Cours Stage - Plan et développement de la plante

Exercice - Le gravitropisme

L'énoncé

Document 1 : découverte du gravitropisme

Au début du XVIIIe siècle, Dodart et Austruc remarquent que lorsqu'une racine, croissant dans le sens du champ de gravité, est déplacée à 90° sur le côté, vingt minutes plus trad, on observe une courbure de la racine en direction du champ de gravité. Ils mettent alors en relation orientale verticale des végétaux et force de gravité.

Plus d'un siècle plus tard, à la fin du XIXe siècle, Franck met en évidence que la courbure observée résulte d'une accélération de l'élongation du côté extérieur de la courbure de la zone de croissance, et ralentissement de l'élongation du côté intérieur de la courbure.

On appelle ce phénomène "gravitropisme" : les racines s'orientent dans le sens du champ de gravité et en revanche les coléoptiles et les tiges dans le sens opposé au champ de gravité.

 

Document 2 : expérience de Darwin en lien avec le gravitropisme

En 1881, Darwin montre que lorsque la coiffe racinaire d'un plant de maïs est retirée, on n'observe pas de courbure de la racine si celle-ci est placée à l'horizontale.

 

Document 3 : description des statocytes de la coiffe racinaire

La coiffe racinaire est composée d'une zone centrale, la columelle, entourée de cellule périphériques. Les cellules de la columelle s'appellent les statocytes. ce sont des cellules très différenciées, dépourvues de vacuole centrale et polarisées : lorsqu'elles sont orientées en direction de la gravité, le noyau se trouve dans la partie supérieure de la cellule, ainsi que le réticulum endoplasmique, des amyloplastes volumineux et de densité plus élevée que celle du cytoplasme qui sédimentent dans la partie inférieure de la cellule.

Lorsqu'on change l'orientation de la cellule, les amyloplastes sont déplacés de manière à toujours demeurer dans la partie inférieure de la cellule.

La chute des amyloplastes sur le membrane de la face inférieure des statocytes étirent cette membrane, ce qui active les canaux étirement-dépendants qu'elle contient.

 

Document 4 : schéma d'organisation d'un statocyte (Source: Wikipédia)

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Document 5 : auxine et gravistimulation dans les racines

La distribution de l'auxine au sein d'une racine est modifiée après gravistimulation : sur une racine placée horizontalement, la concentration d'auxine augmente dans la partie inférieure de la racine, et diminue dans la partie supérieure.


Question 1

À l'aide des connaissances et du document 1, expliquer ce que signifie le terme "gravitropisme". 

Le terme "tropisme" signifie "croissance orientée suite à un stimuli de l'environnement" et "gravi" fait référence au champ de gravité, d'après le document 1. 

Ainsi le terme "gravitropisme" décrit une croissance orientée suite à une stimulation par le champ de gravité. 

Se rappeler la signification du terme "phototropisme" vu en cours et s'en inspirer.

Question 2

Comment pourrait-on qualifier le gravitropisme des racines ? Celui des coléoptiles et des tiges ? 

D'après le document 1, "les racines s’orientent dans le sens du champ de gravité, et en revanche les coléoptiles et les tiges dans le sens opposé au champ de gravité".

Ainsi les racines présentent un gravitropisme positif (vers le champ de gravité), tandis que les coléoptiles et les tiges présentent un gravitropisme négatif (dans le sens opposé au champ de gravité). 

Présentent-ils un gravitropisme positif ou négatif ? 


Positif : vers le stimuli.

Négatif : à l'opposé du stimuli. 

Question 3

Quelle est ici l'action de l'auxine sur les racines ? 

D'après le document 1, la courbure observée suite à la mise à l'horizontale d'une racine résulte d’une accélération de l’élongation du côté extérieur de la courbure de la zone de croissance, et d'un ralentissement de l’élongation du côté intérieur de la courbure.

Or d'après le document 5, "la distribution de l’auxine au sein d’une racine est modifiée après gravistimulation : sur une racine placée horizontalement, la concentration d’auxine augmente dans la partie inférieure de la racine, et diminue dans la partie supérieure". 

Cela signifie que la concentration en auxine est augmentée du côté intérieur de la courbure, où l'élongation est ralentie. En effet, on sait que l'auxine a une action dose-dépendante sur l'élongation cellulaire : dans les racines notamment, à faible dose elle la stimule, mais à forte dose elle l'inhibe. Ici l'auxine a donc une fonction inhibitrice de croissance. 

Se rappeler les actions doses-dépendantes de l'auxine, qui diffèrent selon les organes cibles. 

Question 4

Utiliser l'ensemble des documents, les réponses aux questions précédentes et les connaissances pour expliquer le plus synthétiquement possible (7/8 phrases maximum) comment fonctionne le gravitropisme racinaire chez les plantes.

Les racines présentent un gravitropisme positif : elles poussent dans le sens du champ de gravité (document 1). La gravité est perçue grâce à leur coiffe racinaire, comme l'a mis en évidence Darwin en 1881 (document 2), sans laquelle on n'observe pas de gravitropisme. En effet, cette coiffe contient des cellules différenciées, les statocytes (documents 3 et 4) qui sont polarisées ce qui permet une perception de l'orientation du champ de gravité, grâce à la sédimentation d'amyloplastes denses du côté basal de la cellule, qui, lorsqu'ils changent de côté, stimulent des canaux étirement-dépendants.

Cela a pour conséquence une redistribution des concentrations d'auxine dans la racine, qui augmente du côté où le champ de gravité est plus fort et diminue du côté où il est plus faible. Dans la racine, une forte concentration d'auxine inhibe l'élongation cellulaire : son action résulte donc en une courbure de la racine dans le sens de la gravité.

Le lien direct entre stimulation par les amyloplastes des canaux étirement-dépendants et redistribution des concentrations d'auxine n'a toujours pas été clairement établi : ne pas chercher à l'inventer !