Informations

Comment les plantes absorbent-elles les minéraux à travers leurs feuilles ?

Comment les plantes absorbent-elles les minéraux à travers leurs feuilles ?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Comment les plantes absorbent-elles l'engrais lorsqu'il est pulvérisé sur toute la surface des feuilles en tant qu'aliment foliaire ?


Ils absorbent les minéraux à travers les pores des feuilles appelés stomates, c'est un peu comme la façon dont un patch médicamenteux est absorbé sur la peau humaine, à l'exception du fait que la peau humaine a des pores sudoripares au lieu de stomates.

Voici une animation de leur ouverture et fermeture sur un plant de tomate fournie par Wikipedia :

sources:

Une belle critique de Wocjik (2004) (d'après les commentaires)

http://www.wisegeek.com/what-is-foliar-feeding.htm

http://en.wikipedia.org/wiki/Foliar_feeding

http://cronodon.com/BioTech/Plant_Transport.html


Nutrition Minérale Végétale

Les plantes vertes absorbent et utilisent le dioxyde de carbone et l'eau dans la photosynthèse, et le glucose et les autres glucides qui en résultent contiennent donc les éléments chimiques carbone (C), hydrogène (H) et oxygène (O).

D'autres classes de composés organiques sont constituées à l'aide d'autres éléments. En plus de C, H et O, les protéines contiennent de l'azote (N) et éventuellement du soufre (S). Les acides nucléiques contiennent du N et du phosphore (P).

Ces autres éléments peuvent être obtenus à partir de composés chimiques présents dans le sol. Ceux-ci sont généralement décrits comme des minéraux, des ions minéraux ou des ions inorganiques.

Les plantes vertes absorbent généralement les ions minéraux du sol (avec l'eau) à l'aide de leurs racines et les incorporent dans leurs cellules. Parfois, les minéraux peuvent être absorbés par les feuilles.

Les plantes ont besoin de divers ions minéraux comme nutriments et, dans certains cas, ils diffèrent des besoins en minéraux des animaux. La nutrition minérale animale (et les vitamines) est désormais un sujet distinct sur ce site Web.

Comme il y a une quantité limitée de ces minéraux disponibles dans le sol, ils peuvent agir comme des facteurs limitants dans la croissance des plantes. En d'autres termes, l'ajout de plusieurs sels minéraux inorganiques améliore généralement la croissance des plantes.

Contrairement aux cellules animales, les cellules végétales sont entourées d'une solution très diluée de nutriments minéraux. Il en résulte que l'eau pénètre dans les cellules végétales par osmose, les rendant turgescentes car la pression hydrostatique agit contre les parois cellulaires de la cellulose végétale.

Contrairement aux animaux, les plantes ne disposent pas en permanence d'ions minéraux. Ils n'ont pas de besoin quotidien (pour le remplacement). De toute évidence, différents ions minéraux sont nécessaires en différentes quantités, et cela dépendra également de la phase de croissance de la plante. La quantité absolue de nutriments minéraux dans le sol est difficile à évaluer et des nutriments minéraux supplémentaires sont ajoutés avec optimisme. Un excès de minéraux pourrait éventuellement avoir un effet osmotique.

Pour cette raison et à titre de comparaison, j'ai recherché les quantités - exprimées en parties par million (ppm) - des divers minéraux considérés comme optimaux pour une utilisation dans les systèmes de croissance hydroponique - qui n'impliquent évidemment pas le sol.

Minéral
N : Azote
sous forme d'ions nitrate NON3 -

D'autres matériaux contenant de l'azote peuvent être décomposés par action microbienne pour fournir ce

Rôle dans les cellules végétales
Utilisé pour produire des acides aminés pour la production de protéines et pour les acides nucléiques ADN, ARN

Favorise ainsi la croissance végétative et le développement des fleurs, des fruits et des graines

Somme requise
ppm

125-224

Rôle dans les cellules végétales
Composant des acides nucléiques (ADN, ARN, nucléotides, ATP, etc.)
Toutes les membranes cellulaires sont des phospholipides
Les groupes phosphate sont impliqués dans l'activation des glucides dans la respiration et la photosynthèse, ainsi que dans le contrôle des processus enzymatiques et de l'expression des gènes (phosphorylation et photophosphorylation)

Par conséquent, P favorise la croissance des racines et des pousses

Causes de carence
Retard général de croissance

Les feuilles peuvent être plus petites et plus foncées que d'habitude

Bonnes sources
engrais phosphaté inorganique

Minéral
K : ions potassium K +

Bonnes sources
Sels de potassium inorganiques : chlorure de potassium (chlorure inutilisable pour les plantes), nitrate de potassium (le nitrate fournit également de l'azote)

Cendre de pot (résidus de bois brûlé)

Minéral
mg :
Ions de magnésium
mg 2+

Forme (la partie centrale) de la molécule de chlorophylle

Les ions magnésium sont des cofacteurs de l'action d'enzymes nécessaires à des étapes importantes de la photosynthèse (en particulier la fixation du carbone) : la Ribulose Bisphosphate Carboxylase (RUBISCO) et la Phosphoenolpyruvate Carboxylase (PEPC).

Bonnes sources
« Sels d'Epsom » (sulfate de magnésium)

Rôle dans les cellules végétales
Les ions calcium sont impliqués dans la formation des microtubules dans le cadre de l'action du fuseau dans la division cellulaire - particulièrement important dans les méristèmes aux extrémités des racines et des pousses.

Le pectate de calcium est un constituant des parois cellulaires végétales

Le calcium est distribué principalement dans les feuilles, moins dans les graines, les fruits et les racines.

Le calcium peut agir directement dans plusieurs aspects de la photosynthèse. Il semble moduler l'activité des enzymes phosphatases dans le cycle de réduction du carbone.

