Mouvement des substances le long de la tige. Transport de minéraux dans une usine Transport de minéraux et de substances organiques dans une usine
Les ions pénètrent dans la plante à la suite de leur diffusion depuis la solution du sol vers les parois cellulaires des poils racinaires et d'autres cellules épidermiques. Ils sont ensuite transportés dans le symplaste ou l'apoplaste avant de se déplacer vers d'autres parties de la plante. Si un ion pénètre dans le symplaste après avoir traversé le plasmalemme de la cellule racinaire externe, son mouvement ultérieur de cellule en cellule se produira le long des plasmodesmes. De plus, il peut se déplacer le long de l'apoplaste jusqu'à atteindre la ceinture casparienne (voir Fig. 7.14). Puisque ni l’eau ni les ions dissous ne peuvent diffuser à travers les parois cellulaires subérinisées qui forment la ceinture casparienne, tous les ions doivent traverser le cytoplasme des cellules endodermiques avant de passer à autre chose. Certains ions peuvent pénétrer plus facilement que d’autres dans les barrières membranaires. Par conséquent, les propriétés de la membrane plasmique des cellules racinaires sont importantes pour contrôler les échanges de minéraux entre le sol et les parties aériennes de la plante. Outre la perméabilité sélective des membranes, le transport actif de nombreux ions joue également un rôle important. Les ions chargés négativement sont généralement transportés activement dans la cellule, car leur mouvement dans la cellule par diffusion est inhibé par le potentiel négatif interne. L'apport excédentaire de certains cations, par exemple Na +, est neutralisé par diffusion par la libération active de ces ions depuis la cellule, c'est-à-dire qu'ils sont activement libérés par la plante.
Après avoir pénétré le cytoplasme de la cellule endodermique, les ions peuvent continuer à se déplacer le long du chemin du symplaste à travers les plasmodesmes jusqu'à n'importe quelle cellule de la couche péricyclique ou, en quittant le symplaste, ils peuvent atteindre le xylème ou la zone apoplasique de la stèle par diffusion ou activité transport. Si les ions continuent à être transportés le long de la stèle à travers le symplaste, ils devront éventuellement quitter le protoplaste et traverser la membrane cellulaire avant de pénétrer dans la cavité de tout élément mort du vaisseau du xylème. Nous savons que les ions s’accumulent dans les tubes du xylème pendant les périodes de faible débit d’eau. Puisque les ions doivent entrer et sortir d’au moins une cellule, il est évident que les deux faces de certaines membranes, probablement des cellules endodermiques, faisant face à la surface et à l’intérieur de la racine, doivent avoir des propriétés de transport d’ions différentes.
Une fois entrés dans le xylème, les ions ne peuvent pas retourner vers le symplaste, car leur diffusion est empêchée par la perméabilité sélective des membranes cellulaires, tandis que leur chemin vers le sol à travers l'apoplaste est bloqué par la ceinture casparienne. L’accumulation d’ions dans le xylème augmente la concentration de solutés dans la sève du xylème, ce qui peut conduire au développement d’une pression racinaire évoquée dans le chapitre. 6. Les ions du xylème, transportés par le courant de transpiration ascendant, doivent être réabsorbés par le plasmalemme avant de pénétrer dans le protoplaste d'une cellule vivante. Quel que soit le trajet des ions, la plante minimise apparemment le nombre de barrières membranaires plasmiques qu'un ion donné doit traverser pour atteindre sa destination finale.
