La croissance des plantes grimpantes

I Introduction

Le premier sujet que nous avions choisi portait sur la croissance des champignons, mais d’après une première documentation sur les champignons, ceux-ci sont assez difficiles à cultiver et lents à croître, ce qui aurait rendu leur étude difficile. Nous avons donc choisi d’étudier la croissance des plantes grimpantes car c’est un sujet que nous jugions intéressant, original, et plus réalisable.

Nous voulions savoir comment les plantes grimpantes, qui a priori ne disposent pas du sens de la vue, réussissent à s’orienter vers un support et à croître sur celui-ci.

Nos hypothèses étaient que les plantes grimpantes s’orientent vers un support grâce à un tropisme lié à la lumière (phototropisme) et évoluent sur le support grâce à un tropisme lié au toucher (thigmotropisme).

On peut différencier trois étapes dans notre démarche correspondant à trois types d’étude différents : nous avons d’abord procédé à une étude documentaire puis à une étude expérimentale et enfin à une étude du mouvement des plantes grimpantes pendant leur croissance à l’aide d’une caméra (étude cinématographique).

A)Etude documentaire : résultats de la recherche

Il existe en fait deux types de plantes grimpantes : les plantes volubiles qui s’enroulent autour de leur support, et les plantes à vrilles qui s’accrochent à un support grâce à des vrilles partant de la tige principale.

Les plantes volubiles (ex : Houblon, Haricot) semblent trouver leur support par un mouvement révolutif circulaire sans aucun tropisme lié au contact.

Les plantes à vrille (ex : Vigne, Courge) semblent, elles, affectées par le thigmotropisme (tropisme lié au contact). En effet, la vitesse de croissance des vrilles augmente au contact d’un support.

Pour limiter l’étendue du sujet, nous avons choisi d’étudier uniquement les plantes volubiles.

L’extrémité de la tige d’une plante volubile est animée d’un mouvement révolutif qui lui fait décrire un cercle dans l’espace, lui permettant de rencontrer son support. A ce mouvement s’ajoute un mouvement vertical vers le haut dû au gravitotropisme négatif de la plante (les plantes grimpantes, comme toutes les plantes croissent à l’opposé de la gravité, c’est à dire vers le haut). Au final, la trajectoire de l’extrémité de la tige est une hélice, résultant de la rotation et de la translation vers le haut. Ce mouvement en hélice rapide (16 rotations en 24h soit une période de 1h30) est appelé circumnutation (latin : nutatio = oscillation).

Une fois le support atteint, la plante volubile s’y enroule et s’y agrippe uniquement par la continuation du mouvement de circumnutation. Il n’y a donc pas comme chez les plantes à vrilles, intervention du " toucher ".

Le sens de l’enroulement est pour les plantes volubiles, un caractère génétique : dans le sens des aiguilles d’une montre pour le Houblon et le Chèvrefeuille, dans le sens inverse pour le Haricot et le Liseron.

Le mouvement circulaire est dû à une inégalité de croissance entre les faces de la tige : si la face droite de la tige croît plus vite que la face gauche, la tige s’incline alors vers la gauche et inversement. Cette variation de vitesse de croissance intéresse successivement toutes les faces de la tige, expliquant le mouvement circulaire de l’apex (nom donné à l’extrémité de la tige des plantes).

Le mouvement de circumnutation est dit endogène, c’est à dire que son rythme n’est pas lié à des facteurs externes comme la lumière ou le contact d’un support.

Cette étude documentaire nous a mené à envisager une autre hypothèse que celles initialement émises : celle de la circumnutation. Bien que cette documentation ait en grande partie répondu à notre problématique, nous avons mené une étude expérimentale pour tester l’influence de la lumière sur la croissance des plantes grimpantes et observer par nous même le phénomène de nutation, ce qui nous a permis également de vérifier la pertinence des résultats de la recherche documentaire.

B)Etude expérimentale

L’idée d’étudier les le mouvement des plantes en les observant au dessus d’une vitre nous a été donnée par Anne-Eloïse, qui avait réalisé une étude comparable et avait obtenu de bons résultats.

1.Matériel : 4 graines de haricots à rame, 4 pots en plastique, terreau, 5 tuteurs, 4 plaques de verres, 2 lampes de type spot, 8 potences, chronomètre, feutres écrivant sur le verre, papier calque.

2.Procédure : Nous avons planté une graine de haricot, préalablement mise à germer sur du coton humide, dans chaque pot rempli de terreau. Après 2 semaines de croissance, nous avons réalisé les expériences. Nous avons placé chaque pot sous une vitre soutenue par 2 potences. Toutes les 10 minutes pendant 1h30, nous avons noté à l’aide d’un feutre sur la vitre, la position de l’apex de chacun des plants de haricots. Pour avoir un relevé fiable, nous avions au début de l’expérience noté un point de repère sur la vitre correspondant à la base de la tige qui reste toujours immobile.

