Sans feuilles, il n’y aurait pas de vie sur Terre. La taille des feuilles peut varier, allant de la plus petite feuille comme celle de la fausse fougère (Azolla filiculoides) qui mesure juste un millimètre de long, aux plus grandes feuilles comme celles du palmier raphia (Raphia regalis) mesurant 25 mètres de long. Peu importe la taille, la plupart des feuilles sont adaptées pour la photosynthèse. Il s’agit d’un processus très important par lequel les plantes convertissent l’énergie lumineuse en sucre et en oxygène. Pour en savoir plus sur la photosynthèse, voir Lumière et plantes.
Structure de la feuille
Les feuilles sont des organes complexes constitués de nombreux types de cellules différents (voir la figure 1), y compris l’épiderme, le parenchyme palissadique, le mésophylle spongieux et les faisceaux vasculaires.
- L’épiderme est la « peau » de la feuille. Les feuilles ont un épiderme supérieur qui se trouve sur leur partie supérieure. Une cuticule peut aussi parfois être présente à l’extérieur de l’épiderme. Cette couche cireuse aide à prévenir la perte d’eau, en particulier dans les régions sèches.
- Le parenchyme palissadique est constitué de cellules empilées et allongées situées juste sous l’épiderme supérieur. Elles contiennent des chloroplastes et effectuent la majeure partie de la photosynthèse.
- Les faisceaux vasculaires sont constitués de xylèmes et de phloèmes. Ce sont les cellules qui transportent l’eau et les éléments nutritifs dans la plante et qui sont visibles, comme les veines des feuilles.
- Le mésophylle spongieux est situé directement sous le parenchyme palissadique. Il se compose de cellules de forme irrégulière peu compactées ayant des espaces aérifères entre elles. Les cellules de la couche spongieuse contiennent généralement peu de chloroplastes (en particulier chez les dicotylédones) et sont le lieu de stockage des produits de la photosynthèse. Les espaces aérifères sont tous reliés entre eux et débouchent à l’extérieur de la feuille par l’intermédiaire des stomates.
- L’épiderme inférieur est situé sur la face inférieure des feuilles. Les stomates sont habituellement présents sur l’épiderme inférieur. Afin de minimiser la transpiration qui se produit avec l’échange gazeux, chez la plupart des dicotylédones, les stomates sont situés sur l’épiderme inférieur. D’autre part, les monocotylédones comme le maïs peuvent avoir des stomates sur les faces supérieures et inférieures des feuilles. En effet, les feuilles de maïs poussent en position verticale plutôt que parallèlement au sol et par conséquent, les surfaces supérieures et inférieures des feuilles transpirent.
Chloroplastes et photosynthèse
À l’intérieur des chloroplastes, il y a des structures membranaires appelées thylacoïdes qui sont entourées de stroma (voir la figure 2).
Les thylacoïdes sont souvent disposées en piles de disques appelées grana. Les grana sont reliés entre eux par des thylacoïdes stromales, également appelée lamelles. La membrane thylacoïde contient de la chlorophylle qui sert à capter l’énergie du Soleil ainsi que les autres complexes protéiques requis pour la photosynthèse. Les molécules de chlorophylle réfléchissent la lumière verte de sorte que les feuilles nous semblent vertes. Pour en savoir plus sur la chlorophylle, voir le Rôle des pigments chez les plantes.
Stomates et échanges gazeux
Les stomates ou pores sur la surface de la feuille sont entourés de cellules spécialisées appelées cellules de garde (voir la figure 3). Les cellules de garde régulent l’ouverture et la fermeture des stomates. Les stomates permettent à l’oxygène et au dioxyde de carbone soit de pénétrer dans la plante, soit d’en sortir. La vapeur d’eau sort également de la plante par les stomates grâce à un processus appelé transpiration.
Comment l’ouverture et la fermeture des stomates sont-elles régulées?
Chaque cellule de garde contient une grande vacuole ainsi qu’un noyau, des chloroplastes et d’autres composantes de cellules végétales typiques. En règle générale, lorsque la plante détecte des conditions favorables, comme une forte lumière ou un degré élevé d’humidité, les stomates s’ouvrent. Les canaux dans les parois des cellules de garde s’ouvrent pour libérer les protons qui sortent des cellules pendant que les autres canaux permettent aux ions de potassium d’y entrer. Cela provoque une diffusion d’eau par osmose dans les cellules de garde, les obligeant à se gonfler et à ouvrir leurs pores. Le processus inverse se produit lorsque stomates se ferment en raison de conditions défavorables.