Causes de carence
Croissance rabougrie de la plante, en particulier des racines
Enroulement des feuilles et aspect sombre
Pourriture apicale de fruits, aggravée par un excès de nitrates ou un approvisionnement en eau insuffisant

Certaines plantes sont affectées par la teneur en calcium des sols, et son effet sur le pH du sol et la disponibilité d'autres ions :
Calcifuges par exemple. Les Ericas (bruyères), les Rhododendrons, les Azalées, etc. nécessitent des sols acides et développent donc les symptômes d'une carence en fer, c'est-à-dire une chlorose internervaire, sur des sols alcalins.
Calcicoles prospèrent dans un sol riche en calcaire. Dans les sols acides, ils développent souvent les symptômes de la toxicité de l'aluminium, c'est-à-dire la nécrose et la carence en phosphate (rougeur des feuilles) et le rabougrissement.

Bonnes sources
De la craie et de la chaux sont souvent ajoutées aux sols, et l'eau dure contient des ions calcium. Craie nitro - un mélange de carbonate de calcium et de nitrate d'ammonium (nitrate de calcium et d'ammonium ?) donne du nitrate en plus du calcium.

Certains légumes à feuilles (Brassicas, par exemple le chou, etc.) poussent plus fortement lorsqu'ils sont supplémentés en calcium et peuvent à leur tour apporter une contribution significative à l'alimentation humaine.

Certains sels de calcium (phosphate, sulfate) sont insolubles, de sorte que les phosphates et les sulfates peuvent réduire la disponibilité du calcium pour la plante.

Causes de carence
Mauvaise croissance, feuilles pas si vertes (plus vert jaunâtre) - 'chlorose'
- nervures des feuilles violettes
- particulièrement visible dans les feuilles plus âgées

Une carence en soufre peut se produire lorsque le pH du sol est trop élevé ou qu'une grande quantité de calcium est présente.

Bonnes sources
« Sels d'Epsom » (sulfate de magnésium)

Autres éléments, (éventuellement) requis en plus petites quantités

Manganèse (Mn)
Zinc (Zn)
Bore (B)
Cuivre (Cu)
Molybdène (Mo)

Engrais inorganiques

Des suppléments minéraux peuvent être ajoutés au sol sous forme de sels minéraux simples : « produits chimiques » dans le langage de certains.

La plupart d'entre eux sont produits dans des usines chimiques, utilisant souvent des minerais importés d'autres parties du monde et leur fabrication utilise une quantité considérable d'énergie - probablement à partir de combustibles fossiles - de sorte que ces composés chimiques apparemment simples ont un coût écologique initial.

  • une température de 450 °C
  • une pression de 200 atmosphères
  • en présence d'un catalyseur au fer.

Urée - CO(NH2)2 - est un produit azoté bon marché - techniquement pas un sel inorganique. C'est un composé organique facilement extrait de l'urine animale et formant des cristaux blancs qui sont facilement manipulés. Dans le sol, il est rapidement transformé par action bactérienne en ions ammonium et nitrate.

Phosphore Les composés destinés à être utilisés dans les engrais sont obtenus à partir de roches phosphatées formées à l'origine à partir du dépôt de phosphates dans un environnement marin ancien. Ils sont extraits à ciel ouvert de gisements sédimentaires en Chine, au Moyen-Orient, en Afrique du Nord et aux États-Unis. Ces minerais ne sont pas très solubles, ils doivent donc être mis à réagir avec des acides - généralement sulfuriques, puis l'acide phosphorique est neutralisé avec de l'ammoniac pour donner du phosphate d'ammonium.

Potassium est généralement fourni par les sels de chlorure de potassium ou de sulfate de potassium qui sont extraits des gisements souterrains d'évaporite - à l'origine dérivés de l'eau de mer.

Celui-ci contient également du chlorure de sodium et des minéraux argileux qui peuvent être séparés de la solution par un processus de cristallisation impliquant l'ajout de réactifs aminés qui enrobent uniquement les cristaux de chlorure de potassium et les font flotter à la surface pour être écumés lorsque l'air est pompé.

Engrais NPK se composent de mélanges de sels minéraux tels que le nitrate et le phosphate de potassium et d'ammonium. Ceux-ci sont fournis sous forme de granulés, de cristaux ou de poudre à épandre sur le terrain ou à dissoudre sous forme de concentré à diluer avant application sur les plantes en pots et en sacs de culture.

Ces produits sont annoncés avec des ratios de N:P:K, pour montrer les contributions de ces trois éléments principaux. Souvent, ils détaillent les méthodes d'analyse utilisées par rapport aux normes chimiques.
Par exemple, P2O5 - pentoxyde de phosphore et K2L'O - oxyde de potassium - est souvent mentionné, bien qu'il soit peu probable qu'il soit réellement présent, et « l'azote ammoniacal » fait référence aux sels d'ammonium plutôt qu'au nitrate.

De nombreux engrais de jardin solides granulaires sont basés sur un produit National Growmore piloté lors de la dernière guerre pour encourager le public à cultiver des légumes et à participer à l'effort de guerre - avec le slogan « Dig for Victory » !
Typiquement, cela a une valeur NPK de 7-7-7. Son taux d'application recommandé est de 70 g par mètre carré, et il est généralement ratissé légèrement dans la surface du sol.

La nourriture liquide pour tomates a une valeur NPK proche de 4-3-8 ou 4-5-9 mais elle est généralement diluée plus de 200x ou 500x.

Engrais organiques

Ici, le terme « organique » est utilisé dans son contexte d'origine : dérivé d'organismes vivants.

Le fumier et l'urine d'animaux, ainsi que les produits végétaux tels que les tontes de gazon et les feuilles mortes, et même les algues, fournissent un certain nombre de composés qui peuvent être utilisés par les plantes pour la croissance, mais la composition et les quantités exactes sont plutôt indéfinies. En effet, les ions inorganiques sont libérés par l'action des bactéries du sol qui décomposent la matière organique. Parfois, il est soumis à un processus partiellement contrôlé - compostage - ce qui donne un produit un peu plus acceptable. De plus, cela améliore la structure du sol et la capacité de rétention d'eau.

Il est considéré comme un exemple d'engrais à libération lente ou à libération contrôlée, ce qui signifie que les ions sont libérés progressivement sur une période plus longue que les sources purement inorganiques.

