Transport de masse chez les plantes

Transport de masse dans les plantes

Lexylème est le tissu végétal vasculaire qui transporte l'eau dans la tige et les feuilles des plantes. La théorie de la cohésion du transport de l'eau est liée au transport par le xylème dans les plantes. Pour transporter les substances organiques, les plantes utilisent le phloème .

Pour comprendre le transport de l'eau dans les plantes, tu dois étudier des concepts clés tels que le potentiel de l'eau et les différents types de mouvement de l'eau.

Le rôle des potentiels d'eau, de soluté et de pression

Le potentiel de l'eau est la concentration des molécules d'eau dans une solution. Le potentiel de l'eau est affecté par la concentration de soluté et la pression. L'eau se déplacera vers un potentiel d'eau faible (concentration élevée de solutés). Le potentiel hydrique est le facteur clé qui entraîne le flux de transpiration vers le haut de la plante.

Le potentiel hydrique est plus élevé dans le sol que dans la plante, ce qui lui permet de se diffuser dans les cellules des racines. La plante manipule la concentration de solutés(potentiel de soluté) pour faciliter l'osmose à partir du sol.

Lepotentiel de pression (turgescence) peut être positif(compression) ou négatif(vide) dans les cellules de la plante. Lorsque le potentiel de pression de la cellule est maximal, elle devient turgescente. Les plantes peuvent manipuler la pression en ouvrant et en fermant les stomates et en modifiant les concentrations de solutés.

Le potentiel hydrique des cellules végétales peut être calculé à l'aide de l'équation suivante :

\(\psi = \psi_s + \psi_P\)

• \(\psi\) est le potentiel total de l'eau en mégapascals
• \(\psi_s\) est le potentiel de soluté
• \(\psi_P\) est le potentiel de pression

Diffusion et transport de masse dans les plantes

Avant de pénétrer dans le xylème, l'eau contenue dans les racines se déplace par diffusion via les voies de l'apoplaste et du symplaste. Ce type de diffusion est l'osmose ; elle implique que l'eau se déplace le long d'un gradient de potentiel hydrique à travers une membrane partiellement perméable. Il existe deux voies principales pour le mouvement de l'eau : la voie de l'apoplaste et la voie du symplaste.

Voie de l'apoplaste

• L'eau se déplace dans les espaces des parois cellulaires, des cellules mortes (xylème) et des tubes du xylème.

• Grâce aux forces de cohésion, une plus grande quantité d'eau est tirée vers le haut dans le xylème.

• L'eau finira par atteindre une bande caspienne composée de subérine cireuse et imperméable à l'eau. Les bandes de Casparian dirigent l'eau de cette voie vers le cytoplasme, où elle devient une partie de la voie du symplaste.

Voie du symplaste

• L'eau passe par le cytoplasme, les vacuoles et les plasmodesmes des cellules.

• L'eau se déplace par osmose ; la cellule voisine a un potentiel d'eau plus faible, l'eau y pénètre donc.

Théorie de la cohésion-tension

Lacohésion (les molécules d'eau s'accrochent les unes aux autres) et la tension (les molécules d'eau s'accrochent aux parois du xylème) sont les principaux moteurs du flux de transpiration. L'évaporation à travers les stomates des feuilles crée un potentiel hydrique négatif qui force l'eau à se déplacer vers le haut, vers les feuilles.

Les acides aminés et les sucres, comme le saccharose, sont transportés dans un autre type de tissu vasculaire appelé phloème. Ils sont transportés dans un mouvement bidirectionnel des feuilles (source) vers les parties en croissance de la plante (par exemple, les pousses et les racines), les racines (puits), les fleurs et les fruits.

Fig. 3. Xylème et phloème

Hypothèse du flux de masse

Leflux de masse décrit le mouvement des fluides d'une zone de pression hydrostatique élevée à une zone de pression hydrostatique faible, et il explique le transport des aliments des sources vers les puits. L'hypothèse du flux de masse stipule que :

1. Le saccharose est activement co-transporté dans les éléments du tube criblé à partir des cellules compagnes par diffusion, ce qui réduit le potentiel hydrique du tube criblé.

