DENIS BACH Professeur de Botanique générale à la Faculté de Pharmacie de Paris 

La Physiologie végétale est la partie de la Botanique qui étudie les phénomènes vitaux dont la plante est le siège. Les manifestations vitales de la plante ne sont pas essentiellement différentes de celles de l’animal : la vie, à la surface du globe, est une, sous l’infinie diversité de ses aspects extérieurs : l’animal et la plante respirent, se nourrissent, croissent et meurent; ils se reproduisent et transmettent leurs caractères à leur descendance, suivant des lois communes et l’on peut concevoir une physiologie générale embrassant les phénomènes vitaux communs aux deux règnes. 

Cependant, dès l’abord, une différence physiologique profonde sépare la plante de l’animal : la plante est un organisme autotrophe qui édifie toute sa substance à partir des constituants du monde minéral qui l’entoure ; l’animal est hétérotrophe et ne peut vivre qu’aux dépens des aliments préalablement synthétisés par la plante. 

La nutrition de la plante, son métabolisme, nous apparaissent ainsi comme le chapitre le plus original de la physiologie végétale, celui aussi dont l’importance pratique est le plus considérable : la plante verte est, en somme, un appareil capable de capter l’énergie solaire et de l’utiliser à la synthèse de toutes les substances nécessaires à la vie de l’homme et des animaux. 

Les lois du métabolisme de la plante gouvernent ainsi toute l’agriculture dont le but est de produire la plus grande somme possible d’aliments. 

Leur importance n’est pas moins grande pour la pharmacie. C’est toujours au règne végétal que l’homme emprunte la majeure partie des médicaments qu’il utilise et la Matière médicale reste essentiellement végétale. Le développement inouï de la pharmacie chimique contemporaine ne saurait masquer ce fait, d’autant plus que jusqu’ici, la principale ambition du chimiste, a été de reproduire les modèles que la plante lui offre. 

Les progrès actuels de la chimie des vitamines, des hormones et des diastases qui ont ouvert un chapitre nouveau à la thérapeutique et nous ont fait avancer de quelques pas dans le mystère de la mécanique vitale, 

confirment, malgré les apparences, ce rôle prépondérant de la plante, d’où tous ces principes dérivent en dernière analyse. 

Ces faits, qu’il serait facile de développer, nous montrent que la physiologie végétale, plus encore que la botanique descriptive, est un des préambules indispensables aux études pharmaceutiques modernes. 

Le domaine de la physiologie végétale est immense et nous ne saurions l’exposer en son entier. Les considérations qui précèdent permettent de prévoir l’orientation que nous entendons donner à son enseignement dans les Facultés de Pharmacie. Le métabolisme de la plante, base de l’agriculture et de la matière médicale, en constituera le chapitre fondamental ; après quelques leçons consacrées à la composition générale de la plante et aux lois qui président à l’absorption de l’aliment, nous étudierons le métabolisme particulier des principaux groupes de substances qu’on y rencontre : substances minérales, glucides, protides, lipides, etc., leurs migrations et leurs transformations dans la plante. 

Nous envisagerons ensuite les lois qui président à la croissance de la plante, ses réactions à l’égard du milieu extérieur et enfin, l’hérédité, la variation et l’évolution. Ces notions, bien qu’ayant un intérêt pharmaceutique moins direct, constituent des problèmes qui ne peuvent être ignorés des biologistes. 

Si l’on s’accorde assez facilement sur l’importance à accorder à l’enseignement de la physiologie végétale dans les études pharmaceutiques, il est plus délicat de le situer dans le cycle de ces études. 

La physiologie végétale, faisant appel aux méthodes et aux résultats d’un grand nombre d’autres sciences : chimie minérale, chimie organique, chimie biologique, physique, chimie physique, etc., il semblerait logique de placer son enseignement, à la fin de notre cycle d’études. Cela se heurte à des difficultés pratiques considérables. Comme d’autre part, la physiologie végétale doit servir de préambule aux enseignements pharmaceutiques proprement dits, il est convenable de l’exposer au cours des premières années d’études, avec le reste de la Botanique. C’est ce qui sera adopté dans l’enseignement de la chaire de Botanique générale. 

LE MÉTABOLISME DE LA PLANTE VERTE 

I. Composition élémentaire. — Eléments constants des cendres ; éléments accessoires. 

1° Glucides. — Hexoses et pentoses ; bioses et polyoses ; glucosides. 

2° Protides et nucléoprotéides. — Notions générales sur leur structure et leur classification. 

3° Lipides. — Glycérides neutres, cires et stérols, phospholipides. 

4° Autres constituants organiques de la cellule végétale. — Acides gras, tanins, alcaloïdes et bases azotées diverses, pigments, essences, résines et latex, etc. 

III. Le caractère autotrophe de la plante verte. — Organismes hétérotrophes : animaux et plantes non chlorophylliennes. — Extension moderne de la notion d’organismes autotrophes et hétérotrophes. 

La connaissance de la composition chimique de la plante est le préambule nécessaire à l’étude de sa nutrition. Les chimistes utilisent deux méthodes différentes pour y parvenir : 

1° L'analyse élémentaire, qui détermine la nature et les proportions des éléments rencontrés dans les tissus végétaux ; 

2° L'analyse immédiate qui se propose de reconnaître la nature des composés chimiques qui existent dans les diverses parties de la plante. 

Les progrès incessants des méthodes chimiques, le nombre grandissant des travaux consacrés à ce sujet ont considérablement étendu nos connaissances dans ce domaine. 

1. — COMPOSITION ÉLÉMENTAIRE DE LA PLANTE 

D’après le physiologiste russe PALLADIN (1927), 35 éléments au total auraient été caractérisés dans les plantes et ce nombre augmente tous les jours, grâce à la mise en oeuvre de méthodes analytiques de plus en plus fines et grâce à l’extension croissante de ces recherches, sur des plantes de plus en plus nombreuses. 

On peut penser qu’il n’y a pas d’éléments présents dans le sol où se développent les plantes qui ne puissent être rencontrés dans leurs cendres. Mais la signification physiologique de ces divers éléments est certainement différente. Les uns, au nombre d’une quinzaine, sont présents en quantités relativement importantes et dans tous les cas. Ce sont : l’oxygène, le carbone, l’hydrogène, l’azote, le phosphore, le calcium, le magnésium, le potassium, le soufre, le fer, le silicium, l’aluminium, le chlore, le manganèse et le bore. Les autres n’ont été rencontrés-qu’en quantités infinitésimales et dans quelques cas seulement, ce sont : le brome, l’iode, le fluor, l’arsenic, le sélénium, le sodium, le lithium, le rubidium, le strontium, le baryum, le zinc, le nickel, le cobalt, le titane, l’étain, le plomb, le mercure, l’argent et le thallium, auxquels des travaux récents permettent d’ajouter le vanadium, Je caesium et le chrome. 

La présence, même constante, d’un élément dans les organismes végétaux ne permet pas d’affirmer qu’il est nécessaire à l’édification de leurs tissus ou au fonctionnement de leurs organes. La plante, en effet, peut absorber « passivement » des éléments présents dans le sol, qui ne lui sont d’aucune utilité et qui même peuvent lui être nuisibles. 

Il y a donc des éléments indispensables à la plante : tels sont ceux qui rentrent dans la constitution chimique de ses tissus : carbone, oxygène, hydrogène des glucides et des lipides ; carbone, oxygène, hydrogène, azote, phosphore, soufre des protides ; magnésium de la chlorophylle ; fer des ferments respiratoires ; etc. D’autres sont indifférents. Il en est d’autres enfin qui sans être indispensables à la plante lui sont cependant utiles. 

Nous verrons comment la méthode des cultures en milieux chimiquement définis est venue en aide à la méthode analytique pour déterminer la nature des éléments indispensables, utiles ou indifférents. 

Le tableau suivant (LATSHAW et MILLER, 1924) donne la composition élémentaire centésimale du blé (plante totale, avec racines, tige, feuilles et grains, développée sur solution nutritive). 

Poids moyen de 5 pieds de blé, après dessiccation : 935,9 

Nous reviendrons plus loin sur ces faits. 

L’analyse immédiate nous renseigne sur la nature et les proportions des substances chimiques rencontrées dans la plante. Leur nombre est immense et augmente tous les jours, grâce aux progrès des méthodes analytiques. Malgré leur infinie diversité, ces substances peuvent cependant se grouper en quelques catégories : 

1° Les substances minérales existant à l’état de combinaisons salines. Tels sont les chlorures, les phosphates, les sulfates de potassium, de magnésium, de calcium qui se trouvent en dissolution dans le suc vacuolaire ou même dans la phase dispersante de l’hydrogel protoplasmique. 

L’étude des cendres, obtenues par incinération des tissus, permet la détermination analytique des éléments minéraux, mais ne nous renseigne nullement sur les substances existant réellement à l’état minéral dans le tissu vivant. L’incinération s’accompagne, en effet, de la minéralisation des substances organiques ; le soufre, le phosphore des protéines passent à l’état de combinaisons minérales ; il en est de même pour le magnésium de la chlorophylle et de bien d’autres produits qui viennent augmenter abusivement le taux des éléments réellement à l’état minéral. 

Ces substances minérales contribuent, comme électrolytes cristalloïdes, à la tension osmotique des cellules, à la régulation de leur acidité (maintien de la concentration en ions hydrogène). Elles exercent une action spécifique sur l’activité de nombreuses enzymes, sur la perméabi- 

lité des membranes cellulaires. Enfin, dans le suc vacuolaire, elles constituent, pour le cytoplasme voisin, une réserve où il puise pour l’édification de nouvelles masses de matière vivante. 

2° Les substances organiques. — La matière vivante, de nature organique, paraît essentiellement formée par trois groupes de substances, auxquels s’ajoutent d’autres constituants dont la liste s’allonge tous les jours. Il arrive que ces corps, bien qu’existant en très minimes quantités dans la cellule, y jouent un rôle qui dépasse singulièrement leur importance pondérale. Telles sont les nouvelles substances qui jouent le rôle d’enzymes, de vitamines, de facteurs de croissance, etc... 

A. LES GLUCIDES. — Les glucides ou sucres, étaient appelés autrefois substances ternaires ou hydrates de carbone, parce que leur composition répond à la formule Cn H2n On ou (CH,O)n. 

Tels sont le glucose, le lévulose, de formule CeH,206, qui constituent les plus simples des glucides ou hexoses (ou oses), le saccharose, le maltose de formule C12H22011, qui résultent de la condensation de deux molécules d’hexoses avec élimination d’une molécule d’eau et qu’on appelle des bioses. 

Tels sont encore l'amidon, la cellulose, qui sont formés par la condensation d’un nombre très élevé de molécules d’hexoses, avec élimination d’eau et qui constituent les polyoses ou polyholosides, de formule (C6H10O5)n 

Les glucides semblent tous dériver du glucose formé dans l’assimilation chlorophyllienne. Sous forme de glucose, ils représentent le substrat de la respiration, c’est-à-dire la matière dont la combustion, par l’acte respiratoire, procure à la plante l’énergie nécessaire à son existence et notamment à ses synthèses. 

La cellule végétale verte utilise dans ce but le glucose directement produit par la photosynthèse. Mais la nuit ou dans les organes non chlorophylliens, elle consomme le glucose provisoirement stocké sous forme de saccharose ou d’amidon. 

Les glucides forment en outre, par condensation, les constituants insolubles de la membrane : cellulose, hémi-celluloses, matières pec-tiques que nous savons être des polyoses plus ou moins modifiés. 

Enfin, une autre partie du glucose de la photosynthèse est, dans la cellule, le substrat d’une infinité de réactions d’oxydation, d’hydrolyse, de dislocation, de cyclisation, qui finissent par produire les innombrables substances organiques de la plante. En particulier, lipides et protides sont construits, en partie tout au moins, à partir des matériaux issus de la dislocation des glucides. Les glucides représentent donc la première étape des synthèses effectuées par la plante. 

B. LES PROTIDES. — Les protides sont, avec les lipides, les constituants fondamentaux de l’hydrogel protoplasmique dont ils constituent la 

phase dispersée. Ils en représentent la partie pondéralement la plus importante. 

Les protides (ou protéines), appelés autrefois substances quaternaires parce qu’on les croyait uniquement formées de carbone, d’oxygène, d’hydrogène et d’azote (c’est-à-dire de quatre éléments), ne méritent pas ce nom, d’abord parce que la cellule vivante renferme de nombreuses substances formées de ces quatre éléments (alcaloïdes), et qui ne sont pas des protides, ensuite parce que les véritables protides renferment en outre presque toujours du soufre, et souvent aussi du phosphore. L’azote représente leur constituant le plus caractéristique, bien que pondéralement il ne soit pas le plus important (16 % du total). 

Ce sont des substances solubles dans l’eau ou donnant des solutions colloïdales qui prennent plus ou moins facilement l’état de gels. Ces solutions sont habituellement floculées par les acides, par les sels neutres à saturation, par les sels de métaux lourds. Elles coagulent par la chaleur. Un type très représentatif nous est fourni par la gélatine. 

On admet qu’elles sont constituées par un agrégat d’acides aminés; Un acide aminé résulte de la fixation d’une fonction amine NH2 sur un acide organique. Ainsi l’alanine, le plus important des acides aminés, est obtenue en créant une fonction NH2 sur l’acide propionique. C’est ce que réalise l’action de l’ammoniaque sur l’acide lactique, dans certaines -conditions : 

Dans les acides aminés naturels, la fonction NH2 est, en règle générale, en a par rapport au carboxyl. 

Il est remarquable de constater que les matières protéiques animales ou végétales sont constituées par 22 acides aminés seulement, que l’on retrouve dans les protides les plus divers. Mais l’infinie diversité des protéines est créée par la nature, le nombre, les modes d’agencement, les proportions de leurs acides amines constituants. 

Les acides aminés diffèrent les uns des autres par la nature de la chaîne carbonée de l’acide organique constitutif. On a, suivant les ■cas, de simples chaînes linéaires à 2, 3, 4, 5, 6... atomes de carbone, des cycles benzéniques (tyrosine) ou des cycles plus complexes (noyau de l’indol : tryptophane ; noyau de l’imidazol : histidine). 

La plante réalise la synthèse des protides en deux étapes. Elle synthétise d’abord les acides aminés, en copulant l’ammoniaque aux acides gras ou à des dérivés immédiats des acides gras : (acides alcools, acides cétoniques, éthyléniques, etc...). L’ammoniaque est puisée directement dans le sol, ou obtenue par réduction des nitrates ou des nitrites. Les chaînes carbonées des acides gras générateurs sont habituellement fournies par la dislocation des hexoses au cours de l’acte respiratoire. Lorsqu’il s’agit de chaînes cycliques complexes, elles nécessitent chacune, de la part du végétal, une synthèse particulière. 

En tous cas, on admet que les acides aminés, une fois constitués, sont assemblés par la plante, en agrégats de plus en plus complexes où les-molécules sont liées entre elles par une liaison peptidique. 

Le poids moléculaire dépasse habituellement 100.000 et nécessite la présence de plusieurs centaines de molécules d’acides aminés. 

C. LES LIPIDES, appelés vulgairement matières grasses, constituent un groupe très complexe de substances qui sont toutes insolubles dans l’eau et solubles dans l’éther, le chloroforme, la benzine et les solvants analogues. Au point de vue chimique, ce sont des esters d’acides gras et d’alcools. Les termes les plus connus en sont les huiles et les graisses qui sont formées de glycérine estérifiée par 3 molécules d’acide gras de poids moléculaire élevé (acide palmitique, stéarique, oléique, etc.). 

Mais on y adjoint aussi : 

les cires : éthers d’acides gras et d’alcools monoatomiques, les phospholipides comme les lécithines, les céphalines, etc... 

les dérivés de ces substances, solubles dans les solvants des graisses, comme les acides gras et les savons, les alcools de P. M. élevé, etc. 

La synthèse de substances aussi variées pose dans chaque cas un problème particulier. Dans les matières grasses proprement dites, les constituants, acides gras et glycérine, dérivent plus ou moins directement des processus respiratoires ; leur copulation, qui est une estérification, est réalisée sans doute par l’action même du ferment qui assure leur saponification : la lipase. 

1° dans la portion externe des cellules de revêtement : la cutine et la subérine sont formées d’acides gras plus ou moins modifiés ; 

2° dans le contenu cellulaire, sous forme d’inclusions cytoplasmiques qui peu à peu grossissent et constituent de véritables vacuoles à huiles comparables aux vacuoles aqueuses et collectant tout ce qui, dans la cellule, est soluble dans les huiles ; 

3° des lipides complexes : lécithines, stérols, sont associés aux protéines (lipoprotides) pour constituer la matière fondamentale du cytoplasme (hydrogel protoplasmique). 

Le rôle de ces substances est très varié et sera étudié dans chaque cas particulier. 

D. AUTRES SUBSTANCES. — A côté des 3 groupes fondamentaux : glu¬ 

cides, protides, lipides, on trouve chez les végétaux une infinité d’autres substances qui n’y existent souvent qu’en très faibles quantités, tout en étant des constituants permaments de la cellule, ou qui ne se rencontrent que dans des cas particuliers. 

1° des pigments libres ou à l'état de chromogènes : tels sont la chlorophylle du groupe des pyrrols, les pigments du groupe du carotène, les pigments anthocyuniques et flavoniques ; les flavonols (la flavine constitue la vitamine B1) ; les pigments du groupe de la pyridine (coferment de la respiration). Beaucoup de ces substances, malgré leur très faible concentration, jouent un rôle très important dans la cellule ; 

2° des acides gras qui apparaissent habituellement comme des résidus du processus respiratoire (acide oxalique, tartrique, citrique, malique, succinique), etc... ; 

40 les alcaloïdes dont on connaît mal le rôle dans la plante ; 

5° les bases azotées diverses : bases puriques et pyrimidiques, soit libres, soit en combinaison dans les acides nucléiques, amines (méthylamine), bétaïnes, amides (urée, asparagine) ; acides aminés libres, etc... ; 

6° les essences, les résines et les constituants des latex. 

III. — CARACTÈRE AUTOTROPHE DE LA PLANTE VERTE 

Il n’y a pas de différence fondamentale entre la constitution chimique de la cellule végétale et celle de la cellule animale. La matière vivante dans les deux cas est formée des mêmes groupes de substances. Par contre, le métabolisme des deux règnes présente une différence essentielle sur laquelle il convient maintenant de s’arrêter. 

La plante verte, grâce au pigment chlorophyllien, est capable de capter l’énergie lumineuse et de réaliser la synthèse endothermique des glucides, à partir des éléments minéraux : eau et gaz carbonique. Les glucides seront ensuite « brûlés » dans l’acte respiratoire et cette réaction, inverse de la précédente, libère une quantité d’énergie que la plante utilise pour accomplir ses actes vitaux et notamment pour réaliser ses autres synthèses. Grâce à cela, la plante verte peut édifier tous ses tissus et accomplir tout son cycle vital, à partir des éléments purement minéraux existant dans le milieu ambiant : sol et atmosphère. Son existence est absolument indépendante de celle de tout autre être vivant. Pour exprimer ce fait, on dit que la plante verte est autotrophe. 

L’ANIMAL, ORGANISME HÉTÉROTROPHE. — Les animaux (et aussi les végétaux non chlorophylliens : champignons et bactéries) se procurent 

aussi l’énergie nécessaire à leurs actes vitaux (contraction musculaire-par exemple) et à leurs synthèses, par la combustion exothermique des glucides. Mais ils sont incapables de synthétiser eux-mêmes les glucides qu’ils utilisent. Ils doivent les emprunter, en ligne plus ou moins directe, à la plante verte. Le règne animal, dans son ensemble, est donc sous la dépendance étroite du règne végétal ; il ne pourrait exister à la surface du globe, si les végétaux ne l’y précédaient. Pour exprimer cette dépendance, on dit que les animaux sont des organismes hétérotrophes. 

CAS DES CHAMPIGNONS ET DES BACTÉRIES. Les Bactéries et les Champignons sont dans le même cas. 11 y a cependant quelques Bactéries capables de réaliser la synthèse endothermique de leurs glucides, grâce à certaines réactions chimiques exothermiques dont elles sont le siège. Telles sont les Bactéries sulfuraires qui vivent au griffon des eaux sulfureuses. Elles ont la propriété d’oxyder le soufre ou l’hydrogène sulfuré en sulfates et cette oxydation exothermique leur permet la synthèse des glucides. 

Les bactéries nitreuses et nitriques, qui vivent dans les terres arables ou dans les lits bactériens des stations d’épuration des eaux d’égout, sont capables d’oxyder l’ammoniaque des eaux vannes, d’abord en acide nitreux (bactéries nitreuses), puis en acide nitrique (bactéries nitriques). Cette réaction exothermique permet également la synthèse des glucides. Pour ces divers organismes, la chimiosynthèse remplace la photosynthèse et leur donne le caractère autotrophe. 

Extension de la notion d’organismes autotrophes et hétérotrophes. 

Jusqu’à ces derniers temps, la distinction entre organismes autotrophes et hétérotrophes était fondée uniquement sur l’origine de l’aliment énergétique. Nos connaissances actuelles sur la structure et l’origine d’un grand nombre de constituants de la matière vivante permettent d’étendre cette notion aux aliments plastiques également. - 

Les glucides ne sont guère pour l’animal qu’un aliment énergétique. Cependant, au cours de la glycolyse, qui est une chaîne de réactions extrêmement compliquée, il apparaît une foule de substances intermédiaires qui peuvent être déviées secondairement et entrer dans la synthèse de la matière vivante. Cela pourrait être le cas pour l’acide lactique et l’acide pyruvique. 