Certains produits d'origine animale apportent en effet au sol des composants assez concentrés et définis :

Poisson de sang et os est vraisemblablement un sous-produit de la transformation du poisson. Son indice NPK est généralement proche de 5.5:8:6.

Farine d'os est un produit dérivé de la transformation de la viande et contient du phosphore (l'os étant principalement du phosphate de calcium) ainsi que de l'azote (provenant des protéines de la moelle osseuse), il est donc censé favoriser la croissance des racines. Certains produits importés se sont avérés être infectés par la fièvre charbonneuse, ce qui est préoccupant car cette bactérie anaérobie produit des spores qui peuvent rester dans le sol pendant des années. Sa cote NPK est généralement de 3:9:0.

L'inconvénient des engrais

Les nutriments inorganiques sont instantanément accessibles aux racines des plantes, ils provoquent donc généralement une poussée de croissance marquée et annulent les carences minérales.

Cependant, ils peuvent causer d'autres problèmes selon le type de sol et les conditions météorologiques. Dans des conditions pluvieuses ou après une inondation, ces sels hautement solubles peuvent être lessivés (élue) du sol, en particulier des sols sableux, qui se drainent librement. Cette lessivage processus est moins probable avec les sols argileux qui retiennent plus d'eau.

Un effet similaire et plus grave peut être observé lorsque le liquide associé au fumier animal s'échappe dans l'environnement.

Augmentation des nutriments inorganiques solubles (eutrophisation) dans les cours d'eau (ruisseaux et rivières) sont susceptibles d'augmenter la croissance des algues dans l'eau. Au fur et à mesure que l'eau devient plus profonde et plus lente, les algues mourront en raison de la pénétration réduite de la lumière. Cela peut entraîner une accumulation de bactéries qui utilisent l'oxygène dissous dans l'eau, provoquant la mort de la vie aquatique.

L'eau peut être retirée (distrait) des cours d'eau destinés à l'alimentation en eau domestique. Des niveaux élevés de nitrate dans cette eau ont été liés à un certain nombre de problèmes de santé humaine.

Méthémoglobinémie est un changement dans la structure de l'hémoglobine, causé par les ions nitrite dérivés des ions nitrate qui ont été ingérés. Cela réduit la capacité de transport d'oxygène du sang et peut être un problème chez les enfants, surtout de moins de 6 mois.

Il existe très peu de preuves que les nitrates (ou nitrites) dans l'eau potable causent le cancer. Cependant, les nitrates et en particulier les nitrites ajoutés aux produits carnés, par ex. bacon afin d'accélérer le processus de "séchage" en plus du salage sont maintenant bien connus pour produire composés nitrosés qui sont cancérigènes.

La norme actuelle de l'eau potable pour les nitrates est inférieure à 50 mg/l.

Autres sujets connexes sur ce site

Ce sujet a des liens avec d'autres sujets sur ce site Web :

Vitamines et mineraux d'un point de vue humain/animal

Liens web

Une recette pour un succès hydroponique Fournir tous les éléments essentiels dans la bonne quantité et la bonne proportion les uns aux autres peut sembler une tâche intimidante même pour les cultivateurs les plus doués en mathématiques. par NEIL S. MATTSON & CARI PETERS


Nutrition

Les organismes ont besoin de se nourrir

1) Pour obtenir de l'énergie
2) Pour obtenir des matériaux pour la croissance et
3) Obtenir des matériaux pour la réparation des parties endommagées du corps.

Le processus de prise de nourriture par un organisme ainsi que l'utilisation de cette nourriture par l'organisme s'appelle la nutrition.

Les plantes peuvent fabriquer leur propre nourriture, mais les animaux ne peuvent pas fabriquer eux-mêmes leur nourriture. Les êtres humains et les animaux dépendent des plantes pour leur alimentation, directement ou indirectement.


Les plantes ont besoin de plus que trois nutriments

Vous ne serez pas surpris d'apprendre que les plantes ont besoin de bien plus que trois éléments pour survivre. Les plantes ont également besoin de nombreux autres nutriments en plus petites quantités : Carbone (C), Hydrogène (H), Oxygène (O), Phosphore (P), Potassium (K), Iode (I), Azote (N), Soufre (S), Le calcium (Ca) et le fer (Fe) constituent l'autre abréviation couramment entendue, CHOPKINS CaFe.

Cela laisse encore de côté le magnésium, le zinc, le cuivre et plusieurs autres besoins élémentaires courants des plantes.

Bref, les plantes ont besoin de beaucoup d'éléments spécifiques dans leur sol pour survivre. Ils utilisent ces éléments pour faire pousser et construire de la matière organique. Certains éléments jouent un rôle important dans l'alimentation de la photosynthèse (rappel rapide, les plantes utilisent un processus appelé photosynthèse pour transformer l'énergie de la lumière, plus l'eau et le dioxyde de carbone, en énergie).

La majeure partie du sol sous vos pieds en ce moment est essentiellement de minuscules morceaux de roche. Les éléments ci-dessus sont dans les particules du sol, mais les plantes ne peuvent pas les atteindre. Les plantes ne peuvent pas simplement manger la saleté et extraire les nutriments – ils ont besoin de beaucoup d'eau pour être présents. L'eau aide à éliminer les éléments du sol en petits morceaux simples. Les plantes peuvent alors « boire » l'eau à travers leurs racines, en mélangeant les nutriments au fur et à mesure.

Un bon sol fertile contiendra beaucoup de ces nutriments. Cependant, bon nombre de ces nutriments sont facilement emportés par les précipitations. L'utilisation d'engrais ou d'autres suppléments de sol aidera à garder vos plantes heureuses et en bonne santé.


Absorption des sels minéraux du sol par les plantes (avec diagramme)

Auparavant, on pensait que l'absorption des sels minéraux du sol se faisait en même temps que l'absorption d'eau, mais il est maintenant bien établi que l'absorption des sels minéraux et l'absorption d'eau sont deux processus différents. Les sels minéraux sont absorbés par la solution du sol sous forme d'ions. Ils sont principalement absorbés par les régions méristématiques des racines près des pointes.

