CONNAITRE LA PLANTE ET SON MILIEU DE VIE

CONNAITRE LA PLANTE ET SON MILIEU DE VIE 1

A. BIOLOGIE DES PLANTES A1 Qu est ce qu une plante? A2 Les organes de la plante A3 Les organes souterrains A4 Les feuilles, usines à gaz A5 Comment les plantes grandissent? A6 Comment les plantes se reproduisent? A7 Comment les plantes se défendent-t-elles? A8 Les adaptations des plantes à leur environnement Les différentes illustrations, photos et documents insérés dans ce cours sont extraits d ouvrages, documents et sites internets dont les références sont précisées en page 64. 2

A3 Les organes souterrains 3

A30. Les grands types d organes souterrains Ref 8 4

Les organes souterrains appartiennent à l appareil végétatif des végétaux. La plupart des végétaux possèdent des organes souterrains, hormis quelques exceptions (plantes épiphytes, mousses,...) On distingue : - Les RACINES VRAIES - Les BULBES - Les RHIZOMES - Les TUBERCULES Ref 8 5

Les RACINES VRAIES! Les RACINES sont des organes fondamentaux! Quasiment toutes les plantes possèdent des racines! Les racines ont 3 fonctions principales : Ancrage de la plante dans le sol Absorption de l eau et des sels minéraux Stockage des réserves! L ensemble des RACINES d une plante forme le système racinaire.! Le volume dans le sol est souvent largement supérieur au volume des organes aériens Exemple : Chêne, Lilas, Forsythia, Ortie, Menthe, Poireau... 6 Ref 8

Les BULBES! Sont constitués de tiges très courtes, + ou - aplaties, accumulant des réserves, munies de pièces foliaires + ou déformées, présentant à leur base des racines adventives. Ecailles de protection Pièces foliaires Future fleur Tige plateau Racines adventives Exemple : Tulipe, Oignon, Ail, Crocus 7 Ref 9

Les RHIZOMES! Tiges charnues, qui se ramifient dans le sol et émettent chaque année des racines adventives et des pousses aériennes. Feuilles Pousses aériennes Racines adventives Tige charnue Ref 9 Exemple :Chiendent, Iris, Bambou 8

Les TUBERCULES! Tige souterraine renflée par l accumulation de réserves, elle assure la survie des plantes en saison difficile (sécheresse ou hiver) Ref 8 Exemple : Panais, Carotte, Pomme de terre, Patate douce 9

Comment naissent les organes souterrains d une plante? Les RACINES VRAIES Les BULBES, RHIZOMES, TUBERCULES! Issues de la germination de la graine! Issues de la ramification d une racine! Issus de la tige

A31 Morphologie du système racinaire Ref 8 11

! LES DIFFERENTS ELEMENTS DU SYSTEME RACINAIRE Le SYSTEME RACINAIRE est connecté aux organes aériens, par l intermédiaire de la TIGE et du COLLET. ANCRAGE STOCKAGE Les fonctions fondamentales sont assurées par l un ou l autre des éléments. CROISSANCE ABSORPTION 12 Ref 8

! RAMIFICATION DES RACINES En général, on distingue 3 types de ramification des racines. LES RACINES SECONDAIRES Appelées souvent racines traçantes Se développe par ramification de la racine principale LA RACINE PRINCIPALE Appelée souvent racine pivotante LES RADICELLES - Ce sont les jeunes racines - Appelées aussi racines fines, elles sont très nombreuses - Elles portent les poils absorbants - Portées par les racines secondaires - Se développe directement depuis le collet chez les plantes herbacées 13

! RAMIFICATION DES RACINES TYPE FONCTION DUREE DE VIE RAMIFICATION TYPES DE VEGETAUX PRINCIPALE Ancrage Stockage Longue Meurt progressivement chez les arbres OUI Essentiellement Arbres et Arbustes SECONDAIRE Ancrage Stockage Moyenne à longue Remplace progressivement la racine principale chez les arbres OUI Arbres, arbustes Plantes vivaces RADICELLE Absorption Ancrage chez les plantes herbacées Brève Certaines donnent naissance aux racines ligneuses NON, porte les poils absorbants, Tous les végétaux 14

! VARIATIONS DU SYSTEME RACINAIRE : LES DIFFERENTS TYPES DE RACINES Le système racinaire peut varier. Il peut se distinguer d une plante à l autre par : La forme des racines La hiérarchisation des différents éléments qui le compose La situation des racines sur la tige Le milieu dans lequel il évolue Le système racinaire peut être. -Fasciculé et de petite envergure, constitué d éléments aux rôles identiques chez la plupart des plantes herbacées - Architecturé, ramifié et hiérarchisé chez les arbres et les arbustes - Spécialisé chez certaines plantes : plantes aquatiques, plantes grimpantes, orchidées 15