ORIGINE DES PROTIDES. — L’animal peut réaliser, semble-t-il, la synthèse de ses propres protéines. Il peut notamment copuler l’ammoniaque avec les acides gras ou leurs dérivés, pour former les acides aminés et réaliser ensuite l’enchaînement de ces derniers en protéines de plus en plus complexes. 

Mais il est absolument incapable de réaliser la synthèse de la plupart 

des chaînes carbonées des acides gras eux-mêmes. C’est particulièrement le cas des cycles des acides aminés aromatiques : tyrosine, tryp-tophane, histidine, proline, etc... Si l’animal ne trouve pas, dans sa ration alimentaire, ces substances en quantités suffisantes, il ne peut effectuer correctement la synthèse de ses protéines et des troubles graves ne tardent pas à se déclarer. On a donné le nom de maladies par « carence » à ces affections dues à l’absence, dans la ration alimentaire, d’un corps essentiel que l’animal ne sait pas synthétiser. 

ORIGINE DES PIGMENTS RESPIRATOIRES. — Il en est de même pour l’hémoglobine ou pigment sanguin. Nous verrons l’étroite parenté chimique de l’hémoglobine et de la chlorophylle. Leurs constituants essentiels sont des noyaux pyrroliques que l’animal ne peut fabriquer, lorsqu’il ne les reçoit pas dans sa ration alimentaire sous forme de chlorophylle ou de dérivés plus ou moins directs de celle-ci. 

Un très grand nombre d’autres substances de nature compliquée doivent également être fournies par l’aliment végétal. Citons : 

a) les cholestérols et leurs dérivés, dont l’un, l’ergostérol irradié, constitue la vitamine D ou vitamine de croissance ; 

b) le carotène, pigment carotinoïde dont nous avons vu la fréquence-chez les végétaux et dont un dérivé, le carotène 3, constitue la vitamine A ; 

c) les flavines qui constituent une des enzymes essentielles de la respiration cellulaire. C’est un dérivé des azines qui est le noyau du ferment jaune ou vitamine B2 ; ; 

d) l'amide de l'acide nicotique, à l’état de nucléotide, qui représente le coferment de la fermentation alcoolique chez la levure, et de la glyco-lyse chez les animaux. Toutes ces substances sont identifiées maintenant à des vitamines. 

Cette liste s’allonge tous les jours, au fur et à mesure que se précisent nos connaissances. Elle montre que la différence entre organismes autotrophes et organismes hétérotrophes est bien plus importante qu’on ne le pensait autrefois. L’animal ne demande pas seulement à la plante verte les glucides supports de la respiration cellulaire. Il lui emprunte les chaînes carbonées caractéristiques de ses matières plastiques (protéines) et les constituants des pigments respiratoires et des enzymes qui président au fonctionnement vital lui-même. 

Les champignons hétérotrophes ne sont pas sous une dépendance aussi complète de la plante verte. Ils peuvent généralement édifier tous leurs tissus à partir des substances minérales, à condition qu’on leur fournisse des glucides. Telle est la moisissure bien connue : Aspergillus : niger qui se développe rapidement sur un milieu purement minéral additionné de sucre. Il y a donc entre les autotrophes et les hétérotrophes des termes de passage. 

L’OSMOSE. 1° Membranes perméables. — Osmomètre de DUTROCHET ; pression osmotique et pouvoir osmotique ; exosmose et endosmose. 

2° Membranes hémiperméables. — Membranes de précipité. Osmomètre de PFEFFER. 

3° Les lois de l’osmose et la force osmotique. — Valeur du pouvoir osmotique ; pouvoir osmotique des électrolytes. 

IL Pression osmotique des cellules. Turgescence et plasmolyse. 

EXPÉRIENCE DE DE VRIES. — Turgescence des cellules ; plasmolyse et déplas-molyse. 

APPLICATIONS DE LA PLASMOLYSE. — Détermination de la pression osmotique des cellules. — Détermination du pouvoir osmotique des solutions. — Applications à la Physiologie végétale. 

PROPRIÉTÉS GÉNÉRALES DES MEMBRANES. — Membranes poreuses. — Membranes perméables. — Membranes hémiperméables. 

LES MEMBRANES DE LA CELLULE VÉGÉTALE. —Membrane squelettique et membrane cytoplasmique hémiperméable. , 

Particularités de la perméabilité des membranes vivantes ; perte de l'hémiper-méabilité à la mort de la cellule. 

MÉTHODES DE MESURE DE LA PERMÉABILITÉ. 

THÉORIES DE LA PERMÉABILITÉ. — Théorie de la solution. — Théorie chimique. — Théorie mécanique ou théorie de la membrane tamis. 

Les solutions vraies (solution de sucre dans l’eau) sont homogènes et stables. La matière dissoute et le solvant sont réunis par une « affinité » si grande qu’on ne peut les séparer qu’en mettant en oeuvre des actions extrêmement puissantes (évaporation, cristallisation). Cette affinité se 

traduit par l’abaissement du point de congélation et du point d’ébullition du solvant et surtout, en ce qui nous occupe, par la pression osmotique des solutions. 

Les solutions sont homogènes et les molécules de la substance dissoute ne peuvent être mises en évidence par aucun artifice physique (lumière, effet Tyndall) ou mécanique (centrifugation). Cependant les physiciens utilisent maintenant des ultra-centrifugeuses qui ont permis de séparer les molécules volumineuses de leur solvant (ultra centrifugeuses à plus de 100.000 tours minutes). 

Les solutions ont une composition constante dans toutes leurs parties, ce qu’elles doivent aux mouvements incessants, désordonnés et en tous sens des molécules ou des ions dissous. Elles se comportent donc comme les molécules gazeuses qui tendent constamment à occuper tout le volume qui leur est offert. 

Soit un vase en U dont les deux branches sont réunies par une large tubulure inférieure. Plaçons de l’eau distillée dans la première branche A, un égal volume de solution normale de NaCl dans la deuxième B, et abandonnons au repos. Très rapidement, on peut reconnaître dans le vase A des molécules NaCl reconnaissables par la réaction au nitrate d’argent, ce qui indique que NaCl a diffusé de B en A. Ce mouvement se poursuit jusqu’à ce que le liquide des deux vases ait acquis la même composition. 

La diffusion est un phénomène général. Elle s’applique à tous les corps dissous et à leurs solvants. La vitesse de diffusion est d’autant plus grande que les solutions sont plus concentrées. Elle est inversement proportionnelle à la masse des molécules et des ions. Ainsi, les substances à faible poids moléculaire : HCl, urée, diffusent beaucoup plus vite que les substances à grosse molécule comme le saccharose (P. M. = 354). A la limite, les particules des systèmes colloïdaux diffusent assez lentement pour qu’on puisse dire que les colloïdes ne sont pas diffusibles. 

Si, au lieu de placer les deux substances diffusibles en contact direct, dans le vase en U, on les sépare par une membrane poreuse, les faits vont changer. Si la membrane est grossièrement poreuse, comme une feuille de papier-filtre, la diffusion est simplement retardée, mais elle se produit. Seuls pourront être arrêtés les colloïdes. Les parois de cellulose des cellules végétales ont le caractère de membranes fortement perméables à toutes les substances dissoutes, mais imperméables aux colloïdes. 

Il existe des membranes beaucoup moins perméables, telles que les films de collodion où la paroi de la vessie de porc et avec lesquelles les 

phénomènes vont changer du tout au tout. On constate, en effet, que ces membranes laissent bien passer librement les molécules du solvant, mais arrêtent plus ou moins complètement les molécules dissoutes. 

Ces faits ont été découverts par DUTROCHET à l’aide de l’appareil suivant. Un vase plat, largement ouvert à la partie inferieure, est obturé par un fragment de vessie de porc rendue imputrescible. Il se prolonge à la partie supérieure par un long tube de verre gradué. On y introduit une solution d’une substance peu diffusible telle que la saccharose et on plonge le tout dans un cristallisoir plein d’eau distillée (fig. 1). 

Fig. 1. — Osmomètre de DUTROCHET. — L’eau pure passe du vase extérieur dans le vase de l’osmomètre, et fait monter le niveau du liquide coloré jusqu’à une certaine hauteur. 

Le saccharose, contrairement à l’expérience précédente, ne diffusera dans l’eau du cristallisoir que très lentement. Par contre, l’eau du cristallisoir pénètre dans l’osmomètre et l’on voit le liquide s’élever dans le tube vertical jusqu’à un niveau qui est d’autant plus élevè que la solution de saccharose était plus concentrée. Le maximum atteint, le liquide reste stationnaire quelque temps, puis redescend très lentement. Si l’expérience est prolongée assez longtemps, les liquides reprennent le même niveau dans les deux vases et ont acquis la même composition des deux côtés du septum. 

Cette expérience de Dutrochet montre donc deux choses très distinctes : 1° l’eau et les molécules dissoutes diffusent à travers la membrane perméable, mais avec une vitesse très différente. L’eau diffuse beaucoup plus vite que le saccharose. Ou encore, la membrane freine considérablement la diffusion du saccharose, mais non celle de l'eau ; 2° l’eau qui pénètre dans l’osmomètre a à vaincre la pression hydrostatique développée par l’ascension du liquide dans le tube vertical et qui tend à empêcher sa pénétration. Quand la pression hydrostatique est devenue suffisante, elle s’oppose à la pénétration d’une nouvelle quantité d’eau. Les molécules d’eau ont donc pour les molécules de saccharose une affinité capable de vaincre la pression hydrostatique. 

On donne à cette affinité le nom de pouvoir osmotique. Le phénomène de diffusion à travers les membranes a reçu le nom d’osmose et l’on appelle endosmose le courant d’eau qui pénètre dans l’osmomètre et exosmose le courant de sortie. Le pouvoir osmotique se mesure par la hauteur de la colonne d’eau soulevée qui reçoit le nom de pression osmotique. 

On constate que la pression osmotique est d’autant plus élevée que la solution est plus concentrée et que le corps dissous a un poids moléculaire plus faible. A concentrations centésimales égales, les solutions d’urée (P. M. = 60) ont une pression osmotique plus élevée que les solutions de saccharose (P. M. = 354). 

Mais cet appareil ne permet pas la mesure précise et quantitative des pressions osmotiques réelles, car le niveau atteint par le liquide est la résultante de deux phénomènes inverses : l’exosmose du saccharose, l’endosmose de l’eau. Il y aurait intérêt à expérimenter avec des membranes perméables à l’eau, mais imperméables aux substances dissoutes. 

De telles membranes existent-elles ? Elles ont été obtenues pour la première fois par le botaniste Pfeffer, dans les conditions suivantes : si l’on fait tomber dans une solution de sulfate de cuivre une goutte d’une solution concentrée de ferrocyanure de potassium additionnée de sucre, on voit se former à la périphérie de la goutte une pellicule colorée en rouge et constituée par un précipité colloïdal de ferrocyanure de cuivre. Puis, on voit la goutte se gonfler, grossir et acquérir le volume d’une grosse vésicule. 

C’est que la pellicule de ferrocyanure de cuivre constitue une membrane hémi-perméable. Elle est perméable à l’eau, qui, attirée par le pouvoir osmotique du sucre, pénètre dans la vésicule qui fonctionne ainsi comme un osmomètre, mais elle est imperméable aux molécules de sucre qu’on ne peut jamais déceler dans le milieu extérieur. Au fur et à mesure que la vésicule grossit, sa membrane de précipité s’agrandit, grâce à la précipitation de nouvelles quantités de ferrocyanure de K par le sulfate de cuivre. La membrane peut, par distension, se perforer par 

endroits, mais alors la goutte de liquide qui sourd, s’entoure aussitôt d’une membrane de précipité et l’on obtient ainsi une véritable grappe de vésicules renflées. 

Ces membranes de précipité, perméables à l’eau, mais imperméables aux molécules dissoutes, ont été appelées pour cette raison hémi-perméables. 

Autres types de membranes de précipité. — On a pu en obtenir d’autres types, par exemple en faisant tomber une goutte de solution concentrée de tanin, dans une solution de gélatine. La goutte s’entoure d’un précipité de tannate de gélatine. Ou encore, en projetant un petit cristal de sulfate de fer dans une solution de silicate de soude (membrane de silicate de fer). Mais ces membranes sont extrêmement fragiles et ne se prêtent pas à l’expérimentation. 

L'osmomètre de Pfeffer. — Pfeffer a tourné la difficulté en provoquant la formation de la membrane de précipité à la surface d’un support 

Fig. 2. — Osmomètre de PFEFFER. — Le vase poreux V. p. est doublé par une membrane de précipité m. p. de ferrocyanure de cuivre. Il renferme de l’eau sucrée et se trouve relié à un tube manométrique. Après immersion dans l’eau distillée, celle-ci pénètre dans l’osmomètre et la pression osmotique refoule la colonne barométrique d’une hauteur H. Le niveau atteint par le mercure reste fixe. 

poreux inerte. Il prend un vase poreux (vase de pile), rempli d’une solution de ferrocyanure de potassium et l’immerge dans le vase qui renferme la solution de sulfate de cuivre. Le précipité de ferrocyanure 

de cuivre se forme à la surface extérieure du vase de pile. On le lave à plusieurs reprises à l’eau distillée. Il suffit alors de relier ce vase à un manomètre à mercure pour avoir un appareil utilisable pour l’expérimentation. 

On remplit le vase de l’osmomètre avec la solution dont on veut étudier la pression osmotique, de manière qu’étant complètement rempli, la solution vienne en contact avec le mercure (fig. 2). On plonge alors l’appareil dans l’eau distillée. L’eau passe dans l’osmomètre et y détermine une pression qui soulève la colonne mercurielle. Quand l’équilibre est réalisé, la colonne mercurielle a atteint un certain niveau qui reste fixe. A ce moment, la colonne mercurielle exerce sur le liquide une pression qui contrebalance exactement la force osmotique qui attire l’eau dans le vase osmotique. Cet équilibre est stable, car la substance ne peut traverser la membrane de précipité pour quitter la solution. C’est là, la différence essentielle avec l’osmomètre de Dutrochet, où la force osmotique de la solution diminue constamment, par suite du courant d’exosmose à travers la paroi perméable. 

On obtient ainsi, par la mesure de la colonne mercurielle soulevée, la valeur réelle de la pression osmotique et non la résultante, variable à chaque instant, des phénomènes d’endosmose et d’exosmose. 

Avec cet appareil, on a pu mesurer la valeur de la force osmotique des solutions dans les conditions les plus variées et en déduire les lois de l’osmose. 

1° Le pouvoir osmotique d'une solution est proportionnel à sa concentration ; 

2° Des substances différentes développent la même pression osmotique, si leur concentration moléculaire est égale. Ainsi des solutions à 1 % d’urée et de saccharose ont des pouvoirs osmotiques très différents, mais des solutions décinormales de ces substances (urée 6 p. 1.000, saccha rose 34,2 p. 1.000) ont exactement la même pression osmotique ; 

3° Le pouvoir osmotique d'une solution est proportionnel à la température absolue, c’est-à-dire qu’il s’élève proportionnellement au binôme de dilatation des gaz : 

Ces lois, établies par VAN T’HOFF, correspondent à la loi d'AVOGADRO pour les gaz ; la force élastique des gaz est la même, quel que soit le gaz, quand le nombre de molécules renfermées dans l'enceinte est le même. Elles ne s’appliquent, sous cette forme, qu’aux substances organiques : sucres, acides aminés, urée, etc... qui ne sont pas des électrolytes. Les électrolytes doivent subir une correction, pour tenir compte du pouvoir osmotique propre des ions qu’ils forment par dissociation électrolytique (voir plus loin). 

Différence entre la pression osmotique des solutions et la force élastique des gaz. — Malgré la communauté des lois qui les régissent, il y a, entre les deux phénomènes, une différence essentielle. Les gaz exercent toujours leur pression sur la paroi des enceintes qui les renferment. La pression osmotique des solutions ne se manifeste que lorsque celles-ci sont placées dans un vase d’osmomètre plongé dans l’eau. Dans toute autre condition, elle ne se traduit par aucune pression sur les parois des vases. 

La force osmotique est le résultat de la force d'attraction que les molécules de la substance dissoute exercent sur les molécules de l’eau. Cette force a reçu le nom d'affinité. Elle se manifeste d’ailleurs par d’autres caractères des solutions : tels que l’abaissement du point de congélation et l’élévation du point d’ébullition. 

Les valeurs de la pression osmotique des solutions ont une ampleur insoupçonnée. Les substances non électrolytiques, c’est-à-dire qui ne conduisent pas le courant électrique, ont toutes, à concentration moléculaire égale, la même pression osmotique. Leurs solutions normales feraient équilibre à une colonne de mercure de 1790 centimètres, c’est-à-dire à une pression de 23,5 atmosphères. Les solutions décinor-males ont une pression osmotique de 2,35 atmosphères, etc... Quant aux solutions centésimales, leurs pressions osmotiques sont essentiellement variables. 

Les électrolytes s’ionisent en solution aqueuse et leurs molécules se dédoublent en ions porteurs de charges électriques de signe contraire : 

Ils possèdent un pouvoir osmotique bien supérieur à celui des substances non électrolytes et dû à l’intervention des ions à côté des molécules, dans les phénomènes d’affinité pour l’eau qui sont à la base du pouvoir osmotique. 

On appelle coefficient isotonique le chiffre par lequel il faut multiplier la valeur de la pression osmotique des non électrolytes pour avoir celle des substances électrolytiques. Ce coefficient est égal à 3/2 pour les acides et les bases monobasiques et leurs sels, dont la dissociation met en jeu deux ions (HCl, NaCl, NaOH) ; il est égal à 4/2 pour les acides et pour les bases dibasiques et leurs sels, dont la dissociation met en jeu trois ions (SO4H2 ; SO4Na2 ; MgCl2) ; et enfin, il est égal à 5/2 pour les substances libérant 4 ions (PO4H3, acide citrique). Le tableau suivant résume ces faits pour quelques substances courantes. 

POUVOIR OSMOTIQUE DE QUELQUES ÉLECTROLYTES, SOLUTION N/10 I EN CM. DE MERCURE, II EN ATMOSPHERES. 

PRESSION OSMOTIQUE DES CELLULES. TURGESCENCE ET PLASMOLYSE 

Une cellule végétale adulte peut se comparer schématiquement à un osmomètre de Pfeffer. Elle comprend : 

a) un cadre de cellulose rigide et presque indéformable, mais formant membrane poreuse, perméable à toutes les substances dissoutes ; 

b) une couche de cytoplasme appliquée contre la paroi cellulosique et limitée à l’extérieur et à l’intérieur par une fine membrane de précipité (membrane ecto et endoplasmique) dont nous allons voir qu’elle se comporte comme une membrane hémiperméable ; 

c) une grande vacuole, occupant tout le centre de la cellule et tenant en solution des substances cristalloïdes diverses. Elle doit donc posséder une pression osmotique propre. Peut-on la déterminer?... De Vries a donné pour cela une méthode élégante qui a été le point de départ de nos connaissances modernes sur les échanges de la cellule avec le milieu extérieur. 

a) TURGESCENCE DES CELLULES. — On prend une coupe épaisse pratiquée dans une racine de betterave rouge, de manière à avoir des cellules intactes. Ces cellules possèdent une grande vacuole centrale renfermant du saccharose et un pigment authocyanique rouge. On plonge cette 

coupe dans l’eau distillée et on l’examine au microscope. Ni le sucre ni le pigment de la vacuole ne diffusent dans le milieu extérieur. Par contre, de l’eau doit pénétrer dans la vacuole, car on voit celle-ci se gonfler légèrement, ce qui provoque un tonus particulier de la cellule, se traduisant par un bombement des parois cellulosiques vers l’extérieur. 

Si, au cours de cette observation, on ajoute une trace d’éosine à l’eau dans laquelle est plongée la coupe, on constate que la matière colorante traverse les parois de cellulose de la cellule, mais s’arrête à la membrane ectoplasmique. 

On peut conclure de ces faits que la cellule végétale se comporte bien comme un osmomètre de Pfeffer rempli d’une solution. La paroi de cellulose est perméable aux substances dissoutes, même à grosse molécule comme l’éosine. Par contre, la membrane cytoplasmique constitue une membrane hémiperméable : elle permet la rentrée de l’eau, mais s’oppose au passage des molécules dissoutes (saccharose, pigment, éosine). 

Turgescence. — On donne le nom de turgescence à la pression que le contenu cellulaire exerce contre sa paroi. Elle est évidemment commandée par la pression osmotique du suc vacuolaire. Pour une cellule qui vit immergée dans une solution, elle est égale à la différence qui existe entre la pression osmotique de la cellule et celle du milieu, parce qu'alors la cellule est comparable à un osmomètre de Pfeffer en action. 

