ECOPHYSIOLOGIE

I.IntroductionL'écophysiologie est l'étude de l'influence de l'environnement sur les

étapes du cycle de vie d'un être vivant.Il s'agit d'expliquer ici comment les végétaux font face aux contraintes de leur milieu. Les végétaux se répartissent sur la planète en fonction de deux principaux facteurs :

la température et la sécheresse.

 

I.Adaptation des plantes au froidLa température agit sur de nombreux phénomènes physiologiques :

transpiration, photosynthèse, absorption, floraison, germination,…La température optimale pour une plante dépend de son espèce et de son stade de développement.

Température

Intensité de la croissance

Température létale inférieure

Température létale supérieure

Température optimale

Croissance maximale

Zéro de végétation

Croissance faible

Croissance quasi nulle

Certaines températures sont caractéristiques

Le zéro de végétation ou de germination : c'est la température minimale en dessous de laquelle la croissance est nulle.

Les températures létales :le maximum possible pour la plante et le minimum sous lesquels la plante meurt (ex 50°C max et -15°C minimum). Les végétaux ont colonisé des zones où les températures peuvent atteindre -60°C.

La température optimale de croissance : C'est une fourchette de température pour laquelle la croissance est la meilleure.

1.Première stratégie : éviter le froid

a.Taille réduiteLa température est moins froide au ras du sol qu'à 1 ou 2 m du sol. En réduisant sa taille la plante :Possède des bourgeons qui seront donc légèrement moins exposés (Raunkiaer)

Peut être protégée par le manteau neigeux (0°C sous 40 cm de neige au lieu de -20°C)

Résiste mieux au poids de la neige et au vent

b.Port en boule ou en coussin

La sphère est la forme géométrique qui offre la plus petite surface de contact avec l'air pour un volume donné.

Pour un volume de 1m3, SSphère = 4,8 m², SCube = 6 m², SParallélépipède=7 m²

Donc beaucoup de plantes adoptent cette forme ou une forme cylindrique pour limiter les pertes de chaleur (beaucoup de plantes des montagnes).

Ces formes ont également l'avantage de limiter les pertes d'eau et de limiter la prise au vent. Certains animaux ou d'autres végétaux profitent de ces petits coussins pour se développer.

c.La pilositéLes poils jouent un rôle d'isolant mais ils limitent également les pertes d'eau et la couleur blanche (comme l'edelweiss) permet de réfléchir les rayons UV.

CapituleInflorescence = capitule de capitules

Foliole

2.Seconde stratégie : La tolérance au froid

La stratégie d'évitement peut être rapidement insuffisante car certaines plantes doivent être capables de supporter des températures très froides. Les méthodes suivantes sont mises en place juste avant la saison froide car demandent une grande dépense d'énergie.

Une plante capable de supporter -40°C en hiver ne supportera peut être pas -5°C en été.

a)Abaisser le point de congélation

Il est nécessaire d'éviter la formation de cristaux de glace à l'intérieur des cellules. L'une de ces techniques consiste donc à abaisser la température de congélation de l'eau en ajoutant à l'eau des solutés (comme un antigel). Plus la concentration en solutés est importante et plus le point de congélation est bas. Par cette méthode le point de congélation de l'eau peut être ramené à -5°C mais c'est le maximum.

b)La surfusionPropriété physique des liquides leur permettant de rester à l'état liquide

à une température inférieure à leur point de congélation. Les cristaux de glace ne peuvent se former qu'a partir d'un petit objet appelé noyau si ce noyau est absent l'eau liquide peut être refroidie jusque -40°C sans geler. Certaines plantes sont capables d'éliminer ces noyaux.

Ex : Betula alleghaniensis (tolère des températures jusque -40°C)

c.La dessiccationCertaines espèces peuvent supporter des températures inférieures à

-40°C. Pour éviter que l'eau ne gèle dans les cellules, elle est transportée à l'extérieur des cellules et forme de la glace extracellulaire. La teneur en eau des cellules est très faible (=dessiccation). Cette méthode permet d'atteindre des températures de -195°C. On rencontre cette faculté chez les lichens, les mousses, les graines, les spores et les pollens. La faculté de dessiccation est une adaptation au froid comme à la sécheresse

III.Adaptation des plantes à la sécheresse

L'eau est indispensable à la vie mais elle n'est pas toujours en quantité suffisante.

Les plantes xérophytes sont des plantes adaptées aux milieux secs, elles ont recours à plusieurs stratégies : Capter un maximum d'eau, économiser, stocker l'eau et supporter la déshydratation.

1.Capter un maximum d'eau

a.Le système racinaireCertaines plantes développent un système racinaire profondément dans le sol pour récupérer l'humidité en profondeur. Un système racinaire superficiel peut se développer rapidement en cas d'averse puis disparaitre pendant la sécheresse (ex d'arbustes du désert). b.Absorption de l'eau par le système aérienLes parties aériennes peuvent être capables d'absorber l'eau. Ceci permet de récupérer l'eau de la rosée ou des brouillards.Les aiguillons des Eulychnia (cactus cierges) jouent un rôle dans le captage de l'eau. Les gouttes se forment sur l'aiguillon et glissent jusqu'à la base où elles sont absorbées par la tige.