Cependant, certains sels minéraux peuvent également être absorbés à d'autres endroits sur la surface radiculaire ou sur toute la surface radiculaire, y compris la zone d'allongement et les poils absorbants qui dépendent de la haute disponibilité de ces minéraux autour d'eux et/ou de la forte demande tissulaire à ces endroits.

La membrane plasmique des cellules racinaires n'est pas perméable à tous les ions. Il est sélectivement per­meable. Tous les ions du même sel ne sont pas absorbés à la même vitesse mais il y a une absorption inégale des ions. La première étape de l'absorption des sels minéraux est le processus d'échange d'ions qui ne nécessite pas d'énergie métabolique mais facilite grandement l'absorption des sels minéraux.

Échange d'ion:

Les ions adsorbés à la surface des parois ou membranes des cellules racinaires peuvent être échangés avec les ions de même signe de la solution externe. Par exemple, le cation K + de la solution de sol externe peut être échangé avec l'ion H + adsorbé à la surface des cellules racinaires. De la même manière, un anion peut être échangé avec l'ion OH –. Il existe deux théories concernant le mécanisme de l'échange d'ions :

(je) Théorie de l'échange de contact :

Selon cette théorie, les ions adsorbés à la surface des cellules racinaires et des particules d'argile (ou micelles d'argile) ne sont pas maintenus fermement mais oscillent dans un petit volume d'espace. Si les racines et les particules d'argile sont en contact étroit les unes avec les autres, le volume d'oscillation des ions adsorbés sur la surface des racines peut chevaucher le volume d'oscillation des ions adsorbés sur les particules d'argile, et les ions adsorbés sur les particules d'argile peuvent être échangés avec les ions adsorbés sur la surface des racines directement sans être préalablement dissous dans la solution du sol (Fig. 7.1 A).

(ii) Théorie de l'échange d'acide carbonique:

Selon cette théorie, le CO2 libéré lors de la respiration des cellules racinaires se combine avec l'eau pour former de l'acide carbonique (H2CO3). L'acide carbonique se dissocie en H + et un anion HCO3 – dans une solution de sol. Ces ions H + peuvent être échangés contre des cations adsorbés sur des particules d'argile.

Les cations ainsi libérés dans la solution du sol à partir des particules d'argile, peuvent être adsorbés sur les cellules racinaires en échange d'ions H + ou sous forme de paires d'ions avec du bicarbonate (Fig. 7.1 B). Ainsi, la solution du sol joue un rôle important dans la théorie de l'échange d'acide carbonique.

Le processus ultérieur d'absorption des sels minéraux peut être de deux types :

(1) Absorption passive des sels minéraux:

Lorsque la concentration en sels minéraux est plus élevée dans la solution externe que dans la sève cellulaire des cellules racinaires, les sels minéraux sont absorbés selon le gradient de concentration par simple processus de diffusion. C'est ce qu'on appelle l'absorption passive car elle ne nécessite pas de dépense d'énergie métabolique.

On sait maintenant que lors de l'absorption passive, les sels minéraux peuvent diffuser à travers les membranes cellulaires directement à travers la bicouche lipidique mais principalement à travers des canaux protéiques transmembranaires sélectifs pour les ions ou des protéines porteuses transmembranaires. Le transport passif médié par un transporteur ou un canal de sels minéraux à travers la membrane est également appelé diffusion facilitée (Fig. 7.6).

(2) Absorption active des sels minéraux:

Il a souvent été observé que la sève cellulaire des plantes accumule de grandes quantités d'ions sels minéraux contre le gradient de concentration. Par exemple, dans l'algue Nitella, la sève des cellules accumulait du K + et des ions phosphate à un point tel que leurs concentrations étaient des milliers et des centaines de fois supérieures à celles de l'eau du bassin dans lequel la plante poussait.

Cela ne peut pas être expliqué par la simple diffusion ou l'équilibre de Donnan et a conduit les gens à croire que l'absorption et l'accumulation de sels minéraux contre le gradient de concentration est un processus actif qui implique la dépense d'énergie métabolique par la respiration.

Les preuves suivantes favorisent ce point de vue :

(i) Les facteurs comme la basse température, la carence en O2, les inhibiteurs métaboliques, etc. qui inhibent les activités métaboliques comme la respiration chez les plantes inhibent également l'accumulation d'ions.

(ii) Le taux de respiration augmente lorsqu'une plante est transférée de l'eau à une solution saline (respiration saline).

Il est maintenant admis que l'absorption active de sels minéraux implique l'action d'un composé porteur présent dans la membrane plasmique des cellules.

Le concept de transporteur:

Selon cette théorie, la membrane plasmique est imperméable aux ions libres. Mais un composé présent dans celui-ci agit comme support et se combine avec des ions pour former un complexe d'ions porteurs qui peut se déplacer à travers la membrane. Sur la surface interne de la membrane, ce complexe se brise en libérant des ions dans la cellule tandis que le porteur retourne à la surface externe pour ramasser des ions frais (Fig. 7.2).

Les observations suivantes soutiennent fortement le concept de support d'absorption active des sels minéraux :

(i) Échange isotopique:

Plusieurs fois, il a été constaté que les ions radioactifs absorbés activement (tels que 35 S04) ne peut pas rétrodiffuser ou être échangé avec d'autres ions dans la solution externe, indiquant ainsi que la membrane plasmique n'est pas perméable aux ions libres.

(ii) Effets de saturation:

Au-delà d'une certaine limite, une concentration accrue de sels dans la solution externe n'entraîne pas d'augmentation du taux d'absorption des sels minéraux. C'est parce que les sites actifs sur le composé porteur deviennent saturés d'ions.

(iii) Spécificité:

Les sites actifs sur le composé porteur peuvent être spécifiques et ne peuvent se lier qu'à certains ions spécifiques. Ceci explique aussi l'absorption sélective et inégale des ions par les plantes. Il existe deux hypothèses courantes basées sur le concept de transporteur pour expliquer le mécanisme d'absorption active du sel, bien qu'elles ne soient pas universellement acceptées.