Mais pour les organes aériens, il en est autrement. La cellule n’étant pas saturée d’eau, sa pression osmotique est virtuelle. Elle est comparable à celle d’un osmomètre rempli d’une solution saline, mais non plongé dans l’eau. Elle ne se manifestera, tout comme dans le cas de l’osmomètre, que lorsqu’elle sera placée dans l’eau. La turgescence de telles cellules est difficile à apprécier. C’est cependant elle qui communique aux organes non lignifiés, comme la feuille, leur tonus particulier. Quand, par évaporation de l’eau, la turgescence diminue, la feuille se fane. 

b) PLASMOLYSE. — Les phénomènes sont tout autres si on place la coupe dans une solution concentrée de saccharose. On observe bientôt que la couche de cytoplasme, qui était au début exactement appliquée contre la paroi de cellulose, se rétracte et se détache par places de celle-ci. En même temps, la vacuole centrale diminue progressivement de volume, ce que l’on reconnaît notamment à la coloration plus intense de son contenu où le pigment se concentre. Elle peut se fragmenter en petites vacuoles que séparent des trabécules protoplasmiques. On dit alors que la cellule est plasmolysée (fig. 3). 

Le fait est dû à ce que l’eau quitte la vacuole, pour se rendre vers la solution extérieure dont la pression osmotique est plus élevée, et le mouvement se continuera tant que l’équilibre osmotique ne sera pas rétabli, c’est-à-dire jusqu’à ce que la vacuole, en diminuant de volume, ait 

acquis une pression osmotique contrebalançant celle de la solution externe. 

c) DÉPLASMOLYSE. — En reportant les cellules plasmolysées dans l’eau pure, on assistera au phénomène inverse. L’eau pénétrera dans la cellule qui sera déplasmolysée et redeviendra bientôt turgescente. 

Fig. 3. — Représentation schématique d’une expérience de plasmolyse. — I. Cellule turgescente avant l’expérience. — II. Cellule plongée dans une solution isotonique de NO3K à 4 % : pas de plasmolyse. — III. Cellule plongée dans une solution de NO3K à 6 % : début de plasmolyse. — IV. Cellule plongée dans une solution de NO3K à 10 %. Plasmolyse complète. Le cytoplasme se détache complètement de la membrane et forme un petit sac arrondi entourant une petite vacuole. — Vac. vacuole ; m. membrane pecto-cellulosique ; cyt. cytoplasme. 

Avec les solutions de saccharose, la plasmolyse est durable, tant que la cellule sera maintenue à son contact. Au contraire, avec des solutions de chlorure de sodium, la plasmolyse, une fois obtenue, sera suivie lentement d’une déplasmolyse avec retour à un état d’équilibre entre la solution et le milieu extérieur. Cette différence de comportement indique que la membrane ectoplasmique n’est véritablement hémi-perméable qu’à l’égard du saccharose. Le sel marin dont la molécule est plus petite, est capable de pénétrer dans la cellule, mais moins vite que l’eau. 

La cellule se comporte alors comme un osmomètre de Dutrochet et laisse passer le chlorure de sodium jusqu’à ce que sa concentration soit la même des deux côtés. En réalité, les membranes de précipité de l’osmomètre de Pfeffer laissent également, à la longue, passer les substances à petite molécule. 

Valeur réelle des membranes hémiperméables. — On arrive ainsi à la conclusion qu’il n’y a pas de membrane véritablement hémi-perméable, c’est-à-dire perméable à l’eau seulement et imperméable à toutes les autres molécules. Les membranes se comportent comme des. tamis, dont les pores, de grandeur différente, peuvent faire un tri parmi les molécules. 

Les membranes grossières laissent passer toutes les molécules et n’arrêtent que les micelles colloïdales. Les membranes déjà plus fines, comme le collodion ou les membranes animales, n’arrêtent que les très grosses molécules ; elles laissent passer librement les très petites molécules comme celle de l’eau (P. M. 18) ; elles freinent simplement les molécules intermédiaires (NaCl P. M. 58, saccharose P. M. 342). Les membranes de précipité et les membranes cytoplasmiques occupent le degré suivant : elles laissent encore passer librement les molécules d’eau ; par contre, elles arrêtent totalement les molécules de saccharose ; celles de NaCl sont simplement freinées. 

Puisque une cellule végétale pourvue d’une vacuole constitue un osmo-mètre de PFEFFER, elle pourra le remplacer dans les expériences biologiques, où elle sera d’un emploi beaucoup plus commode. On peut en effet avec elle, comme l’a montré DE VRIES, résoudre les problèmes habituellement étudiés avec les osmomètres. 

a) Détermination de la pression osmotique de la cellule. — On placera la cellule en expérience successivement en contact avec des solutions de saccharose de plus en plus concentrées, représentant par exemple la série suivante : 

jusqu’à ce qu’on ait obtenu la plasmolyse. Supposons que ce résultat soit atteint avec la solution de saccharose N/12, alors que la solution N/15 est insuffisante pour obtenir ce résultat. Nous dirons que la pression osmotique de la cellule est comprise entre celle d’une solution N/12 et celle d’une solution N/15, c'est-à-dire entre 1,96 et 1,57 atmosphères. 

b) Valeurs de la pression osmotique des cellules. — Cette valeur est très variable suivant les plantes et suivant les conditions où elles sont placées. Elle est habituellement comprise entre 3 et 20 atmosphères. Chez les plantes marines ou mieux encore chez les plantes vivant sur les sols salés (plantes halophytes), la pression osmotique peut atteindre et dépasser 100 atm. Des filaments de Champignon (Pénicillium glaucum) 

développés sur des confitures ou des sirops peuvent avoir une pression osmotique supérieure à 160 atm. Il est de règle, en effet, que la pression osmotique d’une plante soit supérieure à celle du milieu ambiant, sans quoi l’assimilation de l’eau ne saurait se faire. 

Si de tels filaments sont transportés brusquement dans l’eau distillée, ils absorbent celle-ci avec une telle intensité, que leur membrane éclate généralement. C’est ce qui se produit également avec les grains de pollen qui ont un pouvoir osmotique élevé, et qu’on ne peut faire germer dans l’eau, sans les faire éclater. Pour éviter cet accident, on remplace l’eau distillée par de l’eau sucrée. La pression osmotique du suc vacuolaire est due à ses constituants dissous ; les plus abondants sont les sucres et les acides organiques. Chez les plantes halophytes, il s’agit surtout de NaCl. 

c) Détermination du pouvoir osmotique des solutions. — Le principe de la méthode est le suivant. On place, comme nous l’avons déjà indiqué, une coupe épaisse d’un tissu comme la racine de betterave, successivement, dans des solutions de saccharose de plus en plus con-centrées, jusqu’à ce qu’on obtienne la plasmolyse. Le pouvoir osmotique de la solution plasmolysante donne la valeur de la pression osmotique de la cellule. On provoque la déplasmolyse de cette coupe, avec des solutions de plus en plus diluées. 

Les cellules, redevenues turgescentes, sont alors transportées sur d’autres substances dont on veut déterminer le pouvoir osmotique. On en utilisera des solutions de moins en moins diluées jusqu’à ce qu’on obtienne une nouvelle plasmolyse. On admet que la solution qui provoque cette nouvelle plasmolyse a le même pouvoir osmotique que la solution de sucre de canne d’abord utilisée. 

Il ne faut pas se faire d’illusions sur la sensibilité de ces méthodes qui sont assez grossières. Au cours de ces opérations successives de plasmolyse et de déplasmolyse, la concentration du suc vacuolaire se modifie, ainsi que le degré de perméabilité de la cellule, ce qui rend deux expériences successives difficilement comparables. 

d) Application des phénomènes d'osmose à la physiologie végétale. — Les phénomènes de diffusion et d’osmose gouvernent tout le problème de la perméabilité cellulaire et de la circulation de l’eau et des substances dissoutes à travers la plante. Chaque cellule est comparable à un osmo-mètre à membrane plus ou moins hémiperméable et les échanges d’eau et de matière entre cellules contiguës sont gouvernés par les valeurs respectives de leur pouvoir osmotique. 

Les réactions d’assimilation, de digestion, de condensation ou de respiration dont chaque cellule est le siège modifient à chaque instant la valeur de sa pression osmotique et c’est là qu’il faut voir la cause des transports de matière de cellule à cellule. Nous ferons une constante application des lois de l’osmose dans l’étude des phénomènes d’assimilation et de transport de l'eau et des aliments dans la plante. 

C’est un des phénomènes essentiels de la physiologie végétale et animale. Il gouverne, chez les végétaux, l’absorption de l’eau et des aliments minéraux, leur circulation ; les échanges de cellule à cellule et le transport à distance des substances élaborées (glucides, protides) ; leur accumulation dans certaines cellules, etc... 

L’étude de la perméabilité a été effectuée en utilisant, soit des membranes vivantes, soit des membranes mortes ou artificielles, telles que les membranes animales (vessie de porc de l’osmomètre de Dutrochet), les films de collodion, les membranes de précipité, etc... L’étude des propriétés osmotiques des solutions nous a déjà permis de distinguer : 

a) les membranes poreuses qui laissent passer indifféremment les molécules dissoutes et les micelles colloïdales. Tel est le papier filtre ; 

b) les membranes perméables dont le type est le film de collodion, qui laisse passer l’eau, mais arrête intégralement les particules colloïdales et ralentit le passage des molécules dissoutes et d’autant plus qu’elles sont plus volumineuses. La membrane cellulosique des cellules appartient à ce type ; 

c) les membranes semi-perméables, qui, théoriquement, laissent passer l’eau et arrêtent toutes les molécules dissoutes. En réalité, il n’existe pas de membrane répondant exactement à cette définition. La plus parfaite qu’on ait réalisée : la membrane de précipité de ferrocyanure de cuivre de l’osmomètre de PFEFFER, laisse passer lentement les molécules de petite dimension, telles que l’urée (P. M. = 60) ou la glycérine (P. M. 90). Les membranes protoplasmiques appartiennent à ce type. Enfin, en dehors de leur perméabilité due à leur porosité, les membranes se laissent toujours traverser par les corps qu’elles dissolvent. 

Phénomènes d'imhibition. — Une propriété essentielle des membranes, surtout des membranes organisées, est d’être toujours imbibées d’eau. Cette imbibition est le résultat de l’affinité pour l’eau des micelles colloïdales qui constituent ces membranes. Cette affinité est telle que ces membranes empruntent l’eau au milieu extérieur et se gonflent en développant des forces qui peuvent atteindre des centaines d’atmosphères. 

Au cours de ce gonflement, l’eau constitue des films autour des particules colloïdales, lesquelles sont progressivement écartées les unes des autres. Avec une substance comme le bois, l’écartement est faible. Avec un hydrogel de gélatine, il peut aboutir à la dispersion complète des micelles, qui donnent alors une solution colloïdale. 

Ce phénomène est à la base de la perméabilité à l’eau et aux substances dissoutes dans l’eau. Il en résulte aussi que l’eau s’étend, sans solution de continuité, d’une cellule à l’autre, à travers tout le végétal ; une membrane sera toujours perméable à l'eau qui est un de ses constituants essentiels. 

Les membranes de la cellule végétale. 

Nous avons vu que l’on pouvait assimiler la cellule végétale à un osmomètre de PFEFFER. La membrane pecto-cellulosique rigide représente le vase de pile poreux ; l’ensemble de la couche de cytoplasme comprise entre la membrane squelettique et la vacuole (ou les vacuoles) centrale représente une membrane hémiperméable. 

a) La membrane squelettique.— Dans la forme typique qu’elle revêt dans les cellules des méristèmes et des parenchymes, c’est-à-dire réduite à la couche pecto-cellulosique, c’est une paroi perméable à l’eau et à toutes les substances dissoutes et comparable par conséquent à un papier filtre. Elle arrête les micelles colloïdales. Les membranes cutinisées et subérifiées sont devenues pratiquement imperméables à l’eau et aux substances dissoutes. Les membranes lignifiées sont très peu perméables et nous avons vu que les communications de cellule à cellule nécessitent l’existence de plages non lignifiées (ponctuations). 

Les enveloppes séminales, formées souvent d’assises de cellules sclérifiées, sont extrêmement peu perméables dans les expériences de courte durée. Ainsi, on peut stériliser la surface des graines en les immergeant dans des solutions de SO4H2, de HCl, de NO3Ag et même de HgCl2, sans crainte de les tuer, c’est-à-dire sans risquer de voir ces substances toxiques pénétrer dans les cellules de l’embryon. 

b) La perméabilité de la membrane cytoplasmique. — La membrane cytoplasmique se présente, en première approximation, comme une membrane hémiperméable, comme le montrent les phénomènes de plasmolyse déjà étudiés. Elle est perméable à l’eau, mais imperméable aux substances dissoutes. En fait, cette hémiperméabilité est toute relative, comme le montre la déplasmolyse qui suit, à plus ou moins brève échéance, la plasmolyse et qui indique la pénétration des molécules de la solution plasmolysante. On peut d’ailleurs répartir les molécules des substances dissoutes en 3 catégories : 

1° substances à pénétration très lente, ne provoquant pas, ou presque pas de déplasmolyse. Ce sont les substances à grosse molécule : saccharose ; 

2° substances à pénétration assez rapide provoquant une déplasmolyse nette : ce sont les substances de faible poids moléculaire : urée, glycérine, etc... ; 

3° substances à pénétration très rapide incapables de provoquer la 

plasmolyse. Ce sont les narcotiques, l’alcool, l'éther, le chloroforme, les phénols. Nous verrons les problèmes que pose le comportement spécial de ces substances. 

Particularités de la perméabilité des membranes vivantes. — Les phénomènes de perméabilité de la membrane cytoplasmique vivante sont beaucoup plus compliqués que ceux des membranes inertes. On peut observer simultanément la perméabilité et l’hémiperméabilité, ce qui est un des grands mystères de la physiologie. Mais surtout, on constate que la perméabilité varie dans le temps, ce qui rend deux expériences successives difficilement comparables. 

La perméabilité à l’égard d’une même substance peut varier en raison inverse de sa concentration. Ainsi, une solution d’un sel neutre tel que NO3K, utilisée à faible concentration, est absorbée très rapidement, alors qu’une solution concentrée provoque la plasmolyse. C’est qu’à chaque instant, la perméabilité du cytoplasme est modifiée par l’action des substances absorbées qui augmentent ou diminuent son état d’agrégation ou de dispersion. 

La perméabilité est d’autre part influencée dans sa vitesse par l’action des conditions extérieures du milieu : température, lumière. Nous allons voir les conséquences théoriques importantes qu’on a voulu tirer du « coefficient de température ». 

Perméabilité et mort du cytoplasme. — La mort du cytoplasme s'accompagne toujours de la perte de l' hémiperméabilité. On voit à ce moment le protoplasme prendre l’état granuleux et le contenu de la vacuole devenir indistinct et se mélanger à lui. Si elle renferme un pigment antho-cyanique, on le voit se répandre dans tout le contenu cellulaire. On s’explique ces phénomènes comme suit : la mort du cytoplasme s’accompagne de sa coagulation irréversible ; l’hydrogel homogène et rigide, acquiert la structure d’un émulsoïde : l’agrégation des micelles, qui était à la base de l’hémiperméabilité, est ainsi détruite. 

Méthodes de mise en évidence et de mesure de la perméabilité. 

Nous ne pouvons nous arrêter sur les méthodes d’étude de la perméabilité des membranes vivantes. Nous en indiquerons seulement le principe. 

La méthode la plus sûre consisterait à opérer sur une cellule unique et à analyser le contenu de sa vacuole avant et après séjour dans une solution de composition connue. On a pu l’utiliser dans quelques cas très rares fournis par certaines algues marines : Chara, Nitella, Valonia qui possèdent des cellules énormes. Il est possible, à l’aide d’une micropipette en verre, de prélever le contenu de la vacuole d’une cellule. Grâce aux micro-méthodes analytiques actuelles, on peut en faire l’ana- 

lyse exacte. Ces observations, faites surtout en Amérique, ont fourni le plus sûr de nos connaissances sur la perméabilité de la membrane végétale. 

Quand on se contente d’observations d’ordre qualitatif, on peut utiliser des méthodes plus simples, mais rarement d’application générale. Les deux suivantes sont très employées. 

Le virage d’un indicateur. — Beaucoup de plantes renferment des pigments anthocyaniques qui présentent des virages caractéristiques avec les acides et les bases. Mettons en contact de telles cellules avec des solutions de bases ou d’acides ; le virage de l’anthocyane indiquera la pénétration de ces substances dans la cellule. 

Plasmolyse et déplasmolyse. — Nous savons que la plasmolyse obtenue avec les solutions concentrées d’une substance dissoute, est parfois suivie d’une déplasmolyse, notamment avec les substances de faible poids moléculaire. C’est l’indice de la pénétration de la substance utilisée dans la cellule. Ainsi la plasmolyse d’une cellule de betterave par une solution de glycérine est suivie de la déplasmolyse. Cela indique que la membrane est perméable à la glycérine. Au contraire, les solutions de saccharose qui sont plasmolysantes ne provoquent pas la déplasmolyse. Cela prouve que la membrane est imperméable au saccharose. 

Les innombrables théories qui ont été émises depuis près de 80 ans pour expliquer la perméabilité s’appuient aussi bien sur les constatations faites sur des membranes inertes que sur des membranes vivantes. Aucune ne paraît actuellement satisfaisante : il faut en effet expliquer des faits souvent contradictoires qui sont liés à l’état vivant du protoplasme et à son aptitude à modifier constamment ses propriétés. 

1° Théorie de la solution. — Une membrane imperméable laisse passer les substances qui sont solubles dans ses constituants. Une membrane de caoutchouc laisse passer les solvants du caoutchouc : benzine, sulfure de carbone, etc... 

OVERTON ayant constaté que les substances solubles dans les graisses : telles que le chloroforme, l’alcool, l’éther, les narcotiques en général, traversent les membranes des cellules animales et même végétales beaucoup plus vite que toute autre substance, admit que la membrane protoplasmique était constituée par des lipoïdes et que la pénétration des narcotiques se faisait par dissolution dans les lipoïdes de la membrane. 

Cette théorie eut un retentissement énorme et fut longtemps enseignée seule dans les ouvrages classiques. Elle repose sur des faits incontestables : la pénétration rapide des narcotiques, la présence de lipoïdes 

dans la paroi. Mais si on veut la donner comme expliquant tous les faits de la perméabilité, on aboutit à des résultats absurdes. Les substances liposolubles sont relativement rares et sont toujours des toxiques pour la cellule. Par contre, toutes les substances utilisées par la cellule dans son métabolisme : eau, sels minéraux, sucres, acides organiques, etc... sont insolubles dans les lipoïdes et par suite ne devraient ni pouvoir gagner la cellule, ni en sortir, ce qui est absurde et d’ailleurs contredit par tous les faits d’expérience. 

Aujourd’hui, on considère que la théorie d'OVERTON n’a de valeur que pour une classe très spéciale de substances. TRAUBE a d’ailleurs insisté sur le fait qu’il s’agissait de substances tensioactives. 

2° La théorie chimique. — Dans cette conception, seules pénétreraient dans la cellule les substances capables de se combiner chimiquement aux constituants de la membrane. La membrane serait normalement imperméable: mais elle formerait avec les substances admises à passer, des combinaisons d’addition qui migreraient à travers la paroi, et en se dissociant de l’autre côté, les libéreraient à l’intérieur du contenu cellulaire. 

On n’insistera pas sur l’invraisemblance de ces constituants de la membrane capables de donner des combinaisons avec l’infinité des substances aptes à pénétrer dans la cellule. Les tenants de cette théorie ont cherché à l’asseoir sur la valeur du coefficient de température Qo de la perméabilité. Nous savons que les phénomènes physiques ont un Q10 voisin de l’unité ou un peu supérieur, et les phénomènes chimiques un Q10 plus élevé, variant de 1,5 à 2 et même plus. 

Si l’action de la température provoque, entre 10° et 20°, une augmentation de la perméabilité de l’ordre de 2 ou plus, c’est que le phénomène est d’ordre chimique. Les nombreuses vérifications faites ont donné des résultats fort contradictoires. Seraient-ils favorables à la théorie, que le raisonnement liminaire peut s’avérer faux. Si une réactton chimique s’intercale dans le processus, son siège peut être ailleurs que dans la membrane, par exemple dans la vacuole. 

3° La théorie mécanique, ou théorie de la membrane tamis. — C’est l’hypothèse qui, avec les développements qu’elle a reçus de la conception colloïdale de la membrane, nous paraît la plus vraisemblable. Elle explique raisonnablement la plupart des faits d’expérience connus ; elle n’est pas inconciliable avec les faits mystérieux de changements incessants dans la perméabilité même. 

Elle a été émise, sous sa forme primitive, par TRAUBE (1867), pour expliquer le fonctionnement des membranes de précipité qu’on venait de découvrir. Elle a été ensuite appliquée aux membranes vivantes et a reçu des développements importants de RüHLAND 1912-1914, de KüsTER 1911-1918, de KAHLENBERGetTRUE, de DE VRIES. 

La membrane serait formée d’un agrégat de particules matérielles 

laissant entre elles des pores remplis d’eau. Ces pores sont de dimensions variables. Ils laissent passer les molécules de dimensions plus petites qu’eux, ils arrêteraient au contraire les molécules plus volumineuses. Enfin, les molécules de diménsions intermédiaires seraient simplement freinées dans leur passage. Les faits de perméabilité et d’hémiperméabilité décrits plus haut s’expliquent élégamment dans cette conception. On a cependant signalé de nombreux faits qui ne cadrent pas avec elle. 

Des alcaloïdes à molécules volumineuses passent à travers des septum qui arrêtent les amino-acides à molécules plus petites. 

