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Le tropisme chez les plantes

Plants de piments sur la Station spatiale internationale

Plants de piments sur la Station spatiale internationale (NASA/Megan McArthur)

Plants de piments sur la Station spatiale internationale

Plants de piments sur la Station spatiale internationale (NASA/Megan McArthur)

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7.3

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

Découvre les différentes façons dont les plantes bougent en fonction de leur environnement.

Les animaux peuvent se déplacer pour obtenir ce dont ils ont besoin pour survivre. Mais savais-tu que les plantes peuvent aussi bouger? Elles ne peuvent pas se lever et courir, mais elles peuvent se rapprocher de la nourriture et de l’eau, et s’éloigner du danger.

On parle de tropisme lorsqu’une plante bouge en réponse à un stimulus externe dans l’environnement. Le tropisme est dit positif lorsqu’une plante se rapproche d’un stimulus. Le tropisme est négatif lorsqu’une plante s’éloigne d’un stimulus.

Comment les plantes réagissent-elles à leur environnement ?

Les plantes peuvent réagir à plusieurs aspects différents de leur environnement. Ceux-ci incluent la gravité, l’eau, la lumière et le contact avec des objets.

Le gravitropisme

Les parties d’une plante ont tendance à pousser soit dans la même direction que la gravité, soit dans la direction opposée. Ce type de tropisme est appelé gravitropisme.

Par exemple, les racines de la plupart des plantes présentent un gravitropisme positif lorsqu’elles poussent vers le bas, donc en direction du stimulus qui est dans ce cas la gravité.

Roots of grass growing downward
Racines de gazon poussant vers le bas (Source: redmal via iStockphoto).
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Une photographie en couleur montre une coupe transversale de gazon avec des racines qui poussent vers le bas dans le sol.

Une bande de gazon vert vif s’étend le long du haut de la photographie. Plus de la moitié de la photo montre le sol en dessous. Les racines font presque deux fois la longueur du gazon. Elles sont fines, blanches et s’emmêlent comme des cheveux. Toutes les racines poussent vers le bas, plus profondément dans le sol.

Les racines de certaines mangroves font exception à cette règle. Les mangroves sont des arbres ou des arbustes qui poussent dans les régions intertidales, le long des côtes d’eau salée ou saumâtre (c'est-à-dire salée, mais moins que celle de l’eau de mer). Certaines de leurs racines présentent un gravitropisme négatif. Elles poussent vers le haut, hors du sol. Cela leur permet d’accéder à l’oxygène nécessaire à la respiration cellulaire des plantes.

La mangrove, des racines dans la mer (2013) par Rivages2012 (2:54 min.).

La plupart des tiges présentent un gravitropisme négatif. Elles poussent vers le haut, contre la force de gravité.

Si tu places une plante sur le côté, ou même à l’envers, la tige s’incurvera vers le haut, et les racines vers le bas.

The bean plant on the right is exhibiting gravitropism
Démonstration du gravitropisme chez la plante de haricot (Source: Aldona via iStockphoto).
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Une illustration en couleur montre deux plantes en pot, l’une debout et l’autre sur le côté.

Les deux plantes sont dans de petits pots bruns, coupés pour révéler les racines à l’intérieur. La plante de gauche est dressée. Sa tige pousse vers le haut, et ses racines vers le bas. Le pot de la plante de droite est couché sur le côté. Sa tige s’est courbée pour pousser vers le haut, perpendiculairement à sa base. Ses racines sont courbées vers le bas, vers le côté du pot sur le sol.

Pendant la germination, le gravitropisme négatif aide la tige du semis à sortir du sol et à se diriger vers le Soleil. Le gravitropisme positif aide les racines à croître vers le bas plus profondément dans le sol.

Germinating bean seeds and young bean seedlings
Germination de graines de haricots et de jeunes semis de haricots (Source: BogWan via iStockphoto).
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Une photographie en couleur montre une coupe transversale de graines de haricots à différents stades de germination, poussant dans le sol.

Un peu plus de la moitié de la photo montre la partie sous la surface du sol. Une rangée de 6 graines de haricot est présentée, chacune à un stade de germination différent. À gauche se trouve une graine sans croissance, à droite, un semis vert pâle avec plusieurs feuilles. Dans chaque cas, la tige pousse vers le haut à partir de la graine, vers la surface et à travers celle-ci. Les racines croissent vers le bas, plus profondément dans le sol.