Mobilité des ions minéraux
Après avoir pénétré dans le xylème racinaire, la plupart des ions sont transportés vers les parties aériennes de la plante, mais certains pénètrent dans le phloème et sont transportés avec d'autres solutés vers les cellules consommatrices de l'apex de la racine en croissance et vers les zones de stockage des nutriments. Les ions nouvellement absorbés se déplacent librement dans toute la plante. Cependant, l'utilisation de ces ions dans la cellule peut être associée à leur inclusion dans une molécule structurelle. La formation des tissus nécessite un apport continu de tous les ions minéraux essentiels. S'ils proviennent tous du sol, la plante ne rencontre aucune difficulté. Cependant, lorsqu’un ion minéral fait défaut, il peut parfois être obtenu à partir de la dégradation de molécules précédemment formées dans de vieilles cellules. Ainsi, N, formé lors de la dégradation des acides aminés, et Mg 2+, résultant de la dégradation de la chlorophylle, se déplacent des parties les plus anciennes de la plante vers les jeunes cellules en croissance. Ce mouvement de nutriments mobiles se produit probablement à travers le phloème. L'élimination de ces éléments des cellules plus âgées accélère le vieillissement et provoque des symptômes de carence en minéraux dans les parties les plus anciennes de la plante.
Certains éléments minéraux sont étroitement liés dans la cellule et, une fois entrés dans celle-ci, n’en sont pas retirés. Des symptômes de carence en ces éléments immobiles sont observés dans les tissus les plus jeunes. Ca 2+ et Fe 2+ (+) sont deux éléments souvent déficients, ce qui provoque le développement de symptômes visibles de leur carence dans les tissus en croissance. En l'absence de Ca 2+, la lame médiane des nouvelles cellules ne peut pas se former. Étant donné que la perméabilité normale de la membrane dépend également d’un apport adéquat en calcium, l’apex cesse de croître et meurt rapidement. Le fer est nécessaire à la synthèse de la chlorophylle. C'est également un composant de la ferrédoxine et des cytochromes. En cas de carence en fer, les plantes présentent souvent une étioliation complète des plus jeunes feuilles. Que les éléments déficients soient mobiles ou immobiles, la croissance normale et intensive des plantes ne peut être rétablie qu'après avoir reçu pleinement tous les nutriments nécessaires.
1. Comment les substances sont-elles transportées à travers la plante ?
Eau avec des minéraux pénètre dans la plante depuis le sol par les poils absorbants. Ensuite, à travers les cellules du cortex, cette solution pénètre dans les vaisseaux du tissu conducteur, situés dans le cylindre central de la racine. Navires - ce sont de longs tubes formés de nombreuses cellules, dont les parois transversales sont détruites et le contenu interne meurt. Ainsi, les vaisseaux sont des éléments conducteurs morts. À travers les vaisseaux, sous l'action d'un certain nombre de facteurs, l'eau et les substances qui y sont dissoutes se déplacent le long de la tige jusqu'aux feuilles. Cette direction de déplacement des solutions est appelée flux ascendant de substances.
Matière organique transporté des feuilles le long de la tige vers le système racinaire. Le mouvement de ces substances s’effectue d’abord à travers les tubes criblés de la feuille, puis à travers la tige. Tubes tamis - Ce sont des cellules vivantes dont les parois transversales comportent de nombreux trous et ressemblent à un tamis. D'où le nom de ces éléments conducteurs. Couler matière organique le long des tubes criblés depuis la feuille jusqu'à tous les organes est appelé descendant.
Ainsi, le flux ascendant assure le transport des substances inorganiques à travers les récipients, et le flux descendant — transport de substances organiques à travers des tubes criblés.
2. Où et pourquoi les substances sont-elles stockées dans l'usine ?
Les plantes stockent des substances inorganiques et organiques. Par exemple, les plantes des habitats arides, comme les sedums, les juvéniles, les cactus, l'aloès, les euphorbes, ont des tiges ou des feuilles charnues et succulentes dans lesquelles s'accumule beaucoup d'eau ; Grâce à cela, les plantes peuvent tolérer de longues périodes de sécheresse. La plante stocke également des substances organiques dans des tissus spéciaux de la tige, de la racine ou de la feuille. Le plus souvent, les plantes stockent des glucides, des protéines et des graisses. Ainsi, l'amidon glucidique se dépose généralement au cœur des tiges d'arbres, des racines modifiées - plantes-racines (par exemple carottes, betteraves) et tubercules de racines (dahlia, etc.), des pousses modifiées - tubercules (pommes de terre), des rhizomes (iris, ou iris ) et bulbes (tulipe), etc. Les protéines et graisses de réserve sont stockées principalement dans les graines (par exemple, le maïs, les pois, les haricots, les noix), moins souvent dans les fruits (par exemple, l'argousier, les olives).
