Réponses des plantes

Les réactions des plantes aux stimuli

Contrairement aux animaux, les plantes ne peuvent pas simplement se déraciner et se déplacer vers un autre endroit lorsqu'elles réagissent à des stimuli environnementaux. Au lieu de cela, les plantes ont des hormones (messagers chimiques) et d'autres mécanismes sophistiqués qui détectent des stimuli tels que la lumière, la gravité et l'eau et envoient des signaux pour déclencher des changements physiologiques en réponse à ces stimuli.

Réactions des plantes à la lumière

La capacité à détecter la lumière dans l'environnement est essentielle pour la compétitivité et la survie d'une plante.

Les plantes ont des photorécepteurs qui peuvent détecter et répondre à au moins trois longueurs d'onde de la lumière:

1. Lumière bleue

2. la lumièrerouge

3. Lumière rouge lointaine

Les photorécepteurs sont constitués de chromoprotéines . Une chromoprotéine est constituée d'une protéine attachée à un pigment absorbant la lumière par une liaison covalente.

Réponse des plantes à la lumière bleue : le phototropisme

Certaines plantes réagissent aux changements environnementaux en développant leurs tiges, leurs racines ou leurs feuilles en direction ou à l'opposé du stimulus ; ces réactions sont appelées tropismes.

Les plantes ont tendance à pousser vers une source de lumière parce qu'elles ont besoin d'énergie lumineuse pour produire des sucres.

Les chromoprotéines responsables de la régulation du phototropisme sont appelées phototropines. Outre le phototropisme, les phototropines régulent également d'autres réactions des plantes, notamment l'ouverture et la fermeture des feuilles, le mouvement des chloroplastes à l'intérieur des cellules et l'ouverture des stomates pour l'échange de gaz pendant la photosynthèse.

Les processus par lesquels les phototropines amènent les plantes à se pencher vers une source de lumière sont résumés comme suit :

• Les phototropines appelées phot1 et phot2 dans le méristème apical détectent la lumière bleue et déclenchent l'accumulation d'une hormone végétale appelée auxine (également connue sous le nom d'acide indole acétique) sur le côté ombragé de la plante.

• L'auxine stimule l'élongation cellulaire en pompant les protons des cellules vers l'espace situé entre la membrane plasmique et la paroi cellulaire, ce qui provoque l'expansion des cellules.

• Comme l'expansion cellulaire n'a lieu que du côté ombragé de la tige, la plante se penche vers la source de lumière.

La figure 1 ci-dessous montre comment l'auxine régule la réponse de la plante à la lumière.

Réponse des plantes à la lumière rouge / à la lumière rouge lointaine : élongation de la tige, germination, photopériodisme.

Alors que la lumière bleue favorise la flexion, la lumière rouge favorise l'élongation des tiges. La lumière rouge - par opposition à la lumière rouge lointaine - favorise l'allongement des tiges parce que pour une plante, la lumière rouge est synonyme de plein soleil, tandis que la lumière rouge lointaine signifie qu'une autre plante lui fait de l'ombre. Cela s'explique par le fait que le plein soleil non filtré contient beaucoup plus de lumière rouge que de lumière rouge lointaine.

La chlorophylle absorbe plus fortement dans la partie rouge du spectre visible que dans la région rouge lointaine, de sorte que la capacité d'une plante à distinguer la lumière rouge de la lumière rouge lointaine lui permet de pousser en s'éloignant des zones ombragées vers la lumière.

Les chromoprotéines qui détectent la lumière rouge et la lumière rouge lointaine sont appelées phytochromes. Les phytochromes ont deux formes :

1. Pr (phytochrome rouge) qui est capable d'absorber la lumière rouge, et.
2. Pfr (phytochrome rouge lointain) qui est capable d'absorber la lumière rouge lointaine.

Lorsque Pr absorbe la lumière rouge, il se transforme en Pfr, et lorsque Pfr absorbe la lumière rouge lointaine, il se retransforme rapidement en Pr. L'absorption de la lumière rouge ou rouge lointain modifie la structure du chromophore, ce qui affecte la conformation et l'activité de la protéine phytochrome à laquelle il est attaché.

En bref, l'activité du phytochrome est initiée par la lumière rouge et inhibée par la lumière rouge lointaine. Les deux formes de phytochrome - collectivement appelées système phytochrome - agissentcomme un interrupteur biologique.

Le phytochrome favorise la croissance de la plante vers la lumière rouge par l'intermédiaire de la cytokinine (une hormone qui favorise la division cellulaire) et de la gibbérelline (une hormone qui stimule l'élongation des tiges). La cytokinine est déclenchée par la forme Pfr du phytochrome, favorisant la division cellulaire dans les méristèmes apicaux exposés à la lumière rouge.

Chez de nombreuses espèces de plantes, le système phytochrome contrôle également la germination des graines.

Les graines peuvent devenir dormantes après la fécondation afin de germer à un moment et à un endroit où la plantule a de meilleures chances de survie.

Pour certaines espèces de plantes, l'exposition à la lumière rouge indique que la graine se trouve dans un endroit approprié pour accéder à la lumière du soleil après la germination. Certaines graines peuvent ne pas germer dans l'obscurité, où le phytochrome se trouve dans le Pr. La conversion du Pr en Pfr favorise la transcription de l'amylase (une enzyme qui transforme les réserves d'amidon de la graine en sucres simples), initiant ainsi la germination de la graine.

