Cours de botanique : la cellule végétale

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La cellule est le fondement de la structure des êtres vivants. Les premières cellules furent observées au XVIIe siècle par l’anglais Robert Hooke qui réussit à les voir grâce à l’association de 2 loupes placées aux deux extrémités d’un cylindre. C’est en observant du liège qu’il découvrit des structures qu’il appela des « petites boîtes » nom à l’origine du terme latin « cellulae ». Ses observations furent publiées dans « Micrographia », ouvrage paru en 1665. Les cellules observées étaient mortes.
Avec l’amélioration des techniques, nous savons maintenant que les cellules sont de véritables usines. Leur activité est appelée le métabolisme.

Quelques observations au microscope

Surface inférieure d’une feuille vue au microscope électronique à balayage (MEB) sur laquelle on voit que la surface est formée de nombreuses cellules. Toutes n’ont pas la même forme, on remarquera la présence de stomates (ouvertures formées par des cellules particulières) ce sont des pores qui permettent les échanges gazeux.

La coupe en épaisseur montre les diverses cellules qui composent la structure d’une feuille :
Les épidermes inférieurs et supérieurs qui sont séparés par le parenchyme, lui-même composé : du parenchyme palissadique ; du parenchyme lacuneux dont les cellules sont séparées par des poches d’air. Les parenchymes contiennent les cellules spécifiques qui
permettent la photosynthèse.
Observation par transparence d’une feuille d’élodée (plante très utilisée en aquariophilie) On voit la limite des cellules (paroi squelettique + membrane) et le cytoplasme dans lequel « nagent » les chloroplastes. Le noyau des cellules n’est pas visible sur cette préparation.
Coupe longitudinale de racine sur laquelle on voit très bien les nombreux poils absorbants qui sont situés au-dessus de l’extrémité de la racine, dans la zone pilifère.
Un poil absorbant est formé par une seule cellule +/- allongée. Le noyau n’est pas visible…
Presque à l’extrémité des racines se trouve le méristème apical qui est formé de cellules en mitoses quasipermanentes, ce qui permet la croissance en longueur de la racine.
À l’extrémité se trouve la coiffe. Elle est composée de plusieurs couches de cellules situées en périphérie et qui protègent le méristème.
Coupe transversale d’une racine. Le cytosol contient un liquide, le cytosol, dans lequel baignent ou flottent, outre le noyau, de nombreuses petites structures appelées organites. Le cytosol est composé d’eau, de sels minéraux, de glucides, de lipides et de protides (ou protéines).
Les ptéridophytes (embranchement du règne des végétaux regroupant les fougères, les prêles, etc.) Présentation d’une feuille de Polypode : sur la face inférieure ont voit les sores formées de multiples sporanges qui contiennent les spores. Chaque sporange est en forme de sac globuleux porté par un pédicelle.

Le microscope électronique à transmission (MET) permet de voir en détail la structure des différentes parties d’une cellule : membrane plasmique, paroi squelettique, noyau et organites variés.

Représentation d’une cellule végétale complète qui montre : La paroi extérieure épaisse constituée de cellulose (paroi squelettique) ; Collée à la paroi, une membrane fine : la
membrane plasmique ou plasmalemme ; Le noyau ; divers organites ; Le cytosol, liquide intracellulaire dans lequel baignent les organites et le noyau.

Le règne du vivant

La classification des êtres vivants est basée sur la structure de leur cellule.
Comparons les divers caractères cellulaires.

Les eucaryotes

Chez les eucaryotes, le noyau des cellules est isolé du cytoplasme par une membrane (= la membrane nucléaire).

La cellule végétale

Représentation d’une cellule végétale qui montre l’épaisse paroi squelettique composée de cellulose, une membrane plasmique la tapisse à l’intérieur.

La cellule animale

Représentation d’une cellule animale qui montre qu’il n’y a pas, pour limiter la cellule, de paroi squelettique, mais seulement la membrane plasmique.

