Séance 7 - La racine

Question 1

Décrivez les zones de développement de la racine.

Answer 1

Zone de différenciation:
-Protoderme -> rhizoderme (épiderme des racines)
-Méristème -> cortex (exoderme, enveloppe du cylindre cortical chez les racines plus vieilles)
-Procambium -> stèle (endoderme, péricycle et tissus vasculaires)
-Présence de poils absorbants, des cellules épidermiques qui s’allongent pour augmenter la surface d’absorption de la racine
Zone d’élongation:
-Protoderme, méristème et procambium ne sont pas encore différencié
Zone méristématique:
-Présence du centre quiescent
-Présence de la coiffe et de la zone d’entretien de la coiffe.

Question 2

Vrai ou Faux: La durée de vie des poils absorbants est très longue. Ils peuvent survivre plusieurs mois.

Answer 2

Faux. Leur durée de vie est très courtes (quelques jours).

Question 3

Distinguez entre l’organisation des tissus conducteurs chez les monocotylédones et chez les dicotylédones.

Answer 3

Monocotylédones:
-Nombre élevé de pôles de xylème et phloème
-Parenchyme (originant du procambium) souvent présent au centre de la stèle.
Dicotylédones:
-Nombre limité de pôles de xylème et phloème
-Parenchyme parfois présente au centre de la stèle.

Question 4

Qu’est-ce que le péricycle? D’où origine-t-il? À quoi donne-t-il naissance?

Answer 4

Définition: Tissu composé de cellules parenchymateuses localisé entre le système vasculaire et l’endoderme. Il entoure complètement les tissus conducteurs.
Origine: Procambium
Il donne naissance au racines latérales.

Question 5

Que sont les caractéristiques de l’endoderme?

Answer 5

• Barrière imperméable (imprégné subérine). Force l’eau et les solutés à passer à travers la membrane cellulaire et le cytosol des cellules de l’endorme (voie symplastique de transport). Subérine sur les faces anticline des cellules. Le cadre de Caspary (bande de subérine) empêche l’eau de passer à travers les cellules.
• Présence de cellules de passage sans subérine en face des pôles de protoxylème
• Endoderme origine du méristème fondamentale.

Question 6

Que sont les caractéristiques de l’exoderme?

Answer 6

Localisation:
-Partie externe du cortex
-Quelques couches de cellules
Anatomie:
-Présence d'une bande de Caspary
OU
-d'une couche de subérine ou encore de lignine
Rôles:
-Transport sélectif
-Réduction des pertes d'eau vers le sol
-Protection contre les microorganismes parasites

Question 7

Distinguez entre l’absorption de l’eau et des minéraux en présence de transpiration et en absence de transpiration.

Answer 7

Ψ = P - π
Présence:
-L’eau se déplace vers le Ψ le plus bas (du moins négatif au plus négatif)
-La transpiration diminue le Ψ de la feuille
-Absorption d’eau au niveau du sol
Absence (genre la nuit, pas nécessairement en stress hydrique):
-L’absorption des minéraux cause le mouvement d’eau la nuit. Les minéraux augmentent π, influencant Ψ (il devient plus négatif).
-Il y a entrée d’eau dans la racine par osmose, qui crée une pression hydrostatique positive
-Montée d’eau dans la plante.

Question 8

Vrai ou Faux: En absence de la transpiration, le Ψ des racines et le Ψ des feuilles sont égales.

Answer 8

Faux: Il y a une différence minime entre les deux qui permet le mouvement de la sève brute vers les feuilles (on observe ce phénomène via la guttation matinale des feuilles).

Question 9

Distinguez entre les différents types de transport d’eau et de minéraux vu dans la racine. Lequel est le plus rapide?

Answer 9

1. Transport symplastique qui suit les plasmodesmes.
2. Transport apoplastique via les parois cellulaires (le plus rapide, car il n’y a pas d’implication de la pression d’osmose)
3. Transport transcellulaire à travers les parois et les membranes cellulaires.
4. Transport au niveau des bandes de Caspary (voie symplastique uniquement).