Théorie colloïdale. — Nous la traitons comme un développement de la précédente. La membrane est considérée comme un système colloïdal à plusieurs phases, du type émulsoïde : il y a une phase dispersante aqueuse et des micelles constituant la phase dispersée. Les couches ecto et endoplasmiques ne diffèrent du cytoplasme proprement dit que par leur état de dispersion. 

Le passage des molécules dissoutes s’effectue par la phase dispersante aqueuse, à travers les espaces laissés libres par les micelles de la phase dispersée. Si ces micelles sont petites, les espaces intermicel-laires occupés par la phase dispersante sont larges et laisseront circuler les molécules volumineuses. Si les micelles grossissent, les espaces üntermicellaires diminuent d’autant et ne laisseront circuler que les molécules de faible dimension. Or, les variations de dimension des deux phases sont incessantes et sont provoquées par des changements dans leurs états d’hydratation respectifs. 

KAHO a développé considérablement cette théorie. Les sels qui traversent la membrane en modifient à chaque instant la perméabilité par leur action sur la dispersion du colloïde constitutif. Les cations (Na, K, Mg, etc...) ont une action coagulante qui tend à retarder la pénétration du sel. Les anions (Cl, Br. SO4H, ete..,) ont une action peptisante ou dissolvante sur le colloïde et tendent à augmenter la perméabilité. L’action finale est la résultante algébrique de ces deux actions. En fait, quand on rentre dans le détail, beaucoup de contradiction apparaissent que nous ne pouvons signaler. 

Il n’en reste pas moins que la théorie de la membrane tamis, avec son développement moderne de la membrane colloïdale, est l’explication la plus satisfaisante non seulement des faits de perméabilité considérés isolément, mais surtout des variations incessantes de la perméabilité sous l’influence des sels, etc... Il semble bien qu’à côté de cette théorie, la conception d’Overton garde sa valeur pour les substances liposolubles. 

I. Les constituants minéraux de la plante. 

La teneur en eau, en matières sèches et en cendres. 

Les cendres ; composition des cendres. 

IL Cycle des principaux éléments des cendres. 

1° Cycle et rôle physiologique du phosphore ; 

2° Cycle et rôle physiologique du soufre, du potassium, du magnésium, du calcium, du fer, du silicium, du manganèse, du bore, du chlore et de l’aluminium. 

III. Mécanisme de l’absorption des éléments minéraux par la plante. 

1° Ce ne sont pas les seules forces osmotiques qui règlent la pénétration des sels minéraux ; 

2° Accumulation des substances minérales par insolubilisation, combinaison chimique, etc. ; 

3° Absorption active ou physiologique. Epictèse ; 

4° Inégale absorption des différents éléments et des différents ions ; 

5° Cas des plantes vivant dans le sol. 

1° LES CONSTITUANTS MINÉRAUX DE LA PLANTE 

La teneur en eau, en matières sèches et en cendres. 

L’eau est pondéralement le constituant le plus important de la plante. Elle représente de 40 à 90 % du poids des plantes en pleine végétation ; mais ces chiffres présentent des variations considérables. Chez les Algues, dans les fruits charnus, la proportion d’eau peut s’élever à 95 %. Elle peut s’abaisser à 10 ou même à 5 % chez certaines graines ou certains fruits secs. 

Chez les plantes herbacées, la teneur en eau oscille entre 60 et 80 %. Les feuilles des végétaux arborescents présentent une teneur analogue (marronnier 76%, noyer 71%), alors que dans la partie ligneuse des arbres cette proportion tombe à 40 et 50 % ; ces chiffres sont encore plus 

faibles dans les écorces âgées. Les racines, les rhizomes, les tubercules sont généralement aussi riches en eau que les feuilles. 

Ce sont les graines au repos qui sont les organes les plus pauvres en eau. La proportion d’eau qui oscille entre 5 et 20 %, peut même tomber au-dessous de 5 %. Le tableau suivant précise ces données. 

TENEUR EN EAU DE DIVERS ORGANES 

Haricot d’Espagne (plante entière 1 mois) 

D’ailleurs, la teneur en eau de la plante varie considérablement au cours du développement. Elle atteint son maximum au printemps, dans les organes en pleine croissance et diminue ensuite de façon continue jusqu’au repos hivernal où elle est minimum. C’est la tige des végétaux ligneux qui présente la teneur en eau la plus constante. 

Dans la cellule, l’eau est très diversement répartie. Le suc vacuolaire est une solution où l’eau représente 94 à 97 % du total. Dans le protoplasme, l’eau qui constitue la phase dispersante ne forme déjà plus que 60 à 90% de la masse du colloïde. Les parois cellulosiques sont presque aussi riches en eau, mais les parois lignifiées n’en renferment plus que 40 à 50 %. 

Les cendres représentent l’ensemble des éléments minéraux qui persistent après la combustion de la matière sèche à l’air. Au cours de cette opération qui est délicate à conduire correctement, il y a destruction de la matière organique : le carbone passe à l’état de CO2 volatil, l’azote s’élimine à l’état d’azote gazeux, l'hydrogène à l’état d’eau. Les autres éléments passent à l’état de composés oxygénés : le phosphore à l’état de P2O 5 — le soufre à l’état de SO 3, le calcium à l’état de CaO— le silicium à l’état de SiO 2, etc... 

Ces divers composés acides ou basiques se salifient mutuellement. Mais il y a habituellement un grand excès de composés basiques : la réaction des cendres est fortement alcaline. Dans les analyses, les divers éléments sont habituellement exprimés sous forme de dérivés oxygénés. 

La teneur des végétaux en cendres. — On rapporte ordinairement la teneur en cendres à la matière sèche de la plante. Les chiffres obtenus varient considérablement suivant la plante étudiée, la nature des organes, l’époque de la végétation et les conditions de climat et de milieu dans lesquelles la plante s’est développée. Ils oscillent habituellement entre 1 et 5 %, mais peuvent s’élever dans certains cas, à 10, 20 et même 30 %. Ce sont les plantes aquatiques et les plantes grasses qui présentent les chiffres les plus élevés : cendres de Ranunculus aquatilis 28 %. 

Les feuilles sont les organes où la teneur en cendres est la plus élevée : 10 à 20 %. Par contre, le bois est pauvre en cendres : 0,20 à 1 %, ce qui contraste avec les écorces des arbres âgés, qui peuvent accumuler jusqu’à 5 et 10 % de cendres, c’est-à-dire 20 à 30 fois plus. La teneur en cendres des graines et des fruits est très variable et en rapport avec leur structure histologique. Les fruits charnus en renferment très peu (pomme 0,4%), alors que les fruits secs, les graines, les caryopses en renferment de 1 à 8 %. 

Le milieu où vivent les plantes influe grandement sur leur richesse en éléments minéraux. D’une manière générale, plus le climat est sec et le sol riche en sels solubles, plus ceux-ci s’accumulent dans la plante. 11 n’y a pas cependant de proportionnalité directe entre ces deux faits. 

La richesse en éléments minéraux des divers organes varie considérablement au cours de la végétation, ce qui implique des migrations continuelles de ces éléments. D’une manière générale, les organes en voie de développement, très riches en cendres au début, s’appauvrissent ensuite en éléments minéraux qui émigrent vers d’autres organes. Les feuilles font cependant exception et voient leur pourcentage en cendres augmenter du printemps à l’automne. 

Les cendres représentent l’ensemble des éléments minéraux existant dans la plante vivante, soit à l’état de composés minéraux (NaCl, (PO4)2 Ca2H2, etc...), soit comme constituants de la matière organique : S. et P. des protéines, Mg de la chlorophylle, etc... Certains éléments font partie constituante de la matière vivante et seront présents dans toutes les plantes. Tels sont P, S, K, Mg. Ca, Fe, dont la présence est constante. 

D’autres éléments sont répartis d’une façon inconstante et en quantités souvent minimes : il n’est pas sûr qu’ils exercent un rôle physiologique dans l’organisme végétal et leur accumulation dans la plante peut être purement passive. Tels sont Cl, Na, Si, B, Al, F, I, Br, Mn, Zn. D’autres enfin, n’ont été rencontrés que dans quelques cas, à l’état de traces infimes et leur signification physiologique est entièrement inconnue. Tels sont : Se, As, Li, Rb, Sr, Ba, Ni, Co, Ag, Au, Cu, Pb, Ti, Hg, Th, Va, Cr, Mo, Sn. 

L’analyse spectrale des cendres des végétaux marins a permis de reconnaître la présence d’un nombre encore plus élevé d’éléments, tels que le gallium, le molybdène, le germanium, le vanadium, le glucinium, etc..., si bien qu’en définitive il n’est presque pas d’éléments de l’écorce terrestre qui ne puissent se trouver présents dans les cendres des végétaux. 

La présence d’un élément dans les cendres, même d’une façon constante ou en quantités notables, ne permet pas d’affirmer que cet élément est indispensable à la plante. Il n’en est plus de même si cet élément est partie constituante de la molécule des substances jouant dans la cellule une fonction déterminée (Mg de la chlorophylle, Fe des pigments transporteurs de l’oxygène, Ca des composés pectiques, S et P des protéines, etc.). En réalité, la principale méthode qui a permis de préciser nos connaissances à ce sujet est la méthode des cultures pures en milieux chimiquement définis. 

Les proportions des divers éléments sont essentiellement variables suivant l’espèce considérée et. dans une même plante, suivant les organes, l’âge de la plante, les conditions de milieu et de culture. Le tableau suivant, emprunté à Molliard, donne une idée des chiffres habituellement rencontrés et de ceux existant dans des cas exceptionnels : 

Ecorce de chêne (150 ans) .... 

LE CYCLE DU PHOSPHORE ET SON ROLE PHYSIOLOGIQUE 

a) Forme sous laquelle le phosphore est absorbé. — Les plantes ne peuvent absorber le phosphore que sous forme complètement oxydée de sels de l’acide orthophosphorique. Les phosphites et hypophosphites sont toxiques. Les formes organiques du phosphore telles que les acides nucléiques ne sont pas assimilées, à moins que le milieu ne soit contaminé par des bactéries qui décomposent les acides nucléiques. Dans le sol, le seul composé minéral que les plantes soient susceptibles de rencontrer est le phosphate tricalcique (PO4)2Ca 3, insoluble dans l'eau. On admet que les plantes peuvent le solubiliser lentement à l’état de phosphate dicalcique (PO4)2H2Ca 2, sous l’influence du gaz carbonique res¬ 

piratoire. En fait, les engrais phosphorés doivent être fournis sous forme de phosphate dicalcique (superphosphates). 

b) Etat du phosphore dans la plante. — Les phosphates absorbés ne subissent pas de transformations profondes dans la cellule végétale. Une part importante, jusqu’à la moitié parfois, reste à l’état de phosphates minéraux : phosphate dicalcique, phosphate dipotas-sique, disodique, etc..., particulièrement abondants dans les organes où se produit une importante mobilisation des réserves (graines en germination). 

La majeure partie cependant existe à l’état organique, sous forme d’esters de l’acide phosphorique. Les mieux connus sont : 

1° La phytine ou ester hexaphosphorique de l’inositol GgHe(PO4H2)e qui constitue une réserve importante des graines ; 

2° Les phosphatides ou lécithines, qui sont des esters glycérophospho-riques d’acides gras et de bases particulières telles que la choline, ou l'amino-éthyl-alcool ; 

3° Les nucléoprotéides, constituants essentiels du noyau, présents aussi dans le cytoplasme, dans les éléments du chondriome, dans les chloro-plastes. Ce sont des combinaisons de protéines, avec un acide nucléique. Les acides nucléiques dont la structure est actuellement connue sont des tétranucléotides (esters de l’acide phosphorique, d’un pentose et d’une base pyrimidique ou purique) ; 

4° Des nucléotides libres (nucléotides de l’adénosine, de l’amide nico-tinique). 

c) Rôle physiologique des phosphates. — 1° Les phosphates minéraux s’accumulent surtout dans le suc vacuolaire. Ils seront donc très abondants dans les tissus vivants (parenchymes foliaires, méris-tèmes, tissus embryonnaires). Ils jouent un rôle fondamendal dans la régulation de la pression osmotique et surtout de la réaction (pH) de la cellule ; 

2° Les nucléoprotéides, les lécithines jouent un rôle plastique essentiel comme constituants fondamentaux du cytoplasme et du noyau ; 

3° Les phosphates minéraux et les acides adénosine-phosphorique et créatine phosphorique constituent le coferment des enzymes qui intèrviennent dans la dégradation des sucres, qu’il s’agisse de la respiration ou de la fermentation alcoolique. La première étape de ces processus consiste, en effet, dans la formation d’esters hexose-diphosphoriques qui, par une série de transformations, conduisent aux esters triosephosphori-ques ; 

4° L'amide de l'acide nicotinique, à l'état de nucléotide, est le coferment des deshydrogénases, c’est-à-dire des ferments transporteurs d’hydrogène intervenant dans la phase finale de la respiration et de la fermentation. 

d) Accumulation du phosphore dans la plante. — D’après cela, on peut prévoir que le phosphore sera particulièrement abondant dans les organes jeunes en voie de croissance : tissus embryonnaires, méris-tèmes, feuilles où, sous forme de P205, il constitue de 15 à 30 % des cendres. Il sera aussi très abondant dans les graines où les nucléo-protéides et les lécithines représentent une part importante des réserves ; il y constitue jusqu’à 1/3 du poids des cendres. 

Par contre, il sera beaucoup moins abondant dans le tissu ligneux. Les cendres du bois des arbres ne renferment généralement que 3 à 4 % de leur poids de P205 . 

CYCLE ET ROLE PHYSIOLOGIQUE DE QUELQUES AUTRES ÉLÉMENTS MINÉRAUX 

SOUFRE. — a) Sources du soufre. — La plante verte ne peut assimiler que le soufre complètement oxydé des sulfates. Les sulfites et hyposulfites, le soufre élément sont inassimilables, de même que les combinaisons organiques (taurine). Les sulfures sont très toxiques pour les racines. Mais toutes ces substances peuvent rencontrer dans le sol des bactéries capables de les oxyder en sulfates et deviennent ainsi assimilables. 

b) Etat du soufre dans la plante. — Les sulfates solubles sont absorbés tels quels par les racines. C’est au niveau des feuilles, en présence de l’azote et des glucides, que les sulfates sont réduits à l’état de composés sulfhydrylés qui entrent dans la composition des protéines. Tels sont la cystéine et la cystine, le glutathion, la taurine, etc... Une certaine quantité de soufre existe sous forme de glucosides fournissant par hydrolyse des essences sulfurées, comme l’essence de moutarde, ou isosulfo-cyanate d’allyle (Crucifères, Liliacées, Tropéolacées). Enfin, il existe souvent des quantités importantes de sulfates solubles (jusqu’à 50 %). 

c) Rôle physiologique du soufre. — Rôle plastique dans la constitution des protéines dont il représente 0,003 à 7 % de la masse totale. 

Rôle dans le métabolisme. Les composés sulfhydrylés : cystéine, glutathion, jouent un rôle essentiel dans les phénomènes d’oxydo-réduc-tion dans la cellule, et par suite dans les phénomènes respiratoires. En oscillant entre la forme oxydée (cystine, glutathion) et réduite (cystéine, glutathion réduit), ils constituent des tampons de rH. 

LE POTASSIUM. — Le potassium est un élément absolument indispensable et qui ne peut être remplacé par aucun autre. Le sodium lui-même ne peut lui être substitué que dans une certaine mesure. Les plantes le puisent dans le sol et toutes les combinaisons inorganiques paraissent utilisables. 

Distribution du potassium dans la plante. — D’une manière générale, le 

potassium est un élément très mobile qui constitue, avec le phosphore, l’élément dominant des organes jeunes en voie de croissance : méris-tèmes, cellules embryonnaires, feuilles jeunes, ou des organes de réserves : graines, rhizomes, tubercules. Il émigre des organes jeunes au fur et à mesure de leur vieillissement, et les feuilles âgées et surtout le bois et l’écorce des végétaux ligneux en renferment de moins en moins. De même, au cours de la germination, on le voit émigrer des cotylédons ou de l’albumen, où il est d’abord concentré, vers les plantules en voie de croissance. Dans le grain de pollen, on a pu suivre son accumulation constante à l’extrémité du tube en voie d’élongation. 

Dans la cellule, les réactions micro-chimiques montrent qu’il est absent du noyau, à peu près absent du cytoplasme, et qu’il est presque entièrement localisé dans la vacuole. Il y existe sous forme de composés solubles, ionisés, presque entièrement entraînés par l’action de l’eau bouillante sur les tissus. Le résidu insoluble, quelques centièmes, est solubilisé par HCl dilué. 

Rôle physiologique du potassium. — Il est assez mal connu, et les hypothèses basées sur sa localisation dans les tissu s ou sur les désordres occasionnés par la carence du potassium ne sont appuyées sur aucune preuve directe. On suppose qu’il est indispensable aux tissus en voie de croissance, car il est toujours localisé dans de tels tissus et, en son absence, le développement s’arrête. 

Il joue un rôle dans la synthèse des glucides et dans leurs migrations.. En son absence, la betterave à sucre, la pomme de terre, n’accumulent ni sucre, ni amidon. Il paraît également nécessaire à la formation des graisses et surtout des protéines et des nucléoprotéides du noyau. 

MAGNÉSIUM. — Le magnésium est un élément indispensable à la plante.. Les sols en sont habituellement suffisamment pourvus. Dans les milieux artificiels, on le fournit à l’état de SO4Mg. Le magnésium présente habituellement dans la plante une répartition analogue à celle du potassium, c’est-à-dire qu’il est surtout abondant dans les tissus jeunes en voie de croissance et dans les organes de réserve. Mais sa proportion est inférieure à celle du potassium. 

Rôle physiologique et état dans la plante. — a) Magnésium constituant dela chlorophylle. On sait, depuis À. GAUTIER, que la chlorophylle est un véritable composé organo-magnésien. Aussi, l’absence de magnésium amène-t-elle une véritable chlorose de la plante, même à la lumière. Plus de 50 % du magnésium se trouvent sous cette forme, le reste existant sous forme soluble ionisée. 

b) Le magnésium, à trop haute dose ou en solutions pures, exerce une action toxique sur les plantes; le sommet végétatif des tiges se flétrit et se dessèche. Cette action toxique est supprimée par l’addition d’une quantité convenable de calcium. Elle est sans doute liée à. 

l’action peptisante de l’ion magnésium sur les colloïdes des membranes cellulaires (membrane pecto-cellulosique et membrane protoplasmique). 

CALCIUM. — La plante puise le calcium dans le sol sous forme de SO4Ca ou de (CO3)2CaH2. Elle en accumule des quantités essentiellement variables. Les organes jeunes, les feuilles jeunes en renferment relativement peu. Le taux de CaO dans les cendres varie de 2 à 10 ou 15 %. Mais dans les organes âgés, comme les feuilles à l’automne, et surtout le bois et l’écorce des arbres, on en trouve des quantités énormes. Le taux de CaO dans les cendres totales peut atteindre50-60 et même 95 %.. 

Une partie seulement du calcium se trouve à l’état soluble. La plus grande partie est insolubilisée à l’état d’oxalate de calcium ou de pectate de calcium. 

Rôle physiologique du calcium. — On lui a attribué des rôles physiologiques nombreux et complexes. Dans les organes âgés, il semble bien que les taux élevés de calcium qu’on y rencontre sont le fait d’une accumulation passive et que le métal ne joue aucun rôle actif. 

a) Rôle antitoxique. Neutralisation de Vacide oxalique. — Beaucoup de plantes produisent des quantités élevées d’acide oxalique au cours du métabolisme des glucides. Cet acide, très dissocié, est fortement toxique et la plante le détoxique en l'insolubilisant à l’état d’oxalate de calcium que l’on rencontre si fréquemment dans la plante à l’état de mâcles, de prismes, de raphides, etc... (Schimper, 1890). 

Antidote du magnésium et d'autres métaux. — Loew a montré que le magnésium est toxique pour les végétaux, mais que cette action ne se manifeste plus en présence des sels de calcium. On en a conclu que les plantes ne peuvent elïectuer leur développement normal que si le milieu nutritif renferme ces deux métaux dans un rapport convenable. Mais cette hypothèse, qui a donné lieu à un nombre immense de travaux, a abouti à des résultats confus. 

b) Action du calcium sur la perméabilité cellulaire. — Cela paraît être son action physiologique essentielle. La lamelle moyenne des cellules est formée d’un gel de pectate de calcium. En l’absence de calcium dans le milieu, cette lamelle moyenne se forme mal ; et bientôt il apparaît des troubles dans la division nucléaire qui se fait par amitose. Dans une 

plantule mise à végéter sur une solution pure d’un sel de potassium ou de magnésium, ces métaux se substituent progressivement au calcium dans le pectate de la lamelle moyenne. Mais ces pectates sont solubles et se dissolvent, d’où trouble profond dans la perméabilité cellulaire. 

L’absence de calcium et son remplacement par ces métaux augmentent aussi le degré de perméabilité de la membrane protoplasmique et les substances du contenu cellulaire (sucres, sels, protéines, etc...) diffusent dans le milieu extérieur. 

c) Rôle du calcium dans le métabolisme. — Le calcium est le coferment des enzymes coagulantes : pectase, présures, etc... Il favorise la formation de l’amylase. En son absence, celle-ci est inactive, d’où troubles prononcés dans la migration des sucres de la plante, qui est inhibée. 