Voici les conditions sous lesquelles les plantes ont été placées durant l’expérimentation :

• Pot 1 : plante éclairée par la lumière de la pièce, sans tuteur
• Pot 2 : plante éclairée par la lumière de la pièce, avec un tuteur fixé à proximité de la plante
• Pots 3 et 4 : plantes éclairées par un spot placé face à la plante, avec 2 tuteurs fixés de part et d’autre de la plantes, tous deux alignés avec la source de lumière

Les expériences 1 et 2 étaient destinées à observer le mouvement de circumnutation, ainsi qu’à tester l’implication ou non du thigmotropisme dans l’enroulement de la plante autour du support.

Les expériences 3 et 4 étaient destinées à savoir si la trajectoire circulaire de la plante grimpante est modifiée par l’action de la lumière.

3.Analyse des résultats

• Pot 1 : on a pu observer un arc de cercle prouvant l’existence d’un mouvement circulaire continu de la plante dû à la circumnutation.
• Pot 2 : cette expérience n’a pas fonctionné, probablement car la plante avait perdu une de ses 2 feuilles. On peut néanmoins supposer qu’une plante normale aurait eu le même mouvement que la plante 1. On aurait donc pu penser que la plante n’utilise pas le sens du toucher.
• Pots 3 et 4 : Ces 2 expériences ont montré une courbe orientée dans le même sens que la spirale de la plante 1, et pointant vers la source de lumière. On peut donc penser que la plante est attirée par la lumière, sans toutefois abandonner son mouvement circulaire. La courbe observée serait donc la résultante d’une droite se dirigeant vers la lumière et d’un arc de cercle dû à la circumnutation.

Une étude mathématique de l’arc de cercle de l’expérience 1 a montré que la vitesse de rotation de la plante pendant l’expérience était de 3,6 cm/h et que la période de rotation était de 4h30.

Le faible âge des plantes utilisées pour l’expérience (2 semaines) et la durée trop courte de la séance d’expérimentation pourraient expliquer la si grande différence entre les résultats de nos expériences et ceux des documents étudiés qui annonçaient une période de 1h30. Il nous aurait fallu plus de temps, pour pouvoir refaire les expériences avec des plantes plus avancées dans leur croissance, ou pour mener une séance d’expérimentation plus longue.

Pour pouvoir observer le phénomène de circumnutation pendant plus longtemps, nous avons eu recours à l’étude cinématographique.

C)Etude cinématographique

Matériel : webcam, ordinateur

Conditions de tournage : plants de haricots à rames exposés à la lumière blanche fixe avec ou sans tuteurs

Durée de tournage : 8 heures à raison d’une image toutes les dix minutes

Résultats : L’observation du film révèle un mouvement circulaire et continu de l’apex des plantes dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Le rythme de rotation est le même avec ou sans tuteur. Ce film met donc encore une fois en évidence le phénomène de circumnutation et confirme la non implication du thigmotropisme chez la croissance des plantes grimpantes. En 8 heures, l’apex des plantes a effectué un peu plus de 3 tours, ce qui fait une période de rotation d’environ 2h30. Les résultats sont cette fois plus proches de ceux des documents.

C’est le phénomène de circumnutation qui permet aux plantes grimpantes volubiles de rencontrer leur support et de s’y enrouler. Ce phénomène, qui se traduit par une trajectoire en hélice de l’apex, est dû à des inégalités de croissance entre les différentes faces de la tige. C’est un phénomène rapide et endogène, déterminé dans les gènes des plantes grimpantes. La lumière peut influencer la trajectoire de la plante mais ne stoppe pas le mouvement circulaire global.

Ce ne sont donc pas la lumière ni le toucher qui sont responsables de l’enroulement des plantes grimpantes volubiles autour de leur support, mais la circumnutation. Nos hypothèses initiales étaient donc erronées. Cependant, les plantes grimpantes à vrilles, utilisent le toucher dans leur croissance, ce qui se traduit par une accélération de l’enroulement des vrilles au contact d’un support.

Grâce à ces mécanismes, les plantes grimpantes, malgré leur tige trop longue par rapport à leur diamètre peuvent néanmoins se hisser dans l’air grâce à un support, encore un exemple de l’adaptation des organismes à leur milieu.

Ces travaux personnels encadrés furent pour moi l’occasion d’acquérir une méthode de travail, dans laquelle on suit une démarche personnelle pouvant évoluer au fil des découvertes. Ils m’ont également appris que l’expérimentation sur des végétaux nécessite de faire pousser plus de plantes que nécessaire car on ne peut être assuré qu’elles vont toutes grandir correctement. Le fait que le sujet de recherche soit libre est une bonne chose car on peut alors travailler sur un sujet qui nous intéresse, et dans lequel on est plus impliqué, donc motivé. J’ai aussi pu mesurer la difficulté de se partager le travail, de se concerter pour tomber d’accord, de mettre en commun le travail de chacun, bref de travailler en groupe avec efficacité.

Il serait intéressant d’approfondir notre sujet en étudiant par exemple la deuxième sorte de plantes grimpantes : les plantes à vrilles, ou la diversité des mouvements chez les végétaux.