Question 10

Comment l’eau va-t-elle traverser les membranes de phospholipides dans les cellules de la racine?

Answer 10

Grâce aux aquaporines, qui existent également dans les cellules animales. Elles ont le même rôle dans les cellules végétales.

Question 11

Décrivez la vitesse de déplacement de l’eau du sol jusqu’aux feuilles.

Answer 11

• Rapide jusqu’à l’endoderme
• Passage ralenti à l’endoderme
• Déplacement très rapide dans le xylème grâce à la colonne d’eau durant le jour.
• Il y a également transport passif des minéraux avec l’eau.

Question 12

Décrivez le transport actif des minéraux dans la racine.

Answer 12

• Nécessaire quand la transportation est limitée ou pour les minéraux en faible concentration dans le sol par rapport aux besoins de la plante
• Présence de pompes à cation et anions
• Cheminement dans la racine: voie symplastique et apoplastique une fois les ions absorbés au niveau des poils absorbants
• Rôle de la bande de Caspary: empêche les ions de retourner vers le sol. Les poils absorbants vont absorber les minéraux aux extrémités de la racine, et la bande de Caspary vont empêcher les minéraux de ressortir dans le sol plus loin dans la racine où il n’y a pas de poils d’absorbants.

Question 13

Distinguez entre les propriétés du sol pour le sable, le limon et l’argile.

Answer 13

Limon: everything is moyen, entre-deux entre sable et argile.
Infiltration: bon dans le sable, faible dans l’argile.
Capacité de rétention: faible dans le sable, bon dans l’argile.
Échange ionique: faible dans le sable, bon dans l’argile
Aération: bon dans le sable, faible dans l’argile.
Pénétration des racines: bon dans le sable, faible dans l’argile.

Question 14

Quel est le rôle de l’hummus dans le sol?

Answer 14

Permet la formation des agrégats.

• Création d’interstices de taille variable entre les agrégats
• Niveau d’aération augmente avec la taille des interstices
• Conditions d’anoxie plus fréquente lorsque les particules sont petites (ex. l’argile)

Question 15

Que sont les différentes forces qui vont agir sur l’eau dans le sol?

Answer 15

Gravité: eau de gravitation
Capillarité (adhésion-cohésion): eau de capillarité
Forces chimiques: eau d’hygroscopie. Les forces chimiques qui garde cette eau sont trop grande et le potentiel hydrique est trop négatif. La plante ne peut pas obtenir cet eau.

Question 16

Qu’est-ce que la capacité au champ et le point de flétrissement?

Answer 16

Capacité au champ: Ψ sol = -0,01 MPa, lorsque l’eau de gravitation est écoulée.
Point de flétrissement: Ψ sol = -1,5 MPa, lorsqu’il ne reste principalement que de l’eau d’hygroscopie
Entre les deux, il y a prélèvement de l’eau de capillarité par les racines.

Question 17

Décrivez les échanges cationiques entre les particules de sol et les racines.

Answer 17

1. Absorption des cations sur les particules du sol
   - L’argile et l’hummus sont chargés négativement
2. Échanges de cations
   - Excrétion de H+ par les racines pour “détacher” les autres cations.

Question 18

Quel est l’effet des pluies acides sur les échanges cationiques entre le sol et la plante?

Answer 18

Les pluies acides contiennent des ions H+ en excès, qui vont venir “détacher” les autres cations des agrégats. Les cations vont être emportés par la pluie sans que la plante puisse les utiliser.

Question 19

Vrai ou Faux: La richesse du sol est fonction de sa capacité à retenir les cations.

Answer 19

Vrai. Les principaux ions négatifs sont NO3(2-), PO4(3-) et SO4(2-).

