Transport chez les plantes

Les plantes déplacent des substances via deux tissus de transport tissus 组织 :

• le xylème 木质部 transporte l'eau et les ions minéraux 矿物离子 dissous depuis les racines vers le haut.
• le phloème 韧皮部 transporte les aliments dissous (appelés assimilats 同化物, principalement des sucres) là où ils sont nécessaires.

Dans une coupe transversale 横切面 (une coupe droite) d'une plante dicotylédone 双子叶植物 :

• dans la tige, le xylème et le phloème sont groupés ensemble en faisceaux près de l'extérieur, avec le xylème à l'intérieur de chaque faisceau.
• dans la racine, le xylème est au centre, souvent sous forme d'étoile, avec le phloème entre les bras.
• dans la feuille, les deux sont trouvés dans les nervures.

Lorsque vous dessinez un diagramme plan, vous ne dessinez que les contours des tissus, pas les cellules individuelles.

Vaisseaux du xylème

Les tubes de transport d'eau du xylème sont appelés vaisseaux 导管. Ils sont constitués de cellules mortes et vides assemblées bout à bout, dont les parois terminales ont disparu, formant ainsi un long tuyau ouvert. Leurs parois sont épaissies et imperméabilisées avec de la lignine 木质素. La structure convient donc parfaitement à sa fonction : le tuyau creux et ouvert sans contenu permet un flux d'eau rapide, et la lignine confère résistance et soutien.

Tubes cribles du phloème et cellules compagnes

Les tubes de transport de nourriture du phloème sont appelés tubes criblés 筛管. Ce sont des cellules vivantes assemblées bout à bout, mais leurs parois terminales n'ont pas disparu — elles deviennent des plaques criblées 筛板 avec de nombreux trous par lesquels la sève circule. Pour laisser de la place au flux, une cellule de tube criblé perd la plupart de son contenu et n'a pas de noyau.

À côté de chaque tube criblé se trouve une cellule compagne 伴胞. Elle conserve son noyau 细胞核 et possède de nombreuses mitochondries 线粒体. Elle effectue le travail vital pour le tube criblé et charge les sucres dans celui-ci.

Voici ce qu'un faisceau vasculaire 维管束 réel ressemble au microscope, dans une coupe colorée d'une tige de tournesol jeune :

L'eau pénètre dans une cellule pileuse racinaire 根毛细胞 par osmose 渗透, car la potence hydrique de la pileuse est inférieure à celle de l'eau du sol. L'eau traverse ensuite la racine vers le xylème par deux voies différentes :

• la voie apoplastique 质外体途径 — l'eau circule à travers les parois cellulaires 细胞壁 (composées de cellulose 纤维素) et les espaces intercellulaires, sans pénétrer dans le cytoplasme. C'est rapide.
• la voie symplastique 共质体途径 — l'eau circule à travers le cytoplasme des cellules, passant d'une cellule à l'autre via les plasmodesmes 胞间连丝.

Au niveau d'un anneau de cellules appelé l'endoderme 内皮层, la voie apoplastique est bloquée par la bande de Caspari 凯氏带, une bande imperméable constituée de subérine 木栓质. Cela force toute l'eau à traverser les membranes cellulaires, permettant ainsi à la plante de contrôler ce qui entre dans le xylème.

La transpiration 蒸腾作用 est la perte de vapeur d'eau chez une plante. L'eau s'évapore (passe à l'état gazeux) depuis les surfaces humides des cellules situées à l'intérieur de la feuille — c'est l'évaporation 蒸发. La vapeur d'eau 水蒸气 diffuse ensuite vers l'extérieur à travers les stomates 气孔 dans l'atmosphère 大气.

Cette perte en haut tire l'eau vers le haut dans le xylème sous forme de colonne continue. Ce mécanisme fonctionne grâce aux liaisons hydrogène entre les molécules d'eau :

• les molécules d'eau s'attirent mutuellement par des liaisons hydrogène 氢键, ce qui les fait adhérer ensemble. Cette adhésion est la cohésion 内聚力, et elle permet à la colonne entière d'être tirée vers le haut sous tension 张力 (le principe cohésion-tension).
• les molécules d'eau adhèrent également à la cellulose des parois cellulaires. C'est l'adhésion 附着力, ce qui aide à maintenir la colonne en place.

Exemple résolu. Une cellule végétale ayant une potence hydrique de $-800\ \text{kPa}$ est placée dans une solution de potence hydrique $-400\ \text{kPa}$. Dans quel sens l'eau se déplace-t-elle et que se passe-t-il pour la cellule ? L'eau se déplace toujours vers le bas (en direction des valeurs plus négatives) le long d'un gradient de potence hydrique - de la valeur moins négative (plus élevée) vers la valeur plus négative (plus basse). La solution à $-400$ est plus élevée que la cellule à $-800$, donc l'eau entre dans la cellule. La cellule gonfle, le protoplaste presse contre la paroi cellulaire, le potentiel de pression augmente et la cellule devient turgide. Deux pièges : $-400$ est supérieur à $-800$, ce qui est l'erreur de signe qui inverse la moitié des réponses ; et l'eau pure correspond au maximum à 0, donc chaque solution est négative et une potence hydrique ne peut jamais dépasser zéro.

Un xérophyte 旱生植物 est une plante adaptée 适应 à vivre là où l'eau est rare. Ses feuilles réduisent la perte d'eau par transpiration de plusieurs manières : une cuticule cireuse épaisse, des stomates enfoncés dans des fossettes, des poils piégeant l'air humide, et des feuilles capables de se rouler. Vous devriez être capable de dessiner une coupe de feuille étiquetée montrant ces caractéristiques.

Les assimilats tels que le sucrose 蔗糖 et les acides aminés 氨基酸 sont transportés dans le phloème depuis une source 源 vers un puits 库.

• une source est l'endroit où l'assimilat est produit ou libéré (par exemple une feuille effectuant la photosynthèse).
• non puits est l'endroit où il est utilisé ou stocké (par exemple une racine en croissance).

Chargement à la source

Les cellules accompagnatrices chargent le sucrose dans les tubes sieve contre son gradient de concentration. Elles utilisent des pompes à protons 质子泵 pour pomper les ions hydrogène hors de la cellule, puis des protéines cotransportantes 协同运输蛋白 ramènent le sucrose avec ces ions. Il s'agit d'une forme de transport actif 主动运输.

Le chargement du sucrose abaisse la potence hydrique 水势 à l'intérieur du tube sieve, de sorte que l'eau suit par osmose. Cela élève la pression hydrostatique 静水压 à cet endroit.

Courant de masse

Au niveau du puits, le sucrose est retiré, la potence hydrique augmente, l'eau sort et la pression diminue. Le résultat est une différence de pression entre la source (haute) et le puits (basse). La sève coule des hautes pressions vers les basses pressions le long de ce gradient. Ce flux commandé par la pression est appelé courant de masse 集流.

• Indiquez le tissu pour chaque direction : le xylème transporte l'eau vers le haut (mort, lignifié), le phloème transporte les assimilats dans les deux sens (tubes sieve vivants + cellules accompagnatrices).
• Expliquez le mouvement de l'eau par cohésion-tension : la transpiration tire une colonne d'eau continue maintenue par la cohésion (liaisons H) et l'adhésion.
• Énumérez les facteurs affectant le taux de transpiration (lumière, température, humidité, mouvement de l'air) et comment un potomètre mesure l'absorption.
• Pour les xérophytes, reliez chaque adaptation (cuticule épaisse, stomates enfoncés, feuilles roulées, poils) à la réduction de la perte d'eau.