Système racinaire FASCICULE - Les racines prennent toute naissance à la base de la tige de la plante - Racines identiques de même dimension, pas de hiérarchisation - Fonctions des racines : ancrage & nutrition Peu profondes Couvrent une grande surface Contribuent à empêcher l érosion des sols Ref 8 Racines du Chiendent odorant 16

Système racinaire ARCHITECTURE - Appelé aussi système Pivotant, en raison de la présence d une racine principale appelée pivot, qui se ramifie au fur et à mesure du développement de la plante - Structure ramifiée & hiérarchisée - Fonctions des racines : ancrage, nutrition, stockage Ref 4 17

Système racinaire SPECIALISE Chez certaines plantes, le système racinaire est spécialisé : 1. La racine principale issue de la germination de la graine dégénère. De nouvelles racines nées sur la tige aérienne la remplace et forme le système souterrain Ce sont des RACINES ADVENTIVES. Ref 8 Ref 8 Racine adventive de Sorgho Racine adventive de Bambou 18

Système racinaire SPECIALISE 2. Les RACINES ADVENTIVES peuvent être aériennes, prendre naissance sur le tronc d un arbre, la tige à des hauteurs très importantes, et être utilisées par le végétal comme support : racines supports du Ficus, racines échasses des Palétuviers Ref 8 Racine échasse des Palétuviers Ref 8 19 Racine support Ficus

Système racinaire SPECIALISE 3. Les racines adventives peuvent apparaître dans une position bien particulière (...) en dehors des processus normaux de ramifications. Elles peuvent ainsi prendre la forme de crampons pour permettre à la plante de s accrocher à un support. Elles n ont aucun rôle d absorption Racine crampons du Lierre Ref 8 20

Système racinaire SPECIALISE 4. Les racines adventives peuvent également être aérienne mais sans être ancrée dans le sol. Elles pendent dans l air et absorbent la vapeur d eau contenue dans l air. Ces racines ne portent pas de poils absorbants. Ce sont des plantes épiphytes. - Exemple : Orchidées, Phillodendron, Racines aériennes Ref 8 21

Système racinaire SPECIALISE 5. Les racines aquatiques sont immergée dans l eau en permanence Racines aquatiques Ref 8 22

Système racinaire SPECIALISE 6. Les racines pneumatophores de certains arbres de milieu marécageux sont des racines verticales qui émergent de l eau ou du sol et absorbent dans l air la vapeur d eau. Exemple : racines pneumatophores du Cyprès chauve Racines pneumatophores Ref 8 23

Système racinaire SPECIALISE 7. Les racines suçoirs chez certaines plantes parasites se fixent sur une plante hôte et pénètrent les tissus de celles-ci pour se nourrir Exemple : les racines suçoirs du Gui Racines suçoirs du Gui Ref 8 24

Plantes sans système racinaire Certaines plantes ne possèdent pas de racines. Leur appareil végétatif, fixé sur un support, est composé de tiges pendantes, dont l épiderme absorbe dans l air les éléments dont elles ont besoin. Exemple : Tillandsias, appelées communément Filles de l air ou Barbe espagnole Ref 8 25

A32 Anatomie d une jeune racine 26

Les racines souterraines sont différentes des tiges aériennes " Les racines ont un géotropisme négatif : elle pousse vers le bas " Les racines ne sont pas recouvertes d une cuticule : elles peuvent absorber directement l eau du sol " Les racines se ramifient irrégulièrement : elles s adaptent aux contraintes souterraines LA RACINE PRINCIPALE RACINES SECONDAIRES LES RADICELLES 27

Ref 8 : www.allo-olivier.com! Les RADICELLES (les jeunes racines) sont portées par la racine principale ou par les racines secondaires 28

Structure et fonctions de la RADICELLE STRUCTURES FONCTIONS ZONE PILIFERE (porte les poils absorbants) ABSORPTION ZONE de CROISSANCE CROISSANCE EN EPAISSEUR SIEGE DE LA RAMIFICATION MERISTEME APICAL COIFFE PRODUCTION DE NOUVELLES CELLULES PENETRATION DANS LE SOL Ref 8 29