2.Economiser l'eau

a.La perte des feuillesUne solution radicale permettant de limiter les pertes d'eau au niveau des feuilles est de se débarrasser de celles-ci. Cette technique est utilisée par des plantes tropicales qui vivent dans des régions à saison sèche marquée (Australie, Madagascar, Brésil, sud du Sahel). Ex PachydiumLa photosynthèse peut être suspendue dans ce cas ou bien se poursuivre au ralentie dans les tiges qui peuvent être vertes.

b.Formation d'une cuticuleLorsque les plantes conservent leurs feuilles, elles peuvent limiter les pertes d'eau en formant une cuticule épaisse à la surface de la feuille.

c.La protection des stomatesLa vapeur d'eau est émise au niveau des stomates de la feuille. Pour limiter les pertes, il faut confiner l'air au niveau des stomates.

Il existe différentes méthodes :

Les stomates sont à la face inférieure des feuilles

Des formations ralentissant le mouvement de l'air feutrage d'écailles ou de poils

Localisation des stomates au bord de la feuille et enroulement de la feuille (Oyat)

Repli des feuilles des graminées vers le haut

3.Les plantes succulentesLe terme de succulente provient du fait que leurs tissus sont gorgés de suc, en fait gorgé d'eau.

Certaines succulentes (ex : lithops) sont des plantes ayant réduit leur surface d'évaporation. Elles adoptent des formes globuleuses (d'où leur nom familier de plantes grasses).

D'autres succulentes comme les cactacées ont réduit leur système foliaire a sa plus simple expression (les feuilles sont réduites aux épines). La tige peut adopter la forme de cylindre (cactus cierge) ou subsphérique (Ex : Mammilaria woodsii)

La photosynthèse de type CAM, (Crassulean Acid Métabolism) caractérise plusieurs familles de plantes succulentes, Crassulacées, Aizoacées, etc... On sait que d’une manière générale la lumière induit l’ouverture des stomates... mais pour réduire l’évaporation, les succulentes tiennent leurs stomates fermés le jour, ne les ouvrent que la nuit quand il fait plus frais. Nuitamment elles absorbent le CO2, le stockent jusqu’au matin et réalisent la photosynthèse le jour.

4.Stocker l'eauLes organes de certaines plantes peuvent se gorger d'eau :

Les tiges des cactus

les feuilles des aloès

Le tronc des baobabs

Pour certaines plantes à bulbe adaptées à la sécheresse, seule la partie souterraine (bulbe) persiste tandis que la partie aérienne disparait pendant la saison sèche. Même principe pour des plantes pourvues de rhizome ou de racines charnues.

5.Supporter la déshydratation : la reviviscence

Certaines plantes vont se passer d'eau pendant la période critique. Leurs cellules peuvent se déshydrater presque totalement jusqu'à perdre 98% de leur eau. Cette déshydratation est totalement réversible et lorsque les conditions redeviennent favorables la plante se réhydrate. Certaines peuvent résister plusieurs années à l'état déshydraté. 

IV.Adaptation à l'ombre La lumière est essentielle à la vie de la plante mais certaines plantes ont colonisé des milieux ombragés tels que les sous-bois. Le choix de ce milieu défavorable peut s'expliquer par l'absence de compétition, les plantes sciaphiles étant peu nombreuses.Dans les sous-bois environ 1% de la lumière parvient sur le sol car le reste est absorbé par le feuillage des arbres. La qualité de cette lumière (pauvre en rayons bleu et rouge clair) est favorable à la germination des graines de plantes d'ombre.

1.Compenser le manque de lumièrePour compenser le manque de lumière, les plantes vont utiliser la lumière au

maximum et les feuilles sont adaptées de différentes façons pour améliorer le rendement :

 

IC est le point de compensation pour la lumière : c'est la valeur de l'éclairement pour laquelle la photosynthèse nette est nulle ; la photosynthèse compense juste la respiration (autant de CO 2 produit que de CO2 consommé)

IS est l'éclairement saturant ou optimal : c'est l'éclairement pour lequel la courbe atteint un plateau. Au delà, la capacité d'absorption des photons dépasse la capacité de leur utilisation.

 

=héliophile

= sciaphile

Les feuilles contiennent davantage de chlorophylle

Les chloroplastes sont répartis autour de grosses vacuoles qui diffusent la lumière

L'épiderme peut être pourvu de poils qui agissent comme des fibres optiques

L'épiderme peut également pourvu de petits dômes qui limitent la réfraction de la lumière

L'épiderme inférieur peut contenir des anthocyanes (couleur rouge, violet) qui réfractent la lumière vers le haut

2.Pas de photosynthèse

Les difficultés à réaliser la photosynthèse dans un milieu ombragé a conduit certaines plantes a utiliser la matière organique produite par d'autres êtres vivants plutôt que de la produire sois-même.

a.Le parasitisme

Certaines plantes viennent prélever sur les racines des plantes la matière organique dont elles ont besoin. Ainsi la plus grande fleur du monde (Rafflesia arnoldii : = 85 cm) est une plante parasite des forêts indonésiennes.

b.Les plantes saprophytes ou mycohétérotrophes

Elle s'associe à un champignon qui vit en symbiose avec un feuillu. L'énergie de l'arbre lui est transmise par le champignon : Il s'agit d'une mycorhize. Ex : Neottie nid d'oiseau (orchidée)Il y a un volé (l'arbre), un voleur (le champignon) et un receleur (l'orchidée) . Cependant le premier et le dernier reçoivent l'eau et les ions minéraux du champignon.

3.Croissance lente et petites dimensions

Les plantes d'ombre sont en général de petites plantes de 30 cm à 1,20m de haut. Leur croissance est 10 fois moins importante que celle des autres plantes.Une croissance lente est synonyme de respiration réduite ce qui améliore le bilan de la photosynthèse.Elles sont également peu ramifiées. Ceci est une adaptation envers la chute des débris végétaux provenant des arbres. Il est plus facile de remplacer une feuille cassée qu'une branche cassée.