cours de physiologie vegetale

     Les fonctions des racines

des notions sur la physiologie végétale

Les racines sont des organes de l’appareil végétatif et sont dans la continuité de la tige.

Généralement souterraines, elles sont difficiles à étudier mais assurent différentes fonctions indispensables à la vie de la plante.

I. L’APPAREIL RACINAIRE PERMET L’ANCRAGE DE LA PLANTE DANS SON MILIEU DE VIE

a) L’ancrage précoce lors de la germination

Lors de la germination, la croissance radiculaire met en place très rapidement une racine séminale qui ancre la graine au sol et qui peut être relayée par des racines adventives et des ramifications.

C’est le gravitropisme positif de cette jeune racine qui lui confère ce comportement :

– observation du tropisme et de l’enfouissement de la racine qui émerge de la graine de haricot lors de la germination.

b) Les différents systèmes d’ancrage

Les racines s’agencent selon plusieurs systèmes (pivotant, fasciculé, mixte).

Des racines particulières renforcent l’ancrage (racines adventives des Poacées, contreforts de Fromager, échasses de Rhizophora, adhésives du Philodendron, etc.).

Certaines racines ont des propriétés contractiles favorables à l’enfouissement dans le sol (Luzerne).

Le gravitropisme positif est plus ou moins marqué selon les systèmes considérés :

– observation des systèmes racinaires d’herbacées comme une Poacée (Blé), une Dicotylédone (Luzerne).

II. LA RACINE ASSURE L’ABSORPTION MINÉRALE DE LA PLANTE

a) Absorption mettant en jeu uniquement la racine

Les racines absorbent la solution du sol par les poils absorbants situés au niveau de la zone pilifère des radicelles. Le rhizoderme présente des adaptations cytologiques (surface d’échanges) et physiologiques (effet rhizosphère) qui optimisent le prélèvement de

l’eau et des ions.

Les gradients de potentiel hydrique et ionique permettent une absorption radiale de la solution du sol pour constituer la sève brute :

– observation de la zone pilifère à la loupe et réalisation du montage pour une observation au microscope de poils absorbants ;

– observation de la CT de la racine montrant son organisation concentrique et la relation structure fonction de cet organe.

Adaptation des systèmes racinaires extensifs (extension verticale, latérale et mixte) favorisant le drainage du sol.

Cadre et objectif. La leçon pourra être illustrée par des observations à différentes échelles ; macroscopique et microscopique. Les adaptations extrêmes ne seront pas détaillées ici.

Illustrations. Cf. déroulement de l’exposé.

Le remaniement du système racinaire permet de prospecter de nouveaux volumes

édaphiques.

b) Absorption lors d’associations avec des micro-organismes

Lors d’associations avec des champignons, mycorhizes, le prélèvement hydrominéral est plus élevé.

De même, l’association de certains groupes ou espèces avec des bactéries permet la fixation de l’azote atmosphérique du sol :

– observation de CT de racines mycorhizées (endo- et ectomycorhize) et de CT de nodosités racinaires de Fabacées.

III. MAINTIEN DE L’ESPÈCE ET COLONISATION DU MILIEU

a) Les racines assurent la conservation de l’individu au cours des saisons Les racines accumulent des réserves et passent la saison froide en vie ralentie dans le sol (tubercules racinaires de Dahlia, de carotte, manioc, etc.).

Ces organes sont capables de mettre en place une nouvelle partie aérienne à partir de bourgeons et de maintenir l’individu d’une année sur l’autre :

– observation des tubercules racinaires de Carotte (bisannuelle) et de Dahlia (vivace) et de

la CT de ces racines montrant les réserves.

b) Les racines participent à la colonisation de l’espace

Le fractionnement de l’appareil racinaire peut engendrer de nouveaux individus qui constituent un clone (Dalhia, Ficaire, Framboisier, etc.) :

– observation de drageons de Framboisier.

IV. CONCLUSION

La racine est un organe hétérotrophe. Son fonctionnement ne peut se faire que par une coopération

avec les autres organes de l’appareil végétatif, notamment avec les feuilles chlorophylliennes.

    Les principales adaptations des Angiospermes        au milieu aérien

Les plantes aériennes sont soumises aux contraintes spécifiques du milieu aérien. Leur réussite dans cet environnement déshydratant, non porteur, changeant et pauvre en éléments nutritifs, s’explique par la mise en place de réponses adaptatives.

I. ADAPTATIONS PERMETTANT DE VIVRE DANS UN MILIEU DÉSHYDRATANT

a) Protection des surfaces aériennes

Mise en place de revêtements de protection au niveau des organes transpirant comme les feuilles et les tiges : épiderme cutinisé, suber, etc.

Comportements protecteurs des organes aériens, nasties.

Contrôle stomatique et l’hormone du stress hydrique (ABA).

b) Fécondation indépendante de l’environnement aqueux

Mise en place de la siphonogamie chez les groupes adaptés au milieu aérien.

Grains de pollen résistants aux conditions aériennes et protection du gamétophyte femelle dans le sporophyte.

II. ADAPTATIONS PERMETTANT DE VIVRE DANS UN MILIEU NON PORTEUR

a) Mise en place de tissus de soutien

Tissus de soutien primaires collenchymateux et sclérenchymateux des organes en structure

primaire.

Tissus de soutien secondaires xylémiens hétéroxylés (fibres du bois).

b) Les adaptations favorisant la dispersion

Organisation des pollens, propice à la dispersion par le vent ou les animaux.

