Osmose, photosynthèse et respiration cellulaire
Les plantes sont dites "autotrophes", c'est-à-dire qu'elles se suffisent à elles-mêmes. Au contraire, les animaux sont dit hétérotrophes. Ils ont besoin de matière organique existante.
Les plantes ont peu de besoin (eau, sel minéraux, dioxyde de carbone, lumière) et pourtant elles fournissent la nourriture et l'oxygène, indispensables à la vie.
En effet, nous ne pouvons pas vivre sans l'oxygène fourni par les plantes. De plus, nous consommons les plantes de manière directe ou indirecte, via les animaux que nous mangeons.
L'indépendance des plantes est liée trois grands processus biologiques qu'elles mettent en oeuvre: L'osmose, la photosynthèse et la respiration cellulaire.
Osmose (racines):
1- cycle de l'eau et des minéraux
L'eau pénètre dans les racines par osmose. Un équilibre se crée donc entre l'eau contenue dans le sol et celle contenue à l'intérieur des racines (1).
Les minéraux sont présents en faible quantité dans l'eau du sol. Ils sont concentrés par les membranes sélectives des plantes. Ils rentrent mais ne ressortent pas. Ces réserves d'eau et de minéraux sont ensuite distribuées à la tige et aux feuilles (2).
Enfin, l'eau est relâchée dans l'atmosphère, sous forme de vapeur, par les stomates des feuilles. C'est ce qu'on appelle la transpiration de la plante (3).
Ainsi, un flux d'eau continu est crée depuis le sol, en passant par les racines, les tiges et les feuilles, jusqu'à l'atmosphère. Cela explique la sensation de fraîcheur que l'on peut ressentir sous les arbres lors des fortes chaleurs.
Schéma simplifié du cycle de l'eau et des minéraux par osmose.
2- Le rôle de l'osmose
Effet protecteur:
En cas de sécheresse, les stomates peuvent se fermer. Cela protège la plante en évitant la perte d'eau par transpiration. Attention tout de même, la plante ne doit pas rester longtemps dans cet état.
1- D'une parce que les stocks d'eau diminuent rapidement.
2- De deux, parce que les stomates doivent être ouvert. C'est une condition nécessaire pour que se produise la photosynthèse (voir plus bas).
Effet rafraîchissant:
Un flux d'eau continu est crée depuis le sol, en passant par les racines, les tiges et les feuilles, jusqu'à l'atmosphère. Cela explique la sensation de fraîcheur que l'on peut ressentir autour des arbres et des plantes lors des fortes chaleurs, mais les stocks d'eau s'épuisent rapidement et les feuilles fanent lors de longues périodes de sécheresse.
NOTE: Cela explique l'importance d'un arrosage abondant après une transplantation. Le flux continu a été rompu. Il faut laisser le temps aux racines de récupérer pour jouer leur rôle d'absorption de l'eau et compenser les pertes dues à la transpiration qui continue. Cela est d'autant plus vrai en cas de sécheresse, car la transpiration augmente.
Photosynthèse et respiration cellulaire: Le rôle des feuilles dans l'indépendance
Photosynthèse:
La photosynthèse est un processus biologique producteur d'énergie.
Une plante via la photosynthèse devient un convertisseur d'énergie. Elle est capable de transformer l'énergie rayonnante du soleil en énergie chimique (production de substances).
La nourriture est synthétisée de façon prioritaire dans les feuilles.
En début de croissance, lors de la germination, les plantes ne sont pas encore capables de réaliser la photosynthèse. Pour pousser, les plantules utilisent les réserves énergétiques contenues dans la graine ( voir semis et germination des graines). La plante réalisera la photosynthèse qu'à l'apparition des premières feuilles à la lumière.
Une fois démarrée, la photosynthèse produit toute la nourriture dont la plante a besoin. La plante crée des réserves énergétiques composées de matières organiques:
- d'hydrates de carbone tel que des sucres (glucose, fructose, saccharose, amidon),
- de graisses
- de protéines
Equation de la photosynthèse. Le dioxyde de carbone (CO2) de l'atmosphère et l'eau (H2O) du sol sont capturés pour former des glucides. En parallèle, de l'oxygène (O2) est relâché dans l'atmosphère à travers les stomates, ouverts, des feuilles.
Quand ? La photosynthèse a lieu le jour.
Où ? Elle a lieu dans les chloroplastes, où sont situés la chlorophylle (pigment vert) mais aussi d'autres pigments comme le carotène (pigment jaune orange) et les xanthophylles (pigments plus ou moins jaune en fonction de la structure).