(1) Théorie de la pompe à cytochrome Lundegardh’s:

Lundegardh et Burstrom (1933) pensaient qu'il existait une corrélation certaine entre la respiration et l'absorption d'anions. Ainsi, lorsqu'une plante est transférée de l'eau à une solution saline, le taux de respiration augmente. Cette augmentation du taux de respiration par rapport à la respiration normale a été appelée respiration anionique ou respiration saline.

L'inhibition de la respiration saline et l'absorption concomitante d'anions par le CO et les cyanures (qui sont des inhibiteurs connus de la cytochrome oxydase de la chaîne de transport d'électrons dans les mitochondries), ont par la suite conduit Lundegardh (1950, 54) à proposer la théorie de la pompe à cytochrome basée sur la hypothèses suivantes :

(i) Le mécanisme d'absorption des anions et des cations est différent.

(ii) Les anions sont absorbés par la chaîne cytochrome par un processus actif.

(iii) Les cations sont absorbés passivement.

Selon cette théorie (Fig. 7.3) :

(i) Les réactions de déshydrogénase sur la face interne de la membrane donnent naissance à des protons (H + ) et des électrons (e – ).

(ii) L'électron parcourt la chaîne du cytochrome vers l'extérieur de la membrane, de sorte que le Fe du cytochrome se réduit (Fe ++ ) sur la surface externe et s'oxyde (Fe ++ ) sur la surface interne.

(iii) Sur la surface externe, le cytochrome réduit est oxydé par l'oxygène libérant l'électron (e – ) et prenant un anion (A – ).

(iv) L'électron ainsi libéré s'unit à H + et à l'oxygène pour former de l'eau.

(v) L'anion (A –) se déplace sur la chaîne du cytochrome vers l'intérieur.

(vi) Sur la surface interne, le cytochrome oxydé est réduit en prenant un électron produit par les réactions de déshydrogénase, et l'anion (A –) est libéré.

(vii) En raison de l'absorption d'anions, un cation (M + ) se déplace passivement de l'extérieur vers l'intérieur pour équilibrer l'anion.

Les principaux défauts de la théorie ci-dessus sont :

(i) Il envisage l'absorption active d'anions uniquement.

(ii) Cela n'explique pas l'absorption sélective des ions.

(iii) Il a été découvert que les cations stimulent également la respiration.

(2) Théorie protéine-lécithine de Bennet-Clark’ :

En 1956, Bennet-Clark a suggéré qu'étant donné que les membranes cellulaires sont principalement constituées de phospholipides et de protéines et que certaines enzymes semblent s'y trouver, le support pourrait être une protéine associée au phosphatide appelée lécithine. Il a également supposé que la présence de différents phosphatides correspondait au nombre de groupes compétitifs connus de cations et d'anions (qui seront pris à l'intérieur de la cellule).

Selon cette théorie (Fig. 7.4), (i) le groupe phosphate dans le phosphatide est considéré comme le centre actif liant les cations, et le groupe choline basique comme le centre de liaison des anions.

(ii) Les ions sont libérés sur la surface interne de la membrane par décomposition de la lécithine par l'enzyme lécithinase.

(iii) La régénération de la lécithine porteuse à partir d'acide phosphatidique et de choline a lieu en présence des enzymes choline acétylase et choline estérase et ATP. Ce dernier agit comme une source d'énergie.

Une fois à l'intérieur des cellules épidermiques de la racine, les sels minéraux sous leur forme ionique se déplacent d'une cellule à l'autre en :


Questions de révision

Pour qu'un élément soit considéré comme essentiel, tous les critères suivants doivent être remplis, sauf :

  1. Aucun autre élément ne peut remplir la fonction.
  2. L'élément est directement impliqué dans la nutrition des plantes.
  3. L'élément est inorganique.
  4. La plante ne peut pas terminer son cycle de vie sans l'élément.

Le nutriment qui fait partie des glucides, des protéines et des acides nucléiques, et qui forme des biomolécules, est ________.

La plupart des ________ sont nécessaires à la fonction enzymatique.

Quelle est la principale source d'eau pour les plantes terrestres?


L'eau pénètre dans la racine à partir du sol, puis se déplace progressivement dans le xylème racinaire, créant une colonne d'eau, qui est progressivement poussée vers le haut.

L'évaporation des molécules d'eau des cellules d'une feuille (voir l'image donnée ci-dessus) crée un processus d'aspiration, qui tire l'eau des cellules du xylème des racines, ce processus continue.

La perte d'eau sous forme de vapeur des feuilles (c'est-à-dire des parties aériennes) de la plante est connue sous le nom de transpiration.

De même, la transpiration aide à l'absorption et au mouvement ascendant de l'eau et des minéraux qui y sont dissous des racines aux feuilles.

La transpiration contribue également à la régulation de la température (chez les plantes).

Le transport des produits solubles de la photosynthèse est appelé transfert, qui se produit dans la partie du tissu vasculaire appelée phloème.

En plus des produits de la photosynthèse, le phloème transporte également des acides aminés et d'autres substances, qui sont finalement livrés aux racines, aux fruits, aux graines et aux organes en croissance.


Mouvement de l'eau et des minéraux dans le Xylem

La plupart des plantes obtiennent l'eau et les minéraux dont elles ont besoin grâce à leurs racines. Le chemin parcouru est : sol -> racines -> tiges -> feuilles. Les minéraux (par exemple, K+, Ca2+) voyagent dissous dans l'eau (souvent accompagnés de diverses molécules organiques fournies par les cellules racinaires). L'eau et les minéraux pénètrent dans la racine par des chemins séparés qui finissent par converger dans la stèle, ou faisceau vasculaire central dans les racines.

La transpiration est la perte d'eau de la plante par évaporation à la surface des feuilles. C'est le principal moteur du mouvement de l'eau dans le xylème. La transpiration est causée par l'évaporation de l'eau à la feuille, ou à l'interface de l'atmosphère, elle crée une pression négative (tension) équivalente à &ndash2 MPa à la surface de la feuille. Cependant, cette valeur varie fortement en fonction du déficit de pression de vapeur, qui peut être insignifiant à forte humidité relative (HR) et important à faible HR. L'eau des racines est aspirée par cette tension. La nuit, lorsque les stomates se ferment et que la transpiration s'arrête, l'eau est retenue dans la tige et la feuille par la cohésion des molécules d'eau entre elles ainsi que par l'adhésion de l'eau aux parois cellulaires des vaisseaux du xylème et des trachéides. C'est ce qu'on appelle la théorie de la cohésion et de la tension de l'ascension de la sève.

