La feuille: Photosynthèse et Chlorophylle

Rappels

• Les plantes sont autotrophes.
• Les animaux sont hétérotrophes et dépendent totalement du règne végétal.
• Les végétaux sont autotrophes, ils sont donc totalement indépendants des animaux.
• Les animaux consomment de la matière organique.
• Les végétaux produisent de la matière organique.
• Les plantes ont besoin de sels minéraux, d'eau et de lumière.
• Les feuilles et les tiges permettent l'apport de lumière grâce à la photosynthèse.
• La photosynthèse permet la synthèse de matière organique, faisant croître les plantes et permettant aux animaux hétérotrophes de se nourrir.
• La photosynthèse permet la production d'O2, une molécule requise à la survie de la plupart des autres organismes vivants.
• Les plantes ont besoin de CO2 et d'O2 de l'air, ainsi que de minéraux et d'eau du sol pour vivre.

La Feuille

• La présence de chlorophylle dans la membrane des thylakoïdes rend les feuilles vertes.
• Ces pigments permettent la captation de la lumière, qui est ensuite utilisée dans le processus de la photosynthèse.
• La première étape de la photosynthèse est composée de réactions photochimiques qui nécessitent de l'eau et libèrent de l'oxygène.
• La deuxième étape est le cycle de Calvin, où le carbone originellement minéral rejoint des molécules organiques.
• Les plantes doivent capter la lumière, ce qui nécessite un organe plan.
• Un milieu diffusif trouvé dans un organe mince est requis.
• Un lieu d'échanges est requis et necessite l'existence des parois fines.
• Une protection contre la dessiccation ainsi qu'une couche protectrice des feuilles (la cuticule) est requise.
• Le contrôle des échanges gazeux se fait par des structures spécialisées : les stomates.
• Il existe deux types de feuilles.
  • Dicotylédones : on trouve une nervure centrale et des "sous nervures".
  • Monocotylédones : les nervures sont parallèles.
• Les feuilles de dicotylédones ont une différence entre les deux côtés, avec des stomates sur un seul côté et un parenchyme palissadique et lacuneux.
• Les feuilles de monocotylédones sont relativement droites avec deux faces similaires et des stomates sur les deux côtés.

Origine méristématique : Fonctionnement du méristème apical caulinaire (MAC)

• Le méristème apical caulinaire initie les feuilles de manière rythmique.
• Le plastochrone est le temps entre l'apparition de feuilles successives.
• Les nouvelles feuilles divergent d'un angle précis.
• La disposition des feuilles le long de la tige est appelée phyllotaxie et correspond à une hélice foliaire.
• La phyllotaxie est optimale pour l'interception de la lumière et prend en compte la taille et l'inclinaison de la future feuille.
• Le méristème apical de la racine produit des cellules vers l'intérieur et l'extérieur de la racine.
• On trouve au niveau des méristèmes apicaux un endroit d'où les feuilles se développent.
• Le phytomère est la partie de la tige comprenant l'entre-nœud, le nœud, le bourgeon auxiliaire et la feuille.
• Au niveau du méristème, on retrouve :
  • Une zone axiale peu fonctionnelle.
  • Une zone latérale qui comporte l'organogène, l'histogène et le méristème médullaire.
• Une tige est donc une succession de phytomères.

Développement de la feuille

• Une feuille est caractérisée par un pétiole plus ou moins long.
• Le limbe est symétrique et soutenu par les nervures.
  • Il peut être entier (feuille simple) ou divisé en folioles (feuilles composées) insérées à différents niveaux du pétiole.
• Les stipules se trouvent à la base du pétiole.
• Les marges ou les bords du limbe peuvent être lisses, dentées, lobées, ondulées...
• Il existe des feuilles de formes différentes (lancéolées, cordiformes...).
• De plus, elles peuvent être caduques ou persistantes avec une zone d'abscission.
• Les premières feuilles formées ne sont pas forcément semblables aux suivantes.
• Les feuilles secondaires ne sont pas forcément de la même taille (anisophyllie) ou semblables (hétérophyllie).
• Certaines feuilles assurent des fonctions particulières :
• résistantes à la sécheresse (xérophytes)
• flottantes
• défensives (épines)
• florales (bractées)
• capture d'insectes...
• Pétiole : partie dépourvue de limbe où se trouve la nervure, cette zone ne fait pas de photosynthèse, laissant passer la lumière pour les feuilles en dessous.

Structure et principaux tissus

• Les parenchymes constituent le mésophylle :
• une coupe d'une feuille dicotylédone est structurée et polarisée.
• la couche supérieure (épiderme supérieur) ne possède pas de chloroplaste et est recouverte de cuticule.
• le parenchyme palissadique en contient beaucoup et est très riche en chloroplastes.
• la couche inférieure (parenchyme lacuneux) contient des lacunes (plus grands que les cellules) et des méats (plus petits que les cellules), ainsi que moins de chloroplastes.
• L'épiderme inférieur possède des stomates contenant des chloroplastes.