Les plantes stockent les nutriments dans des organes végétatifs modifiés ou dans les fruits et les graines. Ces substances les aident à tolérer conditions défavorables, assurent l'apparition de nouveaux organes végétaux ou leur reproduction.
3. En quoi les modifications de tournage diffèrent-elles les unes des autres ?
Comme vous le savez déjà, les principales modifications aériennes de la pousse ou de ses parties (tige et feuilles) sont antennes, épines Et moustache. Moustache- ce sont des pousses fines allongées, grâce auxquelles les plantes sont attachées au support (par exemple, raisins, concombres), et épines- ce sont des pousses raccourcies qui protègent la plante d'une évaporation excessive (par exemple cactus, chardon). Ils sont situés à l'aisselle des feuilles ou dans le nœud opposé à la feuille, ce qui prouve leur origine pousse. Fines pousses allongées de fraises, fraises, potentille ou pattes d'oie, appelé moustache Avec leur aide, les plantes se reproduisent. Matériel du site
Les modifications souterraines des pousses les plus courantes sont rhizome, tubercule Et ampoule. Rhizome ressemble à une racine. Mais il n'a pas de coiffe racinaire ni de poils absorbants, mais il y a des rudiments de feuilles qui ressemblent à des écailles. À l'aisselle de ces écailles se trouvent des bourgeons à partir desquels se développent des pousses souterraines et aériennes (par exemple, agropyre, iris, muguet, valériane). La tige du rhizome peut être longue (par exemple, muguet, agropyre) et courte (par exemple, iris). Chaque année, de jeunes pousses aériennes se développent à partir des bourgeons du rhizome au printemps. Tubercule- Il s'agit d'une modification épaissie, gonflée et charnue de la pousse. Les tubercules peuvent être aériens (par exemple, le chou-rave) et souterrains (par exemple, le topinambour, les pommes de terre). Dans les pommes de terre, un tubercule se forme en raison de la croissance de la tige ; les feuilles ne se développent pas du tout et ont l'apparence de cicatrices, appelées les sourcils. Les reins, comme ils devraient l'être, sont situés dans leurs sinus et sont appelés yeux. Ampoule- une modification souterraine d'une pousse dans laquelle s'accumulent des nutriments (par exemple ail, tulipe, oignon, narcisse). Chez les oignons, le bulbe est constitué d'une tige raccourcie (en bas), de feuilles-écailles et de bourgeons modifiés charnus externes et internes.
Ainsi, les modifications des pousses diffèrent par leur structure et leur fonction.
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- leçon sur le transport de substances dans les plantes
- la matière organique est transportée le long de la tige
- Comment les plantes stockent-elles la matière organique ?
- la matière organique de la plante circule
- comment sont-ils transportés ? substances inorganiques vers le bas
Pour mener à bien leurs processus vitaux, les plantes ont besoin d'eau et de substances minérales (inorganiques) qui y sont dissoutes. La plante peut les obtenir principalement à partir d’un sol humide. Les racines sont responsables de l’absorption de la solution aqueuse des plantes. Cependant, ce ne sont pas tant les racines qui ont besoin d’eau que les feuilles et autres organes aériens de la plante (développement des bourgeons, pousses, fleurs, fruits). Par conséquent, dans les plantes supérieures, en cours d'évolution, un système conducteur a été développé qui assure le transport des substances. Il a la structure la plus complexe angiospermes.