STRUCTURE INTERNE DE LA RADICELLE - Coupe longitudinale Péricycle : produisent des racines secondaires Poils absorbants Xylème : conduit la sève brute Endoderme : contrôle l entrée et la sortie de l eau Cortex : rôle de soutien et de réserve Epiderme : couche supérieure de la radicelle Moelle : rôle de réserve Méristème apical : Tissu d allongement de la radicelle Coiffe : protège le méristème apical tout en favorisant la pénétration de la radicelle Ref 5 30

STRUCTURE INTERNE DE LA RADICELLE - Coupe transversale Ref 8

LES POILS ABSORBANTS ZONE PILIFERE (porte les poils absorbants) POILS ABSORBANTS Ref 8 32

LES POILS ABSORBANTS POIL ABSORBANT Ref 8 Gerd A. Guenther 33

LES POILS ABSORBANTS Ref 4 34

A33 Les différents rôles des racines 35

La racine est un organe vital qui a plusieurs rôles au sein de la plante :! PRELEVER dans le sol l eau nécessaire à la survie de la plante! ABSORBER les sels minéraux du sol Absorption de l eau Absorption des nutriments Ref 6 36

ROLES DES RACINES! L eau et les nutriments du sol absorbés constituent la SEVE BRUTE! La sève brute alimente les parties aériennes! ASSURER LE TRANSFERT de la sève brute vers les parties aériennes Transfert vers les parties aériennes Ref 6 37

ROLES DES RACINES! ASSURER L ANCRAGE de la plante dans le sol La racine principale est robuste et s enfonce profondément dans le sol C est le pivot central, qui assure l ancrage (dans un premier temps) La racine principal produit ensuite des racines secondaires Elles poussent horizontalement ou à l oblique Elles vont augmenter la stabilité de l ancrage racinaire 38

ANCRAGE DES RACINES Ref 8 Système racinaire avec pivot central 39

ANCRAGE DES RACINES Ref 8 Ref 8 Systèmes racinaires avec pivot central, et racines secondaires 40

ANCRAGE DES RACINES Ref 7 Systèmes racinaires avec pivot central, et racines secondaires 41

Ref 8 ANCRAGE DES RACINES Système racinaire avec racines secondaires obliques 42

Ref 8 ANCRAGE DES RACINES Système racinaire avec racines secondaires superficielles 43

ROLES DES RACINES! ACCUMULER DES RESERVES, essentiellement des sucres, pendant l hiver! Les réserves sont utilisées à la sortie de l hiver lors du réveil pour le démarrage de la végétation! Les racines se déforment du fait de l accumulation des réserves Contreforts racinaires! Les organes souterrains se déforment aussi en accumulant des réserves : on dit qu ils sont tubérisés Ref 8 Exemple : tubercule de la carotte de la patate douce Ref 8 44

ROLES DES RACINES! Support d associations symbiotiques avec des micro-organismes (bactéries ou champignons)! Ces associations, comme les mycorhizes, (association entre un champignon et les racines d une espèce d arbre, ont plusieurs intérêts : Elles facilitent l absorption des éléments minéraux Elles augmentent le volume de prospection racinaire dans le sol Ref 7 : Association d un arbre et d un champignon Ref 8 : Ectomycorhize 45

AUTRES ROLES DES RACINES Rôles au niveau du sol : Décompactage et ameublissement Limite l érosion Captage des eaux en excès Absorption de substances polluantes Libération de sels minéraux Enrichissement organique

CROISSANCE DES RACINES! La tige aérienne et la racine sont soumises à un phénomène identique de croissance.! Chez les racines, cette croissance est engendrée par 2 tissus spécialisés et sera de 2 types : Elle va s effectuer au niveau du méristème apical : c est la croissance primaire qui provoque la croissance en longueur de la racine Elle va également s effectuer au niveau du cambium vasculaire et du cambium cortical : c est la croissance secondaire qui provoque la croissance en diamètre de la racine! La croissance des racines suit en général un géotropisme négatif, c est à dire qu elle se dirige vers le bas.! Si les conditions de développement sont bonnes : sol meuble, présence d eau, la croissance a lieu dans toutes les directions 47

A34 Les mécanismes d échanges et d absorption 48

LA RHIZOSPHERE! Les racines sont en contact étroit avec le sol et sa solution!la RHIZOSPHERE est le volume de sol qu explorent chaque pointe racinaire (du grec rhizos = racine, et sphère)! En anglais, le terme rhizosphère est appelé hidden half, ce qui se traduit littéralement par la moitié cachée de la plante!la rhizosphère forme une zone de transition entre les particules de terre et la racine!la rhizosphère forme une couche très riche en bactéries qui entoure les radicelles et les poils absorbants 49

