L’organisation fonctionnelle des plantes à fleurs

Par diverses caractéristiques, les plantes terrestres montrent une capacité d’adaptation à la vie fixée à l’interface sol/atmosphère, dans des environnements variables.

Les plantes développent de grandes surfaces d’échange, aériennes d’une part (optimisation de l’exposition à la lumière, source d’énergie, transferts de gaz) et souterraines d’autre part (absorption d’eau et d’ions du sol facilitée le plus souvent par des symbioses, notamment les mycorhizes).

Des tissus conducteurs canalisent les circulations de matière dans la plante, notamment entre les lieux d’approvisionnement en matière minérale, les lieux de synthèse organique et les lieux de stockage.

Le développement d’une plante associe croissance (multiplication cellulaire par mitoses dans les méristèmes, suivie d’élongation cellulaire) et différenciation d’organes (tiges, feuilles, fleurs, racines) à partir de méristèmes. Ce développement conduit à une organisation modulaire en phytomères, contrôlée par des hormones végétales et influencée par les conditions de milieu.

Activité : les mycorhizes

Activité : expériences historiques sur le contrôle de la croissance de la tige

TP : la surface d'échange des feuilles de lierre

Chapitre - L’organisation fonctionnelle des plantes à fleurs

I – Les organes des plantes à fleurs

Les plantes à fleurs sont constituées de différents organes :

• racines

• tige

• feuilles

• fleurs (impliquées dans la reproduction).

A – Les racines

L’observation des racines permet de voir de nombreux poils absorbants (constitués d’une seule cellule) et montre que les racines forment une vaste surface d’échange entre la plante et le sol.

Cette surface est augmentée par les mycorhizes, associations symbiotiques entre champignons et plantes.

En plaçant les racines dans une solution colorée, on constate que celles-ci permettent d’absorber l’eau et d’autres molécules présentes dans le sol.

La plante peut tolérer des variations de la composition et de la concentration en ions du sol, mais ne peut vivre que dans une certaine gamme de salinité.

B – Les vaisseaux conducteurs

En plaçant les racines d’une plante dans une solution colorée, on constate que la tige et les feuilles se colorent également.

Il y a donc un flux d’eau (et d’autres molécules transportées en solution) à travers la plante.

C’est ainsi que la sève brute transporte de l’eau et des ions à travers le xylème.

La matière organique produite par la plante est exportée, notamment vers des lieux de stockage, grâce à la sève élaborée circulant à travers le phloème.

Xylème et phloème forment des tissus conducteurs de la plante et sont facilement observables en réalisant des coupes transversales ou longitudinales d’organes végétaux.

C – Les feuilles

Au niveau des feuilles, on montre expérimentalement que le CO₂ apporté par l’air réagit avec l’eau provenant du sol, en présence de lumière, pour former de la matière organique et de l’O₂.

Ce phénomène est dû à un ensemble de réactions chimiques appelé photosynthèse.

La photosynthèse permet à la plante de produire de la matière organique à partir de matière minérale.

En fonction de la période de la journée et donc de la quantité de lumière disponible, la photosynthèse sera plus ou moins importante.

L’intensité de la photosynthèse dépend également de l’importance des échanges avec l’atmosphère réalisés au niveau des stomates.

Ceux-ci peuvent en effet s’ouvrir ou se fermer en réponse aux variations de l’environnement.

Par exemple, en conditions desséchantes, ils auront tendance à se fermer, évitant ainsi à la plante trop de perte d’eau par transpiration.

D – De vastes surfaces d’échange

Les plantes sont des organismes fixés dotés de vastes surfaces d’échange.

Les poils absorbants et les mycorhizes permettent aux plantes de capter l’eau et les ions présents dans le sol, tandis que la grande surface occupée par les feuilles permet de favoriser les échanges gazeux et l’exposition à la lumière, source d’énergie.

II – La croissance et le développement des plantes

A – Les méristèmes et l’organogenèse

L’observation des extrémités des tiges ou des racines montre que celles-ci sont formées de groupes de petites cellules se divisant activement par mitose : les méristèmes.

Ceux-ci permettent le développement du végétal tout au long de sa vie.

Les cellules formées vont ensuite s’allonger puis se différencier et ainsi remplir différentes fonctions.

C’est ainsi que de nouveaux organes sont mis en place : tiges, feuilles, fleurs, racines.

Cette organogenèse a lieu durant toute la vie de l’individu.