Ils sont responsables du mouvement de l’eau et des minéraux le long de la tige, des feuilles et des racines. navires. Ce sont des cellules mortes. Le mouvement ascendant de l’eau et des minéraux est assuré par la pression des racines et l’évaporation de l’eau par les feuilles.
Chez les plantes ligneuses, les vaisseaux sont situés dans le bois des tiges. Vous pouvez le vérifier en plaçant une branche dans une solution aqueuse teintée. Après un certain temps, vous pouvez voir sur la coupe transversale que seul le bois sera peint. Cela signifie que seuls l’eau et les minéraux dissous y circulent.
Mouvement des substances organiques le long de la tige
La photosynthèse se produit dans les feuilles vertes des plantes, au cours de laquelle des substances organiques sont synthétisées. À partir de ces substances, d’autres substances organiques sont ensuite synthétisées, utilisées dans divers processus vitaux et pour la production d’énergie.
Non seulement les parties vertes de la plante, mais aussi d’autres organes et tissus ont besoin de substances organiques. De plus, une partie de la matière organique est stockée en réserve. Par conséquent, non seulement le mouvement de l’eau et des minéraux se produit dans les plantes, mais également le transport de substances organiques. Habituellement, il va dans le sens opposé à l’écoulement de la solution aqueuse.
Les substances organiques des angiospermes se déplacent tubes tamis. Ce sont des cellules vivantes, leurs cloisons transversales avec lesquelles elles entrent en contact les unes avec les autres s'apparentent à un tamis.
Chez les plantes ligneuses, les tubes criblés sont situés dans le phloème, qui est la partie de l'écorce située la plus proche du cambium (il y a du bois à l'intérieur du cambium).
Si l'écorce d'une tige de plante est suffisamment endommagée et que cela empêche la sortie de substances organiques, des nodules ou des excroissances se forment sur le tronc. Des substances organiques s'y accumulent. Grâce à eux, un bouchon enroulé se forme sur le tronc endommagé. De plus, des racines et des bourgeons peuvent commencer à se développer à cet endroit.
Les substances organiques des plantes s'accumulent souvent dans divers organes et tissus (racines, tiges, moelle). Au printemps, ces substances sont utilisées pour garantir que la plante produise des feuilles et de nouvelles pousses. Pour ce faire, la matière organique stockée doit se dissoudre dans l’eau et se déplacer là où elle est nécessaire. Et il s'avère qu'à cette époque, les substances organiques ne se déplacent pas à travers des tubes criblés, mais à travers des récipients contenant de l'eau et des minéraux.
Le transport des assimilats - longs et courts - implique toujours une consommation d'énergie. Initialement, les assimilats (glucose) provenant des lieux de leur formation traversent le symplaste jusqu'aux cellules compagnes et aux cellules du parenchyme entourant les tubes criblés. Dans ces cellules, le glucose est d’abord transformé en saccharose, qui est ensuite « pompé » dans les tubes criblés grâce au transport actif. Le transport sur de longues distances des sucres à travers des tubes tamis se fait sous forme de saccharose. Dans les endroits où les assimilats sont consommés ou où les substances de stockage sont déposées, les assimilés quittent les tubes criblés et atteignent une destination spécifique le long du chemin symplastique, également sous forme de glucose.
Les organes et tissus en croissance - feuilles, méristèmes - attirent activement les assimilés des lieux de leur stockage, ainsi que des feuilles qui ont fini de croître.
La principale voie de transport des ions sur de longues distances est le courant de transpiration à travers le xylème. Pour le transport à courte distance, le symplaste et l'apoplaste sont utilisés dans la racine. La principale barrière filtrante sur le chemin des ions dans la racine est l’endoderme avec ses ceintures caspariennes. À travers l'endoderme, les ions pénètrent dans les cellules de passage par transport actif. La transition des ions dans les vaisseaux peut être passive ou active. Dans l'axe des pousses - la tige - les ions sont activement extraits des vaisseaux et transportés dans le sens horizontal, principalement le long des rayons médullaires. Dans la feuille, les ions sortent passivement des extrémités des vaisseaux avec le courant de transpiration et peuvent s'accumuler en grande quantité pendant la saison de croissance. Une partie des ions accumulés (Ca et Mg) est éliminée avec la chute des feuilles en automne, l'autre partie est éliminée des feuilles à ce moment-là.