LA RHIZOSPHERE!La rhizosphère forme une zone de transition entre les particules de terre et la racine!la rhizosphère forme une couche très riche en bactéries qui entoure les radicelles et les poils absorbants Ref 8!La rhizosphère est également largement explorée par le réseau des mycorhizes associées aux racines. 50

LES ECHANGES DANS LA RHIZOSPHERE Les plantes puisent dans la rhizosphère l eau et les sels minéraux indispensables à leur fonctionnement au cours de différents échanges : c est la nutrition minérale Il existe 3 types d échanges dans la rhizosphère Absorption par les mycorhizes Absorption par les poils absorbants Sécrétions de la racine Ref 10 51 Echanges

LES ECHANGES DANS LA RHIZOSPHERE Absorption par les poils absorbants! Les racines absorbent de l eau et des éléments minéraux dissous grâce aux poils absorbants Epiderme Endoderme Péricycle Moelle Poil absorbant Circulation de l eau du sol et les nutriments vers l intérieur de la racine Cortex Xylème Phloème Ref 5 52

LES ECHANGES DANS LA RHIZOSPHERE Absorption par les poils absorbants! L EAU pénètre dans la racine sous l effet de 2 phénomènes dits passifs : Premier phénomène : Une poussée s appuyant sur le mécansme d osmose L eau pénètre dans les racines en raison d une différence de dilution entre la rhizosphère et les tissus racinaires. Pression osmotique Eau dans la rhizosphère Racine Eau dans la racine L eau dans la solution du sol est diluée, peu concentrée Rhizosphère L eau dans les cellules de la racine est concentrée par l accumulation de sels minéraux dissous L osmose est le mécanisme de passage de l eau du milieu le moins concentré vers le milieu le plus concentré 53

LES ECHANGES DANS LA RHIZOSPHERE Absorption par les poils absorbants! L EAU pénètre dans la racine sous l effet de 2 phénomènes dits passifs : Deuxième phénomène : une succion exercée par les besoins en eau des parties aériennes La transpiration, la photosynthèse, le transport de l eau dans toute la plante créent une demande d eau qui, du fait de la cohésion des molécules d eau entre elles (la capillarité), se répercute des éléments aériens jusqu aux poils absorbants. Ref 8 54

Absorption par les poils absorbants LES ECHANGES DANS LA RHIZOSPHERE! LES ELEMENTS MINERAUX pénètrent dans la racine grâce à des mécanismes passifs, qui ne consomment aucune énergie Les sels minéraux traversent les membranes racinaires grâce aux phénomènes de diffusion MEMBRANE La diffusion est simple par franchissement direct de la membrane La diffusion est facilitée par des canaux ou des protéines insérés dans la membrane 55

LES ECHANGES DANS LA RHIZOSPHERE Absorption par les poils absorbants! LES ELEMENTS MINERAUX pénètrent également dans la racine grâce à des mécanismes actifs Des protéines insérées dans la membrane des cellules jouent le rôle de pompes qui aspirent et/ou rejettent des éléments minéraux Elles utilisent de l énergie pour fonctionner Ref 8 56

LES ECHANGES DANS LA RHIZOSPHERE Absorption par les mycorhizes! Qu est ce qu une MYCORHIZE? Mycorhize, du grec myco - champigon, et rhiza - racine Une mycorhize est le résultat d une association dite symbiotique entre un champignon et les racines des végétaux Ref 8 Ref 8 57 Le mycélium d un champignon, constitué d hyphes (l organe principal du champignon sorte de fins filaments), colonise les racines d une plante donnée

Absorption par les mycorhizes! La symbiose profite aux 2 organismes LES ECHANGES DANS LA RHIZOSPHERE La plante fournit au champignon un support et des nutriments Ref 8 L e c h a m p i g n o n augmente la surface d absorption racinaire et fournit à la plante de l eau et des éléments minéraux 58

Absorption par les mycorhizes LES ECHANGES DANS LA RHIZOSPHERE! Il existe deux types principaux de MYCORHIZE Les ectomycorhizes : les hyphes s associent aux racines fines, enveloppent la racine, augmentant ainsi le diamètre de la racine support, donc la surface d absorption Les ectomycorhizes concernent surtout les arbres Ref 8 Ref 8 59

Absorption par les mycorhizes LES ECHANGES DANS LA RHIZOSPHERE! Il existe deux types principaux de MYCORHIZE Les endomycorhizes : les hyphes pénètrent l écorce de la racine et y forment des arbuscules. Le mycélium se ramifient autour des racines, créant ainsi une grande surface de contact et d échange avec la rhizosphère Les endomycorhizes colonisent environ 400 000 espèces. Ref 8 Ref 8 60