Parenchymes constitutifs

• Dans le mésophylle, on trouve des parenchymes palissadiques et lacuneux.
  • Ils sont les parenchymes assimilateurs constitutifs du parenchyme foliaire.
  • Les parenchymes sont des tissus fondamentaux.
• La face abaxiale est opposée à la tige et la face adaxiale est tournée vers la tige.
• Les cellules méatiques contiennent des vides.
• Le parenchyme palissadique capte la lumière alors que le parenchyme lacuneux échange les gaz.
• La zone la plus favorable à la photosynthèse est la zone entre le parenchyme palissadique, qui fournit l'énergie solaire, et le parenchyme lacuneux, qui permet l'échange de gaz.
• La forme du parenchyme palissadique retient le maximum de lumière.
• L'épiderme est un tissu protecteur des organes aériens qui contient une assise de cellules jointives dépourvues de chloroplastes.
• La paroi externe des cellules épidermiques est recouverte de cutines (lipides insolubles) et de cires (polyesters solubles), formant une cuticule imperméable.
• La forme en puzzle des cellules épidermiques les rend extensibles et résistantes.
• Les cutines et les cires forment la cuticule.
• Les cutines composent 40 à 80% des cuticules et sont les lipides principaux des plantes composées d'acides gras C16 et C18.
• Ce sont des polyesters insolubles.
• La cuticule comporte une zone de cire pure à l'extérieur (épicuticulaire), une zone de cire où baigne la cutine (intracuticulaire) et une liaison de la cuticule à la paroi.
• Les cutines sont accompagnées de cires qui jouent un rôle dans l'imperméabilisation de la cuticule.
• Les cires sont des composés lipidiques qui entourent les polyesters biologiques(cutine et subérine) et sont facilement solubles dans des solvants organiques.
• Les stomates sont des interruptions de l'assise épidermique permettant les échanges gazeux.
• Ils sont constitués de deux cellules de garde contenant des chloroplastes et ayant une ouverture(ostiole).
• Sous un stomate, il y a une chambre sous-stomatique.
• Des cellules annexes peuvent entourer les cellules de garde.
• Un stomate fonctionne comme une chambre à air de vélo.
• Il y a la nécessite de gonfler un stomate avec de l'eau et de la turgescence pour qu'il s'ouvre.

Les Poils

• Les cellules de l'épiderme peuvent être modifiées en poils(sur feuilles, tiges ou racines).
• Les poils sont des extensions de l'épiderme, uni ou pluricellulaires, vivantes ou mortes.
  • Dans les poils vivants, il y a les poils sécréteurs et urticants, tandis que dans les poils morts, il y a le duvet protecteur.
• Dans les poils des broméliacées, on peut trouver des écailles absorbantes.
• Les cellules épidermiques peuvent former des poils qui peuvent sécréter des substances irritantes, collantes ou aromatiques.
• Certaines plantes ont un duvet blanc si elles reçoivent trop de lumière.
• On distingue parmi les tissus de soutiens le collenchyme et le sclérenchyme.
• Le collenchyme est un tissu de soutien des organes en croissance, il est caractérisé par une paroi pectocellulosique épaisse, et ses cellules sont vivantes.
• Le sclérenchyme est un tissu de soutien des organes ayant fini leur croissance, il est caractérisé par une paroi secondaire lignifiée très épaisse, et ses cellules sont mortes.
• Selon la manière dont la paroi est épaissie, le collenchyme peut être rond/annulaire, tangentiel ou angulaire.
• Les cellules du collenchyme s'appellent les collocytes.
• Le sclérenchyme est un tissu de soutien des organes ayant fini leur croissance, caractérisé par une paroi secondaire lignifiée très épaisse.
• Les cellules sont mortes et ne peuvent pas croître.
• Les cellules du sclérenchyme (sclérocytes) sont généralement allongées et forment des fibres.
• Certaines plantes contiennent des sclérites (cellules de sclérenchyme aux formes parfois irrégulières) qui permettent une défense contre la prédation.

Structures et principaux tissus de la feuille

• On trouve des feuilles de monocotylédone et dicotylédone.

La Tige

• La tige conduit les sèves et assure le soutien des parties aériennes de la plante.
• Un tronc d'arbre est donc juste une Tige.
• Une tige a pour objectif de placer les feuilles dans les meilleures positions pour la photosynthèse.
• La tige amène les nutriments aux feuilles.
• Pour cela, la tige doit soutenir et conduire.
• C'est pour cela qu'on y trouve des tissus conducteurs (phloème et xylème).
• Ceux-ci sont regroupés en faisceaux parallèles.
• Coupe transversale de tige de Sanicule(dicotylédone) est utilisée pour l'observation au microscope optique.
• Les tissus conducteurs sont regroupés en faisceaux, avec le xylème à l'intérieur et le phloème à l'extérieur.
• La partie écorce est nommée cortex, et la partie inférieure, cylindre central.
• Xylème
  • Ensemble de cellules mortes(taille hétérogène) et paroi secondaire lignifiée.
  • Présent dans tous les organes, et qui assure le transport de sève brute
• Est différencié de façon centrifuge dans la tige.
• Ce tissu est coloré en vert, et le protoxylème est à l'extérieur du métaxylème.
• Phloème
  • Amas de petites cellules jointives(vivantes, taille variable, paroi pectocellulosique).
  • Présent dans tous les organes : il assure le transport de la sève élaborée et est centripète dans une tige.

Différence entre dicotylédone et monocotylédone

• Dicotylédones
• Cambium présent
• Périderme présent
• Croissance en diamètre assurée par le cambium.
• Monocotylédones
  • Cambium absent
  • Périderme absent
    • Limitée en croissance de diamètre.