2. L'eau se déplace du xylème (potentiel hydrique élevé) vers le phloème (potentiel hydrique faible), ce qui augmente la pression hydrostatique dans le phloème.

3. Les sources ont une pression hydrostatique plus élevée, tandis que les puits ont une pression hydrostatique plus faible. Cela permet aux solutés de se déplacer vers les puits en suivant le gradient de concentration.

4. Les puits utiliseront ou stockeront les solutés, augmentant ainsi le potentiel hydrique dans le phloème. L'eau quittera le phloème en descendant le gradient de pression hydrostatique.

Dans le cadre des hypothèses de flux de masse, l'hypothèse de flux de pression propose que la pression osmotique dans les tubes criblés augmente lorsqu'un flux se produit dans les régions sources (lieux de photosynthèse ou de mobilisation et d'exportation des produits de stockage).

Pour et contre l'hypothèse du flux de masse

Cette hypothèse fait encore l'objet de recherches. Tu trouveras ci-dessous des preuves à l'appui et des preuves contradictoires en faveur de l'écoulement en masse.

Chargement actif

Le chargement actif peut également être appelé chargement apoplastique. Le saccharose est chargé activement (nécessite de l'ATP) dans les éléments du tube criblé à partir des cellules compagnes.

1. Les ions hydrogène (protons) sont pompés des cellules compagnes vers les cellules environnantes par des pompes à protons.

2. La concentration en protons devient beaucoup plus élevée dans les cellules environnantes que dans les cellules compagnes.

3. Les ions hydrogène se diffusent à nouveau dans les cellules compagnes (vers le bas du gradient) par l'intermédiaire des protéines co-transporteuses.

4. Lorsque les ions hydrogène se déplacent vers le bas du gradient, ils prennent une molécule de saccharose (contre le gradient de concentration). Cela se produit également entre la cellule compagnon et l'élément du tube criblé.

Expériences de traçage et de baguage

Les expériences de traçage et de baguage étudient la translocation des sucres dans la plante.

L'expérience de l'anneau

• Un anneau contenant l'écorce et le cortex du phloème est retiré pour laisser le xylème au centre.

• Comme le xylème est intact, le transport de l'eau ne sera pas affecté, mais le transport des sucres s'arrêtera au niveau de l'anneau puisque le phloème a été enlevé. Cela provoque un gonflement du tissu, appuyant ainsi le concept de translocation du phloème.

L'expérience du traceur

• Des plantes sont cultivées dans un laboratoire contenant du dioxyde de carbone marqué radioactivement (^C14).

• Grâce à la photosynthèse, le carbone radioactif est incorporé dans les sucres.

• L'autoradiographie (une technique utilisée pour détecter les matières radioactives dans l'échantillon) est utilisée pour observer le mouvement des sucres dans la plante.

• Les résultats montrent que le carbone radioactif n'est présent que dans le phloème et absent dans le xylème, ce qui conforte le concept de translocation dans le phloème.

Transport de masse dans les plantes non vasculaires

Les plantes non vasculaires (bryophytes), y compris les mousses, les hépatiques et les cornes, sont dépourvues de faisceau vasculaire et n'ont pas de xylème ou de phloème pour transporter l'eau, les minéraux et la nourriture. Au lieu de cela, les plantes non vasculaires contiennent des tissus beaucoup plus simples.

• Lesbryophytes obtiendront de l'eau par osmose, et les nutriments se diffuseront dans la plante. Seules les parties de la plante qui sont proches des sources d'eau et de nutriments les absorberont. Elles n'ont pas de système de transport (tissu vasculaire) pour les distribuer dans la plante.

• Lesbryophytes n'ont pas de racines comme les plantes vasculaires, mais des rhizoïdes. Les rhizoïdes ressemblent à des graines, mais ils fonctionnent différemment. Ils ancrent la plante mais ne sont pas capables d'absorber l'eau. Ils absorbent l'eau par osmose, comme les autres parties des bryophytes.