Le xylème et le transport des ressources par transpiration

Le xylème des plantes vasculaires distribue l’eau et les minéraux dissous qui sont absorbés par les racines au reste de la plante. Les cellules qui transportent la sève du xylème sont mortes à la maturité, et le mouvement de la sève xylèmique est un processus passif.

Les trachéides et les éléments des vaisseaux transportent la sève du xylème

Les éléments trachéaux sont les cellules de transport du xylème. Ils leur manquent un cytoplasme et des organites lorsqu’ils sont matures et sont considérés comme faisant partie de l’apoplaste de la plante parce qu’ils se connectent directement à l’espace extracellulaire. Il existe deux types d’éléments trachéaux : les trachéides et les éléments des vaisseaux.

Les trachéides sont des cellules allongées avec des parois lignifiées qui contiennent de petites brèches appelées ponctuations, qui conduisent la sève du xylème d’une cellule à l’autre dans les endroits où leurs parois se chevauchent. Les plantes vasculaires sans graines et la plupart des gymnospermes, ou les plantes portant des cônes, n’ont que des trachéides, qui auraient évolué avant les éléments des vaisseaux.

Les éléments des vaisseaux sont des cellules lignifiées plus larges qui s’empilent verticalement pour former des vaisseaux. Ils sont reliés par des plaques de perforation, des structures d’extrémité cellulaire spécialisées qui ont des espaces à travers lesquels la sève du xylème peut couler. Le plus grand diamètre et la structure plus efficace des plaques de perforation signifient que les vaisseaux composés d’éléments de vaisseau peuvent déplacer un volume beaucoup plus grand de sève. La plupart des angiospermes, ou plantes à fleurs, ont à la fois des trachéides et des éléments de vaisseaux.

Le transport actif des minéraux crée un gradient de pression d’eau des racines aux feuilles

Alors que l’eau pénètre passivement dans une plante par des cellules racinaires perméables, un transport actif est nécessaire pour déplacer les minéraux dans le xylème. La forte concentration de solutés dans les racines crée un gradient dans le potentiel de pression de l’eau dans le xylème, avec une pression plus élevée dans les racines et une pression plus faible ailleurs dans la plante, où les solutés sont moins concentrés. L’eau se déplace ensuite vers les zones à basse pression ; cependant, ce gradient n’est qu’un facteur mineur contribuant au transport global de la sève par le xylème.

Les forces physiques sur les molécules d’eau retiennent le fluide dans le xylème

Le transport de la sève de xylème à travers une plante est rendu possible en partie par certaines des propriétés physiques de l’eau elle-même. L’hypothèse de la tension-cohésion pour le transport de la sève par le xylème a été proposée pour la première fois dans les années 1890. La cohésion entre les molécules d’eau est relativement forte parce que les trois atomes d’une molécule d’eau peuvent participer aux liaisons hydrogène avec d’autres molécules d’eau. Cela signifie que la traction de la transpiration dans les feuilles peut affecter les molécules d’eau dans tout le xylème, comme les maillons d’une chaîne, jusqu’aux racines.

Une autre force, l’adhésion, permet aux molécules d’eau de se coller aux surfaces à l’intérieur de la plante, comme les parois cellulaires des cellules mésophylles dans la feuille, où la tension superficielle de l’eau est essentielle pour faire sortir la sève des vaisseaux foliaires lorsque la vapeur d’eau est secrétée par les feuilles. L’adhérence des molécules d’eau aux parois des vaisseaux du xylème empêche la sève de s’infiltrer vers le bas et hors de la plante par les racines lorsque les stomates se ferment et que la tension produite par la transpiration cesse.