Glossaire
Cellules de garde
Cellules spécialisées entourant les stomates qui contrôlent également l’ouverture et la fermeture stomatiques.
Chlorophylle
Classe de pigments produits par les plantes, qui leur donne leur couleur verte. Elle comprend la chlorophylle a et b.
Chloroplaste
Organite présent dans les plantes et certaines algues où la photosynthèse a lieu.
Cuticule
Couche de cire habituellement présente à l’extérieur de l’épiderme des plantes.
Dicotylédones
Groupe de plantes à fleurs. Les graines appartenant à ce groupe de plantes contiennent deux feuilles séminales.
Dioxyde de carbone
Gaz utilisé par les plantes pour la photosynthèse; gaz produit comme déchet par les animaux durant la respiration cellulaire. Les plantes produisent également du dioxyde de carbone par la respiration cellulaire, mais elles en utilisent plus durant la photosynthèse que ce qu’elles produisent.
Épiderme
Couche unique de cellules qui couvre toutes les parties d’une plante. Les feuilles des plantes contiennent un épiderme supérieur situé sur la face supérieure de la feuille et un épiderme inférieur situé sur la face inférieure.
Espaces aérifères
Espaces entre les cellules du mésophylle spongieux où se produit l’échange gazeux.
Faisceaux vasculaires
Brins de tissus vasculaires reliant l’ensemble des parties de la plante afin de transporter les nutriments et l’eau par le phloème et le xylème.
Grana (granum au singulier)
Pile de disques thylacoïdes qui ressemble à une pile de pièces de monnaie ou à des crêpes.
Lamelles
Relient les piles de grana.
Mésophylle spongieux
Pile de cellules de forme irrégulière peu compactes. Les espaces aérifères entourant cette couche de cellules permettent l’échange gazeux.
Monocotylédones
Groupe de plantes à fleurs. Les graines appartenant à ce groupe de plantes contiennent une seule feuille séminale.
Noyau
Organite qui stocke l’information génétique dans la cellule et coordonne ses activités.
Osmose
Mouvement de molécules à travers une membrane semi-perméable passant d’un milieu à concentration élevée à un milieu à concentration faible afin d’égaliser la concentration des deux côtés de la membrane.
Oxygène
Gaz produit par les animaux pendant la respiration; gaz produit par les plantes durant la photosynthèse.
Parenchyme palissadique
Couches étroitement empilées de cellules allongées situées directement sous l’épiderme supérieur. Ces cellules contiennent la plupart des chloroplastes dans une feuille.
Phloème
Cellules spécialisées dans les faisceaux vasculaires qui transportent les nutriments dans la plante.
Potassium
Important ion présent à l’intérieur des cellules.
Photosynthèse
Processus utilisé par les végétaux pour transformer l’énergie de la lumière en énergie biochimique (sucre). L’énergie de la lumière sert à transformer chimiquement le dioxyde de carbone et l’eau en oxygène et en sucre.
Protons
Particules se trouvant dans le noyau de chaque atome et portant une charge positive.
Respiration
Procédé utilisé par les plantes et les animaux pour obtenir de l’énergie à partir des molécules de sucre. La respiration transforme chimiquement l’oxygène et le sucre en dioxyde de carbone, en eau et en chaleur.
Stomates
Petits pores (trous) situés sur les feuilles. Ils sont généralement présents sur la face inférieure des feuilles, mais peuvent également se trouver sur la face supérieure.
Stroma
Fluide entourant le grana dans les chloroplastes.
Thylacoïdes
Structure liée à la membrane au sein du chloroplaste. Les thylacoïdes sont constitués d’une membrane thylacoïde entourant un espace ou lumen thylacoïde. Les thylacoïdes contiennent de la chlorophylle et se trouvent là où la photosynthèse se produit.
Transpiration
Processus de circulation de l’eau dans les plantes jusqu’à son évaporation par de petits pores, ou stomates, dans les feuilles.
Vacuole
Organite qui stocke de la nourriture, des nutriments ou des déchets pour une cellule.
Vapeur d’eau
Molécules d’eau sous forme de gaz.
Xylème
Cellules spécialisées dans les faisceaux vasculaires qui transportent l’eau dans la plante.