Le tropisme chez les plantes

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

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

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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.

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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.

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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

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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 thigmotropisme

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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.
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’évolution, L’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.

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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.

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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.
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.
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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.
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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.
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