Protocole
Observation de la structure des feuilles au microscope optique :
la feuille de misère




  • Introduction
Les feuilles des plantes assurent, par la photosynthèse, l'approvisionnement de l'organisme en matières organiques et elles régulent, essentiellement par l'activité des stomates situés à la surface de l'épiderme, les échanges de gaz, dioxyde de carbone, dioxygène et vapeur d'eau, qui conditionnent le fonctionnement de la plante. L'observation microscopique des tissus constituant les feuilles permet de mettre en relation les structures et les fonctions de cet organe complexe.
La misère (Tradescentia sp.) est un genre de plante de la famille des commelinacées originaire d'Afrique du sud dont il existe de nombreuses espèces et variétés. La feuille de misère est un matériel commode pour ce type d'observation : c'est une plante commune et bon marché, répandue même en ville où elle pousse aisément en appartement, qui se bouture aisément et qui demande peu de soin. La préparation de ses feuilles pour l'observation microscopique est facile avec un matériel réduit à des ciseaux et à des pinces et ne nécessite pas de colorant particulier. L'observation d'échantillons de feuille de misère est donc particulièrement adaptée pour le collège lorsqu'il s'agit d'explorer les êtres vivants de l'environnement, notamment pour illustrer le cas des plantes.
Les différentes espèces et variétés diffèrent notamment par la taille des feuilles, leur coloration, leur caractère panaché ou non, différences susceptibles de susciter le questionnement et l'investigation.  La préparation pour l'observation microscopique décrite ici s'applique à toutes les espèces.

Feuilles de misère

  • Préparation

Pour observer au microscope les tissus de la feuille de misère, il est nécessaire de les séparer en partie. La feuille est constituée principalement d'un  tissu vert, le parenchyme
chlorophyllien, formé de cellules contenant des chloroplastes, les organites cellulaires qui réalisent la photosynthèse. Ce tissu, épais de plusieurs couches de cellules, est limité sur chacune de ses faces par un épiderme, non chlorophyllien à l'exception des cellules de garde des stomates. Ces dernières, qui délimitent un orifice, l'ostiole, à travers lequel diffusent les gaz (dioxyde de carbone, dioxygène et vapeur d'eau) règlent par leur activité le diamètre de l'ostiole et donc l'intensité des échanges gazeux.
L'observation de l'épiderme nécessite d'éliminer le parenchyme chlorophyllien dont l'épaisseur empêche l'observation des cellules épidermiques. Pour cela, il suffit de placer un fragment de feuille sur une lame de microscope dans une goutte d'eau et de gratter délicatement et progressivement la surface de la feuille avec les mors d'une pince ou avec le bord de ciseaux jusqu'à ce qu'un fragment d'épiderme transparent apparaisse. Il n'est pas nécessaire de nettoyer l'ensemble de l'échantillon, une toute petite surface suffisant pour l'observation. L'échantillon est alors recouvert d'une lamelle. La même méthode peut être appliquée pour des feuilles de n'importe quelle plante, pour des pétales ou des sépales comme le montre la photo ci-dessous dans laquelle ce sont des pétales de chrysanthèmes qui ont été utilisés.




  • Observations
L'exploration de la préparation au faible grossissement permet de localiser les zones où l'épiderme débarassé de tissu chlorophyllien peut être aisément observé. L'observation à des grossissements plus élevés permet d'identifier les cellules jointives avec leur paroi et leur noyau :


Cellules de l'épiderme de feuille de misère
(microscope optique X 100)
Cellules de l'épiderme de feuille de misère
(microscope optique X 600)

En explorant la préparation, on découvre quelques particularités : l'épiderme est muni de poils, tant à la surface du limbe que sur ses bords, les premiers étant formés de 3 à 4 cellules, les derniers de 2 seulement. Lorsque l'on regarde la feuille à l'oeil nu, ils lui donnent une apparence irisée.



Poil épidermique sur le bord du limbe
(microscope optique X 100)
Poil épidermique à la surface du limbe
(microscope optique X 100)

L'absence de chloroplastes dans les cellules épidermiques est particulièrement flagrante lorsque l'on observe le bord du limbe de la feuille et que l'on compare avec le parenchyme sous-jacent :


Cellules épidermiques
(microscope optique X 100, zoom optique)
Noter l'absence de chloroplastes
Parenchyme chlorophyllien
(microscope optique X 100)
Noter l'abondance des chloroplastes

Certaines cellules sont bourrées d'aiguilles. certaines s'en échappent lorsque les cellules sont lésées par la préparation. L'observation au microscope avec des filtres polarisants croisés permet d'identifier des cristaux car ils apparaissent brillants sur un fond sombre. Il s'agit d'oxalate de calcium accumulé sous forme cristalline par certaines cellules, ce qui permet à la plante de limiter la toxicité d'une concentration élevée en calcium soluble dans le milieu.


Cristaux d'oxalate de calcium (microscope polarisant X 100)
Noter que certains cristaux sont accumulés à l'intérieur de cellules alors que d'autres ont été libérés à l'extérieur en raison de la déchirure de certaines cellules lors de la préparation.

L'observation de l'épiderme débarassé du parenchyme chlorophyllien permet aussi d'identifier les stomates et de mettre en évidence leur organisation. Les cellules stomatiques contiennent des chloroplastes, contrairement aux autres cellules de l'épiderme, et elles ménagent entre elles un orifice, l'ostiole. C'est à travers cet orifice, dont l'ouverture est réglée par l'activité des cellules stomatiques, que se produisent les échanges de gaz avec l'atmosphère impliqués dans la photosynthèse, la respiration et la transpiration.


Stomate de l'épiderme de feuille de misère (ostiole fermé)
(microscope optique X 100)
Noter l'absence de chloroplastes dans les cellules épidermiques entourant le stomate.
Détail des cellules stomatiques (ostiole ouvert)
(microscope optique X 600)
Noter la largeur de l'ostiole et les nombreux chloroplastes présents dans les deux cellules stomatiques.

Enfin, il est possible d'observer dans la feuille les vaisseaux du bois dont les cellules possèdent des épaississements de lignine dans leur paroi. Ces cellules mortes, disposées bout à bout, forment des tubes creux car les parois transversales ont disparu. Les vaisseaux du bois transportent  l'eau et les sels minéraux dissous prélevés dans le sol par les racines. Cette solution constitue la sève brute. Les chloroplastes du parenchyme chlorophyllien des feuilles utilisent la sève brute apportée par les vaisseaux du bois et le dioxyde de carbone de l'air qui passe à travers les stomates pour réaliser la photosynthèse.


Vaisseau du bois d'une nervure de la feuille (microscope optique X 100)
Noter les épaississements spiralés formés de lignine.

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Didier Pol © 2006 
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