Comment ? Tous ces pigments sont capables de capturer la lumière en tant que source d'énergie pour la synthèse de nourriture. Le soleil ayant un large spectre. Les spectres, bleu et rouge, de la lumière du soleil sont absorbés par la chlorophylle tandis que la partie bleu-vert du spectre visible est absorbée par le carotène et les xanthophylles.
Respiration cellulaire:
Les animaux, mais aussi les plantes, utilisent la respiration cellulaire. A l'inverse de la photosynthèse, c'est un processus biologique consommateur d'énergie.
La respiration cellulaire utilise l'oxygène (O2) de l'atmosphère et libère du dioxyde de carbone (CO2). Elle se produit non seulement le jour mais aussi la nuit.
Elle a aussi besoin des réserves d'énergie produites lors de la photosynthèse pour se réaliser. En effet, l'énergie utilisée pour former les liaisons chimiques de l'amidon, lors de la photosynthèse, représente un stock d'énergie. Lors de la respiration cellulaire, ces liaisons sont rompues biochimiquement par les cellules et l'énergie libérée.
Cette énergie sera entre autre réutilisée pour fabriquer d'autres molécules, comme les polymères de cellulose ou la lignine qui sont nécessaire à la croissance et la construction des cellules.
Cette énergie peut aussi être utilisée pour synthétiser un dimère, le saccharose, qui est le sucre de table obtenu à partir de la canne à sucre ou de la betterave.
Note: La cellulose et l'amidon sont, tous les deux, des polymères composés de glucose. La liaison qui les différencie, donne à l'un le rôle de réserve énergétique (l'amidon peut être décomposé en glucose, par la plante, pour fournir de l'énergie) et à l'autre un rôle structural dans le soutien de la plante. L'amidon est courant dans l'alimentation humaine et est le principal constituant de la pomme de terre.
Equation de la respiration cellulaire chez les plantes.
Contrairement au processus de photosynthèse, l'oxygène (O2) est transformé en CO2 grâce à l'énergie des liaisons entre les atomes.
C' est une réaction consommatrice d'oxygène
Note: La respiration cellulaire est produite par les plantes et les animaux en présence d'oxygène mais certains organismes réalisent la respiration en absence d'oxygène (respiration anaérobique): les levures réduisent les sucres en alcool éthylique (C2H5OH) et en CO2 par un procédé appelé fermentation. La fermentation des levures est employée dans la production des boissons alcooliques ou de pains. Pour le pain, le CO2 libéré est piégé par la pâte en la faisant "lever". On distingue plusieurs types de réactions de fermentation en fonction de la nature des produits de la réaction (fermentation alcoolique, fermentation lactique, fermentation acétique).
Photosynthèse et respiration cellulaire: 2 processus qui s'équilibrent
Les activités des deux processus, photosynthèse et respiration cellulaire, sont représentées dans le graphique ci-dessous.
La photosynthèse domine largement le jour (pic d'activité), la plante stocke de l'énergie.
La respiration cellulaire compense sa plus faible activité le jour, par son activité la nuit (activité étalée sur 24h). Elle a lieu en continue, la plante consomme en permanence des nutriments pour sa croissance et autres procédés métaboliques.
Pour le bon développement d'une plante (croissance, fruit, maturation), le procédé de photosynthèse doit être légèrement supérieur à celui de la respiration cellulaire. Ainsi, en fonction de chaque type de plante, un minimum d'intensité lumineuse nécessaire existe pour sa survie...
Qui n'a jamais observé une différence de développement de la même plante dans différents coins du jardin !
Trois paramètres peuvent induire, jusqu'à une certaine limite, la photosynthèse: la prolongation du temps d'exposition ou l'augmentation de son intensité, l'augmentation de la pression due à une augmentation de la concentration en CO2 dans l'air.
Note: Seul les plantes et certains microorganismes réalisent la photosynthèse. Au-delà de l'importance de ce processus biologique pour le développement de la plante, il est aussi indispensable à la diminution du CO2 et au réapprovisionnement en O2 dans l'atmosphère. Les déforestations massives, la diminution de la place de la flore, en général, sont d'autant plus alarmante quand on sait qu'il n'y a pas seulement la respiration cellulaire mais aussi toutes les réactions d'oxydation (formation de rouille,...), combustion des "énergies fossiles" (charbon, huile, gaz naturel) qui consomme l'oxygène et libère du CO2. Malheureusement, la nécessité de l'abondance d'une flore pour équilibrer la quantité de CO2 dans l'atmosphère, semble loin des préoccupations actuelles.
< Paramètres influants sur la croissance / Reproduction végétative >