LE FER. — Elément indispensable, et qui ne peut être remplacé par les métaux du même groupe : Ni ou Co. On peut le caractériser directement par ses réactions microchimiques, dans le cytoplasme, la vacuole, le noyau, les chloroplastes, les grains d’aleurone (Molisch). Mais il n’existe dans les cendres qu’à l’état de traces (0,50 à 1 %). Cependant quelques végétaux peuvent en accumuler des quantités considérables : sainfoin : 5,86, épinards : 3,35 % (en Fe2O3). 

La plante puise le fer dans le sol, sous forme de sels ferreux ou ferriques (sulfates). N’importe quel sel minéral ou organique est utilisable, pourvu qu’il soit soluble. Mais les sels de fer sont précipités à l’état d’oxydes insolubles, à partir de pH 5 à pH 6. Aussi, dans les cultures sur solutions nutritives, l’absorption du fer s’arrête dans les milieux plus alcalins que pH 5 ou 6, et cela se traduit, comme nous verrons, par de la chlorose (absence de formation de chlorophylle). Les plantes sont d’ailleurs très inégalement sensibles à la chlorose. 

Dans la nature, il doit exister des combinaisons du fer qui ne sont pas insolubilisées en milieu neutre ou faiblement acide, car les plantes ne souffrent pas aussi facilement de la chlorose que dans les cultures sur milieux liquides. Cependant celle-ci s’observe assez souvent sur les sols calcaires ou magnésiens et c’est une des causes qui y empêchent le développement de nombreuses plantes. 

Rôle physiologique du fer. — 1° Formation de la chlorophylle. — Bien que n’entrant pas dans la constitution de la chlorophylle, le fer gouverne la formation de ce pigment. En son absence, la plante ne verdit pas ; elle est dite atteinte de chlorose. Ce trouble s’observe particulièrement, comme nous l’avons dit, sur les milieux liquides, par suite de l’insolubilisation du fer en solution neutre ou alcaline. Dans les milieux acides, il suffit de traces de fer (un dix-millionième), pour prévenir la chlorose. 

Le mécanisme de la chlorose reste obscur. On sait cependant que sur un milieu renfermant le sel magnésien de l’acide pyrrolcarbonique, la chlorose n’apparaît pas, même en l’absence de fer. On en a conclu que c’est la synthèse du noyau pyrrol (constituant caractéristique de la chlo- 

rophylle) qni est inhibée par la carence en fer. Mais ces travaux ont été contredits. 

2° Rôle du fer dans la respiration (Warburg). — D’après Warburg, les pigments respiratoires chez les animaux comme chez les plantes sont à base de fer. Ces pigments ferrugineux servent de transporteurs d’oxygène, en oscillant entre la forme de fer au minimum et celle de fer au maximum. 

SILICIUM. — Le silicium qui est un des éléments les plus abondants de l’écorce terrestre, est universellement répandu dans les plantes, mais en quantités éminemment variables. Alors que la silice ne représente habituellement que 1 (et moins) à 5 % des cendres totales, on la voit s’élever à 80% dans les tiges aériennes des Prêles, à 40, 50, 60% dans les feuilles et les tiges des Graminées, des Cypéracées, de beaucoup de Conifères, de Palmiers, de Magnoliacées, etc..., où nous l’avons déjà signalée (voir Membrane). 

Rôle physiologique du Silicium. — On ne connaît aucun rôle physiologique au silicium, en dehors du rôle squelettique qu’il joue dans certaines plantes. 

MANGANÈSE. — On sait, depuis les recherches de G. Bertrand, que le manganèse est un élément constant des végétaux. Il y existe en quantités extrêmement variables, mais toujours très faibles, plus faibles encore que le fer. Pour cent grammes de matière sèche, cette quantité peut varier de 0,3 mgr. à 17 mgr. Le manganèse se localise toujours dans les organes où le métabolisme est intense : méristèmes, feuilles, organes reproducteurs. 

Il est difficile de savoir si le Mn est indispensable à la plante. Puisque la plante se contente de quantités minimes de métal, celles-ci peuvent lui être fournies soit par les réserves des graines, soit par les parois des vases, soit par les impuretés des composants du milieu. Avec les champignons inférieurs, où l’expérimentation est plus facile, l’absence aussi rigoureuse que possible de Mn, ne supprime pas le développement du Sterigmatocystis nigra, mais l’addition de quantités croissantes de Mn peut faire passer la récolte de 0,600 à 0,950. On est arrivé à des résultats analogues avec les Phanérogames et l’on en a conclu que si Mn n’est pas un élément indispensable, c’est du moins un élément utile. 

Son rôle physiologique reste obscur. G. Bertrand a montré que le manganèse était un élément constant des cendres de la laccase (oxydase) et qu’il y avait proportionnalité entre l’activité du ferment et sa richesse en manganèse. Mais la laccase ne joue pratiquement aucun rôle dans la respiration des végétaux et le transport de l’oxygène est dévolu, comme nous le verrons, à des pigments de nature très différente. 

BORE. — Les recherches d'Agulhon (1910) et de ses continuateurs, ont établi que le bore est présent dans les cendres de toutes les plantes exa- 

minées, mais en quantités extrêmement variables suivant les espèces. Les cendres de Betula alba en renferment 1,2 %, alors que chez d’autres-espèces le bore est à peine décelable. 

Les cultures sur milieux chimiquement définis, avec emploi de sels hautement purifiés, ont établi que le bore est un élément indispensable. En son absence, le développement est limité et la plante montre des symptômes caractéristiques d’intoxication : les racines se dessèchent et noircissent, les tissus méristématiques se désorganisent. L’addition en temps voulu d’acide borique amène la disparition de ces symptômes. 

Mais des quantités trop élevées d’acide borique sont à leur tour toxiques pour la plante, si bien qu’il existe un minimum, un optimum et un maximum, variables d’ailleurs pour chaque plante. On ignore totalement le rôle physiologique qui peut être imparti au bore. 

CHLORE. — Le chlore est présent dans presque tous les végétaux étudiés. On a pu l’y localiser par voie microchimique (par NO3Ag). Certains végétaux dits halophytes, vivant dans les terrains salés, peuvent en accumuler des quantités énormes. Par contre, la plupart des végétaux peuvent se développer normalement et indéfiniment dans des solutions artificielles qui en sont dépourvues. On ne sait rien sur le rôle physiologique de Cl. qui apparaît comme le type des éléments indifférents. Il semble que tout le chlore se trouve dans la plante sous forme de sels solubles et précipitables par NO3Ag. 

ALUMINIUM. — L’aluminium est très largement réparti dans le règne minéral, mais d’une façon très inégale. Pour une même plante, les conditions édaphiques règlent l’absorption de Al. En terrain sec,les plantes n’absorbent que des quantités insignifiantes d’aluminium. Les mêmes plantes, en terrain humide, peuvent en fixer des quantités énormes, (0,50 à 5 %) de leur poids sec. Les maxima observés se rencontrent chez, les Algues, les Mousses (30 à 40 % des cendres). L’aluminium se localise surtout dans les organes souterrains, et secondairement dans les fleurs et les graines. 

Action physiologique. — On ne lui connaît aucune action physiologique sûre. Par contre, on sait que les sels d’aluminium sont rapidement toxiques pour la plante. Le trèfle périt dans une solution d’alun à 0,040 pour mille. On admet que cette toxicité est due à une action des ions Al sur la perméabilité des membranes cellulaires qui serait augmentée (substitution de Al au Ca du pectate de chaux de la lamelle moyenne). 

Cas des fleurs d'Hydrangea. — On sait que les fleurs d’hortensia sont rouges dans certains sols et bleues sur d’autres. Molisch a montré que l’addition de sels de K amenait la formation de fleurs rouges et celle de sels de Al. la formation de fleurs bleues. 

MÉCANISME DE L’ABSORPTION DES ÉLÉMENTS MINÉRAUX PAR LA PLANTE 

La plante absorbe les éléments minéraux dans le milieu extérieur, à l’état dissous, par l’intermédiaire des poils absorbants des racines. Cette absorption est donc le corollaire de l’absorption de l’eau. Les substances minérales absorbées suivent la même voie que l’eau dans laquelle elles sont dissoutes: poils absorbants, cellules du parenchyme cortical, endoderme, péricycle, vaisseaux du bois, jusqu’aux feuilles. Nous considérerons d’abord le cas où la plante se développe sur une solution nutritive artificielle. Le développement de la plante dans le sol apporte des complications supplémentaires que nous examinerons ensuite. 

L’expérience montre que la plante n’absorbe en quantités notables que les éléments qui, à des titres divers, entrent dans la composition des tissus et jouent un rôle physiologique. Tels sont P, S, Mg, Ca, Fe, etc... Les autres substances, sauf exception, ne sont assimilées qu’à l’état de traces. Les meilleurs résultats sont obtenus avec des solutions nutritives très diluées et d’une manière générale beaucoup plus diluées que la solution minérale existant dans les vacuoles. 

Les différents sels constituant la solution nutritive sont absorbés avec une intensité très inégale ; c’est ce dont tient compte la composition des solutions nutritives. Enfin, les deux ions constitutifs d’un sel peuvent être absorbés à des vitesses très différentes, si bien que l’un peut s’accumuler dans la solution nutritive. Comment expliquer ces différents faits expérimentaux ? 

1° Ce ne sont pas les seules forces osmotiques qui règlent la pénétration des sels minéraux. — Nous verrons que ces formes osmotiques règlent, sauf dans quelques cas précis, la pénétration de l’eau dans la plante. L’eau va toujours de la solution la plus diluée (solution extérieure) vers la solution la plus concentrée (suc vacuolaire) (endosmose). Ces forces osmotiques tendent au contraire à la sortie des éléments minéraux de la cellule où ils ont une concentration plus élevée, vers la solution externe où ils ont une concentration plus faible (exosmose). Si rien ne venait troubler l’équilibre, celui-ci serait atteint quand la concentration serait la même des deux côtés des membranes. 

Il faut donc invoquer d’autres forces. Les forces osmotiques suffisent cependant à expliquer la diffusion des éléments ne jouant aucun rôle physiologique et n’existant qu’à l’état de traces dans le végétal. Mais même dans ce cas, on observe souvent que le végétal a « concentré » ces éléments passifs. 

2° Accumulation des substances minérales par insolubilisation, combinaison chimique, etc... Considérons une cellule artificielle constituée par un sac de parchemin ou de collodion, remplie d’eau et plongée dans une solution de perchlorure de fer. Ce dernier pénétrera par diffusion dans le sac de parchemin et l’équilibre sera atteint quand il aura acquis la même concentration des deux côtés du septum. Mais si le sac de parchemin a reçu, au lieu d’eau, une solution de tanin, les choses se passeront de façon toute différente. 

Le tanin, substance à grosse molécule, donnant des pseudo-solutions colloïdales, ne diffusera pas hors du sac. Mais le sel ferrique, au fur et à mesure de sa pénétration, donnera avec lui, un précipité de tannate de fer insoluble. Ainsi le perchlorure de fer ne pourra jamais atteindre dans le sac de collodion la concentration qu’il possède dans la solution extérieure. 

On peut concevoir que le perchlorure de fer peut ainsi pénétrer en entier dans le sac. En tous cas, le fer élément pourra y atteindre une concentration infiniment plus élevée que dans le liquide extérieur. 

C’est là un phénomène très général qui permet d’expliquer comment une cellule peut accumuler des quantités énormes d’une substance donnée. Citons quelques exemples typiques : 

a) Le calcium est généralement absorbé à l’état de bicarbonate soluble. Ce sel arrivé dans certaines cellules (feuille) se dissocie, perd une molécule de CO2 et le carbonate neutre se précipite à l’état insoluble. Une telle cellule accumulera ainsi des quantités énormes de calcium. 

b) Un sel de calcium soluble (SO4Ca, CaCl 2, (NO3)2Ca), en pénétrant dans une cellule riche en acide oxalique, s’y précipite à l’état d’oxalate de calcium insoluble. 

c) L’ammoniaque qui, comme nous le verrons, pénètre dans la cellule à l’état de molécule non ionisée NH4OH, entre rapidement en combinaison avec les constituants de la cellule, pour la synthèse des matières protéiques. 

Tout changement d’état : précipitation, insolubilisation, combinaison chimique, polymérisation, qui fait disparaître la substance du champ de l’équilibre osmotique, favorise son accumulation dans la cellule. 

3° Absorption active ou physiologique. — Mais ces faits, pour si importants qu’ils soient, ne peuvent suffire à expliquer l’absorption des éléments minéraux par la plante. Les phénomènes de diffusion, même avec cette correction, sont absolument inopérants pour expliquer que la pression osmotique de la plupart des cellules d’une plante est toujours très supérieure à celle de la solution nutritive. 

Les faits décisifs dans cet ordre d’idées ont été acquis par l’étude de certaines Algues marines : Nitella, Chara, Valonia, etc... qui possèdent des cellules énormes, d’où l’on peut extraire le suc vacuolaire en quan¬ 

tités suffisantes pour l’analyse. Les travaux des savants américains ont montré que la plupart des sels solubles qu’on y rencontre y possèdent une concentration infiniment supérieure à celle qui existe dans le milieu extérieur (eau de la mer diluée). 

Voici par exemple les résultats fournis par Nitella clavata. 

COMPOSITION COMPARÉE DU SUC VACUOLAIRE DE NITELLA CLAVATA ET DE L’EAU DE MER 

D’autre part, ces substances se trouvent bien dans le suc cellulaire à l’état dissous et non dissimulé, comme le montrent la conductibilité et la pression osmotique de ce liquide. On retrouve des résultats analogues avec toutes les plantes (quoique moins nettement). On est obligé de conclure que la cellule végétale a la propriété d’absorber les éléments minéraux contrairement aux lois de l’osmose, de manière à maintenir sa concentration osmotique au-dessus de celle de la solution ambiante. Lapicque a donné le nom d'épictèse à cette propriété. On ignore absolument le mécanisme de ce phénomène et toutes les explications proposées se sont montrées insuffisantes. Nous n’en parlerons pas. 

En tout cas, cette absorption, active, par opposition à l'absorption passive due à la diffusion, nécessite de la part de la cellule un travail, une « dépense d'énergie » que celle-ci doit trouver dans le phénomène respiratoire. On s’explique ainsi les relations étroites et connues depuis longtemps, entre l’activité de la photosynthèse qui produit les glucides respiratoires et l’intensité de l’absorption par les racines. 

4° Inégale absorption des différents éléments. — Quand on analyse périodiquement une solution nutritive sur laquelle se développe une plante, on constate que les différents constituants de la solution sont assimilés avec une vitesse très différente. La plante a la propriété de faire un choix parmi les substances qui lui sont offertes et ce choix peut ne pas être le même d’une plante à l’autre. 

Les éléments inutiles comme Na et Cl ne sont habituellement absorbés qu’à l’état de traces. Au contraire, les substances que la plante utilise pour l'édification de ses tissus, pour l’accomplissement de ses fonctions vitales, sont absorbés intensément ; tels sont les sels de potassium, de magnésium, de calcium, les sulfates et phosphates et 

surtout les composés azotés (nitrates, sels ammoniacaux). Nous avons vu plus haut le mécanisme qui préside à cette accumulation. 

5° Inégale absorption des différents ions. — Les sels minéraux existent dans les solutions nutritives à l’état presque complètement ionisé. L’expérience montre que les deux ions constitutifs d’un sel sont généralement absorbés à une vitesse très différente. On en a conclu que les ions d’un même sel sont absorbés séparément. Or, c’est là un fait erroné. Seules, les molécules non ionisées sont capables de traverser les membranes. Nous donnerons, à propos de l’assimilation des sels ammoniacaux, le mécanisme du phénomène qui aboutit à cette séparation des ions. 

Cas des plantes vivant dans le sol. 

Ce cas est beaucoup plus complexe. Le sol a une structure extraordinairement variée. Son étude constitue une science spéciale appelée la Podologie. Il est formé de particules minérales de toute dimension, dont certaines sont à l’échelle colloïdale ; il renferme des matières organiques (humus), en partie aussi à l’état colloïdal. Il renferme enfin une certaine quantité d’eau interparticulaire, qui se charge, par dissolution des éléments solubles. C’est la « solution du sol ». Mais cette solution est fortement diluée et en grande partie très fortement adsorbée par les particules colloïdales du sol. 

A moins que le sol ne soit saturé d’eau, il est très difficile, à cause de ces phénomènes d’adsorption, d’obtenir, par expression, la solution du sol. D’autre part, celle-ci est tellement diluée qu’elle ne pourrait, si elle était seule, permettre le développement des plantes. Il faut donc que ces dernières soient capables d’absorber les substances insolubles ou fortement adsorbées. 

L’observation montre d’abord qu’il y a un contact intime des racines et notamment de leurs poils absorbants, avec les particules du sol. Il est également démontré que les racines peuvent solubiliser des substances insolubles comme le carbonate ou le phosphate de chaux. Cette action dissolvante est habituellement attribuée à l’acide carbonique respiratoire que les racines émettent autour d’elles. On a également invoqué l'excrétion d’autres acides (acide malique : MAZÉ, SCHULOw). 

Enfin, on admet actuellement qu’il s’effectue entre la membrane des poils absorbants et les complexes colloïdaux du sol qui sont à leur contact, des échanges d’ions, ce qui permettrait la pénétration de certains éléments, sans qu’ils soient solubilisés. 

ET DES SUBSTANCES DISSOUTES A TRAVERS LE VÉGÉTAL 

Les besoins de la plante en eau. — La transpiration. 

1° Mise en évidence et méthodes de mesure de la transpiration ; 

2° L’intensité de la transpiration. Modes d’expression ; 

3° Le siège de la transpiration : transpiration cuticulaire et transpiration stomatique. —Mécanisme d’ouverture et de fermeture des stomates ; le flétrissement. — Mécanismes divers de résistance à la sécheresse : plantes xérophytes et plantes succulentes ; 

4° Conséquences de la transpiration. — L’aspiration des feuilles. 

II L’absorption de l’eau par la plante : 

1° Mise en évidence de l’absorption de l’eau par les racines ; 

2° L’état de l’eau dans le sol : eau disponible et eau non disponible ; 

3° Facteurs agissant sur l’absorption ; 

4° Les forces en jeu : pouvoir absorbant ou force de succion ; cas de la racine ; rôle des cellules de l’endoderme ; 

5° Poussée des racines. Origine et rôle de la poussée radiculaire. 

III. Transport de l’eau et des substances dissoutes à travers la plante : 

1° Migrations d’eau et de substances dissoutes : sève brute et sève élaborée ; 

2° Circulation de l’eau chez les plantes vasculaires : circulation cellulaire et circulation vasculaire ; 

3° La sève ascendante : localisation du courant ascendant ; conditions de la circulation et forces en jeu. Mécanisme de l’ascension de la sève : théorie vitale et théorie de la cohésion ; 

Les besoins de la plante en eau. — Le fonctionnement normal de toute cellule végétale ne peut avoir lieu que si elle est saturée d’eau. « Toute la matière vivante vit dans l’eau ». L’eau est le constituant prépondérant des vacuoles et du protoplasme dont elle forme jusqu’à 95 % de la masse totale. Elle imbibe les parois pecto-cellulosiques de tous les tissus. 

En dehors de cette eau, composant statique des tissus, le végétal utilise l’eau pour ses synthèses. L’assimilation chlorophyllienne réalise en définitive la combinaison de 6 molécules d’eau avec 6 molécules de CO2 pour la synthèse des glucides. Il en faut des quantités énormes pour la dissolution des substances nutritives qui ne peuvent circuler qu’à l’état dissous, etc. 

La transpiration. — Mais les besoins les plus importants de la plante en eau sont créés par l’évaporation qui se produit au niveau des feuilles. Cette évaporation atteint des taux énormes et doit être immédiatement compensée par une absorption équivalente d’eau empruntée au milieu extérieur. Celle-ci est facilement réalisée chez les Algues qui sont les végétaux chlorophylliens les premiers apparus et qui n’ont pas besoin d’un système de transport spécialisé puisqu’elles vivent au sein de l’eau. Chez les Mousses et les Lichens, l’absorption d’eau peut également se faire par toute la surface du végétal. 

Mais chez les plantes dites vasculaires qui sont adaptées à l’habitat des zones exondées, la fourniture aux divers organes de l’eau puisée dans le sol représente une des fonctions vitales les plus importantes et les. plus complexes. Les pertes d’eau par évaporation sont énormes et constamment variables. Il doit y avoir une coordination parfaite entre l’évaporation et l’absorption. La « balance » entre ces deux phénomènes doit être maintenue d’une manière constante. 

Le végétal vasculaire est ainsi traversé par un courant continu d’eau qui charrie avec lui les éléments minéraux puisés dans le sol. La nutrition minérale de la plante se trouve ainsi sous la dépendance étroite de l’absorption de l’eau. 

Nous étudierons successivement : a) La transpiration qui constitue le facteur déclenchant l’assimilation de l’eau ; b) l'absorption par les racines ; c) le mécanisme de l'ascension de la sève brute à travers le végétal. 