L'hydrotropisme

L’hydrotropisme se produit lorsque les plantes poussent vers l’eau ou s’en éloignent. Cela tend à se manifester dans les racines, où les plantes absorbent la plus grande partie de leur eau. Si une plante détecte de l’eau à proximité, ses racines vont croître dans cette direction.

Plant roots bending towards a source of water
Racines de plantes s'incurvent vers une source d’eau (Source: Aldona via iStockphoto).
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Une illustration en couleur montre deux plantes avec une coupe transversale de leurs racines sous le sol.

La tige de la plante de gauche pousse vers le haut, et les racines vers le bas. Un pot d’eau est enfoui dans le sol à côté de la plante de droite. Les racines de celle-ci se sont recourbées pour pousser vers l’eau.

Le phototropisme

Le phototropisme consiste en le mouvement des plantes en réponse à la lumière. Tu peux faire une expérience pour le constater chez toi. Fournis à une plante d’intérieur une seule source de lumière, comme une fenêtre. Bientôt, la plante commencera à s’incurver vers la lumière. Elle pousse dans cette direction afin d’obtenir plus de lumière pour la photosynthèse.

2-3 Le rôle de la lumière (2017) par Jardiner Autrement (2:49 min.).

L’héliotropisme est un type de phototropisme. Il se produit lorsque les plantes s’orientent vers le Soleil. Les tournesols sont des plantes héliotropes bien connues. Pendant la journée, les jeunes tournesols se courbent pour suivre le Soleil, dans sa course d’est en ouest. Cela maximise la quantité de lumière qui atteint les feuilles. La nuit, ils reviennent à leur position de départ, face à l’est.

Une fois à maturité, les plantes demeurent orientées vers l’est en tout temps, ce qui les aide à produire du pollen et à attirer les pollinisateurs.

Le tournesol suit-il la course du soleil ?🤔 (2020) par anneso_what (3:20 min.).

Le thigmotropisme

Le thigmotropisme correspond à la réponse des plantes au toucher ou au contact avec des objets. Par exemple, les vignes ont de petites vrilles qui s’enroulent autour des murs ou des treillis. Les plantes de ce type n’ont généralement pas de tiges solides. Le thigmotropisme les aide donc à rester dressées et à poursuivre leur croissance.

Les plantes de la famille des légumineuses, ou haricots, manifestent souvent un thigmotropisme.

Bean plants climbing up wooden poles
Plants de haricots grimpant le long de piquets en bois (Source: rootstocks via iStockphoto).
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Une photo en couleur montre des plants de haricots dont les vrilles s’enroulent autour de tuteurs en bois.

La majeure partie du cadre de la photo est remplie de plantes soutenues par des piquets en bois brun foncé. Elles sont épaisses avec de larges feuilles vertes. La plante au premier plan est très nette. Ses vrilles sont fines, vert pâle et filiformes, avec des excroissances plus petites qui s’enroulent comme des tire-bouchons. Elles s’enroulent étroitement autour du piquet depuis la plante principale jusque dans le haut de l’image.

Lorsque les plantes réagissent instantanément au toucher, on parle de thigmonastie. Cette réponse diffère du thigmotropisme. Par exemple, les plantes Mimosa pudica, ou «mimosa pudique» (ou «sensitive»), ont une réaction thigmonastique. Elles replient leurs feuilles lorsqu’on les touche. Les scientifiques croient que cette réaction aide les plantes à se protéger des insectes qui voudraient les consommer.

Les capacités surprenantes du mimosa pudique (2019) par Brut (2:16 min.).

La dionée attrape-mouche est également une plante thigmonastique. Lorsqu’un insecte touche les poils déclencheurs (ou sensibles) à l’intérieur de sa feuille, la feuille se referme. Pourquoi? Les insectes sont de la nourriture pour cette plante. Avec le temps, la plante dissout l’insecte à l’intérieur de sa feuille et absorbe les nutriments dont elle a besoin.

Cultiver la plante carnivore attrape-mouche (dionée) - Truffaut (2019) par TRUFFAUT (2:42 min.).