Il est important de noter que toutes les espèces de plantes n' ont pas besoin de lumière pour germer. Certaines graines germent grâce à un processus indépendant de la lumière qui est régulé par une hormone végétale appelée gibbérelline.

Réponse de la plante à la gravité

Les pousses sortent généralement de terre, tandis que les racines poussent dans le sol, qu'elles soient exposées à la lumière ou dans l'obscurité totale. Si on lui laisse suffisamment de temps, une plante couchée sur le côté dans l'obscurité finira par développer des pousses vers le haut. Ce phénomène est dû au gravitropisme.

Legravitropisme est la tendance des racines à pousser vers le bas dans le sol et la tendance des branches à pousser vers le haut en direction du soleil en raison de la force de gravité. Le gravitropisme peut être négatif ou positif :

• Legravitropisme négatif fait référence à la croissance vers le haut de la pointe apicale de la pousse.

• Le gravitropismepositif correspond à la croissance des racines vers le bas.

Le gravitropisme est régulé par les auxines et les amyloplastes. Comme nous l'avons déjà mentionné, les auxines sont des hormones végétales qui favorisent l'élongation des cellules. Les amyloplastes, quant à eux, sont des organites cellulaires contenant de lourds granules d'amidon qui tombent au fond de la cellule en réponse à la gravité.

Lorsque les amyloplastes tombent au fond de la cellule, ils entrent en contact avec le réticulum endoplasmique (RE) qui libère des ions calcium. À leur tour, les ions calcium signalent aux cellules de transporter l'auxine vers le fond de la cellule.

Cela signifie que lorsque la plante est inclinée, les amyloplastes se déplacent, provoquant l'accumulation d'auxine dans ce que la plante perçoit comme étant le nouveau fond de la racine, c'est-à-dire dans le sens de la gravité. On trouve des amyloplastes dans les pousses et dans le chapeau de la racine.

L'auxine affecte différemment la croissance des racines et des pousses :

• Dans les racines, une forte concentration d'auxine supprime l'élongation des cellules, de sorte que les cellules se développent lentement sur le côté inférieur tandis que les cellules se développent normalement sur le côté supérieur, ce qui fait que la racine se plie vers la forte concentration d'auxine qui se trouve vers le bas.

• Dans les pousses, une concentration plus élevée d'auxine favorise l'élongation des cellules, ce qui fait que la pousse s'éloigne de la région où la concentration d'auxine est la plus élevée. Ainsi, le gravitropisme fait pousser les pousses vers le haut.

Réactions des plantes aux restrictions d'eau

La consommation d'eau fait que l'hormone gibbérelline signale la transcription du gène codant pour l'amylase, une enzyme qui transforme les réserves d'amidon de la graine en sucres simples, initiant ainsi la germination de la graine.

Lorsque la plante manque d'eau, la germination est inhibée par l'acide abscissique (également connu sous le nom d'ABA), une hormone qui supprime la fonction des gibbérellines. Ainsi, les gibbérellines et l'acide abscissique ont des fonctions contradictoires qui travaillent main dans la main pour réguler la germination en réponse à des stimuli comme l'eau.

De plus, en l'absence d'eau, l'acide abscissique provoque également la fermeture des stomates (pores des feuilles), ce qui empêche les échanges gazeux et inhibe la photosynthèse. Si les stomates d'une plante restent fermés trop longtemps, la plante commence à mourir dans des régions localisées (dans les feuilles et les tiges, par exemple). Ce processus est régulé par l'hormone éthylène, qui a la capacité d'induire la mort cellulaire localisée.

Autres réactions des plantes liées à la croissance

Il existe d'autres réponses aux stimuli qui affectent la croissance et le développement des plantes. Nous en aborderons ici deux : la dominance apicale et l'abscission des feuilles.

La dominance apicale

De nombreuses plantes poussent à un seul apex qui est dominant par rapport aux autres tiges. La dominance ap icale signifie que la croissance d'un seul apex dépasse celle des autres tiges. La dominance apicale est contrôlée par la présence d'auxine au niveau du méristème apical.

D'autres hormones régulatrices de la croissance, comme les cytokinines, ont besoin de l'auxine pour fonctionner. Les cytokinines augmentent la division cellulaire uniquement en présence d'auxine. Ensemble, l'auxine et les cytokinines favorisent la croissance des cellules. Comme l'auxine n'est présente que dans le bourgeon apical et non dans les bourgeons latéraux, la croissance de la plante n'a lieu que dans le bourgeon apical.

Abscission des feuilles

Certaines plantes perdent leurs feuilles en réponse aux changements saisonniers (en fonction des températures, de la lumière, de l'eau ou d'autres stimuli environnementaux). Ce processus est connu sous le nom d'abscission des feuilles et il est contrôlé par les interactions entre l'auxine et l'éthylène.

Pendant la saison de croissance, la feuille génère beaucoup d'auxines, ce qui inhibe l'activité de l'éthylène ; cependant, lorsque les saisons changent, la feuille produit moins d'auxine. La baisse du taux d'auxine permet à l'éthylène d'amorcer la sénescence (maturation) et, finalement, la mort cellulaire programmée au point d'attache de la feuille à la tige, ce qui permet à la feuille de tomber de manière régulée sans causer de dommages au reste de la plante.