Il est facile de constater que les plantes dégagent de la vapeur d'eau. Il suffit de placer une plante en pot, sous une cloche de verre, et d’exposer le tout au soleil, pour voir bientôt des gouttelettes d’eau se condenser sur les parois de la cloche et même y ruisseler. On peut répéter l’expérience sous des formes diverses : avec des rameaux détachés de l’arbre ou attenant à l’arbre, avec des plantes feuillées ou des végétaux non chlorophylliens ; on constate toujours que la plante dégage des quantités importantes de vapeur d’eau. 

On a donné à ce phénomène le nom de transpiration. C'est essentielle- 

ment l’évaporation de l’eau contenue dans le végétal, c’est-à-dire un processus physique où l’eau, à l’état liquide, passe à l’état de vapeur et se diffuse dans l’atmosphère ambiante. Le mécanisme en est cependant compliqué par les dispositifs anatomiques et les conditions physiologiques de la plante. 

Avantages et inconvénients de la transpiration. — La transpiration est pour la plante un phénomène inévitable ; elle peut même lui être fatale. Si l’eau perdue par évaporation ne peut être rapidement remplacée par l’eau puisée dans le sol, on voit d’abord la plante se flétrir; les grandes fonctions physiologiques ne tardent pas à être suspendues et si la privation d’eau s’accentue, le végétal meurt. C'est même, dans les conditions naturelles, la cause principale du dépérissement et de la mort des plantes, et l’on a pu prétendre que la transpiration constituait un mal inévitable. 

Par contre, à la transpiration sont intimement liés une série de processus indispensables à la plante. C’est la circulation continue de l’eau qu’elle provoque qui apporte à la plante les matières minérales puisées dans le sol. Cependant, on a pu établir à ce point de vue que la nutrition minérale pouvait se réaliser sans cette énorme circulation d’eau. 

La transpiration consomme de l’énergie calorifique et protège les feuilles contre un échauffement exagéré par les rayons solaires qui pourrait être nuisible aux constituants vitaux de la cellule. Ainsi, on a pu constater, entre des feuilles flétries qui ne transpirent plus et des feuilles analogues placées dans les mêmes conditions, mais en pleine transpiration, une différence de température de 4° à 6°. Mais, si l’on fait la balance entre les services rendus et les inconvénients, ceux-ci paraissent l’emporter et la transpiration apparaît, dans l’ensemble, comme un phénomène souvent nuisible. 

BARNES rappelle, à ce sujet, que les premières plantes chlorophylliennes, les Algues, étaient aquatiques et utilisaient CO2 et O2 dissous dans l’eau. Il semble qu’au cours de leur évolution vers l’habitat terrestre, les plantes chlorophylliennes aient été incapables de s’affranchir de leur manière d’utiliser ces deux gaz dissous dans l’eau. Elles ont été ainsi conduites à organiser des organes foliaires, saturés d’eau, dépourvus de membrane imperméable et offrant une surface énorme à l’évaporation. De cette organisation, résulte une évaporation inévitable, bien qu’elle constitue une menace constante pour la plante. 

Méthodes de mesure de la transpiration. 

Il y a 4 types différents de méthodes dont nous nous contenterons d’indiquer le principe. Leur application, comme toute expérience physiologique, réclame une série de précautions destinées à éliminer les diverses causes d’erreur et sur lesquelles nous ne pouvons insister ici. 

1° Détermination de l'eau évaporée.— On opère sur une plante en pot, en prenant soin de recouvrir la surface libre de la terre avec un couvercle étanche et bien luté, de manière que l’eau perdue par la terre ne s’ajoute pas à celle qui est évaporée par la plante. Le système est placé dans une enceinte close, à côté d’une substance hygroscopique (CaCl2 fondu, P2O5, gel de silice) dont on mesure l’augmentation de poids, en fin d’expérience. 

Mais la plante, ainsi placée en atmosphère confinée, se trouve dans des conditions anormales qui troublent le phénomène. Il y a intérêt à faire traverser le système par un courant d’air continu. Celui-ci, préalablement desséché par passage sur une colonne de ponce sulfurique, traverse, à sa sortie de l’appareil, un tube desséchant taré, dont l’augmentation de poids, à la fin de l’expérience, mesure l’eau perdue par la plante. 

2° Détermination de la perte de poids subie par la plante. — La plante est placée dans un pot comme précédemment et l’on se contente de déterminer la perte de poids subie par le système. En première approximation, celle-ci correspond à l’eau évaporée par la plante. Les autres causes d’altération du poids : perte de CO2 par respiration, formation de glucides par photosynthèse, sont absolument négligeables par rapport à la transpiration. C’est une méthode très simple, nécessitant seulement une balance robuste et sensible. 

Dans les expériences de longue durée, la terre doit être périodiquement arrosée avec des quantités connues d’eau, pour remplacer celle qui est évaporée par la plante. De nombreux dispositifs ont été décrits pour effectuer commodément cette opération, et sans introduire d’erreurs dans l’expérience en cours. 

3° Détermination du volume d'eau absorbée. — On utilise un appareil appelé potomètre, qui est essentiellement formé par un tube de verre en U plein d’eau. La branche large reçoit la plante : plante entière ou rameau isolé. 

L’autre branche, plus étroite, se termine par une portion horizontale graduée dans laquelle se déplace le ménisque terminal de l’eau qui remplit l’appareil. Sous l’influence de l’évaporation de l’eau par la plante, le ménisque terminal se déplace dans le tube gradué. Du déplacement, on déduit l’eau absorbée. Ici encore, on admet, en première approximation, que l’eau absorbée est intégralement dégagée sous forme de vapeur d’eau. 

Cette méthode est maintenant peu utilisée ; on a constaté en effet que la plante placée dans ces conditions, qui sont anormales, évapore une quantité d’eau 4 à 5 fois plus faible qu’une plante analogue placée en pot. 

4° Papiers sympathiques. — Il ne s’agit plus ici d’une méthode quan¬ 

titative, mais d’une méthode qualitative, d’ailleurs très précieuse, pour situer le siège de la transpiration. On emploie des papiers au chlorure de cobalt qui, bleus en atmosphère sèche, virent au rouge en atmosphère humide. Un papier au chlorure de palladium et au chlorure ferreux est encore préférable ; ce papier noircit au contact de la vapeur d’eau (MERGET). 

En l’appliquant exactement contre une feuille, on constate, au bout de quelques heures, qu’il a noirci en face de chaque stomate. Les surfaces foliaires dépourvues de stomates ne provoquent qu’un noircissement très lent et diffus causé par la transpiration à travers la cuticule. 

La vitesse de noircissement de ces papiers permet d’apprécier, dans une certaine mesure, la vitesse de la transpiration. Cette méthode est précieuse pour comparer l’intensité de la transpiration, dans les conditions naturelles, suivant la nature des feuilles considérées, leur position sur la plante, les circonstances climatiques, etc. 

L’intensité de la transpiration. Modes d’expression. 

La quantité d’eau évaporée par la feuille est énorme. On appelle intensité transpiratoire la quantité d’eau, en grammes, évaporée par un mètre carré de feuilles, pendant 24 heures. En voici quelques valeurs qui montrent les grandes différences qui existent entre diverses plantes. 

Intensité transpiratoire (par mètre carré de feuilles et par 24 heures) 

— d’avoine — d’oranger — de lierre 

Ces différences semblent liées à la structure anatomique spéciale de chaque plante et à son aptitude à la modifier suivant les conditions climatiques auxquelles elle est soumise. Les plantes xérophytes sont remarquables par leurs adaptations à la sécheresse (voir plus loin). 

Pour une plante donnée, l’intensité transpiratoire est fonction des conditions ambiantes. Une augmentation de température de 15° peut multiplier par 25 ou 40, la quantité d’eau évaporée par la plante. A ce point de vue, les différences entre la transpiration diurne et la transpiration nocturne sont frappantes, comme le montre le tableau ci-dessous emprunté à MILLER. 

INTENSITÉ TRANSPIRATOIRE DIURNE ET NOCTURNE DE QUELQUES PLANTES, PLACÉES EN PLEIN CHAMP, DANS DES CONDITIONS IDENTIQUES. 

Pour donner à ces chiffres une expression plus frappante, on peut calculer sur leur base la quantité d’eau évaporée par une plante entière (arbre), dans une journée ou dans la période annuelle de végétation. 

Un hêtre de 150 ans, évapore 75 kilogrammes d’eau par jour, soit environ 10 tonnes par an. Un hectare planté de hêtres évaporera dans l’année 3.600 tonnes d’eau, soit une couche d’eau profonde de 36 centimètres. Un hectare d’avoine vaporise 2.300 tonnes d’eau par an, ce qui correspond, dans la région parisienne, au tiers de la chute annuelle de pluie. 

La feuille peut être, en première approximation, assimilée à une lame d’eau comprise entre deux épidermes. Ceux-ci sont revêtus d’une cuticule pratiquement imperméable aux gaz et à la vapeur d’eau. Presque tous les échanges gazeux s’effectueront par les stomates. La transpiration stomatique l’emportera donc de beaucoup sur la respiration cuticulaire. 

Transpiration cuticulaire. — Celle-ci n’est cependant pas absolument négligeable et représenterait, dans les feuilles ordinaires, un vingtième de la transpiration totale. Cette proportion s’élève chez les feuilles jeunes ou chez les plantes des stations humides et ombragées où la cuticule est peu épaisse et plus perméable à la vapeur d’eau. Elle s’abaisse chez les feuilles coriaces, à cuticule épaisse (gui, houx, lierre) ou recouverte d’une couche de cire (chou). Chez les Cactus, elle est 100 fois plus faible que dans les feuilles ordinaires, mais il suffit d’enlever cette cuticule par grattage pour voir la transpiration cuticulaire augmenter de façon frappante. 

La transpiration stomatique. — Les échanges gazeux à travers les stomates s’effectuent en deux temps. Dans une première phase, l’eau qui sature le contenu cellulaire et imbibe les membranes, s’évapore et sature rapidement les méats intercellulaires. On a pu, avec une approximation suffisante, calculer le volume des espaces intercellulaires par rapport au volume de la feuille. Il est de 3 % dans les feuilles à tissu homogène 

compact et peut atteindre 70 % dans les feuilles à parenchyme très lacuneux. 

Ces méats intercellulaires sont assez développés pour que toute cellule du parenchyme les borde au moins par une partie de sa surface. D’autre part, la surface libre des cellules du parenchyme développerait une aire totale correspondant à plusieurs dizaines de fois la surface de la feuille. Dans ces conditions, on conçoit que les méats intercellulaires soient constamment saturés de vapeur d’eau. 

La deuxième phase de la transpiration stomatique est représentée par les échanges gazeux au niveau des stomates. Les données expérimentales actuelles établissent que ces échanges sont particulièrement efficaces. On a montré d’abord que la quantité d’eau évaporée par une feuille n’est que faiblement inférieure à la quantité d’eau qu’évaporerait une égale surface d’eau librement exposée à l’air, dans les mêmes conditions ambiantes. C’est ce que l’on a appelé la transpiration relative de la feuille qui est souvent égale à 0,50. 

Cependant la surface totale des ostioles stomatiques, quand elles sont totalement ouvertes, ne représente guère qu’un centième de la surface de la feuille (1 à 3 %). La diffusion des gaz s’y fait donc cinquante fois plus vite environ que par contact direct. Ceci est conforme à la loi de STEFAN (1876) qui dit: « La vitesse de diffusion d’un gaz à travers un orifice capillaire est proportionnelle au diamètre et non à la surface de l’orifice ». Comme dans une feuille, les stomates sont extrêmement nombreux (plusieurs centaines par millimètre carré) la somme des diamètres des stomates est au moins égale au diamètre de l’aire considérée. On s’explique ainsi l’efficacité des échanges gazeux à travers les orifices -capillaires des stomates. 

Mécanisme de l’ouverture et de la fermeture des stomates. 

Puisque la presque totalité des échanges gazeux de la feuille s’effectue par les stomates, l’intensité de la transpiration sera gouvernée par les mécanismes qui commandent l’ouverture et la fermeture de ceux-ci. Nous savons (Tome 1, p. 116) que les cellules stomatiques ont une paroi cellulosique fortement épaissie du côté de l’ostiole, beaucoup plus mince du côté opposé. Nous savons aussi que, contrairement aux autres cellules épidermiques, elles possèdent des chloroplastes. Elles renferment également des grains d’amidon qui ne disparaissent pas par séjour prolongé à l’obscurité, mais par exposition à la lumière. Enfin, la tension osmotique des cellules stomatiques est toujours notablement plus élevée que celle des autres cellules épidermiques. 

L’ostiole s’ouvre par courbure des deux cellules bordantes, toutes les fois que celles-ci deviennent fortement turgescentes (afflux d’eau provoqué par l’augmentation de la pression osmotique). Elle se ferme quand ces cellules perdent leur turgescence (plasmolyse par perte d’eau). 

A la lumière, l’amidon des cellules stomatiques se transforme en sucre, ce qui amène, par afflux d’eau, la turgescence des cellules et l’ouverture des stomates. A l’obscurité, le phénomène inverse se produit ; le sucre se condense en amidon ; les cellules perdent leur turgescence ; l’ostiole se ferme. En résumé, les stomates sont ouverts le jour et fermés la nuit. Comme conséquence, la transpiration est pratiquement nulle la nuit. Ainsi, ce mécanisme qui vise essentiellement à permettre les échanges gazeux de l’assimilation chlorophyllienne pendant le jour, règle secondairement la transpiration. 

Cependant cette théorie classique qui explique les mouvements d’ouverture et de fermeture des stomates par les alternatives d’hydrolyse ou de condensation de l’amidon, est aujourd’hui vivement combattue, car ces phénomènes sont trop lents pour expliquer la réponse rapide du stomate à la variation des conditions ambiantes. On attribue aujourd’hui le rôle prépondérant aux phénomènes d'imbibition du colloïde cytoplasmique sous l’influence des variations du pH cellulaire. A la lumière, quand la photosynthèse s’installe, le taux du CO2 intracellulaire baisse brusquement, d’où diminution de l’acidité actuelle de la cellule (élévation du pH). Le colloïde cytoplasmique se rapproche ainsi de son point isoélectrique (P. I. E.) où il présente un maximum d’imbibition. Il absorbe donc de l’eau et la turgescence de la cellule augmente, ce qui provoque une ouverture de l’ostiole. 

A l’obscurité, quand la photosynthèse cesse, le CO2 respiratoire s’accumule dans la cellule dont l’acidité actuelle s’élève. Le pH peut ainsi passer de pH 7 à pH 5. Le colloïde cytoplasmique s’éloigne ainsi de son P. I. E. et perd de l’eau d’imbibition ; d’où perte de la turgescence des cellules stomatiques et fermeture de l’ostiole. 

Ce seraient donc les variations de l’imbibition du colloïde cytoplasmique sous l’influence des variations de l’acidité actuelle qui régleraient l’ouverture du stomate. 

En atmosphère sèche, l’évaporation par les stomates est si intense, que la plante ne peut recevoir par les racines une quantité suffisante d’eau pour remplacer celle qui est perdue. La turgescence des cellules de la feuille diminue rapidement et la plante se flétrit. Ce phénomène est atteint, dans nos pays tempérés, chez les plantes mésophytes (arbres chargés de feuilles), pour un déficit en eau très faible, de l’ordre de 1 % parfois. 

Le flétrissement dû à la pénurie d’eau déclenche un mécanisme protecteur. Les cellules bordantes des stomates perdent leur turgescence comme les autres cellules de la feuille, ce qui provoque la fermeture du stomate et par suite l’arrêt de la transpiration. Mais cet arrêt ne se produira que pour une fermeture complète de l’ostiole. L’abondance de l’eau produira un effet inverse. 

On constate cependant que si les conditions deviennent extrêmes et anormales, les réponses des stomates à ces conditions sont déréglées. Ainsi, chez une plante maintenue à 40°, les ostioles s’ouvrent, ce qui amène une transpiration intense qui est vite fatale pour la plante. 

Le mécanisme protecteur qui déclenche la fermeture des stomates au moment du flétrissement des feuilles, a l’inconvénient de suspendre également les échanges gazeux de la photosynthèse et de la respiration. On conçoit que cet état, s’il se prolonge, puisse être rapidement nuisible à la plante. 

Suivant leur aptitude à résister à la sécheresse, on distingue, en écologie, 3 types de plantes : Les hygrophytes qui vivent dans les stations humides, où l’air est constamment saturé d’eau. Ces plantes ont des feuilles molles, peu cutinisées et qui se flétrissent très facilement aussitôt que l’apport d’eau est insuffisant. Les mésophytes, qui correspondent à la plupart des plantes de nos régions. Les xérophytes, plantes adaptées aux régions sèches et même désertiques. 

On distingue deux types principaux de xérophytes : 

a) les plantes succulentes dont les tissus sont hypertrophiés et transformés en réservoir d’eau. Tels sont les Cactus, les Cereus, les Aloe, les Agave des régions arides de l’Amérique. Ces plantes n’ont pas de racines profondes et leur résistance à la sécheresse est due à leur transpiration très réduite et à leurs tissus transformés en réservoir d’eau. Des dispositifs divers freinent la transpiration : surface du corps très réduite par rapport au volume, cuticule épaisse, richesse des cellules en mucilage, ce qui retient l’eau, etc... 

b) xérophytes proprement dites. — Ce sont des plantes possédant des racines très profondes allant puiser l’eau très bas dans le sol. Des dispositifs très variés tendent à réduire au minimum la transpiration : ce sont des plantes ligneuses et non herbacées, les feuilles sont petites, épaisses, coriaces, à cuticule épaisse (port éricoïde) ; les stomates, principale voie d’élimination de l’eau, deviennent moins nombreux ; ils s’enfoncent dans des cryptes profondes (Hakea, Nerium Oleander). Dans d’autres cas, le limbe foliaire s’enroule sur lui-même de manière à enfermer les stomates dans un espace clos (Stipa pinnata, Festuca). Le parenchyme foliaire est réduit presque entièrement à un tissu palissa-dique très compact, presque sans lacunes ou méats. Enfin, les feuilles sont souvent recouvertes de nombreux poils lecteurs. On admet qu’il se crée ainsi, à la surface de la feuille, une microatmosphère saturée d’eau et ralentissant la transpiration. Il semble bien cependant que l’influence des poils ait été très exagérée. 

La transpiration produit à travers le végétal un courant continu d’eau, qui distribue dans tout le corps de la plante les éléments puisés dans le sol. Nous verrons qu’elle développe dans les cellules du parenchyme foliaire une force de succion qui est le facteur principal de l’ascension de la sève brute. 

L’évaporation de l’eau au niveau des cellules du parenchyme crée une augmentation de leur pouvoir absorbant (force de succion) que nous pouvons définir comme la différence entre le pouvoir osmotique propre p de la cellule et sa turgescence t: (a = p — t).L‘évaporation de l’eau ne modifie pas le pouvoir osmotique, mais diminue rapidement la turgescence. 

Ce pouvoir absorbant se transmet de proche en proche jusqu’aux cellules qui bordent les derniers vaisseaux conducteurs des nervures et y puisent l’eau qui rétablira leur turgescence. Le pouvoir absorbant (ou force de succion) de ces cellules qui peut atteindre plusieurs atmosphères se transmet ainsi à la colonne de liquide contenue dans le vaisseau, où on pourra le mettre en évidence de plusieurs façons. 

Mise en évidence de l'aspiration des feuilles (force de succion). — On coupe un rameau feuillé, en opérant sous l’eau, de manière à éviter la pénétration des bulles d’air dans les vaisseaux, puis on le mastique sur un tube plein d’eau qui se prolonge par un manomètre à mercure. L'ensemble ainsi monté et conservé à l’obscurité, ne montre aucune absorption, puisque l’évaporation est suspendue par la fermeture des stomates. Mais au soleil, la transpiration apparaît et provoque une aspiration de l’eau et une ascension de la colonne mercurielle qui mesure la force d'aspiration des feuilles. 

Valeur de la force d'aspiration des feuilles. — Dans cette expérience, la hauteur de la colonne soulevée ne saurait donner, à moins de précautions spéciales, la valeur de la force d’aspiration, puisque la hauteur de la colonne mercurielle soulevée par la pression atmosphérique ne saurait dépasser 76 centimètres (ou une colonne d’eau de 10 mètres de hauteur environ). Nous verrons que la théorie la plus vraisemblable de l’ascension de la sève, permet de concevoir le soulèvement d’une colonne de liquide beaucoup plus haute, en faisant intervenir les forces de cohésion. 

C’est qu’en effet, la force d’aspiration des feuilles est bien supérieure à une atmosphère. Les mesures directes par plasmolyse permettent d’attribuer aux cellules du parenchyme foliaire avoisinant les vaisseaux une force d’aspiration de l’ordre de 10 à 12 atmosphères, pouvant soulever une colonne d’eau de 100 mètres de hauteur au moins. 

II. — L’ABSORPTION DE L’EAU PAR LA PLANTE 

Les plantes non vasculaires : algues, mousses, lichens, absorbent l’eau par toute leur surface. Chez les plantes vasculaires, cette fonction est dévolue aux racines. Le rôle joué par les autres parties de la plante est tout à fait insignifiant. 

Mise en évidence de l'absorption de l'eau par les racines. — L’emploi du potomètre que nous avons décrit plus haut permet de démontrer facilement la réalité de l’absorption de l’eau. Il permet aussi, grâce à sa sensibilité, d’étudier l’influence des conditions extérieures s’exerçant sur le phénomène. Dans la racine, la fonction absorbante est dévolue à la région des poils absorbants des radicelles. La coiffe, dont on connaît le rôle protecteur, n’absorbe pas l’eau. Il en est de même de l’assise subéreuse, qui recouvre la racine au-dessus de la zone des poils absorbants. 