Histoire de la découverte du phototropisme

Il y a de fortes chances que tu aies déjà entendu parler de Charles Darwin. Il s’agit du scientifique et naturaliste bien connu pour son livre sur l’évolutionL’origine des espèces. Outre ses travaux sur l’évolution, il a également mené des expériences sur le tropisme des plantes avec son fils Francis. Ils ont présenté leurs résultats en 1880 dans un livre intitulé The Power of Movement in Plants (La Pouvoir du Mouvement chez les Plantes). Ce livre a eu une incidence majeure sur la science des plantes.

Charles et Francis ont étudié le phototropisme en utilisant des semis d’herbe et d’avoine. Pour vérifier leur hypothèse selon laquelle la partie supérieure des coléoptiles est responsable de l’incurvation du semis vers la lumière, ils ont réalisé un certain nombre d’expériences contrôlées. Dans ces expériences, ils ont retiré ou recouvert différentes parties du semis avec des matériaux transparents ou opaques.

Ce qu’ils ont découvert a confirmé leur hypothèse. L’expérience a révélé que la lumière était détectée par les extrémités des coléoptiles.

Traitements expérimentaux utilisés par Darwin et Darwin
Traitements expérimentaux utilisés par Darwin et Darwin (©2022 Parlons sciences).
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Une illustration en couleur montre 5 semis d’herbe, modifiés comme ils l’auraient été lors des expériences de Charles et Francis Darwin.

En haut de l’illustration, la lumière émise par le soleil est représentée par une épaisse bande jaune pâle, et un demi-cercle jaune vif à l’extrémité gauche, représente le soleil lui-même. Près du bas, le sol est représenté par un long rectangle brun. Les racines de chaque semis poussent vers le bas dans le rectangle. Au-dessus du sol, chaque semis est à peu près de la même taille, avec une structure longue et pointue qui devient vert plus foncé près de l’extrémité. Ces structures sont étiquetées «Coléoptile» avec une flèche noire.

Le premier coléoptile est courbé vers la gauche, en direction du soleil. Aucune altération n’est visible sur ce semis.

L’extrémité du deuxième coléoptile a été coupée. Ce semis pousse vers le haut, sans courbure.

L’extrémité du troisième coléoptile est recouverte d’une matière noire. Ce semis pousse également vers le haut, sans courbure.

L’extrémité du quatrième coléoptile est recouverte d’un matériau transparent. Le semis s’incurve vers la gauche, en direction du soleil.

La base du cinquième coléoptile, sous la pointe, est recouverte d’un matériau noir. Ce semis s’incurve également vers la gauche, en direction du soleil.

En 1913, Peter Boysen-Jensen, un physiologiste des plantes d’origine danoise, a poussé ces expériences un peu plus loin. Il cherchait la cause physiologique de l’incurvation.

Ses expériences consistaient à retirer l’extrémité d’un coléoptile, à placer un bloc de gélatine entre l’extrémité et le reste de la plante, puis à remettre l’extrémité en place. Mais pourquoi la gélatine? Bien que la gélatine soit un solide, les produits chimiques solubles dans l’eau peuvent la traverser.

Expériences réalisées par Boysen-Jensen
Expériences réalisées par Boysen-Jensen (©2022 Parlons sciences).
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Une illustration en couleur montre deux semis d’herbe, modifiés comme ils l’auraient été lors des expériences de Peter Boysen-Jensen.

En haut de l’illustration, la lumière émise par le soleil est représentée par une épaisse bande jaune pâle et un demi-cercle jaune vif à l’extrémité gauche représente le soleil lui-même. Près du bas, le sol est représenté par un rectangle brun foncé. Les racines des deux semis poussent vers le bas dans le rectangle. Au-dessus du sol, les deux coléoptiles ont à peu près la même taille.

Sur le coléoptile de gauche, l’extrémité est séparée du reste du semis par un bloc de matière grise. Celui-ci est étiqueté «Gélatine», avec une flèche noire. Cette extrémité est incurvée vers la gauche, en direction du soleil.

Sur le coléoptile de droite, l’extrémité est séparée du reste du semis par un bloc de matière noire. Celui-ci est étiqueté «Morceau de roche», avec une flèche noire. Cette extrémité est dressée vers le haut, sans courbure.

Même avec le bloc de gélatine, la plante a produit une réponse phototropique à la lumière. Cela suggère qu’un produit chimique soluble dans l’eau est responsable du phototropisme.