Question 20

Vrai ou Faux: Les micronutriments (tel que le fer ou le manganèse) sont plus difficile pour la plante à dissoudre avec de l’acide que les macronutriments (tel que l’azote ou le phosphore).

Answer 20

Faux - c’est l’inverse qui est vrai, à l’exception du molybdène qui n’est pas facilement soluble dans de l’acide contrairement aux autres micronutriments.

Question 21

Comparez les macro et micronutriments qui font parti de la composition chimique de la plante. Que sont les fonctions de chaque?

Answer 21

(Obviously, C-H-O sont les plus abondants, mais ils ne sont pas considérés comme des nutriments)
Marconutriments:
-Azote (15,000) - a.a., protéines, acides nucléiques, chlorophylles, coenzymes
-Potassium (10,000) - osmose, équilibre ionique, ouverture des stomates, activateur de nombreuses enzymes
-Calcium (5000) - Parois cellulaires, cofacteur d’enzymes, perméabilité des membranes, régulateur d’activités membranaires et enzymatiques (phytohormones)
-Magnésium (2000) - Chlorophylles, activateur de plusieurs enzymes
-Phosphore (2000) - ATP, ADP, acides nucléiques (ADN, ARN), plusieurs enzymes, phospholipides
-Sulfur (1000) - a.a. et donc protéines
Micronutriments:
-Chlorine (100) - Osmose, équilibre ionique, ouverture des stomates, photolyse de l’eau
-Fer (100) - Synthèse de la chlorophylle, composante des cytochromes et de la nitrogénase (fixation d’N2)
-Boron (20) - Utilisation du Ca2+, intégrité des membranes, synthèse des acides nucléiques
-Manganèse (50) - Activateur de certaines enzymes, photolyse de l’eau, intégrité des thylacoïdes
-Zinc (20) - Activateur ou composante de plusieurs enzymes
-Cuivre (6) - Activateur ou composante de certaines enzymes des réactions d’oxydation et de réduction
-Nickel (inconnu) - Composante d’une enzyme du métabolisme de l’azote
-Molybdène (0.1) - Fixation du N2, réduction des nitrates

Question 22

Vrai ou Faux: Les macronutriments sont plus essentiels que les micronutriments. C’est ce qui explique leur plus grande abondance dans la plante.

Answer 22

Faux. Ils sont tout aussi essentiels.

Question 23

Quel nutriment est le plus limitant?

Answer 23

Dans la plupart des sols, c’est l’azote qui est limitant. Cependant, dans les milieux aquatiques, c’est le phosphore qui est limitant. C’est d’ailleurs ce qui explique pourquoi il y a de l’eutrophisation lorsque des engrais riches en phosphate se retrouvent dans les lacs.

Question 24

Pour diagnostiquer les nutriments limitants, on peut soit analyser le sol ou les feuilles. Pourquoi est-ce que, de plus en plus, on a tendance à analyser les feuilles?

Answer 24

• L’analyse des sols est très complexe
• Les besoins de la feuille sont souvent plus représentatif que la disponibilité dans les sols
• La plante est souvent capable d’aller chercher plus de nutriments que nécessaire (p. ex., les mycorhizes qui peuvent aller chercher plus de phosphore).

Question 25

Décrivez le processus de réduction de l’azote par la plante.

Answer 25

• Disponibilité: nitrates (NO3-), ammonium (NH4+), organique (acides aminés)
  1. Nitrate reductase dans le cytosol: NO3- + 2H+ + 2e- -> NO2- + H2O. Les électrons proviennent du NAD(P)H -> NAD(P)
  2. Nitrite reductase dans le chloroplaste ou l’organite: NO2- + 8H+ + 6e- -> NH4+ + 2H2O. Les électrons proviennent de Fd(red) -> 6 Fd(ox).
  3. Réduction dans les feuilles: Utilisation du NADPH et de la ferrédoxine (Fd(red)) provenant de la photosynthèse
  4. Réduction dans les racines: utilisation du NADH provenant de la respiration aérobie et de la ferrédoxine Fd red ) provenant de la voie oxydative des pentoses phosphates (réduite par le NADPH).
  5. Assimilation de l’ammonium NH4+ en acides aminés.

