34.11: Assimilation de l'eau et des minéraux

Les tissus spécialisés dans les racines des plantes ont évolué pour capturer l’eau, les minéraux et certains ions à partir du sol. Les racines présentent une variété de motifs de ramification qui facilitent ce processus. Les cellules racinaires les plus externes ont des structures spécialisées appelées poils racinaires qui augmentent la surface de la racine, augmentant ainsi le contact avec le sol. L’eau peut entrer passivement dans les racines car la concentration de l’eau dans le sol est plus élevée que celle du tissu racinaire. Les minéraux, en revanche, sont transportés de façon active dans les cellules racinaires.

Le sol a une charge négative, donc les ions positifs ont tendance à rester fixés aux particules du sol. Pour contourner cela, les racines pompent du dioxyde de carbone dans le sol, qui se décompose spontanément, libérant des protons chargés positivement (H⁺) dans le sol. Ces protons déplacent les ions chargés positivement associés au sol qui sont disponibles pour être pompés dans le tissu racinaire, un processus appelé échange de cations. Les anions chargés négativement exploitent la tendance des ions H+ ^{à se diffuser vers le bas de leur gradient de concentration et à retourner dans les cellules racinaires à l’aide du co-transport : les ions comme Cl- sont cotransportés dans le tissu racinaire en association avec les ions H+.}

Les molécules peuvent se déplacer dans le noyau du tissu racinaire, appelé la stèle, par deux voies. Le transport apoplastique est le mouvement des molécules dans les espaces créés entre les parois cellulaires continues des cellules voisines et leurs membranes correspondantes. En revanche, le transport symplastique est le mouvement des molécules à travers le cytoplasme des cellules végétales, qui utilise des jonctions cellulaires appelées plasmodesmes, permettant le passage cytoplasmique libre des molécules entre les cellules adjacentes. Pour pénétrer dans la stèle, les molécules doivent se déplacer dans le symplaste car les bandes caspariennes situées dans l’endoderme de la racine empêchent les solutés dans l’apoplaste d’entrer dans la stèle. Par conséquent, pour entrer dans le symplaste, les solutés doivent passer par la membrane semi-perméable d’une cellule, protégeant les cellules contre les molécules toxiques ou indésirables du sol.

L'eau représente plus de 80 % de la masse de la plupart des plantes. Elle est essentielle pour la photosynthèse, le métabolisme,et le transport de nutriments et d'autres molécules. Les nutriments inorganiques sont également essentiels à la croissance des planteset la reproduction.

Par exemple, l'azote est un élément de basepour les biomolécules clés, comme les acides aminés,alors que le potassium est essentiel pour l'ouvertureet la fermeture des stomates. Comment les plantes absorbent-elles de manière fiable les nutriments et les grandes quantitésd'eau ?La plupart des plantes acquièrent de l'eau et des minérauxde la terre dans laquelle ils sont enracinés. Les racines des plantes libèrent des ions d'hydrogène et du dioxyde de carbone.

Le dioxyde de carbone réagit avec l'eau,formant un anion bicarbonate, et des ions hydrogène supplémentaires. Les ions hydrogène se lient au sol chargé négativementde particules, qui libèrent positivementdes ions chargés, comme le potassium, dans la solution du sol. Ce processus est appelé "échange de cations".

et rend les nutriments disponibles pour la plante. L'architecture des racines et les schémas de ramificationsont essentielles pour une absorption efficace de l'eau et des nutriments. Par exemple, la couche extérieure des cellulesqui est en contact avec le sol forme de minuscules poils de racine.

Ces cellules spécialisées ont une grande surfacequi absorbe l'eau par des processus actifs et passifs. Par exemple, l'eau et les nutriments dissouspeut se diffuser passivement dans l'apoplaste,qui comprend toutes les parois cellulaires et les espaces entre les cellules. L'espace à l'intérieur de la membrane cellulaireest appelé le symplast.

L'eau entre dans le symplaste et l'osmosevia à travers la membranede la cellule, tandis que les nutriments sont absorbés par un transport actif. Une fois l'eau et les minéraux entrés dans le symplaste,ils se déplacent librement vers le centre de la racinepar des connexions de cellule à cellule. Eau et nutriments dans l'apoplasme,sont cependant bloqués à l'entrée de la stèlepar les bandes Casparian.

Les bandes Casparian sont des couches de subérine imperméables à l'eaudans les cellules de l'endoderme, qui entoure la stèle. Ces structures bloquent le passaged'éléments potentiellement indésirables ou toxiques. Afin d'entrer au centre de la racine,tous les solutions doivent traverser une membrane plasmique.

Une fois qu'ils pénètrent dans la dernière eau et les nutrimentsentrer dans la stèle, qui les distribuedans toute la plante pour remplir leurs rôles essentiels.