LES ECHANGES DANS LA RHIZOSPHERE Sécrétions par les racines : l effet rhizosphère! Les racines rejettent dans le sol environ 30 % des molécules fabriquées tout au long des différentes fonctions métaboliques de la plante (photosynthèse)! Ces molécules sont de plusieurs types : - Carbone - Sucres - Protéines - Acide gras! Cet apport massif de substances organiques va favoriser la prolifération de nombreux micro-organismes du sol : bactéries, champignons, algues, insectes, vers, acariens... 61

LES ECHANGES DANS LA RHIZOSPHERE Sécrétions par les racines : l effet rhizosphère Texte Molécules exsudées Ref 3 Paramécie Champignon microscopique Acariens Nématode Ref 10 62

A35 La sève brute, transport et composition 63

Dans la racine, la solution minérale (eau + sels minéraux), entrée par les poils absorbants, traverse horizontalement les tissus internes. Ref 10 64

Cette solution minérale traverse les différents tissus, pour rejoindre des vaisseaux conducteurs (le XYLEME) en empruntant 3 voies a. En passant à travers la membrane des cellules. b. En passant de cellule en cellule par des plasmodesmes = voie symplaste. c. En passant entre les cellules ou dans les cellules mortes = voie apoplaste. Ref 3 65

Cette solution minérale rejoint, au centre de la racine des vaisseaux conducteurs spécifiques, appelé le XYLEME Une fois dans le xylème, la solution, appelée SEVE BRUTE, est transportée jusqu aux feuilles. Feuille Ce transport de SEVE BRUTE est ASCENDANT Sève brute Xylème Solution minérale 66

Les mouvements de sève brute dans l arbre Les mouvements de SEVE BRUTE sont ascendants : depuis les racines jusqu aux feuilles, La montée de la sève brute est possible grâce : 1 A la pression exercée, à chaque instant, par les liquides nouveaux entrés par les poils absorbants sur ceux qui ont déjà pénétré dans le corps de la plante!= poussée radiculaire 2 A l'aspiration, produite par la transpiration des parties aériennes de la plante 3 A la capillarité des vaisseaux ligneux;! Ref 8 67

Vitesse de montée de sève brute - vitesse moyenne de circulation de 7 cm/heure (Erable, Hêtre) à 70 cm/heure (Chêne, Frêne) de 1,5 m à 2 m/heure pour les végétaux des zones tropicales humides - vitesse max : 100 m à l heure Une forêt d 1 HA évacue 3000 à 4000 T d eau par an Un érable peut perdre ~ 200 L / h en été DONC Il doit puiser 200 L / h dans le sol pour compenser. 68

La SEVE BRUTE contient de l Azote du Calcium du Chlore de l EAU + des sels minéraux du Phosphore du Potassium du Sodium du Soufre du Silicium 99 % Fer Bore + Des oligoélements Zinc Manganèse Cuivre Molybdène Sucres Phénols + Des SUBSTANCES ORGANIQUES Acides aminée Vitamines 69

La SEVE BRUTE est utilisée dans les feuilles, lors de la PHOTOSYNTHESE (voir chapitre A41). Photosynthèse Sève brute 70

L eau et les sels minéraux qu elle contient sont utilisées lors de la photosynthèse, ainsi que d autres éléments. Ils sont synthétisés et transformés. Le résultat de ce processus s appelle la SEVE ELABOREE. La SEVE ELABOREE est indispensable à la croissance, à la reproduction, à la protection de la plante. SEVE BRUTE Autre éléments + Photosynthèse= SEVE ELABOREE

Références et Bibliographie (1) Dictionnaire de l académie française (2) Encyclopédie WIKIPEDIA (3) Gilles Bourbonnais, CEGEP Ste Foy (4) Connaître les arbres, B Fischesser, Bordas (5) Introduction à la botanique, G Ducreux, Belin (6) Jardin, création - entretien, JC Pamelard, Mat éditions (7) Les racines, C. Drénou, IDF (8) Internet - non identifié (9) Documents et sources personnels, support de cours, photographies - GL (10) Les bases de la production végétale, le SOL, D Soltner - STA (11) La forêt redécouverte, C Leroy - Belin (12) Les soins naturels aux arbres, Eric Petiot - Edition de Terran (13) La taille des arbustes et des jeunes arbres d ornement, Pierre Raimbault, ENGREF (14) http://www.afd-ld.org (15) La botanique redécouverte, A Raynal Roques - Belin (16)La taille raisonnée des arbustes d ornements, Pascal Prieur Edition Ulmer (17) http://www.snv.jussieu.fr (18)