Question 26

Décrivez le processus de réduction du soufre par la plante.

Answer 26

SO4(2-) -> -> S2- -> -> sérine. Requiert 10e-, provenant de la glutathione, la ferrédoxine et le NAD(P)H.

Question 27

Décrivez le recyclage des nutriments chez la plante.

Answer 27

• Dégradation des composés organiques dans les tissus viellissants
• Transport vers les parties en croissance ou vers des organes de réserve

Question 28

Que sont les types de systèmes racinaires chez les arbres matures?

Answer 28

A. Système racinaire traçant (racine pivotante peu développée au profit de racines latérales peu profondes) (ex. tremble, fêne)
B. Système racinaire pivotant (rétention de la racine principale s’enfonçant verticalement) (ex. pin, chêne)
C. Système racinaire en coeur (procure la meilleur stabilité) (ex. érable, bouleau, mélèze)

Question 29

Vrai ou Faux: Lorsqu’on parle des organismes impliqués dans les mycorhizes, il y a une faible spécificité des champignons dans les association plante-champignon.

Answer 29

Vrai.

Question 30

Décrivez l’association plante-champignon. Qui fait quoi pour l’autre?

Answer 30

Les hyphes du champignon vont absorber l’eau, LE PHOSPHORE et d’autres minéraux. Le champignon va fournir ces nutriments et la plante va fournir des sucres aux champignons.

Question 31

Pourquoi les champignons de mycorhize infenctent-ils les parties jeunes de la plante? Que sont les réponses de la plante face à cette infection?

Answer 31

La racine jeune est tout simplement plus facile à infecter. Il n’y a pas encore d’exoderme ou d’écorce pour empêcher les étrangers (comme les champignons) à rentrer dans la plantes.
Réponses:
-Réduction de la croissance des racines
-Réduction du nombre de poils absorbants

Question 32

Distinguez entre les différents types de mycorhizes vu en classe (ecto, endo, Orchidées, Éricacées)

Answer 32

Ectomycorhizes:
-symbiose entre la majorité des ligneux en milieu tempérés et un basidiomycète ou un ascomycète.
-machons d’hypes autour des racines
-hyphes pénètrent entre les cellules jusqu’à l’endoderme.
Endomycorhize:
-symbiose entre la majorité des herbacées ou des arbustres et arbres de régions tropicales et des champignons sporulant dans le sol (Zygomycètes)
-hyphes pénètrent dans les cellules (entre la paroi et la membrane cytoplasmique)
-Formation d’arbuscules et souvent de vésicules
Orchidés:
-symbiose obligatoire dès la germination
Éricacées (bleuets, canneberges, thé du Labrador, etc.):
-endomychorizes particulières (aident à l’absorption de l’azote dans des sols particulièrement pauvres

Question 33

L’azote est un élément extrêmement abondant sous forme gazeuse. Pourquoi est-il donc très difficile de transformer du N2 en acides aminés? Quelle est donc la solution des plantes pour obtenir de l’azote atmosphérique?

Answer 33

Parce que l’enzyme responsable, la nitrogénase, est inhibé par l’oxygène. Très peu d’organismes peuvent le faire (diazotrophes). Cette capacité de fixer l’azote est très peu fréquente dans le monde végétal - ceux qui sont capables, comme les rhizobium (légumineuses), les Frankia (espèces ligneuses) et Anabaena azolla, forment une symbiose avec des diazotrophes. Il va y avoir infection au niveau des poils absorbants et la production de nodules. Comme une mycorhize, cette symbiose va échanger des acides aminés pour des sucres. Il y a également des bactéries libres dans le sol qui vont fixer de l’azote.