Osmose dans les tissus végétaux

Que signifie l'osmose dans les tissus végétaux ?

Comme toute cellule dotée d'une membrane semi-perméable, les cellules végétales peuvent subir l'osmose, c'est-à-dire l'échange d'eau d'une solution faiblement concentrée à une solution fortement concentrée en solutés.

Les cellules végétales contiennent desparois cellulaires rigides composées de cellulose. Cette structure aide à maintenir une caractéristique appelée turgidity - qui décrit l'état cellulaire de fermeté et de verticalité avec l'eau. Cette caractéristique est très importante pour stabiliser les tissus végétaux et empêcher le flétrissement. La turgescence n'est obtenue que lorsque les cellules de la plante sont placées dans une solution hypotonique, l'eau se diffusant dans la cellule par osmose. Lorsque Les molécules d'eau pénètrent dans la cellule, elles exercent une pression sur la membrane cellulaire, qui est alors forcée d'appuyer sur la paroi cellulaire. C'est ce qu'on appelle turgor pressure ou pression hydrostatique. Dans ces conditions, la cellule végétale apparaît gonflée et ferme.

Lorsqu'elles sont placées dans une solution hypertonique, les cellules végétales subissent uneplasmolyse . Il s'agit du processus par lequel l'eau quitte la cellule par osmose, entraînant le rétrécissement du cytoplasme par rapport à la paroi cellulaire. L'apparence de la cellule végétale est dite flasque.

Lorsqu'elles sont placées dans une solution isotonique, les cellules végétales sont également ditesflasques . Il n'y a pas de mouvement net de molécules d'eau, les cellules ne sont donc ni turgescentes ni plasmolysées.

Grâce à l'osmose, les cellules végétales sont plus performantes dans les environnements hypotoniques en raison de leur turgescence.

Fig. 1 - Structure des cellules végétales dans différents types de solutions

Lorsque l'on parle d'osmose, on peut utiliser la définition ci-dessus -le mouvement de l'eau d'une zone de forte concentration vers une zone de faible concentration à travers une membrane semi-perméable- ou une autre définition plus complexe. Plutôt que de parler de zones de forte et de faible concentration, nous pouvons parler de potentiel de l'eau. L'eau pure a un potentiel hydrique de 0, et toutes les autres solutions ont un potentiel hydrique négatif. Plus le potentiel hydrique d'une solution est négatif, moins elle contient d'eau.

Fig. 2. Types de solutions en fonction de la tonicité et de la direction du flux d'eau à travers une membrane semi-perméable.

L'osmose est un processus passif, ce qui signifie qu'il ne nécessite pas d'énergie. L'osmose ne nécessite pas d'énergie parce que nous déplaçons des molécules d'une zone de forte concentration vers une zone de faible concentration - nous nous déplaçons avec/vers le gradient de concentration. Le transport de molécules nécessite de l'énergie lorsque nous nous déplaçons contre le gradient de concentration.

Le mouvement de l'eau dans les plantes d'une zone à potentiel hydrique moins négatif vers une zone à potentiel hydrique plus négatif est essentiel pour les plantes. Cela aide les plantes à absorber l'humidité du sol dans la racine et permet le transport de l'eau vers le haut de la plante par différentes voies. L'eau est nécessaire à la plante pour soutenir la tige et la refroidir au niveau des feuilles, entre autres processus. Aucun de ces processus vitaux ne serait possible sans l' osmose !

Comment l'osmose se produit-elle dans les plantes ?

Parlons duprocessus d'osmose dans les plantes aux différents endroits de la plante où l'osmose se produit . L'osmose se produit partout dans la plante, alors commençons par le bas.

À la racine de la plante, l'eau est absorbée par le sol dans la plante. Le sol a un potentiel hydrique moins négatifque la plante, de sorte que l'eau se déplace d'une zone de potentiel hydrique moins négatif dans le sol vers une zone de potentiel hydrique plus négatif dans la racine de la cellule végétale.

Même si l'osmose est un processus passif , les cellules c iliées sont étroitement associées au transport actif.

