Échanges gazeux chez les végétaux

  1. Stomates
  2. Ouverture des stomates
  3. Fermeture des stomates
  4. Adaptations
    1. Fixation en C4
    2. Plantes de type CAM
  5. Sites intéressants

1. Stomates

Les stomates comprennent deux cellules de garde, appelées aussi cellules stomatiques, et un ostiole. La paroi des cellules de garde n'est pas uniforme. Elle est plus épaisse du côté de l'ostiole. Les extrémités des 2 cellules sont reliées. À l'intérieur des cellules de garde on trouve des microfibrilles à orientation radiale.

2. Ouverture des stomates

Lorsque l'eau pénètre dans les cellules de garde, la paroi épaisse résiste à la pression. La poussée de l'eau s'exerce donc du côté mince. Les microfibrilles tirent sur la paroi épaisse provoquant l'ouverture de l'ostiole.

Le contrôle de l'ouverture est basé sur la concentration de K+ dans les cellules stomatiques. Lorsque le K+ traverse la membrane le potentiel hydrique se trouve changé et l'eau traverse à son tour.

Le flux d'ions K+ est contrôlé par les pompes à protons grâce au transport actif. Lorsque les pompes envoient les H+ hors de la cellule, le potentiel de membrane devient plus négatif du côté interne. Les K+ des cellules voisines entrent alors dans les stomates en passant par des canaux spécifiques nommés perméases. L'eau suit à son tour.

La lumière de même que la diminution de CO2 dans les lacunes stimulent l'ouverture des stomates.

 

 

Figure 1: Structure et fonctionnement d'un stomate.

3. Fermeture des stomates par l'action de l'ABA (acide abscissique)

L'ABA induit une sortie des ions K+ et Cl- ce qui entraîne également une sortie d'eau des cellules de garde. Le stomate se ferme.

4. Adaptations

Comme nous l'avons vu précédemment, une température élevée stimule la fermeture des stomates. Ce faisant, la concentration de CO2 dans la feuille diminue, ce qui, normalement, enclenche la photorespiration et diminue le rendement de la photosynthèse. . Certaines plantes des milieux chauds auraient donc beaucoup de difficulté à survivre si ce n'était d'une adpatation leur permettant de fixer le CO2 la nuit. Il existe deux types d'adaptations: les plantes de type C4 et les plantes CAM.

A) Fixation en C4

On trouve dans ce groupe certaines Graminées, la canne à sucre et le maïs. Les plantes de type C4 ont d'abord évolué sous les tropiques et sont particulièrement bien adaptées aux conditions de forte luminosité, de hautes températures et de sécheresse. Chez ces plantes, le faisceau conducteur est entouré de cellules formant la gaine fasciculaire. Ces cellules sont reliées, par des plasmodesmes, aux cellules du mésophylle. De plus, elles possèdent une enzyme, la PEP carboxylase, capable de fixer le CO2 même lorsque celui-ci est en très petite quantité. Pour éviter l'évapotranspiration, ces plantes ferment leurs stomates le jour. À ce moment, la concentration de CO2 diminue dans la feuille. Les cellules du mésophylle fixent le CO2 au phosphoénolpyruvate (PEP) pour former un produit à 4 carbones (d'où le nom de C4), soit l'oxaloacétate. Une fois produit, l'oxaloacétate se dirige dans un chloroplaste de la même cellule où il sera transformé en malate. Ce dernier quitte ensuite la cellule du mésophylle pour se diriger dans une cellule de la gaine fasciculaire où il sera décarboxylé (libération du CO2) et transformé en pyruvate. Ce dernier retournera dans la cellule du mésophylle et sera à nouveau transformé en PEP. Le CO2 libéré se dirigera dans un chloroplaste pour être fixé par le cycle de Calvin.

Plantes C4

Figure 2: Exemples de plantes de type C4.

feuille C4

Figure 3: Fixation du CO2 dans une feuille d'une plante de type C4.

B) Plantes de type CAM

Le nom CAM (Crassulacean acid metabolism) vient du fait que cette voie métabolique a d'abord été trouvée chez les Crassulacées. Ces plantes sont adaptées à une vie en milieu aride. Elles possèdent une cuticule épaisse qui prévient la déshydratation. Outre cette adaptation, elles ferment leurs stomates le jour et les ouvrent la nuit. Conséquemment, le CO2 est fixé la nuit et utilisé le jour dans la photosynthèse. Alors que pour les plantes de type C4, les processus de fixation et de photosynthèse se faisaient à des endroits différents, les plantes CAM répartissent ces étapes dans le temps (nuit et jour), mais elles ont lieu dans la même cellule.

Plantes CAM

Figure 4: Exemples de plantes CAM.

Feuille CAM

Figure 5: Fixation du CO2 dans une plante de type CAM.

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Pages à lire dans le Campbell: 207 à 210; 811 à 813

Sites intéressants

General and human biology (Plants)

Site relatif au livre de Raven et al. Voir la section Essential Study Partner

Expérience: Traspiration chez les plantes

Petite expérience pour comparer la transpiration de différentes plantes en fonction de plusieurs facteurs.

Photosynthèse

Un petit rappel de la photosynthèse en animation.

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Dernière mise à jour le 8 novembre, 2008