Particularités anatomiques des graines et des fruits, favorables à la dissémination.

L’accumulation de l’auxine sur la face inférieure de la racine gravistimulée, inhibe l’auxèse,

alors que les cellules de la face opposée sont stimulées par une plus faible concentration.

III. ADAPTATIONS PERMETTANT LE PRÉLÈVEMENT EN MILIEU PAUVRE

a) La mise en place d’appareils de collecte étalés

Extension du système de prélèvement dans le sol (diversité des systèmes racinaire et ramification).

c Organisation de l’appareil foliaire et efficacité des prélèvements en gaz (CO2, O2).

b) La mise en place d’associations favorables aux prélèvements

Associations mycorhiziennes et augmentation de l’efficacité de prélèvement des éléments

hydrominéraux.

Associations avec des bactéries et formation de nodosités fixatrices d’azote.

Cadre et objectif. Cette leçon est très large et notre approche mettra en évidence les principales adaptations en fonction des contraintes majeures.

IV. ADAPTATIONS AU CHANGEMENT DES CONDITIONS CLIMATIQUES

a) Les organes résistants aux mauvaises saisons

Organes végétatifs (rhizomes, bulbes, tubercules, etc.) et reproducteurs (graines, fruits).

Structures protectrices de ces organes (organes souterrains, téguments, etc.).

b) Les propriétés physiologiques protectrices

Diminution de l’intensité de l’activité biologique en attendant des conditions meilleures (quiescence, dormance).

Abscission foliaire et mise en place de bourgeons pour la reprise végétative et reproductrice.

V. CONCLUSION

Ces adaptations sont de divers ordres (morpho-anatomique, physiologique, etc.). De nombreuses réponses se retrouvent chez les animaux aériens soumis aux mêmes contraintes.

    Les besoins alimentaires de l’Homme et leur couverture

Les Angiospermes sont fixés et prélèvent dans le sol les éléments hydro-minéraux dont elles ont besoin. Cette nutrition met en jeu l’appareil racinaire qui collecte activement l’eau et les ions pour constituer la sève brute dans le système circulatoire de la plante.

I. SOLUTION DU SOL BIODISPONIBLE POUR LA PLANTE

a) Importance de la solution du sol

Extraction de la solution du sol et son importance quantitative.

Composition ionique de la solution du sol et ses variations.

La solution du sol est localisée dans la microporosité.

b) Force de rétention du sol et force de prélèvement de la plante

Les particules édaphiques retiennent la solution du sol par les forces matricielle et osmotique. Cette rétention est fonction des caractéristiques du sol.

Le prélèvement de cette solution suppose que la plante exerce une force de succion supérieure à la force de rétention. Elle est fonction de la plante et du milieu de vie.

Le point de flétrissement donne une idée de la force maximale de succion de la plante.

II. STRUCTURES DE PRÉLÈVEMENT DE LA SOLUTION DU SOL

a) Prélèvement par les poils absorbants des portions racinaires jeunes

La zone pilifère est permanente sur les parties jeunes de la racine.

Le poil absorbant présente les caractéristiques d’une bonne surface d’échange (loi de Fick).

L’effet rhizosphère favorise la mobilisation des ions du sol.

b) Prélèvement lors d’associations mycorhiziennes

Diversité des types d’associations mycorhiziennes.

Caractéristiques cytologiques et modalités de l’interaction cellulaire plante-mycélium.

L’association mycorhizienne qui concerne 90 % des plantes vasculaires est une association à bénéfices réciproques ; une symbiose.

Le réseau mycélien permet de drainer un volume important de sol et de prélever activement la solution du sol.

Cadre et objectifs. Ce sujet ne porte que sur une partie active de l’appareil végétatif et sur les processus spécifiques qui s’y déroulent.

III. FORMATION DE LA SÈVE BRUTE

a) La circulation radiale de l’eau se fait grâce au gradient de Yh

Organisation anatomique d’une CT d’une racine avec ses poil absorbants et d’une CT d’une racine colonisée par des hyphes.

Le gradient globalement décroissant du Yh entre le sol et le cylindre central permet lenmouvement radial de l’eau.

Circulation apoplasmique et symplasmique de l’eau.

La transpiration foliaire et le chargement ionique du xylème permettent de maintenir le mouvement.

b) Le transport radial des ions

Mise en évidence d’un phénomène actif qui consomme de l’énergie.

Importance du transport apoplasmique et symplasmique des ions.

Modalités actives de la traversée de la membrane plasmique et le tri membranaire.

La barrière endodermique impose le passage par la voie symplasmique.

Chargement actif du xylème par des mécanismes de transport actif.

c) La solution de sève brute a une composition différente de la solution du sol

Étude comparée de la composition de la sève brute et de la solution du sol.

La composition de la sève brute varie en fonction des besoins de la plante et est ajustée par des signaux de demande nutritionnelle.

La sève brute peut être enrichie en molécules organiques.

IV. CONCLUSION

La sève brute formée est transportée par les vaisseaux du xylème aux différents tissus actifs, notamment vers les organes transpirants. Les feuilles ainsi alimentées perdent l’eau lors de la transpiration. La plante est donc traversée par un flux hydrique.
ce cours et un extrait de : SCIENCES DE LA VIE POUR LE CAPES ET L’AGRÉGATION pour Daniel Richard Patrick Chevalet Nathalie Giraud Fabienne Pradere Thierry Soubaya

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