Pour appuyer davantage cette idée, Boysen-Jensen a tenté une autre expérience. Il a utilisé un morceau de roche à la place du bloc de gélatine, qui ne laisse pas passer les produits . Cette fois, la plante ne s’est pas incurvée vers la lumière. Il a conclu que c’était parce que les produits chimiques qui se déplaçaient dans la tige ne pouvaient pas traverser la roche.

À la fin des années 1920, Nicolai Cholodny et Francis W. Went ont tous deux proposé qu’une hormone appelée auxine est le mécanisme par lequel les plantes se courbent vers une source de lumière. Ils ont découvert que l’auxine aide à contrôler la direction de la croissance d’une plante en réponse à des stimuli environnementaux.

L’auxine est fabriquée dans les régions méristématiques de la plante. Les régions méristématiques sont les parties de la plante où s’effectue la croissance, comme les extrémités des tiges et des racines. Cholodny et Went ont montré qu’une accumulation d’auxine se produisait sur le côté ombragé de la plante. En raison de cette accumulation, les cellules du côté plus sombre s’allongent plus rapidement que les cellules du côté le plus proche de la source de lumière. Cela entraîne une incurvation de la tige vers la lumière.

Les réponses tropiques dans l’espace

Comme mentionné précédemment, la gravité est l’une des principales forces qui régissent la croissance des plantes. Alors, qu’arrive-t-il aux plantes dans l’espace, où il y a de la microgravité? Les scientifiques ont découvert que la gravité n’est peut-être pas aussi importante qu’on le pensait. Ils ont constaté que même lorsque la force de gravité est très faible, les racines croissent toujours vers le bas, manifestant un gravitropisme positif.

S01E21 - Faire pousser des plantes dans l'espace (ft @La boîte à curiosités) | Superama (2021) par Superama (8:42 min.).

La gravité n’est pas le seul facteur qui oriente la croissance des racines. Les racines s’éloignent de la lumière et se dirigent vers l’eau et les nutriments. La découverte que les plantes de l’espace ont une croissance similaire à celle des plantes sur la Terre est très intéressante. Ces connaissances peuvent être utilisées pour planifier la culture d’aliments lors de vols spatiaux de longue durée, ainsi que sur des planètes comme Mars.

En savoir plus

Gravitropisme
Cette vidéo (8:08 min.) par Lolita Antunes explique comment la gravité affecte les plantes.

Des plantes extraterrestres à bord de l'ISS
Cette vidéo par Le petit astronome (9:15 min.) explique comment les astronautes font pousser des plantes à bord de l'ISS.

Les tropismes
Cette vidéo par Squat (4:03 min.) explique les différents types de tropismes.

Le gravitropisme : réalisation d'expériences simples chez les végétaux
Cet article de Planet-Vie présente des expériences simple pour tester le gravitropisme chez les plantes.

Références

Ashish. (2022, January 15). Why Do Touch-Me-Not (Mimosa Pudica) Leaves Close When Touched?. Science ABC. 

BBC Bitesize. (n. d.) Plant Hormones.

Biology-pages.info. (2021, May 10). Tropisms.

BioMed Central Limited. (2012, December 7). What happens to plant growth when you remove gravity?. ScienceDaily.

Estelle, M. Plant tropisms: The ins and outs of auxin. Current Biology, Volume 6, Issue 12, 1996, 1589-1591. https://doi.org/10.1016/S0960-9822(02)70780-X.

Evolution News & Science Today. (2015, May 26) Darwin, Design, and Phototropism.

Holland, J. J., Roberts, D., Liscum E. Understanding phototropism: from Darwin to today. Journal of Experimental Botany, 60(7),1969–1978, https://doi.org/10.1093/jxb/erp113.

Meeker-O’Connell, A. (n. d.) How Venus Flytraps Work. How Stuff Works.

NASA Johnson. (2012). ISS Update: Plants in Space. YouTube.

Paul, AL., Amalfitano, C.E. & Ferl, R.J. Plant growth strategies are remodeled by spaceflight. BMC Plant Biol 12, 232 (2012). https://doi.org/10.1186/1471-2229-12-232.

plant-and-flower-guide.com. (n. d.) Geotropism.