Croissance végétale
Les plantes vivent fixées à l’interface entre le sol et l’air dans un environnement dont les facteurs sont très variables. Les plantes ont donc mis en place des stratégies pour se développer de manière optimale : production de tiges et de feuilles aériennes orientées vers la lumière pour capter un maximum de lumière et production de racines vers le sol pour un bon ancrage.
Problèmes : Quels sont les facteurs qui influencent la croissance et le développement des végétaux ? Par quels mécanismes peuvent-ils diriger leur croissance ?
Objectifs :
- Analyser des expériences scientifiques, en tirer des conclusions
- Communiquer dans un langage scientifique argumenté (écrit)
Consignes :
A l’aide de vos interprétations de chaque expérience ou observation microscopique :
- Expliquer les modalités de formation des différents organes de la plante (racines, tiges, feuilles).
- Expliquer les mécanismes d’orientation des croissances des tiges vers la lumière et des racines vers le sol
Doc. 1 : Expériences sur la croissance orientée des tiges par phototropisme
Doc. 1A : Le coléoptile des graines de monocotylédones
Lorsque les céréales germent, elles forment d’abord un étui protecteur qui s’appelle coléoptile, sur lequel de nombreuses expériences se réalisent avec différents matériaux.
La gélose est un matériau perméable et hydrophile alors que la plaque de mica est imperméable.
un effet mécanique résultant d’une élongation des cellules plus importante d’un côté (côté bombé) que de l’autre provoque la courbure de la tige s’observe grâce à certaines expériences.
Doc. 1 B : Expériences de Darwin père et fils, 1880
Doc. 1C : Expérience de Boysen-Jensen, 1913
Doc. 1D : Expérience de Went, 1926
Doc. 1E : La substance identifiée par Kogl et Haagen Smit en 1931
En 1931, Kogl et Haagen Smit identifient la structure chimique du messager qui porte le nom d’auxine (acide 3 indole acétique ou AIA). Cette substance est une hormone végétale ou phytohormone. Elle est hydrosoluble et diffuse très bien à travers les tissus des végétaux.
Briggs 1957 : il place des coléoptiles sur des blocs de gélose contenant de l’auxine. Une lame de verre imperméable et éclairée latéralement les sépare verticalement (totalement ou partiellement).
Doc. 2 : Expériences sur la croissance orientée des racines par géotropisme
En faisant germer des semences, on s’aperçoit que les racines se dirigent vers le bas : c’est le géotropisme.
Certaines graines ont ensuite été pivotées à 90° afin de positionner la racine en position horizontale avec ou sans ablation de la coiffe qui recouvre naturellement l’apes racinaire. On observe les extrémités des racines au microscope optique, puis on les photographie ainsi que les cellules de la coiffe racinaire. Photos A et B : au début de l’expérience, Photos C et D : après 90 minutes.
(Les statolithes sont des grains d’amidon très denses).
Doc. 3 : Expériences de différenciation cellulaire
Des fragments de feuilles sont cultivés dans les milieux contenant des taux variable de deux types différents d’hormones végétales : des auxines des cytokines. Les résultats sont les suivants :
Doc. 4 : Méristèmes et croissance
4A : Coupes longitudinales dans l’extrémité d’un bourgeon apical (de tige) observé à différents stades au microscope optique.
Le bourgeon apical permet la mise en place des phytomères (rappel : ensemble d’une feuille, un bourgeon, un nœud et un entre-nœud) à l’extrémité d’une tige. Au niveau des ébauches foliaires et de la zone située sous le méristème apical de tige, les cellules ont commencé à acquérir des caractères différenciés de tissus de feuilles ou de tiges.
F : feuille, MA : méristème axillaire, MAC : méristème apical caulinaire.
4B : Expérience de Sachs :
On marque une jeune racine de potimarron à l’encre de Chine par des repères approximativement équidistant de 1 mm.uis on la photographie toutes les heures pendant 14 heures.
4C : Apex d’une racine de blé observée au microscope optique :
À l’extrémité (ou apex) des racines, on observe une zone d’intense division cellulaire où les cellules sont indifférenciées. Cette zone s’appelle méristème. Dans la zone d’élongation, les cellules croissent en longueur et dans la zone de différenciation, elles commencent à acquérirdes caractères de cellules spécifiques aux tissus racinaires
Pour aller plus loin : site canadien parlons sciences