La partie aérienne des plantes à fleurs peut être décrite comme une succession de phytomères (ensemble constitué d’un nœud, d’un entrenœud, d’une feuille et d’un bourgeon).

B – L’influence de l’environnement sur le développement

Des plantes identiques placées dans des milieux différents vont présenter des phénotypes différents.

Le développement végétal est donc influencé par les conditions du milieu : lumière, vent, gravité…

Ces signaux influencent la production de différentes hormones végétales (l’auxine notamment) qui contrôlent le développement de la plante.

Chapitre - L’organisation fonctionnelle des plantes à fleurs

I – Les organes des plantes à fleurs

• Racines.

• Tige.

• Feuilles.

• Fleurs (impliquées dans la reproduction).

A – Les racines

• Présence de poils absorbants = forte surface d’échange avec le sol.

• Mycorhizes (symbiose champignons/plantes) augmentent encore cette surface.

• Racines : absorbent eau + ions du sol (expériences en solution colorée).

• Plante tolère certaines variations ioniques mais pas une salinité trop forte.

B – Les vaisseaux conducteurs

• Coloration des tiges/feuilles → circulation interne.

• Sève brute (xylème) : eau + sels minéraux (sol → feuilles).

• Sève élaborée (phloème) : matière organique (feuilles → organes de stockage).

• Xylème + phloème = tissus conducteurs visibles sur coupes végétales.

C – Les feuilles

• Photosynthèse : CO₂ (air) + H₂O (sol) → matière organique + O₂ (lumière).

• Intensité de la photosynthèse dépend de la lumière et de l’ouverture des stomates.

• En milieu sec, stomates se ferment → limite la perte d’eau (transpiration).

D – De vastes surfaces d’échange

• Plante fixée mais échanges efficaces :

• Racines + mycorhizes → absorption du sol.

• Feuilles → échanges gazeux + captation de lumière.

II – La croissance et le développement des plantes

A – Méristèmes et organogenèse

• Méristèmes = zones de division cellulaire (mitose) à l’extrémité des tiges/racines.

• Permettent le développement continu du végétal.

• Partie aérienne = succession de phytomères : → (nœud + entrenœud + feuille + bourgeon).

• Les cellules issues des méristèmes :

  • s’allongent,

  • se différencient → assurent différentes fonctions.

• Mise en place de nouveaux organes : tiges, feuilles, fleurs, racines.

• Organogenèse = création d’organes, active toute la vie de la plante.

B – Influence du milieu

• Plantes → phénotypes différents selon environnement.

• Facteurs : lumière, gravité, vent, humidité...

• Ces signaux modulent les hormones végétales (ex : auxine) → orientent la croissance.

• Botaniste / Morphologiste végétal (Bac+5 à Bac+8 minimum) : il étudie la structure et le fonctionnement des différents organes des plantes (racines, tiges, feuilles, fleurs) ainsi que leurs adaptations à l’environnement. En observant les tissus conducteurs, les méristèmes et les surfaces d’échange, il cherche à comprendre comment les plantes assurent leur croissance, leur nutrition et leur reproduction. Ses travaux servent à la classification des espèces et à la compréhension de la physiologie végétale.

• Ingénieur·e agronome / Physiologiste végétal (Bac+5 minimum) : il analyse les besoins en eau, en lumière et en nutriments des plantes afin d’optimiser leur croissance dans différents milieux. Il s’appuie sur la connaissance du fonctionnement du xylème, du phloème et des hormones végétales (comme l’auxine) pour améliorer les techniques agricoles, la productivité et la résistance des cultures aux contraintes environnementales.

• Technicien·ne en expérimentation végétale (Bac à Bac+3 minimum) : il met en place et suit des expériences sur la croissance des plantes, la photosynthèse ou les échanges racinaires. Il réalise des observations microscopiques, des coupes anatomiques et des mesures physiologiques pour appuyer la recherche scientifique ou le développement agricole.

Quiz - L’organisation fonctionnelle des plantes à fleurs

• Comment les plantes s’adaptent-elles à des milieux extrêmes sans pouvoir se déplacer ?

• Quelles sont les limites physiologiques de la photosynthèse face au réchauffement climatique ?

• Faut-il modifier génétiquement les plantes pour améliorer leur rendement photosynthétique ?

• Les plantes “communiquent”-elles réellement entre elles via des signaux hormonaux ou chimiques ?