Le gravitropisme : réalisation d'expériences simples chez les végétaux

Auteurs : Roger Prat, Jean-Pierre Rubinstein et Véronique Vonarx (Biologie et Multimédia)


Table des matières

  1. Introduction
  2. Mise en évidence du gravitropisme sur les organes aériens
  3. Comment obtenir des racines droites et verticales ?
  4. Comment placer les racines sans les léser ?
  5. Résultats

1. Introduction

Les végétaux sont sensibles à la gravité et leurs réactions à ce facteur sont responsables en grande partie de leur port dressé. Le gravitropisme est donc un exemple permettant d'illustrer comment les conditions de l'environnement influent sur le phénotype d'un organisme (Pour plus de détails, voir le document "Le gravitropisme des végétaux"). A ce titre il est largement abordé lors des enseignements en lycée.

Toutefois, il est souvent difficile de réaliser des observations et mises en évidence expérimentales démonstratives, qui plus est dans un temps court. En effet, comme la gravité est omniprésente, le protocole habituellement utilisé en physiologie qui consiste à supprimer ou modifier un facteur pour étudier son effet est impossible dans ce cas sur la Terre. Pour mettre en évidence et analyser le gravitropisme il faut donc procéder autrement : par exemple en modifiant, non le sens de la gravité mais la position de la plante par rapport à elle.

Le présent document propose de faire un bilan de ce qui est observable et démontrable avec des moyens relativement simples, tout en gardant la plus grande rigueur scientifique.

2. Mise en évidence du gravitropisme sur les organes aériens

Pour les organes aériens, protégés par leur cuticule, il suffit de placer une jeune tige en position couchée (maintenue à sa base avec du ruban adhésif) pour observer son redressement après 2 à 5 heures. La plupart des hypocotyles (soja, tournesol, etc.) et des jeunes tiges épicotylées (petit pois, ...) conviennent bien.

Voici en photo le résultat obtenu avec une plantule de soja

Figure 1 : Redressement df'un hypocotyle de soja
Germination de soja placée horizontalement
Une plantule de soja placée horizontalement et photographiée au temps 0.
Redressement d'un hypocotyle de soja placé horizontalement
La même plantule de soja photographiée après 4 heures.

Le même résultat est présenté par une vidéo :

Si cette expérience est intéressante car simple à mettre en oeuvre, c'est chez les racines que l'analyse scientifique a été la plus approfondie (voir le document "Le gravitropisme des végétaux"). Cependant, sur ce matériel l'expérimentation pose deux problèmes principaux :Comment obtenir des racines droites et verticales ? Les racines doivent en effet être parfaitement droites si l'on veut pouvoir observer une courbure.

  1. Comment obtenir des racines droites et verticales ? Les racines doivent en effet être parfaitement droites si l'on veut pouvoir observer une courbure.
  2. Comment placer les racines sans les léser ? Les racines sont sensibles à la dessication puisque dépourvues de cuticule. Il faut donc travailler très vite et replacer dans des conditions de bonne humidité la racine dont la position a été modifiée.

La suite du document propose une solution simple pour chacun de ces deux problèmes et présente quelques résultats.

3. Comment obtenir des racines droites et verticales ?

La croissance des racines dépend des conditions du semis :

  • Si les graines sont placées sur du papier filtre, une mince couche de sable, de vermiculite ou de gélose, les racines partent dans tous les sens. Elles sont tordues et ne croissent pas verticalement.
  • Si les graines sont placées sur une grande épaisseur de vermiculite ou de sable, il est nécessaire de les déterrer pour connaître leur longueur car si elles atteignent le fond du récipient, elles se courbent. De toutes façons, elles sont plus ou moins ondulées et des particules adhérentes gènent l'expérimentation.
  • Si les graines sont placées sur une grande épaisseur de gélose, on peut suivre leur longueur et elles sont verticales mais si on les retire, leurs poils absorbants sont abimés.

Pour résoudre ces problèmes, voici une proposition de protocole réalisée avec des graines de radis :

  • Placer les graines sur une feuille de papier essuie-tout imbibé d'eau.
  • Rouler le papier.
  • Entourer le rouleau dans un sac en plastique.
  • Suspendre le sac verticalement.
Figure 2 : Mise en germination de graines de soja pour étudier le gravitropisme
Protocole d'étude du gravitropisme avec la germination de graines de soja
Les graines sont placées sur une feuille de papier absorbant imbibé d'eau.
Protocole d'étude du gravitropisme avec la germination de graines de soja
La feuille est roulée et suspendue verticalement dans un sac en plastique.

