules.

On distingue deux types de tissus conducteurs selon les substances transportées :

– le xylème est responsable du transport de la sève brute. Il est constitué essentiellement de cellules mortes qui sont vides et possèdent des parois latérales renforcées par de la lignine.

– le phloème est le tissu conducteur spécialisé dans le transport de la sève élaborée. Ce tissu est constitué de cellules vivantes.

IV. Les mécanismes du développement d’une plante

Le développement d’une plante correspond aux étapes qui conduisent à la formation d’une plante portant différents organes spécialisés (racines, tiges, feuilles, fleurs …) à partir d’une graine.

A. Les mécanismes cellulaires du développement des plantes

la multiplication ou prolifération cellulaire qui conduit à l’augmentation du nombre de cellules. Cette étape se réalise dans les méristèmes qui sont des amas de petites cellules non spécialisées. Les méristèmes sont localisés dans les bourgeons des tiges (bourgeon apical : sommet et bourgeons axillaires, situés à la base des feuilles) et à proximité de la pointe des racines. Dans les méristèmes, les cellules subissent donc de très nombreuses mitoses.

Remarque : il existe également des méristèmes secondaires qui assurent la croissance en diamètre des tiges, racines, branches.

l’élongation cellulaire qui conduit à un allongement des cellules. Cette étape succède aux mitoses et assure l’élongation des cellules produites dans les méristèmes. L’élongation de très nombreuses cellules provoque l’élongation des organes.

– la différenciation cellulaire qui conduit à une spécialisation des cellules (ex : cellules conductrices, cellules chlorophylliennes, poils absorbants …). Cette différenciation cellulaire permet à son tour l’organogenèse c’est-à-dire la formation d’organes (tige, racines, feuilles, fleurs …).

B. Le développement des racines

Dans une racine, on peut distinguer 3 zones (réparties de la pointe vers le « haut » de la racine) : une zone de prolifération cellulaire (au niveau du méristème), puis une zone d’élongation cellulaire, puis une zone de différenciation cellulaire. La succession de ces 3 étapes aboutit à la croissance des racines.

C. Le développement des parties aériennes des plantes

Le développement d’une tige se réalise par la mise en place successive d’unités identiques et répétitives appelées phytomères. Ceux-ci sont constitués d’un fragment de tige, d’une ou plusieurs feuilles et d’un bourgeon axillaire. Chaque phytomère se forme dans le méristème de la tige puis s’agrandit, assurant ainsi la mise en place d’une nouvelle portion de tige accompagnée d’une ou plusieurs feuilles et éventuellement de ramifications formées à partir des bourgeons axillaires.

Ainsi, le fonctionnement du méristème des racines et des tiges aboutit à la croissance et à l’organogenèse, c’est-à-dire à la formation des différents organes de la plante : le fonctionnement du méristème racinaire permet uniquement la mise en place des racines, alors que le fonctionnement du méristème caulinaire (=méristème de la tige) conduit à la mise en place de différents organes : tiges, feuilles, fleurs.

D. Le contrôle du développement des plantes

Le développement des plantes est soumis à l’action de différentes hormones comme l’auxine (responsable de la croissance cellulaire). La répartition des hormones dans un végétal peut être soumise à l’effet de certains facteurs environnementaux. C’est le cas de la lumière qui contrôle la répartition de l’auxine dans la tige et contrôle ainsi le développement de cet organe (on parle de phototropisme).

D’autres facteurs, comme le vent, l’humidité, influencent également le développement des végétaux.

Bilan – L’organisation fonctionnelle de la plante (Bordas, 2020)