La théorie de la cohésion-tension explique comment l'eau monte à travers le xylème. À l'intérieur de la feuille au niveau cellulaire, l'eau à la surface des cellules du mésophylle sature les microfibrilles de cellulose de la paroi cellulaire primaire. La feuille contient de nombreux grands espaces d'air intercellulaires pour l'échange d'oxygène contre du dioxyde de carbone, nécessaire à la photosynthèse. La paroi cellulaire humide est exposée à l'espace d'air interne et l'eau à la surface des cellules s'évapore dans les espaces d'air. Cela diminue le film mince à la surface des cellules du mésophylle. La diminution crée une plus grande tension sur l'eau dans les cellules du mésophylle, augmentant ainsi l'attraction de l'eau dans les vaisseaux du xylème. Les vaisseaux du xylème et les trachéides sont structurellement adaptés pour faire face à de grands changements de pression. De petites perforations entre les éléments de la cuve réduisent le nombre et la taille des bulles de gaz qui se forment via un processus appelé cavitation. La formation de bulles de gaz dans le xylème est préjudiciable car elle interrompt le flux continu d'eau de la base vers le haut de la plante, provoquant une rupture (embolie) dans le flux de sève du xylème. Plus l'arbre est grand, plus les forces de tension nécessaires pour tirer l'eau dans une colonne continue sont importantes, augmentant ainsi le nombre d'événements de cavitation. Dans les arbres plus grands, les embolies résultantes peuvent boucher les vaisseaux du xylème, les rendant non fonctionnels.

Figure (PageIndex<1>) : Théorie de la cohésion et de la tension de l'ascension de la sève: La théorie de la cohésion et de la tension de l'ascension de la sève est montrée. L'évaporation des cellules du mésophylle produit un gradient de potentiel hydrique négatif qui fait monter l'eau des racines à travers le xylème.


Système d'absorption d'eau dans les plantes : mécanisme des voies et autres détails

Les plantes ont le potentiel d'absorber l'eau sur toute leur surface, à partir des racines, des tiges, des feuilles, des fleurs, etc. Cependant, comme l'eau est disponible principalement dans le sol, seul le système racinaire souterrain est spécialisé pour absorber l'eau. Les racines sont souvent étendues et poussent rapidement dans le sol.

Dans les racines, la zone d'absorption d'eau la plus efficace est la zone des poils absorbants. Chaque zone de poils absorbants a des milliers de poils absorbants. Les poils absorbants sont spécialisés dans l'absorption d'eau. Ce sont des excroissances tubulaires de 50-1500 m (0,05-1,5 mm) de longueur et 10 nm de largeur.

Chaque poil absorbant a une vacuole centrale remplie de sève cellulaire osmotiquement active et un cytoplasme périphérique. La paroi est mince et perméable aux substances pectiques dans la couche externe et à la cellulose sur la couche interne. Les poils absorbants passent dans les micropores capillaires, se cimentent aux particules du sol par des composés pectiques et absorbent l'eau capillaire.

Voies des mouvements de l'eau dans les racines:

Il existe deux voies de passage de l'eau des poils absorbants au xylème à l'intérieur de la racine, l'apoplaste et le symplaste.

(i) Parcours Apoplast :

Ici, l'eau passe des poils absorbants au xylème à travers les parois des cellules intermédiaires sans traverser aucune membrane ou cytoplasme. Le sentier offre le moins de résistance au mouvement de l'eau. Cependant, elle est interrompue par la présence de bandes caspariennes de lignosubérine imperméables dans les parois des cellules endodermiques.

(ii) Parcours Symplast :

L'eau passe de cellule en cellule à travers leur protoplasme. Il ne pénètre pas dans les vacuoles cellulaires. Les cytoplasmes des cellules adjacentes sont reliés par des ponts appelés plasmodesmes. Pour entrer dans symplast, l'eau doit traverser le plasmalemme (membrane cellulaire) au moins à un endroit. On l'appelle aussi voie transmembranaire. Le mouvement symplastique est facilité par le flux cytoplasmique de cellules individuelles. Il est cependant plus lent que les mouvements apoplastiques.

Les deux voies sont impliquées dans le mouvement à travers la racine. L'eau s'écoule via l'apoplaste dans le cortex. Il pénètre dans la voie symplastique dans l'endoderme où les parois sont imperméables à l'écoulement de l'eau en raison de la présence de bandes caspariennes.

Ici, seuls les plasmodesmes sont utiles pour permettre le passage de l'eau dans le péricycle d'où elle pénètre dans le xylème. Les nutriments minéraux ont également la même voie que celle de l'eau. Cependant, leur absorption et leur passage dans le symplaste se produisent principalement par absorption active. Une fois à l'intérieur du xylème, le mouvement est purement le long du gradient de pression.

Absorption d'eau mycorhizienne :

Chez les mycorhizes, un grand nombre d'hyphes fongiques sont associés aux jeunes racines. Les hyphes fongiques s'étendent à une distance suffisante dans le sol. Ils ont une grande superficie. Les hyphes sont spécialisés pour absorber à la fois l'eau et les minéraux.

Les deux sont transmis à la racine qui fournit au champignon à la fois des sucres et des composés azotés. L'association mycorhizienne entre le champignon et la racine est souvent obligatoire. Les graines de pins et d'orchidées ne germent pas et s'établissent en plantes sans association mycorhizienne.

Mécanisme d'absorption d'eau:

L'absorption d'eau est de deux types, passive et active (Renner, 1912, 1915).

