Objectifs

• Situer la zone d'absorption de la racine et décrire un poil absorbant.
• Expliquer l'osmose et prévoir le sens de déplacement de l'eau (turgescence, plasmolyse).
• Calculer et comparer des pressions osmotiques avec la relation de Van't Hoff.
• Distinguer la diffusion (passive) et le transport actif (qui consomme de l'énergie) des ions minéraux.
• Décrire le trajet de l'eau et des ions du sol jusqu'aux vaisseaux du bois (sève brute).

1. Où se fait l'absorption ? Le poil absorbant

Notions clés

La racine absorbe l'eau et les ions minéraux (\(\ce{K+}\), \(\ce{NO3-}\), \(\ce{Ca^2+}\), \(\ce{PO4^3-}\)…) surtout au niveau de la zone pilifère, située un peu au-dessus de la pointe. Cette zone porte des milliers de poils absorbants.

Un poil absorbant est une seule cellule de l'assise pilifère, très allongée. Comme les doigts d'une main plongée dans un sac de riz, ces prolongements augmentent énormément la surface de contact avec la solution du sol (l'eau du sol chargée d'ions).

• une paroi mince en cellulose, perméable ;
• une membrane plasmique qui laisse passer l'eau facilement mais trie les ions : elle est semi-perméable et sélective ;
• un cytoplasme avec un noyau ;
• une grande vacuole remplie de suc vacuolaire, plus concentré que la solution du sol.

Place les noms des parties du poil absorbant sur le schéma.

2. L'eau entre par osmose

Notions clés

L'osmose est le passage de l'eau à travers une membrane semi-perméable, du milieu le moins concentré (hypotonique) vers le milieu le plus concentré (hypertonique). Les particules dissoutes « attirent » l'eau, comme une éponge sèche attire l'eau d'une éponge mouillée.

• Deux milieux de même concentration sont isotoniques : pas de mouvement d'eau global.
• Le suc vacuolaire du poil absorbant est en général hypertonique par rapport à la solution du sol : l'eau entre dans la cellule.

Déroule le schéma pour voir l'osmose se produire.

Turgescence et plasmolyse

La pression osmotique

La force avec laquelle une solution attire l'eau se mesure par sa pression osmotique \(P\), donnée par la relation de Van't Hoff :

avec \(P\) en pascals (\(\mathrm{Pa}\)), \(C\) la concentration en \(\mathrm{mol\cdot m^{-3}}\), \(R = 8{,}31\ \mathrm{J\cdot mol^{-1}\cdot K^{-1}}\), \(T\) la température en kelvins (\(T = \theta + 273\)) et \(i\) le nombre de particules libérées par une molécule dissoute (\(i = 1\) pour le glucose, \(i = 2\) pour \(\ce{NaCl}\) qui donne \(\ce{Na+}\) et \(\ce{Cl-}\)).

Exemple résolu

Une solution A de chlorure de sodium à \(0{,}1\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}\) et une solution B de glucose à \(0{,}15\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}\) sont séparées par une membrane semi-perméable, à \(27\ ^\circ\mathrm{C}\). Calcule la pression osmotique de A, puis dis dans quel sens l'eau se déplace. Cherche d'abord, puis déroule.

3. Les sels minéraux : diffusion et transport actif

La diffusion : passive

Quand un ion est plus concentré dans le sol que dans la cellule, il entre par diffusion : il va spontanément du milieu le plus concentré vers le moins concentré, sans dépense d'énergie, comme l'odeur de l'attiéké chaud qui se répand dans toute la cuisine.

Le transport actif : contre le gradient, avec de l'énergie

On mesure souvent dans le suc vacuolaire des ions (par exemple \(\ce{K+}\) ou \(\ce{NO3-}\)) beaucoup plus concentrés que dans la solution du sol. Ils sont donc entrés contre le gradient de concentration, du moins concentré vers le plus concentré : c'est impossible par simple diffusion. Des protéines pompes de la membrane les font entrer en utilisant l'énergie (l'ATP) fournie par la respiration des cellules de la racine. C'est le transport actif.

Exemple résolu : interpréter des expériences

Des plants de maïs sont cultivés en solution nutritive (culture hydroponique). On mesure l'absorption des ions \(\ce{K+}\) dans trois cas : (1) solution bien aérée à \(25\ ^\circ\mathrm{C}\) ; (2) solution privée de dioxygène ; (3) solution bien aérée, mais avec un poison qui bloque la respiration. Dans les cas (2) et (3), l'accumulation de \(\ce{K+}\) dans les racines s'arrête presque. Que peut-on conclure ? Cherche d'abord.

Une absorption sélective

La membrane ne laisse pas entrer tous les ions de la même façon : certains sont accumulés, d'autres presque refusés. La composition du suc vacuolaire est donc différente de celle de la solution du sol. C'est l'absorption sélective.

4. Le trajet jusqu'à la sève brute

Après le poil absorbant, l'eau et les ions traversent les cellules de l'écorce (cortex), puis l'endoderme qui contrôle ce qui passe, avant d'entrer dans les vaisseaux du bois (xylème). Ce mélange d'eau et d'ions minéraux forme la sève brute, qui monte vers les feuilles.

flowchart LR
  A[Solution du sol] --> B[Poil absorbant]
  B --> C[Ecorce]
  C --> D[Endoderme]
  D --> E[Vaisseaux du bois]
  E --> F[Seve brute vers les feuilles]

Erreurs fréquentes

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