Stomates

Comment les stomates ont-ils évolué ?

Lesstomates constituent une étape importante dans l'évolution des plantes.

Les premières plantes terrestres évoluant à partir d'espèces aquatiques ont dû faire face au plus grand défi : comment ne pas se dessécher dans un environnement terrestre. Les plantes ont donc développé des cuticules cireuses qui permettaient de réduire la quantité d'eau pouvant être perdue sous forme de vapeur d'eau à travers la plante. Cependant,ces cuticules empêchaient également les gaz de se diffuser à travers les membranes des plantes pour la photosynthèse. Quelle est la solution ? Les stomates, bien sûr !

Les stomates ont permis aux plantes de contrôler les échanges gazeux entre leurs membranes et l'air, malgré les cuticules qui les empêchent de se dessécher. Comme la vapeur d'eau peut aussi passer à travers les stomates, ceux-ci ne sont pas toujours ouverts. Les stomates s'ouvrent et se ferment en fonction des indices environnementaux, ce qui permet d'éviter les pertes d'eau excessives.

Les stomates et la transpiration

Suite à l'ouverture directe des stomates, un processus appelé transpiration se produit. La transpiration est l'évaporation de l'eau à travers les stomates. La transpiration crée une différence de pression d'eau dans les plantes, ce qui contribue à faire remonter l'eau dans le tissu du xylème des plantes vasculaires.

La transpiration signifie également qu'une plante perd de l'eau. Environ 90 % de l'eau perdue par les plantes l'est par les stomates, qui ne représentent que 1 % de la surface d'une feuille!¹ Cela signifie que le contrôle du nombre de stomates, du moment où une plante ouvre et ferme ses stomates et de la densité des stomates sur les feuilles peut aider une plante à prévenir la perte d'eau.

Structure des stomates

Les stomates se trouvent dans l'épiderme des feuilles et parfois des tiges. Autour des pores stomatiques se trouvent des cellules épidermiques modifiées appelées cellules de garde.

Les cellules de garde ont des parois cellulaires qui ne sont pas uniformes mais qui peuvent se dilater lorsque l'eau y pénètre. Elles possèdent des microfibrilles de cellulose (le composant qui fortifie les parois cellulaires des plantes) qui aident les cellules à se dilater et à se contracter en fonction de leur turgescence. Les cellules de garde contiennent également de la chlorophylle et des chloroplastes, ce qui les rend capables de photosynthèse. La présence de chloroplastes aide également les cellules de garde à détecter les changements de lumière, ce qui peut influencer leur ouverture ou leur fermeture.

Autour des cellules de garde se trouvent des cellules subsidiaires, dont la fonction varie mais qui peuvent offrir un support mécanique ou de stockage aux cellules de ^garde2. Le nombre de cellules subsidiaires entourant les cellules de garde, leur taille et leur forme varient d'une plante à l'autre.

Stomates : où les trouver ?

La plupart des stomates se trouvent sur le tissu dermique d'une feuille. Cela signifie qu'ils existent dans les couches externes d'une plante et de ses tissus. Les stomates se trouvent aussi bien sur la face inférieure des feuilles que sur leur face supérieure.

Selon l'espèce ou le type de plante, tu peux observer des stomates à la fois sur les surfaces abaxiale et adaxiale, ou sur l'une ou l'autre.

Fonction des stomates : comment les stomates s'ouvrent-ils et se ferment-ils ?

La fonction de base des stomates est de permettre l'échange de gaz entre l'air et la plante, en laissant entrer le dioxyde de carbone et en libérant de l'oxygène.

Les stomates permettent l'échange de gaz pour la photosynthèse et contrôlent la perte d'eau, comme nous l'avons vu. Quels sont donc les facteurs qui peuvent influencer le fait que les stomates restent ouverts ou fermés ?

Tous ces éléments peuvent être des signaux internes ou externes indiquant qu'un stomate doit s'ouvrir pour poursuivre l'échange de gaz ou se fermer pour limiter la perte d'eau.