Le principal moteur du courant de transpiration est
Les cellules échangent diverses substances avec leur environnement par diffusion. Cependant, le transfert de substances par diffusion classique sur de longues distances est inefficace ; il existe un besoin de systèmes de transport spécialisés. Un tel transfert d'un endroit à un autre s'effectue en raison de la différence de pression à ces endroits. Toutes les substances transportées se déplacent à la même vitesse, contrairement à la diffusion, où chaque substance se déplace à sa propre vitesse en fonction du gradient de concentration.
Chez les animaux, on distingue quatre grands types de transports : les systèmes digestif, respiratoire, circulatoire et lymphatique. Certains d'entre eux ont été décrits précédemment, nous passerons à d'autres dans les paragraphes suivants.
Dans les plantes vasculaires, le mouvement des substances s'effectue à travers deux systèmes : le xylème (eau et sels minéraux) et le phloème (substances organiques). Le mouvement des substances le long du xylème est dirigé des racines vers les parties aériennes de la plante ; Les nutriments s'éloignent des feuilles par le phloème.
L’osmose est l’un des mécanismes les plus importants de transport de substances dans une plante. L'osmose est le mouvement de molécules de solvant (telles que l'eau) depuis des zones plus concentration élevée vers une zone de concentration plus faible à travers une membrane semi-perméable. Ce processus est similaire à la diffusion ordinaire, mais il se produit plus rapidement. Numériquement, l'osmose est caractérisée pression osmotique
– la pression qui doit être appliquée pour empêcher l’écoulement osmotique de l’eau dans la solution. Chez les plantes, le rôle de ces membranes semi-perméables est joué par la membrane plasmique et le tonoplaste (la membrane entourant la vacuole). Si une cellule entre en contact avec une solution hypertonique (c'est-à-dire une solution dans laquelle la concentration d'eau est inférieure à celle de la cellule elle-même), alors l'eau commence à s'écouler hors de la cellule. Ce processus est appelé plasmolyse. En même temps, la cellule rétrécit. La plasmolyse est réversible : si une telle cellule est placée dans une solution hypotonique (avec plus contenu élevé
l'eau), alors l'eau commencera à couler à l'intérieur et la cellule gonflera à nouveau. Dans ce cas, les parties internes de la cellule (protoplaste) exercent une pression sur la paroi cellulaire. Dans une cellule végétale, le gonflement est stoppé par une paroi cellulaire rigide. Les cellules animales n'ont pas de parois rigides et les membranes plasmiques sont trop délicates ; un mécanisme spécial est nécessaire pour réguler l’osmose.
Soulignons encore une fois que la pression osmotique est une valeur potentielle plutôt que réelle. Cela ne devient réel que dans certains cas – par exemple lorsqu’il est mesuré. Il est également nécessaire de se rappeler que l’eau se déplace dans le sens d’une pression osmotique inférieure vers une pression osmotique plus élevée. La majeure partie de l'eau est absorbée par les jeunes zones des racines des plantes au niveau des poils absorbants - excroissances tubulaires de l'épiderme. Grâce à eux, la surface qui absorbe l’eau augmente considérablement. L'eau pénètre dans la racine par osmose et remonte jusqu'au xylème à travers l'apoplaste (le long des parois cellulaires), le symplaste (à travers le cytoplasme et les plasmodesmes) et également à travers les vacuoles. Il convient de noter que dans les parois cellulaires se trouvent des rayures appelées. Ils sont constitués de subérine imperméable et empêchent le mouvement de l'eau et des substances qui y sont dissoutes. À ces endroits, l’eau est obligée de traverser les membranes plasmiques des cellules ; On pense que les plantes sont ainsi protégées de la pénétration de substances toxiques, de champignons pathogènes, etc.