1. Absorption d'eau passive:

La force de ce type d'absorption d'eau provient des parties aériennes de la plante en raison de la perte d'eau par transpiration. Cela crée une tension ou un faible potentiel hydrique de plusieurs atmosphères dans les canaux du xylème. La création de tension dans les canaux du xylème de la plante est évidente à partir de :

(i) Une pression négative est couramment trouvée dans la sève du xylème. C'est à cause de cela que l'eau ne s'écoule pas si une coupe est donnée à une pousse.

(ii) L'eau peut être absorbée par une pousse même en l'absence du système racinaire.

(iii) Le taux d'absorption d'eau est approximativement égal au taux de transpiration.

Les poils absorbants fonctionnent comme de minuscules systèmes osmotiques. Chaque poil absorbant a une fine paroi cellulaire perméable, un cytoplasme semi-hyperméable et un suc cellulaire osmotiquement actif présent dans la vacuole centrale. En raison de ce dernier, une cellule ciliée a un potentiel hydrique de -3 à -8 bars.

Le potentiel hydrique de l'eau du sol est de -0,1 à –,3 bars. As a result water of the soil passes into the root hair cell. However, water does not pass into its vacuole. Instead it passes into apoplast and symplast of cortical, endodermal and pericycle cells and enter the xylem channels passively because of the very low water potential due to tension under which water is present in them, caused by transpiration in the aerial parts. A gradient of water potential exists between root hair cell, cortical cell, endodermal, pericycle and xylem channels so that flow of water is not interrupted.

2. Active Water Absorption:

It is the absorption of water due to forces present in the root. Living cells in active metabolic condition are essential for this. Auxins are known to enhance water absorption (even from hypertonic solution) while respiratory inhibitors reduce the same.

Therefore, energy (from respiration) is involved in active water absorption. Water absorption from soil and its inward movement may occur due to osmosis. Passage of water from living cells to the xylem channels can occur by:

(i) Accumulation of sugars or salts in the tracheary elements of xylem due to either secretion by the nearby living cells or left there during decay of their protoplasts.

(ii) Development of bioelectric potential favourable for movement of water into xylary channels.

(iii) Active pumping of water by the surrounding living cells into tracheary elements.

Ascent of Sap:

Sap is water with dissolved ingredients (minerals). The upward movement of water from roots towards the tips of stem branches and their leaves is called ascent of sap. It occurs through the tracheary elements of xylem. That the ascent of sap occurs through xylem can be proved by stain test and ringing experiment.

Theories of Ascent of Sap:

Water or sap is lifted from near the root tip to the shoot tip against the force of gravity, sometimes to height of 100 metres. The rate of translocation is 25-75 cm/minute (15- 45 m/hr). Several theories have been put forward to explain the mechanism of ascent of sap. The three main theories are vital force, root pressure and cohesion tension.

A common vital force theory about the ascent of sap was put forward by J.C. Bose (1923). It is called pulsation theory. The theory believes that the innermost cortical cells of the root absorb water from the outer side and pump the same into xylem channels.

However, living cells do not seem to be involved in the ascent of sap as water continues to rise upward in the plant in which roots have been cut or the living cells of the stem are killed by poison and heat (Boucherie, 1840 Strasburger, 1891).

2. Root Pressure Theory:

The theory was put forward by Priestley (1916). Root pressure is a positive pressure that develops in the xylem sap of the root of some plants. It is a manifestation of active water absorption. Root pressure is observed in certain seasons which favour optimum metabolic activity and reduce transpiration.

It is maximum during rainy season in the tropical countries and during spring in temperate habitats. The amount of root pressure commonly met in plants is 1-2 bars or atmospheres. Higher values (e.g., 5-10 atm) are also observed occasionally. Root pressure is retarded or becomes absent under conditions of starvation, low temperature, drought and reduced availability of oxygen. There are three view points about the mechanism of root pressure development:

Tracheary elements of xylem accumulate salts and sugars. High solute concentration causes withdrawal of water from the surrounding cells as well as from the normal pathway of water absorption. As a result a positive pressure develops in the sap of xylem.

A bioelectric potential exists between the xylem channels and surrounding cells which favour the passage of water into them.

Differentiating xylem elements produce hormones that function as metabolic sinks and cause movement of water towards them. The living cells surrounding xylem can actively pump water into them.

Objections to Root Pressure Theory:

(i) Root pressure has not been found in all plants. No or little root pressure has been seen in gymnosperms which have some of the tallest trees of the world.

(ii) Root pressure is seen only during the most favourable periods of growth like spring or rainy season. At this time the xylem sap is strongly hypertonic to soil solution and transpiration rate is low. In summer when the water requirements are high, the root pressure is generally absent.

(iii)The normally observed root pressure is generally low which is unable to raise the sap to the top of trees.

(iv) Water continues to rise upwards even in the absence of roots.

(v) The rapidly transpiring plants do not show any root pressure. Instead a negative pressure is observed in most of the plants.

(vi) Root pressure disappears in unfavourable environmental conditions while ascent of sap con­tinues uninterrupted.

(vii) Root pressure is generally observed at night when evapotranspiration is low. It may be helpful in re-establishing continuous water chains in xylem which often break under enormous ten­sion created by transpiration.

3. Physical Force Theories:

These theories consider dead cells of xylem responsible for as­cent of sap. Capillary theory of Boehm 1863, Imbibition Theory of Unger 1868 and Cohesion-Tension Theory of Dixon and Joly 1894 are few physical theories. But cohesion-tension theory (also called cohesion-tension transpiration pull theory) of Dixon and Joly is most widely accepted one.

Cohesion Tension Theory (Cohesion-Tension and Transpiration Pull Theory):

The theory was put forward by Dixon and Joly in 1894. It was further improved by Dixon in 1914. Therefore, the theory is also named after him as Dixon’s theory of ascent of sap. Today most of the workers believe in this theory. The main features of the theory are:

(a) Continuous Water Column:

There is a continuous column of water from root through the stem and into the leaves. The water column is present in tracheary elements. The latter do operate separately but form a continuous system through their unthickened areas.

