Les plantes sont des organismes qui vivent fixés dans le sol et sont donc très dépendantes de leur milieu de vie. Au cours du temps, l’évolution a permis l’apparition et la sélection de caractères permettant une adaptation à ce mode de vie fixée.
Quels sont les échanges réalisés entre la plante et son milieu ? Comment ces échanges sont-ils réalisés ? Quelles adaptations permettent à une plante fixée de se défendre ?
- L’organisation de la plante
Tp25 : Les structures des plantes, et leurs échanges avec le milieu extérieur
- La vie fixée entre sol et air
Une plante est constituée d’un appareil végétatif comprenant des racines ancrées dans le sol et des tiges feuillées se développant dans le milieu aérien.
On peut distinguer les plantes herbacées et les plantes ligneuses. Les premières ont une tige souple, chlorophyllienne et peu ramifiée, les secondes ont une tige rigide, brune et très ramifiée.
Les caractéristiques de la plante sont en rapport avec la vie fixée à l’interface sol/air dans un milieu variable au cours du temps.
- Vivre fixée et absorber ions minéraux et eau :
Les racines des jeunes plantes présentent une zone pilifère portant de très nombreux poils absorbants par lequel se réalise l’absorption de l’eau et des sels minéraux du sol. L’ensemble de ces poils absorbants constitue donc une énorme surface d’échanges entre la plante et le sol par rapport à la taille de la plante.
Elle développe des surfaces d’échanges de grande dimension avec l’atmosphère (échanges de gaz, capture de la lumière) et avec le sol (échange d’eau et d’ions).
- Vivre fixé et fabriquer des molécules organiques
Les feuilles offrent une grande surface d’échange exposée aux rayons solaires. L’épiderme des feuilles recouvert d’une cuticule plus ou moins épaisse est imperméable aux gaz, ce qui protège la plante contre la déshydratation.
De nombreux petits orifices, les stomates, s’ouvrent lorsque les conditions sont favorables à la photosynthèse et permettent les échanges gazeux entre la feuille et l’atmosphère.
La feuille comporte une atmosphère interne contenue dans tous les espaces entre cellules et cavité sous-stomatique. La surface d’échanges gazeux correspond à toutes les surfaces exposées à cette atmosphère interne.
- Comparaison des surfaces d’échanges d’une plante et d’un mammifère :
Voir tableau comparatif sur le diaporama
Les analogies et les différences
L’entrée d’énergie se fait au niveau de surfaces importantes de l’ordre de 2,5 m2/ kg , cependant
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chez la plante, l’énergie utilisée est rayonnante et ubiquiste, elle entre par des surfaces externes sans un besoin de recherche : la surface externe d’un végétal est 100 fois supérieure à la surface externe de l’Homme.
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chez les mammifères, l’énergie utilisée est chimique contenue dans des nutriments qui proviennent de l’alimentation qui doit être recherchée, elle entre par des surfaces internes.
Les échanges gazeux se font entre l’atmosphère et l’être vivant par des orifices ; à l’intérieur de l’organisme il existe des espaces gazeux ou se font les échanges, cependant :
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les stomates (orifices) sont nombreux chez la plante, les échanges se font ensuite directement entre les espaces gazeux et les cellules ; ils permettent :
? les échanges de la respiration, analogie avec les alvéoles pulmonaires : la surface d’échange est 50 à 80 fois plus importante que chez l’Homme ;
? mais surtout l’absorption du CO2 est un élément nutritif de la plante indispensable à la synthèse de matière organique par la photosynthèse, analogie avec l’intestin : la surface d’échange est 20 à 60 fois plus importante que chez l’Homme.
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chez le mammifère il existe seulement deux types d’orifices (les narines et la bouche chez l’Homme), les échanges se font indirectement entre les alvéoles et les cellules : les gaz sont transportés par le sang.
L’entrée de l’eau et des sels minéraux se fait au niveau de grandes surfaces, cependant :
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externes et souterraines chez les végétaux directement au contact de ces ressources : la surface d’échange est 70 à 200 fois plus importante que celle de l’Homme ;
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internes chez les mammifères qui doivent se déplacer pour les rechercher dans leur environnement.
La plante utilisant une énergie ubiquiste n’a pas besoin de se déplacer à sa recherche, elle peut donc être fixée, cependant son flux faible l’oblige à développer un grand nombre de feuilles et une surface d’échange très grande pour absorber le CO2 nécessaire à la photosynthèse.
Pour se procurer l’eau et les sels minéraux, elle doit développer des surfaces d’échanges qui vont puiser directement ces molécules à la source, c’est à dire dans le sol où ces ressources sont rares, elle développe de longues racines et de grandes surfaces d’échanges.
D’autre part, les racines permettent à la plante de résister à la prise au vent, si elle n’était pas fixée elle ne pourrait pas se maintenir droite.
En utilisant l’énergie solaire, la plante présente des surfaces d’échanges et une forme adaptées à la vie fixée.
- Des systèmes conducteurs permettent la circulation de matière dans la plante
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Les vaisseaux de xylème permettent le transport de la sève brute
L’eau et les ions absorbés dans le sol constituent la sève brute de la plante.
La sève brute circule de manière ascendante, des racines jusqu’aux feuilles, canalisée dans des conduits appelés vaisseaux de xylème. Ils sont constitués de cellules de gros diamètre, alignées verticalement, à paroi riche en lignine.
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Les vaisseaux de phloème permettent le transport de la sève élaborée
La sève élaborée est constituée d’ions, d’eau et est riche en molécules organiques, surtout des glucides. Elle est transportée par les tubes criblés du phloème, où elle sera distribuée depuis les feuilles jusqu’aux organes non photosynthétiques comme les racines et les bourgeons. Ces tubes criblés sont constitués d’une file de cellules alignées verticalement à paroi cellulosique. Les cloisons transversales sont toujours présentes mais percées de nombreux orifices formant des cribles et laissant circuler la sève.
- Les plantes se protègent contre les agressions
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Les plantes se protègent contre les agressions du milieu
Les plantes terrestres ont développé au cours de leur évolution de multiples adaptations aux conditions extrêmes de température et d’humidité, ainsi qu’aux variations journalières ou saisonnières de ces paramètres :
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Présence de poils et d’une épaisse cuticule sur les feuilles.
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Perte des feuilles par les arbres des régions tempérées qui entrent en vie ralentie et dont les bourgeons sont protégés par d’épaisses écailles
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Les plantes se protègent contre les prédateurs
Face aux herbivores qui les dévorent, les plantes ont développé des stratégies de défense :
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Les tiges et les feuilles peuvent porter des épines ;
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Production de substances chimiques qui repoussent les prédateurs (mauvais goût, mauvaise odeur, toxicité).
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Il existe parfois des relations d’entraide entre plantes voisines de la même espèce ainsi que des associations à bénéfice mutuel entre certaines plantes et des espèces nuisibles aux herbivores.