La deuxième force importante impliquée dans la montée des eaux est pression des racines. Il est de 1 à 2 atm (dans des cas exceptionnels – jusqu'à 8 atm). Bien entendu, cette valeur ne suffit pas à assurer à elle seule le mouvement du liquide, mais sa contribution dans de nombreuses plantes est incontestable.
En passant par le xylème jusqu'aux feuilles, l'eau et les minéraux sont distribués via un vaste réseau de faisceaux conducteurs dans les cellules. Le mouvement à travers les cellules des feuilles s'effectue, comme dans la racine, de trois manières : le long de l'apoplaste, du symplaste et des vacuoles. La plante utilise moins de 1% de l'eau qu'elle absorbe pour ses besoins, le reste finit par s'évaporer à travers la couche cireuse à la surface des feuilles et des tiges - la cuticule (environ 10% d'eau) - et les pores spéciaux - les stomates (90 % d'eau). Les plantes herbacées perdent environ un litre d'eau par jour, et pour les grands arbres, ce chiffre peut atteindre des centaines de litres. L'évaporation de l'eau (transpiration) s'effectue grâce à l'énergie du soleil. Le moyen le plus simple d'observer la transpiration est de recouvrir la plante en pot d'un capuchon ; Des gouttelettes de liquide s'accumuleront sur la surface intérieure du capuchon.
De nombreux facteurs influencent le taux d’évaporation ; Comment conditions extérieures(lumière, température, humidité, présence de vent, disponibilité d'eau dans le sol) et les caractéristiques structurelles des feuilles (surface foliaire, épaisseur de la cuticule, nombre de stomates). Un certain nombre de facteurs externes entraînent une diminution de la diffusion de l'eau des feuilles, d'autres (par exemple, le manque de lumière ou un vent fort) provoquent la fermeture des stomates (en raison du travail de cellules de garde spéciales). Les plantes des régions arides ont des adaptations particulières pour réduire la transpiration : stomates enfouis profondément dans les feuilles, pubescence dense de poils ou d'écailles, une épaisse couche cireuse, transformation des feuilles en épines ou en aiguilles, etc. Les feuilles d'automne tombent latitudes tempéréeségalement conçu pour réduire l’évaporation de l’eau lorsque le froid s’installe.
Certains minéraux, ayant rempli leur fonction utile, peuvent se déplacer plus haut ou plus bas dans le phloème. Cela se produit, par exemple, avant la chute des feuilles, lorsque les feuilles accumulées substances utiles sont préservés en étant déposés dans d’autres parties de la plante.
Les plantes multicellulaires disposent d'un autre système de transport conçu pour la distribution des produits photosynthétiques : le phloème. Contrairement au xylème, les substances organiques peuvent être transportées de haut en bas à travers le phloème. 90 % des substances transportées sont du saccharose, qui ne participe pratiquement pas directement au métabolisme des plantes et constitue donc un glucide idéal pour le transport. La vitesse de déplacement du sucre est généralement de 20 à 100 cm/h ; par jour et par tronc grand arbre Plusieurs kilogrammes de sucre (en masse sèche) peuvent passer.
Comment des flux de nutriments aussi importants peuvent se produire dans de minces tubes de phloème ressemblant à des tamis (leur diamètre ne dépasse pas 30 microns) n'est pas tout à fait clair. Apparemment, les substances sont distribuées dans le phloème par flux massique plutôt que par diffusion. Les mécanismes de transport possibles sont la pression normale ou l'électroosmose.
Lorsque le phloème est endommagé, les tubes criblés se bouchent en raison du dépôt de callose sur les plaques criblées. La perte irréversible de nutriments s’arrête généralement quelques minutes après les dommages.