La cellule d’un champignon

Représentation d’une cellule de champignon. À l’extérieur, en plus de la membrane plasmique, une paroi squelettique, ici composée, entre autres, de chitine.
En exemple, deux moisissures : Aspergillus et la levure de bière (photo) présentent des cellules proches des cellules végétales (membrane plasmique et paroi squelettique, mais cette dernière présente une composition chimique différente).

Les procaryotes

Ce sont des êtres vivants unicellulaires qui ne possèdent pas de noyau. Le matériel génétique baigne dans le cytoplasme. Ce sont les bactéries (plusieurs groupes)

La cellule d’une bactérie

Les bactéries sont constituées d’une seule cellule caractérisée par : Sa petite taille (environ 1 micromètre) ; La présence d’une paroi spéciale (= paroi bactérienne, de composition chimique particulière) associée à une membrane plasmique ; Pas de noyau ; Une seule sorte d’organites, les ribosomes ; Un ADN circulaire.

Les virus

Les virus furent les derniers êtres vivants découverts. En 1900 on connaissant déjà leur existence mais ce n’est que dans les années 1940, avec l’invention du microscope électronique, que l’on a réussi à les voir pour la première fois.
Ils se caractérisent par :
L’absence de toute structure cellulaire (ni membrane plasmique, ni cytosol, ni noyau, ni organites…). Ce sont des paquets de molécules variées (protéines, ADN ou ARN…) assemblées en masses ordonnées de formes variées ;
Pas d’activité métabolique ;
Ils ne peuvent se reproduire qu’en s’introduisant dans une cellule et en la parasitant (ce sont des parasites intra cellulaires obligatoires).
Les virus qui se reproduisent aux dépens des bactéries sont nommés des bactériophages.
Les virus injectent leur matériel génétique dans la cellule d’un être vivant qui utilise ensuite le matériel viral pour reproduire ce dernier, permettant ainsi la multiplication des virus qui finissent par faire éclater la cellule hôte.

Conclusion

La différenciation entre les cellules des êtres vivants peut se résumer sous la forme d’une clé dichotomique :

  • Pas de cellule => virus
  • Une cellule
    Pas de noyau => bactéries
    Un noyau
  • Pas de paroi squelettique à l’extérieur de la membrane plasmique => animaux
  • Une paroi squelettique à l’extérieur de la membrane plasmique
    Paroi constituée surtout de cellulose (pas de chitine) => végétaux
    Paroi contenant de la chitine (entre autres) => champignons

Les microscopes

Microscope optique (MO)

Plus les lentilles grossissent plus elles sont petites et moins elles laissent passer la lumière. Maximum de de grossissement : x1 500 environ. L’observation se fait par transparence, souvent avec utilisation de colorants.

Les microscopes électroniques (ME)

On utilise des électrons à la place de la lumière. On peut grossir jusqu’à 200000 fois mais classiquement les grossissements utilisés s’étagent entre 30 000 à 150 000 fois. Un flux d’électrons est diffusé à grande vitesse. Le tube dans lequel circulent ces derniers est vide car sinon les électrons seraient arrêtés par l’air. Les cellules observées avec les ME sont mortes et la préparation doit être ultra-mince. Elles sont déposées sur une grille. Les coupes se font au microtome sur des cellules déshydratées. Une question s’est posée longtemps : ce que l’on voit est il vraiment la réalité ou est-ce un artefact ? Il existe deux types de ME :

Microscope électronique à transmission ou MET


Il est destiné à l’observation de cellules en coupe ultrafine ; les électrons traversent les cellules.

Microscope électronique à balayage ou MEB


Il permet d’examiner la surface des cellules. Les électrons envoyés arrachent d’autres électrons qui vont rebondir et qui donnent une image au grossissement voulu. Un spray d’une fine couche d’or recouvre la surface à observer accentuant les contrastes. Exemple de clichés obtenus au MEB : des grains de pollen. Ils sont naturellement recouverts d’une substance très résistante formant l’exine et, plus à l’intérieur, l’intine. Les grains de pollen présentent des formes et des ornementations variées :

Pollen de tournesol
Pollen de camomille
Pollen d’acanthe

La suite du cours sur la cellule

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