Répondre aux questions suivantes qui permettront d'expliquer le rôle des feuilles et des racines dans les échanges entre une plante angiosperme et son environnement.
Quels sont les gaz échangés au niveau des feuilles ?
Au niveau de l'appareil caulinaire, les stomates présents sur les faces inférieures des feuilles sont responsables des échanges gazeux : absorption de \ce{CO2} (réactif de la photosynthèse), rejet d'\ce{O2} (produit de la photosynthèse) et \ce{H2O} (transpiration foliaire).
Quels sont les éléments échangés au niveau des racines ?
Les poils absorbants situés aux extrémités des racines permettent à la plante d'absorber différents éléments présents dans le sol, principalement de l'eau sous forme liquide et des ions dissous (potassium \ce{K+}, nitrite \ce{NO2^{-}}, et phosphate \ce{PO4^{3-}} notamment).
Comment nomme-t-on les structures permettant les échanges gazeux au niveau des feuilles ?
Les stomates sont des pores permettant les échanges gazeux entre les lacunes du parenchyme lacuneux et l'atmosphère. Ils sont formés de deux cellules de garde qui délimitent un passage appelé « ostiole ». Les cellules de garde peuvent changer de forme et ouvrir/fermer l'ostiole en fonction des besoins de la feuille.
Comment nomme-t-on les cellules responsables des échanges entre le sol et les racines ?
Ce sont les poils absorbants, positionnés à l'extrémité de fines racines appelées « radicules », qui se ramifient à partir de plus grosses racines.
Quelle est la caractéristique commune aux organes d'échanges vus chez les angiospermes ?
Les feuilles et les racines sont des organes d'échanges qui présentent une grande surface, ce qui permet à la plante de maximiser ses possibilités d'échanges en explorant une grande partie de son milieu. Ces échanges ne sont pas constants, et sont plus ou moins intenses en fonction des besoins de l'organisme. Les organes d'échanges sont localisés sur la plante (appareil caulinaire ou racinaire) car spécialisés face au type de milieu avec lequel ils sont en contact, et peuvent heureusement être renouvelés.
La majorité des organismes photosynthétiques que l'on rencontre sont des plantes dites « à fleurs », et appartiennent au groupe des angiospermes. Comme les autres végétaux, ces organismes ont un mode de vie fixé, c'est-à-dire qu'ils passent l'intégralité de leur cycle de vie au même endroit sans possibilité de se déplacer. La survie de ces organismes repose sur des échanges avec leur milieu de vie, qui leur permettent de collecter différentes molécules nécessaires à leur nutrition et à leur croissance. Les plantes ont généralement deux types d'environnement différents avec lesquels interagir : l'atmosphère dans la partie aérienne de l'organisme, et le sol dans sa partie racinaire.
L'appareil aérien (= caulinaire) est au contact direct de l'air et de la lumière du soleil, c'est donc le lieu où se déroule la photosynthèse. La plupart des angiospermes possèdent des organes spécialisés qui réalisent la photosynthèse, ce sont les feuilles. L'anatomie des feuilles est adaptée à leur fonction photosynthétique en milieu aérien :
- Ce sont des organes possédant une grande surface, qui permettent de collecter une grande quantité d'énergie lumineuse nécessaire aux réactions photosynthétiques.
- Elles possèdent un épiderme et une cuticule cireuse imperméables qui les protègent des agressions extérieures (poussières, champignons, insectes, etc.) et limitent leur dessiccation en freinant la perte d'eau par transpiration.
- Leur face inférieure (qui n'est pas au contact direct du soleil) est garnie de stomates qui permettent les échanges gazeux. Ces structures sont des pores à travers l'épiderme de la feuille, formées par deux cellules de garde qui délimitent une ouverture appelées « ostioles ». Les réactifs de la photosynthèse (\ce{CO2}) rentrent au niveau des stomates et se répartissent à l'intérieur de la feuille à travers le parenchyme lacuneux. Les produits gazeux de la photosynthèse (\ce{O2}) ou de la transpiration foliaire (\ce{H2O}) sont évacués par le chemin inverse. Les cellules de garde peuvent changer de forme en fonction des besoins de la plante, ce qui a pour conséquence d'ouvrir ou fermer les ostioles et donc de contrôler les flux gazeux entre la feuille et l'environnement.
- Sur leur face supérieure (exposée au soleil), on retrouve un parenchyme palissadique, dont les cellules sont riches en chloroplastes et sont spécialisées dans la photosynthèse. Elles échangent le \ce{CO2} et le \ce{O2} avec les lacunes du parenchyme lacuneux.
L'appareil racinaire est au contact direct du sol, contenant des ions et de l'eau qui sont nécessaires à la survie de la plante. Ces éléments sont captés par les racines, et plus précisément à l'extrémité de celles-ci où se trouvent des cellules spécialisées : les poils absorbants. Le mode de vie fixé des plantes cause un appauvrissement progressif du sol qui les entoure, c'est pourquoi l'appareil racinaire est très ramifié et étendu. Cette importante surface d'absorption permet à la plante d'explorer et d'exploiter une grande partie du sol environnant, et de satisfaire ses besoins nutritifs. D'autre part, l'association des racines avec divers champignons permet à la plante d'étendre encore sa surface d'exploitation en profitant des capacités d'absorption des champignons. Cette association symbiotique donne lieu à la mise en place de structures particulières sur les racines, appelées « mycorhizes ».
La plante possède donc différents organes d'échanges avec leur environnement, qui sont spécialisés en relation avec les caractéristiques de chaque milieu (le sol ou l'atmosphère). Ils lui permettent d'absorber les éléments nécessaires à sa croissance, et ont pour caractéristique commune de présenter une grande surface de contact avec le milieu, ce qui maximise ces échanges. Une fois captés, ces éléments sont ensuite transportés au sein de l'organisme par la sève, grâce à un appareil circulatoire reliant les différents organes.