Une stomie peut s'ouvrir pour les raisons suivantes :

• l'augmentation de la quantité de lumière

• Augmentation de l'humidité dans l'atmosphère

• Faibles niveaux de_CO2 dans le tissu mésophylle entourant le pore stomatique.

Un stomate peut se fermer à cause de :

• une diminution de la quantité de lumière

• Diminution de l'humidité dans l'atmosphère

• Des niveaux élevés de_CO2 dans le tissu mésophylle.

Pression de turgescence, cellules de garde et stomates

Lorsque des indices environnementaux sont présents, les cellules de garde des stomates subissent un changement de pression de turgescence pour s'ouvrir ou se fermer. Lorsque les stomates sont fermés, les cellules de garde sont flasques. Cependant, l 'ouverture des stomates est provoquée par le mouvement de l'eau dans les cellules de garde, ce qui les rend turgescentes et les fait se courber vers l'extérieur, permettant ainsi un chemin direct vers le tissu mésophylle situé en dessous.

Les stomates chez les plantes : les adaptations pour empêcher la perte d'eau.

Comme nous l'avons évoqué, la présence de stomates est importante pour les échanges gazeux. Cependant, nous avons également appris que les stomates offrent un passage facile à l'eau hors d'une plante par le biais de la transpiration. Les plantes contrôlent la quantité d'eau qu'elles perdent par les stomates grâce à différents mécanismes ou adaptations. Pour contrôler la quantité d'eau perdue par transpiration, il faut contrôler les stomates. L'une des façons dont une plante gère ses stomates est de les ouvrir et de les fermer à des moments stratégiques .

Les plantes contrôlent également le nombre de stomates. Elles peuvent le faire en perdant des feuilles supplémentaires, ou si une plante est confrontée à de longues périodes de sécheresse, elle peut même diminuer le nombre de stomates sur les nouvelles feuilles. Les stomates de certaines plantes se trouvent dans des crevasses appelées cryptes stomatiques, qui sont des indentations à la surface des feuilles. Les stomates se trouvent au fond de ces cryptes.

Ouverture et fermeture des stomates

La plupart des plantes ouvrent leurs stomates pendant la journée, lorsque la lumière du soleil est présente, afin que le gaz_CO2 qui pénètre dans la plante puisse être utilisé pour la photosynthèse. La plante doit cependant réagir à la sécheresse extrême ou à la chaleur de l'atmosphère qui peuvent provoquer un stress hydrique.

L'acide abscissique

Les plantes réagissent au stress hydrique soudain provoqué par des températures élevées ou une sécheresse accrue en fermant leurs stomates.

Si le potentiel hydrique est faible (négatif) dans les tissus mésophylles des feuilles, la plante active une réaction à l'acide abs cissique. Cela signifie que l'acide abscissique signale à la plante de fermer les cellules de garde, empêchant ainsi toute perte d'eau supplémentaire par transpiration.

Plantes à métabolisme acide crassulacéen (CAM)

Laplupart des plantes ouvrent leurs stomates pendant la journée , lorsque la lumière du soleil est suffisante pour permettre la photosynthèse. Cependant, si une plante vit dans un climat aride comme le désert, l'ouverture des stomates pendant la journée entraîne une perte d'eau excessive. C'est pourquoi certaines plantes qui vivent dans des environnements chauds et secs ont développé un métabolisme acide crassulacéen (CAM) qui leur permet d'ouvrir les stomates pendant la nuit fraîche et de les garder fermés pendant la chaleur de la journée .

La nuit, les stomates s'ouvrent et les plantes CAM concentrent le dioxyde de carbone dans le tissu mésophylle, le transformant en un composé de carbone préliminaire utilisé dans le cycle de Calvin de la photosynthèse. Ensuite, pendant la journée, la plante dispose de carbone pour effectuer la photosynthèse sans ouvrir les stomates.