Lorsque l'eau est passée du sol à la racine de la plante, le gradient de concentration s'aplatit au niveau de la cellule du cheveu de la racine. Avec un gradient de concentration plat, il n'y a pas de différence de potentiel d'eau à l'intérieur de la plante par rapport au sol environnant. Avec cette absence de gradient de concentration, l'eau ne se déplace plus dans les deux sens. La plante n'est donc plus alimentée en eau.

Pouréviter que cela ne se produise, les cellules ciliées des plantes doivent associer letransport actif à l'osmose. Les ions sont constamment pompés d'une zone de faible concentration dans le sol vers une zone de forte concentration dans la racine de la plante . Lepompage de ces ions dans la racine de la plante diminue le potentiel hydrique de la racine. Finalement, le potentiel hydrique de la plante devient suffisamment négatif pour créer un gradient de concentration qui permet à l'osmose de se produire à nouveau.

Fig. 3. Diagramme de transport actif. Note que les molécules transportées ont une concentration plus élevée du côté de la membrane vers lequel elles sont transportées, d'où le besoin d'énergie (ATP).

Exemples d'osmose dans les plantes

Examinons plus en détail les solutions hyper-, iso- et hypotoniques. Le mouvement de l'eau à l'intérieur et à l'extérieur des cellules végétales lorsque nous les plaçons dans des solutions hypertoniques ou hypotoniques est un exemple d'osmose.

Commençons par placer une cellule végétale dans une solution hypertonique. Dans ce cas, l'eau se déplacera d'une zone moins négatif dans la cellule de la plante vers une zone de potentiel hydrique plus négatif dans la cellule environnante par osmose . L' eau qui quitte la plante entraîne un changement de forme de la plante, qui devient flasque. Si la plante continue à perdre de l'eau par osmose, elle deviendra plasmoylée. Ce niveau de perte d'eau est irréversible et causera de graves dommages à la plante car, comme nous l'avons mentionné plus haut, la plante a besoin d'eau pour se soutenir et pour de multiples autres processus. Nous allons explorer l'importance de l'osmose dans les plantes dans la section ci-dessous !

Supposons que nous placions une cellule végétale dans une solution hypotonique. Dans ce cas, l'eau se déplace d'une zone de potentiel hydrique moins négatif dans la solution environnante vers une zone de potentiel hydrique plus négatif dans la cellule végétale. Lorsque l'eau pénètre dans la cellule végétale par osmose, celle-ci devient turgescente. Cela permet à la cellule végétale de se soutenir. Cependant, si une trop grande quantité d'eau pénètre dans la cellule végétale, celle-ci risque d'éclater - c'est ce que l'on appelle lalyse cellulaire. La présence d'une paroi cellulaire dans les cellules végétales permet d'éviter ce phénomène.

Si nous plaçons la cellule végétale dans une solution isotonique, il n'y aura pas de mouvement net d'eau à l'intérieur ou à l'extérieur de la cellule végétale. La solution entourant la cellule végétale aura unpotentiel hydriquesimilaire , il n'y aura donc pas de gradient de concentration vers lequel l'eau descendra par osmose.

Fig. 4. Le gradient osmotique autour d'une cellule végétale peut conditionner sa forme et sa santé, car l'eau est essentielle aux plantes.

Importance de l'osmose dans les plantes

L'osmose se produit dans de nombreuses zones différentes de la plante. L'eauest essentielle pour les plantes, et l'osmose est la façon dont l'eau est transportée autour des plantes. Récapitulons les utilisations importantes de l'eau dans les plantes ;

• Laturgescence est le processus qui permet à la plante de rester soutenue. Les cellules végétales deviennent turgescentes lorsqu'elles sont remplies d'eau. Cela peut se produire lorsque nous plaçons des plantes dans de l'eau pure, car l'eau pure passe de la solution à la cellule de la plante par osmose. Si nous pla çons des cellules végétales dans une solution très concentrée (avec un potentiel d'eau très négatif), l'eau sortira de la plante et entrera dans la solution environnante . La plante deviendrait alorsplasmolysée.