Après le temps nécessaire à la germination :

Figure 3 : Graines germées de soja pour étudier le gravitropisme
Protocole d'étude du gravitropisme avec la germination de graines de soja
Le papier est déroulé. Les graines ont germé et les racines sont majoritairement orientées verticalement.
Protocole d'étude du gravitropisme avec la germination de graines de soja
Le papier est déroulé. Les graines ont germé et les racines sont majoritairement orientées verticalement.

Quelque soit la position d'origine de la radicule, toutes les racines ont poussé vers le bas et sont droites et verticales.

Remarque : Comme on ne voit pas les graines dans le papier il est nécessaire de faire un essai préalable pour connaître le temps de germination.

4. Comment placer les racines sans les léser ?

Le principe de la manipulation est de prélever des racines droites et verticales et de les placer horizontalement dans de bonnes conditions d'humidité. Il faut que le transfert soit rapide afin d'éviter la dessication et ne pas léser les poils absorbants.

Voici le protocole proposé :

  • couler 1 cm de gélose à 1 ou 2 % dans des boîtes de Pétri,
  • couper la gélose et en enlever la moitié.
Figure 4 : Protocole de fabrication de demi boites de gélose en 2 étapes
Protocole de fabrication de demi boites de gélose
Protocole de fabrication de demi boites de gélose

Regarder une vidéo de la manipulation :

  • Sur la surface de section de la gélose laissée dans la boîte, faire quelques trous verticaux (de la longueur des racines à l'aide d'une pince courbe ou d'un fil de fer recourbé).
  • Planter les germinations dans ces orifices.
  • Fermer les boites et placez les sur leur tranche.
Figure 5 : Mise en culture des germinations dans la gélose en 2 étape
Mise en culture des germinations dans la gélose
La section de la gelose placée horizontalement est percée de trous.
Mise en culture des germinations dans la gélose
Les germinations sont placées délicatement dans les trous réalisés dans la gélose.

Regarder une vidéo de la manipulation :

Résultats : on peut faire tourner les boîtes de sorte que les racines soient en position verticale ou horizontale.

Figure 6 : Mise en culture selon une direction de gravitée choisie
Plantules de soja plantés dans de la gélose
Les racines ont été plantées verticalement.
Plantules de soja plantés dans de la gélose
La même boîte expérimentale que précédemment, mais la boîte a été posée sur sa tranche et tournée de 90° de manière à soumettre latéralement les racines à la gravité.

Remarque : si on a préparé les boîtes à l'avance et si on a conservé les germinations dans le papier humide, le contact avec l'air ne dure que quelques secondes et les racines ne sont pas lésées.

5. Résultats

Pour observer avec précision la réaction gravitropique, il est nécessaire de :

  • bien fermer les boîtes de Pétri pour éviter la déshydratation de la gelose,
  • placer les boîtes sur la tranche et bien les fixer de manière que les racines restent bien horizontales,
  • placer les boîtes de préférence à l'obscurité ou en lumière atténuée pour éviter une réaction phototropique supplémentaire.

La réaction gravitropique est relativement lente. La première indication d'une courbure apparaît au bout d'une heure et devient bien observable après 2 heures d'exposition. Si les boîtes sont gardées bien posées sur la tranche, les réactions sont remarquables après 8 heures ou 24 heures.

Figure 7 : Trois étapes des réactions gravitropiques simultanées de cinq plantules, étape 1
Les racines ont une réaction gravitropique positive alors que les hypocotyles ont une réaction gravitropique négative.

Deux vidéos vous sont proposées :

Figure 8 : Trois étapes de la réaction gravitropique d'une racine (vue rapprochée)
Réaction gravitropique d'une racine de soja en vue raprochée
Réaction gravitropique d'une racine de soja en vue raprochée
Réaction gravitropique d'une racine de soja en vue raprochée
On voit clairement que la verticalisation de la racine est obtenue non par courbure de la racine préexistante mais par un changement de la direction de croissance.

Deux vidéos vous sont proposées :


 

 
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