Les expériences simples suivantes mettent en évidence ce rôle exclusif des poils absorbants. Soit une jeune plantule de blé où la radicule, couverte de poils absorbants, n’est pas encore ramifiée. On dispose la radicule dans un potomètre de manière qu’elle plonge tout entière dans l’eau, ou bien que la zone des poils absorbants y soit seule immergée. Dans les deux cas, l’eau est absorbée. On peut ensuite, en recourbant la radicule vers le haut, faire en sorte que celle-ci, sauf la zone des poils absorbants, plonge dans l’eau. L’absorption ne se fait plus. 

Dispositions anatomiques. — Les poils absorbants sont une expansion des cellules superficielles de la jeune racine. Grâce à eux, la surface d’absorption de la racine est considérablement augmentée. Or, les racines ont un développement beaucoup plus considérable qu’on ne le pense généralement. NOBBE (1880) a compté le nombre et la longueur totale des racines de 2e, 3e et 4e ordre chez un plant de riz de 54 jours. Il a trouvé 16.000 radicelles et une longueur totale de 492 pieds. Chez le blé, ces chiffres étaient de 10.700 et 283 pieds. A maturité, on trouve pour le riz 67.200 radicelles d’une longueur totale de 1730 pieds, soit plus de 500 mètres. 

Chez les arbres, le développement du système radiculaire atteint plusieurs kilomètres. WEAVER (1925) a montré, d’autre part, que la surface totale des organes souterrains d’un pied de Blé, à maturité, excède notablement celle des organes aériens. Organes souterrains 309 cm 2. Organes aériens 280 cm 2. Ces racines s’enfoncent à des profondeurs considérables. Les céréales atteignent couramment 2 mètres ; les plantes des gazons de prairie, 1 mètre. Les plantes désertiques dépassent 3 mètres. 

Le système radiculaire possède un développement proportionné aux besoins en eau de la plante, aux conditions climatiques, à la nature et à la structure du sol. Il sera développé au maximum chez les plantes vivant dans les régions désertiques. Les plantes d’ombre, vivant dans 

les forêts humides, ont par contre un système radiculaire peu développé, car elles transpirent peu. 

L’état de l’eau dans le sol. 

La plante ne prélève pas l’eau du sol avec la même facilité que dans une solution nutritive. C’est que l’eau du sol y est plus ou moins énergiquement retenue sous diverses formes, et une partie seulement est susceptible d’être absorbée. C’est elle que les agronomes appellent : l'eau disponible. 

D’abord, ce n’est pas de l’eau pure que l’on trouve dans le sol, mais une solution dont la pression osmotique propre contribue à retenir l’eau dans le sol. Il n’y aura absorption que dans la mesure où la force osmotique des cellules des poils absorbants l’emporte sur celle de la solution du sol. La plante possède d’ailleurs la remarquable propriété de pouvoir élever la concentration osmotique de ses tissus, de manière à la maintenir au-dessus de celle de la solution du sol. 

Ce mécanisme ne joue cependant que dans certaines limites. La majorité des plantes ne peut vivre sur les sols salés, dont la solution du sol est riche en sels. Les plantes qui s’y développent (plantes halophytes) ont élevé leur pression osmotique propre à des valeurs considérables, de l’ordre de 100 atmosphères, grâce à une accumulation de sel marin. 

Les divers états de l'eau dans le sol. — En dehors de ces forces osmotiques qui s’opposent à l’absorption, l’eau est retenue dans le sol par des forces d’adsorption, dont la valeur est variable et en rapport avec la nature des colloïdes présents. On distingue ainsi : 

a) L'eau de gravitation. — C’est celle qui, après une pluie, occupe les espaces vides de grande dimension. Elle est demeurée à l’état mobile et la pesanteur l’entraîne progressivement vers les couches inférieures du sol. Elle est entièrement disponible pour les végétaux ; 

b) L’eau de capillarité retenue par les forces de la tension superficielle dans les espaces plus petits. Elle y est retenue, contrairement aux lois de la pesanteur. Mais la force en jeu est faible (une fraction d’atmosphère) et les plantes l’absorbent facilement ; 

c) L'eau d’adsorption. — C’est celle qui est adsorbée par chaque particule matérielle, suivant les forces d’attraction moléculaire. Ces forces ont une valeur considérable et s’élèvent quand la grosseur des particules diminue. Les plantes absorbent difficilement l’eau ainsi retenue ; 

d) L'eau d’imbibition des colloïdes. —Les colloïdes présents dans le sol sont imbibés d’eau qui en constitue la phase dispersante. Cette eau est retenue par des forces d’affinité, de l’ordre de plusieurs centaines d’atmosphères. Elle n’est pas disponible pour la plante. Les sols tourbeux qui sont formés en majeure partie de colloïdes organiques se comportent 

ainsi comme des sols physiologiquement secs, bien qu’ils soient littéralement gorgés d’eau. Les plantes qui y vivent présentent les adaptations classiques des stations xérophytiques. Ce sont d’ailleurs souvent les mêmes (Bruyères). 

Eau non disponible. — Quelle que soit la teneur du sol en eau, la plante ne peut absorber que celle qui n’est pas retenue par des forces d’adsorption trop considérables. On a donné à la fraction de l’eau ainsi retenue le nom d'eau non disponible. Les agronomes attachent un grand intérêt à sa détermination. Une terre où les plantes commencent à se flétrir à l’obscurité ne renferme plus d’eau disponible. Or, placée à l’étuve à 100°, elle subit encore une perte d’eau considérable qui mesure précisément l’eau non disponible sous ses différentes formes. 

Cette eau non disponible, que l’on a encore identifiée au coefficient de flétrissement, présente un poids très variable du sol : 1 % dans les sols sablonneux, 5 % dans les sols de limon, 14 à 15 % dans les sols très argileux. 

On a utilisé pour ces études plusieurs méthodes, dont la plus commode est le potomètre. 

La température. — Le froid diminue considérablement l’absorption radiculaire, mais son action est variable suivant les plantes. Les plantes tropicales sont les plus sensibles. Pour les plantes de nos pays, si l’on désigne par 1, l’absorption résiduelle à 0°, celle-ci sera multipliée par 4 ou 8 à 20°. 

Il semble que ce ralentissement est dû à l’action du froid sur le protoplasme vivant. Celui-ci est un hydrogel qui, sous l’influence du froid, devient de plus en plus visqueux et même coagule, comme le fait une solution colloïdale de gélatine. A ce moment, l’absorption de l’eau, comme les autres phénomènes vitaux, est suspendue. C’est une des causes de la chute des feuilles à l’automne ; le végétal ne peut plus satisfaire aux besoins en eau nécessités par une transpiration encore considérable et il y pare en diminuant sa surface de transpiration. 

L'oxygène.— Dans les sols compacts ou submergés, la plante végète difficilement, non par suite d’un excès d’eau, puisque la même plante se développe normalement dans les milieux liquides, à condition qu’ils soient bien aérés, mais par manque d’oxygène, ce qui amène l’asphyxie des racines et entrave l’assimilation de l’eau. 

On peut en distinguer deux principales : les forces d’imbibition et les forces osmotiques. Bien que les premières développent dans certains 

cas une puissance énorme, elles ne jouent ici qu’un rôle secondaire. L’absorption de l’eau est essentiellement un phénomène osmotique. 

Mécanisme de l'absorption de l'eau par une cellule végétale. — La cellule pourvue d’une vacuole est comparable à un osmomètre dont les parois seraient élastiques et capables d’exercer sur l’eau qui les distend une pression (pression de turgescence) qui s’oppose à la pénétration de l’eau. 

Quand cette cellule est plongée dans l’eau, sa pression osmotique propre p, attire l’eau ambiante qui pénètre dans la cellule. De ce chef, la vacuole grossit et provoque la turgescence de la cellule. La membrane de cellulose se distend et par sa résistance tend à empêcher la pénétration de nouvelles quantités d’eau. Il arrive un moment, où, grâce à la pression de turgescence de la paroi, l’entrée de l’eau cesse. A ce moment, la pression t exercée par la paroi élastique et comparable à la pression exercée par la colonne mercurielle de l’osmomètre de PFEFFER en équilibre, est égale à la pression osmotique p de la vacuole. La cellule en. équilibre (p = t) n’absorbe plus l’eau extérieure. Autrement dit encore, la cellule n’absorbera l’eau extérieure que dans la mesure où la pression osmotique de sa vacuole est supérieure à la pression mécanique de sa paroi : 

Si l’on désigne par a le pouvoir absorbant (force de succion des auteurs étrangers) d’une cellule, on trouve que ce pouvoir est égal à la différence entre p et t. 

c’est-à-dire, entre la pression osmotique du suc vacuolaire et la pression mécanique qu’exerce sa paroi distendue (turgescence). Quand deux cellules sont contiguës, les échanges d’eau entre elles seront gouvernés par les valeurs de leurs pouvoirs absorbants. Celle qui a le pouvoir absorbant le plus élevé empruntera de l’eau à sa voisine, dans la mesure où celle-ci a un pouvoir osmotique plus faible. 

Examinons maintenant le cas théorique d’une file de 6 cellules superposées. Pour simplifier, nous admettrons que ces cellules sont en contact par des membranes cellulosiques perméables, alors que leurs faces extérieures sont revêtues d’un enduit de cutine imperméable à l’eau. La cellule supérieure 1 seule est en contact avec l’atmosphère par sa face plane supérieure perméable, alors que la cellule inférieure 6 plonge dans l’eau d’un vase par sa face externe perméable. 

Au début de l’expérience, le système est en équilibre : les pressions osmotiques vont en diminuant de la cellule 1 à la cellule 6, mais aucun échange d’eau ne se produit entre elles, car les cellules étant turgescentes, la pression de la paroi t contrebalance la pression osmotique p. Aucune ne possède de ce chef un pouvoir absorbant. Mais la cellule 1, en contact avec l’atmosphère, se met à perdre de l’eau par évaporation. Le volume de sa vacuole diminue et par suite, sa turgescence. Comme la pression 

osmotique n’a pas diminué, la cellule acquiert un pouvoir absorbant tel que : a = p — t. 

De ce chef, elle est devenue capable de prélever de l’eau par osmose, aux dépens de la cellule 2 qui a un pouvoir absorbant plus faible. Celle-ci à son tour perdant de l’eau acquiert un pouvoir absorbant qu’elle exerce à l’encontre de la cellule 3 et ainsi de suite, jusqu’à la cellule 6 qui, ayant acquis à son tour un pouvoir absorbant, le satisfait en absorbant l’eau du vase A. 

Ainsi s’établira un courant d’eau, amorcé par l’évaporation de l’eau dans la cellule 1 et qui se transmet jusqu’à l’extrémité de la pile de cellules. Il ne s’arrêtera que lorsque les cellules seront redevenues turgescentes. C’est donc la création d’un pouvoir absorbant qui déclenche le mouvement de l’eau entre deux cellules voisines. 

On a pu constater que le courant d’eau entre cellules voisines s’établit dès que le pouvoir absorbant de la cellule supérieure est de l’ordre de un dixième d’atmosphère. Cette valeur peut paraître faible. Mais si, sur une distance de cinq centimètres, il s'étage une file de 250 cellules (de 20 µ de diamètre) la différence entre la première et la dernière cellule sera de 25 atmosphères. 

On s’explique dans ces conditions que les végétaux terrestres non vasculaires n’aient pu parvenir à une grande taille et soient restés localisés aux endroits humides. L’acquisition d’un appareil spécialisé pour la conduction à grande distance a été un facteur d’évolution décisif qui a assuré la prépondérance des Fougères et des Gymnospermes, mais surtout celle des Angiospermes où cet appareil à acquis sa forme la plus parfaite. 

Application de ces données au cas de la racine. — L’eau pénètre dans la racine parce que la pression osmotique des poils absorbants est supérieure à celle de la solution du sol et parce que ces poils n’étant pas complètement turgescents ont un pouvoir d'absorption. L’eau progresse ensuite de proche en proche, parce que les cellules successives du parenchyme cortical ont des pressions osmotiques de plus en plus élevées. Le passage de l’eau des cellules du parenchyme cortical à l’endoderme et aux vaisseaux met en jeu dés phénomènes beaucoup plus complexes que nous exposerons plus loin. 

D’après les données classiques, la différence de pression osmotique entre les poils absorbants et la solution du sol doit être d’une atmosphère environ. La solution du sol a d’ailleurs une pression osmotique très faible. On sait que dans les cas où cette solution du sol devient relativement concentrée (sols salés), la plante a la curieuse propriété de pouvoir élever sa propre pression osmotique et de la maintenir au-dessus du niveau de celle de la solution extérieure. 

Les poils absorbants ne prendraient pas l’eau du sol s’ils étaient complètement turgescents. Mais, par suite de l’évaporation continuelle au niveau des feuilles, il se produit une perte d’eau qui se transmet de 

proche en proche jusqu’aux poils absorbants dont la turgescence cesse et qui acquièrent ainsi un pouvoir absorbant : a = p — t. L’eau puisée par le poil absorbant est ensuite transmise de proche en proche aux diverses cellules du parenchyme cortical parce que celles-ci ont un pouvoir absorbant croissant de la périphérie au centre, ainsi que le montre le tableau suivant emprunté à URSPRUNG : 

POUVOIRS ABSORBANTS DES CELLULES DE LA RACINE DE Vicia Faba (EN ATMOSPHÈRES) 

On conçoit très bien d’après cela, que l’eau progresse depuis le poil absorbant jusqu’à l’endoderme. Mais comment expliquer que l’eau continue à progresser au delà, jusqu’au vaisseau du bois où la pression osmotique est très faible ? Il semblerait plutôt que le vaisseau ligneux devrait céder de l’eau aux cellules voisines à tension osmotique plus élevée. 

Rôle des cellules de l' endoderme dans la conduction de l'eau. — Ces faits mystérieux sont dus aux propriétés spéciales des cellules de l’endoderme. On sait que celles-ci constituent, autour du cylindre central, un manchon continu et dépourvu de méats. Leurs parois latérales sont pourvues d’épaississement de subérine (bandes de GASPARIAN) qui leur donnent une grande solidité, mais qui les rendent imperméables. Les cellules de l’endoderme ne sont ainsi perméables à l’eau que par leur face extérieure, côté parenchyme cortical, et par leur face intérieure, côté cylindre central. Elle ont la singulière propriété d’emprunter de l’eau aux cellules de l’écorce, contre le jeu régulier des forces osmotiques, et de la céder aux cellules du parenchyme ligneux et, par elles, aux vaisseaux à qui elles devraient normalement en emprunter. 

C’est là un fait paradoxal, inexplicable par les propriétés connues des solutions et des membranes. On est forcé de dire que c’est une propriété du protoplasme vivant des cellules endodermiques de « secréter » de l’eau et l’on attribue à cette fonction un caractère vital, pour masquer notre ignorance à son sujet. 

La poussée des racines est un phénomène singulier, connu depuis longtemps, et qui a vivement frappé l’esprit des premiers observateurs. 

On l’observe au printemps, avec une grande intensité, chez divers végétaux ligneux. 

Pour la mettre en évidence, coupons un cep de vigne au printemps, au moment où les bourgeons vont éclore. Par la section, on voit s’écouler un suc abondant formé par de l’eau presque pure. Si l’on mastique sur la souche un tube de verre, relié à un manomètre à mercure par une branche latérale, on voit bientôt, sous la poussée du liquide exsudé, la colonne mercurielle s’élever à une hauteur considérable qui mesure la poussée radiculaire. Voici quelques chiffres obtenus avec des plantes présentant ce phénomène avec une intensité particulière. 

Hauteur de la colonne mercurielle en cm. 

La quantité de liquide émis peut être considérable; voici quelques chiffres remarquables : 

(Ce liquide est habituellement formé par de l’eau presque pure, ren[fermant très peu d’éléments en dissolution. Cependant, on y a signalé, chez la vigne, la présence de sucres, ce qui aurait une grande importance théorique. 

Si ce phénomène revêt souvent une ampleur considérable, il est cependant très faible dans la grande majorité des cas. Il ne se traduit que par des pressions de quelques centimètres d’eau.ou même par des pressions nulles ou négatives (— 1 cm. chez le mûrier à papier; + 2 cm. chez le frêne; 0 chez les Conifères). La poussée radiculaire peut d’ailleurs se manifester sous d’autres aspects tels que les saignées dont certains végétaux sont le siège après blessure (pleurs de la vigne), l'émission d’eau à l’état liquide par les stomates aquifères, les pressions positives que l’on peut déceler dans le bois des arbres, etc... 

En tout cas, c’est un phénomène essentiellement saisonnier. Il se manifeste au début du printemps, au moment où les jeunes bourgeons éclatent. Puis, quand les feuilles sont développées et que la transpiration s’est installée, la pression positive fait souvent place à une pression mégative, comme il a été déjà indiqué. 

Origine de la poussée radiculaire. — Si le liquide émis par les tiges dans ces conditions avait une pression osmotique élevée, on pourrait penser que le pouvoir osmotique de cette solution attire l’eau des cellules environnantes, comme le fait la solution placée dans un osmo-mètre de DUTROCHET et provoque l’ascension du liquide, contrairement aux lois de la pesanteur. 

Mais ce liquide a un pouvoir osmotique presque nul. On attribue l’origine de la poussée radiculaire aux cellules de l’endoderme qui, comme nous l’avons vu, ont la singulière propriété de refouler l’eau dans les cellules du cylindre central, contrairement aux lois de l’osmose.. On en ignore complètement le mécanisme. 

Rôle de la poussée radiculaire dans l'ascension de la sève. — La poussée-radiculaire, en refoulant la sève dans les v seaux conducteurs, est une des causes qui contribuent à son ascension. Dans les cas où elle se manifeste avec intensité, on peut considérer qu’elle joue un rôle très important dans le processus. Mais comme il s’agit d’un phénomène essentiellement saisonnier, d’un caractère limité à quelques plantes seulement,il ne peut représenter la cause générale ou même principale du processus. La poussée radiculaire sera un mécanisme accessoire et la cause réelle de l’ascension de la sève est à chercher ailleurs. 

III. - TRANSPORT DE L’EAU ET DES SUBSTANCES DISSOUTES A TRAVERS LA PLANTE 

Migrations d’eau et de matières à travers la plante. 

La plante est constituée par une série d’organes spécialisés qui sont sous l’étroite dépendance les uns des autres. Leur fonctionnement régulier exige, des uns aux autres, d’incessants transports d’eau et de substances dissoutes. 

La feuille est le siège d’une transpiration intense qui nécessite un appel constant d’eau puisée dans le sol par les racines. Elle est d’autre part le lieu de la synthèse des glucides et de l’élaboration des autres matières organiques qn’elle envoie ensuite à toutes les parties de la plante. Les sels minéraux utilisés dans ces synthèses lui sont apportés par le courant d’eau venu de la racine. 

Les racines qui absorbent l’eau et les éléments minéraux doivent recevoir de la feuille les matières organiques nécessaires à leur respiration, à leur croissance et à leurs diverses fonctions vitales. Les organes en voie de croissance rapide (bourgeons, fleurs, fruit et graine) doivent recevoir de la feuille les substances organiques élaborées. 

A ces échanges nécessités par la croissance et le fonctionnement vital de la plante, s’en ajoutent d’autres pour la constitution des réserves qui seront utilisées pendant le repos hivernal. Au printemps, ces 

réserves seront mobilisées et expédiées vers les régions où elles doivent être utilisées. Il y a donc des échanges continuels d’eau et de matière entre toutes les cellules du végétal, échanges qui s’effectuent dans tous les sens et souvent à longue distance. 

Sève brute et sève élaborée.— La constitution même des cellules fait que les échanges de matières entre elles ne peuvent s’effectuer que si les substances sont en solution. C’est donc sous forme de liquide que les migrations de matières ont lieu. Ces liquides ont reçu le nom de sève. On en distingue deux types : 

a) La sève ascendante, ou sève brute qui représente le courant d’eau puisé dans le sol par les racines et se rendant aux feuilles où cette eau est évaporée. Ce courant d'eau, qui apporte avec lui les sels puisés dans le sol, est très considérable ; il circule à travers les vaisseaux du bois, de bas en haut, et à une vitesse relativement élevée. 

b) La sève élaborée a une composition et une direction beaucoup plus complexes. Elle représente l’ensemble des substances organiques formées dans la feuille verte et distribuées par celle-ci aux divers organes. Elle circule dans les vaisseaux du liber, tantôt vers le haut, tantôt vers le bas, suivant les positions respectives de la feuille et de l’organe récepteur. Le mécanisme de cette circulation est essentiellement différent et nous la laisserons provisoirement de côté, pour étudier exclusivement la circulation de la sève ascendante. 

La circulation de l’eau à travers les plantes vasculaires. 

Les plantes non vasculaires, qui ont d’ailleurs précédé les plantes vasculaires à la surface du globe, ne possèdent pas d’appareil spécialisé pour la conduite de l’eau. Ces plantes, vivant au sein de l’eau, n’en avaient pas besoin. 

L’acquisition de l’habitat terrestre par les Cormophytes a nécessité l’organisation d’un appareil conducteur. La plante ne pouvant plus puiser l’eau que dans le sol, la partie aérienne qui doit néanmoins être constamment gorgée d’eau (la matière vivante vit dans l'eau), ne pourra exister que si elle peut facilement et rapidement couvrir les pertes énormes d'eau qu’elle subit du fait de l’évaporation. 