Since there are a large number of tracheary elements running together, the blockage of one or a few of them does not cause any breakage in the continuity of water column (Scholander, 1957). The column of water does not fall down under the impact of gravity because forces of transpiration provide both energy and necessary pull. Cohesion, adhesion and surface tension keep the water in place.

(b) Cohesion or Tensile Strength:

Water molecules remain attached to one another by a strong mutual force of attraction called cohesion force. The mutual attraction is due to hydrogen bonds formed amongst adjacent water molecules. On account of cohesion force, the water column can bear a tension or pull of upto 100 atm (Mac Dougal, 1936). Therefore, the cohesion force is also called tensile strength.

Its theoretical value is about 15000 atm but the measured value inside the tracheary elements ranges between 45 atm to 207 atm (Dixon and Joly, 1894). Water column does not further break its connection from the tracheary elements (vessels and tracheids) because of another force called adhesion force between their walls and water molecules. Water molecules are attracted to one another more than the water molecules in the gaseous state. It produces surface tension that accounts for high capillarity through tracheids and vessels.

(c) Development of Tension or Transpiration Pull:

Intercellular spaces present amongst mesophyll cells of the leaves are always saturated with water vapours. The latter come from the wet walls of mesophyll cells. The intercellular spaces of mesophyll are connected to the outside air through stomata. Outside air is seldom saturated with water vapours.

It has a lower water potential than the moist air present inside the leaf. Therefore, water vapours diffuse out of the leaves. The mesophyll cells continue to lose water to the intercellular spaces. As a result curvature of meniscus holding water increases resulting in increase in surface tension and decrease in water potential, sometimes to -30 bars.

The mesophyll cells withdraw water from the deeper cells as its molecules are held together by hydrogen bonds. The deeper cells in turn obtain water from the tracheary elements. The water in the tracheary elements would, therefore, come under tension. A similar tension is felt in millions of tracheary elements lying adjacent to the transpiring cells. It causes the whole water column of the plant to come under tension. As the tension develops due to transpiration, it is also called transpiration pull. On account of tension created by transpiration, the water column of the plant is pulled up passively from below to the top of the plant like a rope.

Evidences:

(i) The rate of water absorption and hence ascent of sap closely follows the rate of transpiration. Shoot attached to a tube having water and dipping in a beaker having mercury can cause the movement of mercury into the tube showing transpiration pull.

(ii) In a branch cut from a rapidly transpiring plant, water snaps away from the cut end showing that the water column is under tension.

(iii) The maximum tension observed in water column is 10-20 atm. It is sufficient to pull the water to the top of the tallest trees of even more than 130 metres in height. The tension cannot break the continuity of water column as cohesive force of xykm sap is 45 to 207 atm.

(iv) Gymnosperms are at a disadvantage in the ascent of sap because of the presence of tracheids instead of vessels in angiosperms. However, tracheidal xylem is less prone to gravitation un­der tension. Therefore, most of the tall trees of the world are redwoods and conifers.

Objections:

(i) The gases dissolved in sap shall form air bubbles under tension and high temperature. Air bubbles would break the continuity of water column and stop ascent of sap due to transpira­tion pull.

(ii) A tension of up to 100 atm has been reported in the xylem sap by Mac Dougal (1936) while the cohesive force of sap can be as low as 45 atm.

(iii) Overlapping cuts do not stop ascent of sap though they break the continuity of water column.

Mineral Uptake by Roots:

Plants obtain their supply of carbon and most of their oxygen from CO2 of atmosphere, hydrogen from water while the rest are minerals which are picked up individually from the soil. Minerals exist in the soil as ions which cannot directly cross the cell membranes.

The concentration of ions is some 100 times more in root interior than in the soil. Therefore, all minerals cannot be passively absorbed. The movement of ions from soil to interior of root is against concentration gradient and requires an active transport. Specific ion pumps occur in the membrane of root hairs.

They pump mineral ions from soil to cytoplasm of epidermal cells of root hairs. Energy is provided by ATP. Respiratory inhibitors like cyanide which inhibit ATP synthesis, generally reduce the ion uptake. The small amount which passes into the root even without ATP, must be through a passive technique.

For active transport, ATPases are present over the plasma membranes of root epidermal cells. They establish an electrochemical proton gradient for supplying energy for movement of ions. The ions are again checked and transported inwardly by transport proteins present over the endodermal cells.

Endodermis allows the passage of ions inwardly but not outwardly. It also controls the quantity and type of ions to be passed into xylem. Inward flow of ions from epiblema to xylem is along the concentration gradient. The collection of ions in the xylem is responsible for water potential gradient in the root that helps in osmotic entry of water as well as its passage to xylem. In the xylem, minerals are carried up along-with the flow of xylem solution. In leaves, the cells absorb the minerals selectively through membrane pumps.

Translocation of Mineral Ions in the Plant:

Though it is generally considered that xylem transports inorganic nutrients while phloem transports organic nutrients, the same is not exactly true. In xylem sap, nitrogen travels as inorganic ions, as well as organic form of amino acids and related compounds.

Small amounts of P and S are passed in xylem as organic compounds. There is also exchange of materials between xylem and phloem. Therefore, mineral elements pass up xylem in both inorganic and organic form.

They reach the area of their sink, namely young leaves, developing flowers, fruits and seeds, apical and lateral meristems and individual cells for storage. Minerals are unloaded at fine vein endings through diffusion. They are picked up by cells through active uptake.


Transpiration Runs the Show

Transpiration is the evaporation of water from trees out and into the Earth's atmosphere. Leaf transpiration occurs through pores called stomata, and at a necessary "cost", displaces of much of its valuable water into the atmosphere. These stomata are designed to allow the carbon dioxide gas to exchange from air to assist in photosynthesis that then creates the fuel for growth.

We need to remember that transpiration cools trees and every organism around it. Transpiration also helps to cause that massive flow of mineral nutrients and water from roots to shoots which is caused by a decrease in hydrostatic (water) pressure. This loss of pressure is caused by water evaporating from the stomata into the atmosphere and the beat goes on.


Voir la vidéo: COMMENT LES PLANTES SADAPTENT- À LA SÉCHERESSE rubrique Science Végétale N1 (Décembre 2022).