• Photosynthèse - peux-tu te souvenir de son équation ? L'eau est un réactif dans le processus de la photosynthèse, ce qui signifie qu'elle est utilisée dans la réaction. Sans eau, la photosynthèse ne pourrait pas avoir lieu et la plante finirait par mourir. L'osmose aide à transporter ces molécules d'eau d'une zone à l'autre, ce qui permet la photosynthèse à la surface supérieure de la feuille, même si l'eau entre par la racine de la plante.

  Consulte nos articles sur la photosynthèse si tu as besoin de récapituler le processus.

• L'eau est un moyen de transport - beaucoup d'ions et de minéraux tels que le magnésium et le calcium sont transportés dans l'eau à travers la plante. Sans l'osmose qui fait passer l'eau d'une zone à l'autre de la plante, ces nutriments ne seraient pas disponibles dans toute la plante, qui finirait par mourir. L'eau sert également de moyen de transport chez les humains, car notre sang est principalement constitué d'eau !

  Tu peux consulter nos articles sur les carences en nutriments dans les plantes pour plus d'informations sur la façon dont elles affectent la plante !

• Latranspiration aide à garder la plante au frais. La transpiration est l'évaporation de l'eau à la surface des cellules des feuilles et sa diffusion hors de la plante. Cette évaporation de l'eau aide à garder les plantes au frais. Ce processus est très similaire à celui de la transpiration chez l'homme. La transpiration est la perte d'eau par la peau et l'évaporation de cette eau qui refroidit ensuite la température de notre corps.

Enquête sur l'osmose dans les cellules végétales

Nous avons étudié le fonctionnement de l'osmose et nous pouvons maintenant réaliser une expérience pour étudier ce processus. Nous allons voir comment déterminer le potentiel de l'eau à l'intérieur des cellules de pommes de terre en utilisant des dilutions de solution de saccharose.

Tu auras besoin de ce qui suit :

• Une pomme de terre

• Un perce-bouchon

• Une balance

• De l'eau distillée

• Une solution de saccharose

• Tubes d'ébullition

• Bain-marie

1. À l'aide du perce-bouchon, coupe 6 morceaux de pommes de terre uniformes, de taille et de surface similaires. Utilise une serviette en papier pour sécher chaque morceau.

2. Pèse chaque morceau de pomme de terre.

3. Effectue des dilutions en série à partir d'une solution de saccharose 1M en utilisant de l'eau distillée. Utilise des concentrations de 1,0, 0,8, 0,6, 0,4, 0,2 et 0,0 M.

4. Ajoute 10 cm³ de chaque solution de concentration de saccharose dans un tube à ébullition et étiquette chaque tube.

5. Ajoute un morceau de pomme de terre dans chaque tube à ébullition, en veillant à ce que chaque morceau soit entièrement immergé dans la solution de saccharose.

6. Place les tubes à ébullition dans un bain-marie et laisse-les reposer pendant 20 minutes.

7. Au bout de 20 minutes, extrais les morceaux de pommes de terre de chaque tube à ébullition. Utilise du papier absorbant pour éponger l'excès de solution sur chaque morceau de pomme de terre.

8. Pèse chaque morceau de pomme de terre.

9. Calcule le pourcentage de changement de masse pour chaque morceau de pomme de terre et sa solution de saccharose correspondante.

Le pourcentage de changement de masse t'indiquera quels morceaux de pommes de terre ont gagné ou perdu de l'eau à la suite de l'osmose. À partir des données enregistrées, nous pouvons créer une courbe d'étalonnage pour calculer le potentiel hydrique des morceaux de pommes de terre. Les courbes d'étalonnage sont utilisées pour déterminer une concentration inconn ue en la comparant à des concentrations standard connues (courbes standard).

Pour créer ta courbe d'étalonnage, suis les étapes suivantes :

• Reporte sur un graphique le pourcentage de changement de masse (axe Y) en fonction de la concentration de saccharose (axe X).

• Trace une ligne de meilleur ajustement.

Le point où la ligne d'ajustement croise l'axe des X (point d'intersection des X) indique le potentiel hydrique de tes morceaux de pommes de terre. À ce stade, il n'y a pas de changement de masse parce que la concentration de saccharose est considérée comme isotonique par rapport au potentiel hydrique à l'intérieur des morceaux de pommes de terre.