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Échanges d’eau et taille des cellules végétales

Une expérience ancienne abordée avec des techniques modernes

  • Introduction
  • Principes
  • Protocole
  • Exploitation des résultats


    • Introduction
    Dans le nouveau programme de première S (2001) a été introduite une partie relative à la morphogenèse végétale. Dans le chapitre consacré à la croissance cellulaire et à son contrôle, il est indiqué « La pression de turgescence cellulaire et la plasticité pariétale permettent la croissance cellulaire ». Bien que la notion de potentiel hydrique et les mécanismes détaillés des échanges d’eau soient explicitement exclus du programme, une expérience ancienne qui était utilisée dans le passé pour calculer le potentiel hydrique de cellules de tubercule de pomme de terre peut être utilisée pour montrer que la longueur des cellules dépend notamment de la pression de turgescence. En outre, l’utilisation d’un logiciel de traitement d'images quelconque permet d'effectuer la mesure des échantillons et le graphique représentant les variations de longueur des échantillons en fonction de la concentration du milieu peut être construit avec n'importe quel tableur.
    Ainsi, à partir d’une expérience particulièrement simple à réaliser qui entre parfaitement dans le cadre du nouveau programme et en l’exploitant à l’aide de l’ordinateur, on répond aux principales préoccupations des auteurs du programme qui mettent l’accent sur la pratique expérimentale, le raisonnement scientifique et l’utilisation des technologies de l’information et de la communication.
     
    • Principes
    Des échantillons de même longueur en forme de frites sont découpés dans un tubercule de pomme de terre et sont ensuite placés dans des tubes contenant des solutions de saccharose de concentrations croissantes. Après incubation, les frites sont sorties des tubes, mesurées de nouveau et on construit le graphique représentant le pourcentage de variation de leur longueur en fonction de la concentration de la solution. On constate ainsi que la taille des frites augmente dans les solutions peu concentrées et diminue dans les solutions concentrées. En outre, la variation de longueur est proportionnelle à la concentration et elle est nulle pour une concentration donnée qu’il est possible de déterminer graphiqument à partir de la courbe obtenue.

    • Protocole
      • Éplucher une grosse pomme de terre.
      • Découper des tranches d’environ 5 mm d’épaisseur dans le sens de la longueur. Une tranche d’environ 10 cm de long convient.
      • Découper dans la tranche un rectangle de 40 mm de large sur la plus grande longueur disponible.
      • Découper dans le rectangle une dizaine de frites identiques de 5 mm de large.
      • Placer les frites dans une boîte de Pétri en les alignant au mieux.
      • Prendre une image de la boîte avec un scanner ou un appareil numérique sur pied.
      • Plonger chaque frite dans un tube à hémolyse numéroté comportant une concentration différente de saccharose. 
      • Éliminer le trop plein de liquide et laisser reposer en agitant de temps en temps. Le temps d’incubation peut se situer entre une et trois heures, voire davantage.
    Si l'on veut mettre un bouchon, prévoir un peu d'air entre le liquide et le bouchon.
         

    Situation initiale : frites identiques
    Chaque concentration est obtenue par dilution d'une solution mère de saccharose selon le tableau ci-dessous.
    Solution mère de saccharose à 34,2 g pour 100 mL d’eau distillée (1 mol/L).
     
    Numéros
    des
    tubes 
     1  2  3  4  5  6  7  8 9
    mL de saccharose 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
    mL d'eau 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0
    Concentration
    (mol/L)
    0 0,125 0,25 0,375 0,5 0,625 0,75 0,875 1
     

     
      • À l’issue de l’incubation, sortir les frites des tubes et les essorer rapidement avec du papier essuie tout.
      • Placer les frites dans une boîte de Pétri, dans l’ordre des tubes, en alignant leurs bases.
      • Prendre une image des frites ainsi placées. 

    Situation finale : tailles différentes
     
    Exploitation des résultats    

    Il est possible de mesurer les frites sur un tirage papier avec une règle mais il est plus simple de le faire directement sur l'image numérique. On peut par exemple juxtaposer les deux images précédentes dans une nouvelle image avec un éditeur d'image comme Photo Shop, Paint Shop Pro, PhotoEditor, etc. Ensuite, en passant la souris sur l'image, on relève les ordonnées des extrémités de chaque frite avant et après traitement (voir copie d'écran partielle de PhotoEditor ci-dessous à droite) pour déterminer la variation de longueur. 
     
    Cliquer sur l'image pour l'agrandir
    État initial et état final superposés dans une même image

    Utilisation d'un éditeur d'images pour mesurer les frites

     
    Une fois déterminée leur longueur, on en déduit le pourcentage de variation pour chacune d'entre elles. Le tableau ci-dessous indique les résultats obtenus pour les images ci-dessus.
     
    Longueur initiale (L) 255 251 253 253 252 254 254 253 253
    Longueur finale (L') 278 258 254 245 234 233 231 226 225
    % de variation
    (L'-L . 100)
        L
    + 8,5 + 2,7 + 0,4 - 3,1 - 7,1 - 8,2 - 9 - 10,6 - 11
    Concentration
    (mol/L)
    0 0,125 0,25 0,375 0,5 0,625 0,750 0,875 1
    Numéros des tubes  1 2 3 4 5 6 7 8 9
     
     En reportant dans un tableur les valeurs de concentrations dans chaque tube et les variations de longueur correspondantes, on obtient la représentation graphique du phénomène. L'image ci-dessous est une copie d'écran partielle du résultat obtenu avec Excel.
     
     

    Tableau de valeur et tracé graphique
     
    Cliquer sur l'image pour l'agrandir
    Taille des échantillons en fonction de la concentration
     


    La courbe obtenue montre que la dimension des frites dépend de la concentration du milieu. Dans un milieu hypotonique, les cellules s'allongent en raison de la turgescence tandis que dans un milieu hypertonique, elles racourcissent en raison de la plasmolyse. Le point situé à l'intersection de la courbe et de l'axe des abscisses permet d'évaluer la concentration équivalente des cellules du tubercule à 0,27 mol/L.

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