Leurs formes les plus archaïques, les Bryophytes, n’ont pas encore organisé cet appareil (sauf une ébauche dans le sporogone). Aussi vivent-elles habituellement dans l’eau ou dans les stations très humides et leur corps n’atteint jamais une grande taille. 

Tous les autres végétaux terrestres ont acquis un système conducteur qui s’est progressivement perfectionné en passant des Ptéridophytes et des Gymnospermes aux Angiospermes herbacées qui représentent le type le plus évolué des plantes vasculaires. 

Circulation cellulaire et vasculaire. — La cirulation de l’eau de la racine à la feuille y emprunte toujours trois tronçons distincts : dans la racine, l’eau absorbée par les poils absorbants circule de cellule en cellule, comme dans le corps d’une Algue ou d’une Mousse, jusqu’aux vaisseaux conducteurs du bois où elle pénètre. Ceux-ci s’étendent, sans solution de continuité, de la racine à la feuille ; ils constituent l’appareil conducteur caractéristique des Cormophytes ; l’eau peut y circuler, avec un débit rapide et abondant, jusqu’à la feuille où les nervures se divisent à l’infini. Là, recommence un nouveau transport cellulaire, qui conduit l’eau de cellule en cellule, depuis les dernières terminaisons des vaisseaux, jusqu’aux cellules du parenchyme. 

Ces trois étapes s’effectuent à travers des cellules de nature différente et doivent mettre en jeu des forces différentes. La circulation dans les cellules de la racine et de la feuille se fait à travers des cellules vivantes, à peu près isodiamétriques, à membrane cellulosique mince et pourvues d’une grande vacuole centrale. L’eau y circule par le jeu des forces osmotiques allant de la cellule où le pouvoir absorbant est le plus faible, vers la cellule où le pouvoir absorbant est le plus fort. 

Zone vasculaire. — Les vaisseaux du bois sont des cellules mortes, vides de leur contenu, de forme allongée et disposées bout à bout. Leurs membranes sont renforcées par des épaississements de lignine qui les empêchent d’être écrasés sous la pression des tissus voisins. Le revêtement de lignine est imperméable, mais il n’est pas continu et il reste des plages (ou pores) cellulosiques demeurées perméables. Ces plages permettent les communications avec les cellules voisines. Suivant la forme et la disposition des épaississements de lignine, on distingue les vaisseaux annelés, scalariformes, aréolés, rayés, ponctués, etc... 

Mais ces vaisseaux ont subi, dans les grands groupes des Cormophytes, une évolution que nous avons étudiée en détail et dont nous rappellerons seulement les conclusions. 

Chez les Cryptogames vasculaires et les Gymnospermes, les vaisseaux conducteurs (scalariformes ou aréolés) ont conservé leurs parois transversales. Les vaisseaux s’affrontent bout à bout par ces parois taillées en biseau et la circulation ne peut s’y faire qu’à travers les ponctuations restées cellulosiques. Ces vaisseaux sont dits « imparfaits ». Il n’est pas douteux que la présence de ces innombrables cloisons transversales oppose une résistance considérable à la circulation de la sève. Elle apparaît comme un caractère d’infériorité. Il faut encore noter que ces vaisseaux forment un tissu ligneux homogène, sans interposition de cellules de parenchyme ligneux (bois homoxylé). 

Les Angiospermes ont acquis un perfectionnement considérable qui est amorcé chez les Dicotylédones ligneuses archaïques et qui a atteint sa pleine expression chez les Monocotylédones et les Dicotylédones herbacées. Les vaisseaux conducteurs y perdent leurs faces transversales et forment ainsi, d’un bout du végétal à l’autre, des tubes continus, sans 

diaphragmes intermédiaires (vaisseaux parfaits). La circulation de l’eau peut donc s’y faire directement, sans filtration à travers les plages cellulosiques des membranes transversales. Elle peut atteindre un grand débit et une grande rapidité, en rapport avec la végétation intense de ces plantes. 

De plus, les vaisseaux de bois, éléments morts, y sont toujours entourés d’une gaine de cellules de parenchyme, cellules restées vivantes, avec protoplasme, noyau et vacuole et pouvant communiquer avec les vaisseaux, par les ponctuations de leurs parois latérales. 

Démonstration du courant ascendant et sa localisation. 

La participation des vaisseaux du bois à la circulation de la sève ascendante se démontre par une série d’expériences classiques. 

a) La sève ascendante monte par le bois (expériences de décortication). — Si l’on enlève un anneau complet d’écorce, en allant jusqu’au cambium, mais en respectant l’aubier, l’arbre ne souffre pas ; la circulation de la sève continue. Mais si la décortication annulaire intéresse aussi l’aubier, la circulation de la sève s’arrête, les feuilles se flétrissent très vite et l’arbre meurt. Cette expérience est de MALPIGHI. 

Par contre, si, tout en respectant l’aubier, on enlève, par évidement, toute la partie interne de la tige (coeur du bois), le végétal ne souffre pas. Nous savons que les couches anciennes du bois ont leurs vaisseaux obturés par des thylles, ou remplis par des amas de gomme et de résine et qu’ils ne jouent aucun rôle dans la conduction. 

b) La circulation peut emprunter une voie latérale. — Soit un tronc d’arbre. On peut, en deux endroits situés à chaque extrémité d’un diamètre, mais à des niveaux différents, pratiquer une large entaille allant jusqu’au centre. Tous les vaisseaux sont ainsi coupés par l’une ou par l’autre de ces entailles. Malgré cela, la circulation continue. Il s’est donc établi, dans la zone comprise entre les deux entailles, une circulation latérale qui permet à la sève circulant dans la zone de droite, de gagner les vaisseaux de la zone de gauche. En réalité, la circulation se rétablit avec difficulté et l’arbre supporte mal cette mutilation. 

c) La circulation se fait par la lumière des vaisseaux et non par imbibi-tion, le long de leurs membranes. — On fait absorber à la plante un liquide coloré (éosine), puis on pratique des coupes dans la tige. On retrouve le colorant dans la lumière des vaisseaux, alors que les parois sont incolores, sauf au niveau des ponctuations cellulosiques que le colorant a dû traverser. Dans certains cas favorables, on a même pu suivre la circulation de l’eau à l’intérieur des vaisseaux (tige de dahlia) ; on la voit entraîner de fines particules en suspension dans le liquide absorbé. 

Les conditions de la circulation de la sève et les forces en jeu. 

Nous avons examiné ailleurs les conditions de la circulation de l’eau dans les territoires cellulaires en jeu, dans la racine et dans la feuille. Ce sont les forces osmotiques qui y règlent les mouvements de l’eau, suivant des lois communes à tous les tissus cellulaires. La circulation dans les vaisseaux du bois, la plus importante par son ampleur, se présente dans des conditions différentes qu’il convient d’abord de préciser. 

L’ascension de l’eau se fait à des hauteurs considérables. Chez les arbres, elle atteint couramment 30 et 40 mètres et même 100 et 150 mètres dans des cas exceptionnels (Séquoia gigantea, Eucalyptus, etc...), soit une hauteur correspondant à 15 fois la colonne barométrique. 

La circulation s’effectue à travers des conduits capillaires dont le diamètre moyen est compris entre l/50e et l/10e de millimètre, d’où une résistance considérable qui s’ajoute à celle créée par les lois de la pesanteur. Chez les plantes herbacées, ces conduits peuvent s’étendre, théoriquement, sans diaphragmes intermédiaires, d’un bout du végétal à l’autre. En fait, même là, l’eau est souvent appelée à filtrer d’une cellule à l’autre. Par contre, chez la plupart des arbres, la circulation utilise des vaisseaux plus ou moins complètement perforés ; chez les Conifères, elle emprunte des trachéides qui doivent présenter, sur un parcours de quelques dizaines de mètres, des millions de diaphragmes à traverser. La filtration des liquides à travers ces pores apporte une résistance énorme à leur circulation. 

Par contre, il ne semble pas que la colonne liquide circulant dans les vaisseaux soit fragmentée par des chapelets de bulles d’air (chapelets de JAMIN). On sait que la présence de ces bulles d’air dans une colonne capillaire oppose une résistance invincible à la circulation des liquides. Si les vaisseaux conducteurs renfermaient de ces chapelets de bulles d’air, aucune force mécanique ne serait capable de provoquer l’ascension de la sève. Il faudrait faire intervenir des mécanismes tout différents. En fait, il semble bien que ces chapelets ne s’observent jamais dans les tubes du bois utilisés pour la conduction ; s’ils y apparaissent, le tube est mis hors de service jusqu’à ce que les bulles aient disparu, par exemple par dissolution. On ne les rencontre que dans les portions âgées du bois, et c’est, avec l’existence des thylles, une des raisons qui rendent inutilisables les régions centrales du bois. 

Vitesse et débit de la circulation de la sève. — FARMER a trouvé que le tronc des arbres feuillus débite par heure, pour une section de 1 cc. (centimètre carré), 20 cm 3 environ ; ces chiffres sont encore plus faibles chez les Conifères (1 centimètre cube horaire). Ils sont par contre beaucoup plus élevés chez les lianes tropicales, et les végétaux volu-biles (courge), où les vaisseaux sont très larges et très longs (jusqu’à 2 mètres). 

Un tuyau de caoutchouc de mêmes dimensions laisse écouler 100 cm 3 par seconde, soit 18.000 fois plus. Une artère de même calibre débite 40 à 50 cm 3 par seconde. Ces chiffres donnent une idée du freinage exercé par les vaisseaux du bois. 

La vitesse du courant d’eau a été mesurée en plongeant la base d’un rameau sectionné dans une solution de fuchsine acide ou de carmin. Le liquide s’élève dans le bois et le colore. Au bout d’un certain temps, on recherche à quelle hauteur il s’est élevé. Sachs faisait absorber une solution de LiCl et, au bout d’un certain temps, recherchait la hauteur où était parvenue la solution, par la coloration rouge de la flamme dans laquelle on faisait brûler une rondelle de tige (flamme du Lithium). 

On a fait à ces méthodes l’objection qu’elles mesurent l’ascension de la substance dissoute et non celle de l’eau. En tous cas, on a trouvé des chiffres très variables : depuis plus de deux mètres pour les plantes volubiles à transpiration très active (courge, lianes) jusqu’à 1 centimètre à l’heure chez les Conifères pendant l’hiver. 

Les vaisseaux du bois étant des cellules mortes, la circulation des liquides doit s’y effectuer suivant les lois de l’hydrodynamique. Deux forces peuvent être invoquées : la poussée radiculaire qui refoulerait les liquides de bas en haut, comme fait une pompe foulante ; l’aspiration des feuilles qui agirait à la façon d’une pompe aspirante. 

a) La poussée radiculaire. — Nous en connaissons l’origine et la valeur. Nous savons qu’elle est parfois assez intense pour refouler la sève à plus de dix mètres de hauteur, puisqu’elle peut faire équilibre à des colonnes de mercure de 130 centimètres de haut. Mais ce sont là des valeurs exceptionnelles qui ne s’observent qu’à certaines périodes de l’année, au début de la végétation, quand les feuilles manquent encore. Plus tard, quand les feuilles seront développées et la transpiration active, la poussée des racines deviendra très faible ou nulle ou même négative. Ce n’est donc pas elle qui peut donner une explication générale de l’ascension de la sève. 

b) L'aspiration des feuilles. — Nous avons vu que l’aspiration des feuilles est de l’ordre de 10 à 12 atmosphères et peut soulever une colonne d’eau de plus de 100 mètrès de hauteur, si certaines conditions sont remplies, si, en particulier, des bulles d’air ne viennent pas interrompre la continuité de la colonne d’eau. La somme de l’aspiration des feuilles et de la poussée des racines semble permettre d’expliquer l'ascension de la sève chez les végétaux les plus élevés. 

Mécanisme de l’ascension de la sève. 

Deux théories se partagent la faveur des physiologistes : la théorie vitale, faisant intervenir les cellules du parenchyme et la théorie de la cohésion, ne faisant intervenir que la force d’aspiration des feuilles. 

a) Théorie vitale. — Elle est encore enseignée dans tous les ouvrages classiques en France. Elle admet, comme postulat préalable, que la colonne de liquide qui remplit les vaisseaux du bois, renferme des chapelets de bulles d’air. La résistance opposée par ces bulles à la transmission des forces extérieures d’aspiration ou de succion est telle que celles-ci sont complètement inopérantes et ne jouent en tous cas qu’un rôle secondaire. 

Du fait des bulles d’air, la colonne de liquide se trouve « suspendue » dans la lumière du tube et soustraite aux forces de la pesanteur. Elle est en état d’équilibre hydrostatique. La circulation se ferait par le jeu des cellules vivantes du parenchyme qui forment, comme nous le savons, une gaine autour de chaque vaisseau ligneux. Ces cellules auraient des propriétés analogues à celles des cellules de l’endoderme. Elles pourraient puiser l’eau, par te jeu régulier des forces osmotiques, dans la lumière du canal au-dessous d’une bulle d’air, et la « sécréter » contre les lois de l’osmose dans la portion de vaisseau située au-dessus de la bulle d’air. 

Cette théorie soulève des difficultés considérables : l’utilisation des cellules du parenchyme comme relais,de place en place, nécessite des échanges osmotiques qui ne paraissent pas compatibles avec la rapidité et l’intensité de la circulation. Enfin, il paraît démontré aujourd’hui, que l’existence des chapelets de bulles d’air dans les vaisseaux conducteurs repose sur une erreur d’observation. Notons enfin que cette théorie ne saurait s’appliquer aux Gymnospermes où les trachéides ne sont pas accompagnées d cellules de parenchyme. 

b) Théorie de la cohésion. —Elle est très en faveur à l’étranger où elle a été brillamment soutenue par DIXON et RENNER, MAC DOUGAL et OVERTON, etc... et aussi par URSPRUNG. 

Elle repose sur l’expérience suivante d'ASKENASY. Dans un entonnoir à douille capillaire soudée à un long tube de verre de même diamètre, parfaitement dégraissé et rempli d’eau soigneusement bouillie, pour chasser l’air dissous, on coule du plâtre gâché, et l’on plonge l’extrémité du tube dans la cuve à mercure. 

Aussitôt que le plâtre a fait prise, l'eau qui l’imbibe commence à s’évaporer et, par capillarité, elle est remplacée par l’eau contenue dans le tube capillaire. Il se crée ainsi une force d’aspiration, assez comparable à celle de la feuille qui évapore de l'eau. 

Ce phénomène provoque l’ascension du mercure dans le tube, mais 

celui-ci ne s’arrête pas, comme on pourrait le penser, au moment où la colonne atteint la hauteur de 760 mm. Les forces de cohésion qui unissent l’eau et le mercure entraînent celui-ci beaucoup plus haut, à plusieurs mètres au-dessus de la cuue à mercure. 

Mais, pour que l’expérience réussisse, il faut qu’il ne reste pas la moindre trace de gaz dissous dans l’eau ou adhérents à la surface du tube, sans quoi ceux-ci se dégagent sous l’action du vide et constituent des bulles qui interrompent le contact eau-mercure et arrêtent l’ascension de ce dernier, à la hauteur barométrique. 

Le mercure monte plus haut que ce niveau, parce qu’il est entraîné par les forces de cohésion qui l’unissent à l’eau. Les forces de cohésion invoquées ici sont celles qui lient entre elles les molécules d’un corps. Chez les solides, elles atteignent des valeurs énormes, qu’on peut évaluer par la valeur du coefficient de rupture d’un fil. Un fil d’acier d’un millimètre carré de section, se rompt sous une charge de 85 kgr., ce qui correspond à une force de cohésion de 8.000 atmosphères environ. 

Chez les liquides, on pourrait penser que ces valeurs sont beaucoup plus faibles. En réalité, elles sont aussi très considérables et la force de la tension superficielle en est une manifestation. Leur détermination directe dans le cas de l’eau est très difficile. Des méthodes biologiques indirectes que nous ne pouvons étudier ici, basées par exemple sur les forces osmotiques en jeu dans la déhiscence des sporanges de Fougère, permettent de l’évaluer à plusieurs centaines d’atmosphères. 

Or les forces d’aspiration du parenchyme foliaire étant de l’ordre de 10 atmosphères, pourraient soulever une colonne d’eau de 100 mètres si elle ne se rompait pas quand elle atteint la hauteur barométrique. L’expérience d'ASKÉNASY montre qu’il est possible d’éviter cette rupture et que l’ascension de la sève peut bien en définitive reposer sur l’aspiration des feuilles, à condition que les forces de cohésion puissent s’exercer. 

La théorie de la cohésion admet que les cellules du parenchyme foliaire tiennent en équilibre et soulèvent, accrochées à elles, des colonnes d’eau siégeant dans les vaisseaux ligneux et dont la hauteur peut atteindre 100 mètres. Mais tout ceci n’est possible que si la cohésion des filets d’eau n’est pas rompue par la présence de bulles d’air. La physiologie classique enseigne que ces bulles d’air sont constamment présentes dans les vaisseaux du bois. Les tenants de la nouvelle théorie affirment le contraire. Pour eux, les bulles d’air n’existent que dans les conduits âgés ne servant plus à la conduction. 

Elles n’apparaissent dans les conduits jeunes qu’à la suite d’une blessure. Dans ce cas, le segment du tube intéressé est mis hors de service et la circulation se rétablit en dessous et en dessus, en empruntant les vaisseaux voisins. Si, par hasard, une bulle d’air provenant de l’atmosphère interne des méats intercellulaires filtre dans un segment de vaisseau compris entre deux cloisons transversales, ce segment est momentanément mis hors service, comme nous venons de le voir, mais. 

la bulle d’air finit généralement par se dissoudre et le vaisseau récupère sa fonction conductrice. 

La circulation de l’eau à travers la plante peut se schématiser ainsi : Les cellules du parenchyme foliaire possèdent une haute pression osmotique p. L’évaporation dont elles sont le siège diminue leur turgescence t, ce qui crée chez elles une force d’aspiration a, telle que a = p — t. 

Cette force d’aspiration les rend capables de puiser l’eau, soit directement, soit après quelques relais, dans les vaisseaux des nervures qui renferment une solution de très faible pression osmotique. En définitive, la feuille, considérée dans son ensemble, possède une force d’aspiration généralement supérieure à 10 atmosphères et capable de soulever une colonne d’eau de plus de 100 mètres de hauteur. 

Grâce aux phénomènes de cohésion qui se manifestent dans les conduits capillaires, cette force de succion peut maintenir cette colonne d’eau soulevée, contre les lois de la pesanteur, pourvu que les bulles d’air ne viennent pas en rompre la continuité. 

Dans la racine, les poils absorbants puisent l’eau existant dans les interstices du sol, grâce à leur pression osmotique plus élevée et à leur pouvoir absorbant. L’eau circule ensuite de cellule en cellule, jusqu’à l’endoderme, par le jeu régulier des forces osmotiques. Les cellules de l’endoderme ont la propriété singulière de pouvoir céder de l’eau aux cellules du cylindre central et aux vaisseaux du bois, contre les règles de l’osmose. C’est là une fonction vitale, de mécanisme encore inconnu et qui dépense de l’énergie. Elle aboutit à refouler de l’eau sous pression dans les vaisseaux conducteurs. Cette poussée radiculaire qui atteint parfois une valeur élevée, ajoute alors son action à l’aspiration des feuilles. 

L’aspiration des feuilles, force principale de l’ascension de l’eau, est créée par la vaporisation de l’eau qui s’effectue sous l’action de l’énergie solaire. L’énergie mise en jeu dans le phénomène est donc en définitive l’énergie radiante. 

I. Les échanges gazeux dans l’assimilation chlorophyllienne. 

1° MISE EN ÉVIDENCE DES ÉCHANGES GAZEUX : 

a) Emission d’oxygène par la plante insolée. — a. Méthode des plantes aquatiques ; β. Recoloration des leucodérivés du Bleu de Méthylène ou du Carmin d’indigo. 

b) Absorption du gaz carbonique par la plante verte. 

2° MÉTHODE DE MESURES DES ÉCHANGES GAZEUX : 

c) Mesure du quotient assimilatoire réel. — I. Méthode des anesthésiques. — II. Méthode de l’exposition successive à l’obscurité et à la lumière. — III. Valeur du quotient assimilatoire. 

3° MÉCANISME DES ÉCHANGES GAZEUX : 

a) Rôle des stomates ; cas des plantes aquatiques. 

b) Marche suivie par les gaz jusqu’aux chloroplastes. 

4° LES FACTEURS AGISSANT SUR L’ASSIMILATION CHLOROPHYLLIENNE : 

a) Concentration du gaz carbonique (pression). 

b) La lumière. — I. Influence de l’intensité lumineuse ; plantes de soleil et plantes d’ombre ; minimum de lumière. — IL Influence des diverses radiations lumineuses : méthode des spectres et méthode des écrans colorés. 

c) La température. — Forme générale des courbes représentatives. 

1° Mise en évidence et préparation de la chlorophylle. 

2° Constitution chimique de la chorophylle. — Chlorophylle a et chlorophylle b. 

— Le magnésium. — Parenté de la chlorophylle et de l'hémoglobine : phyllopyrrols et hémopyrrols. 

3° Propriétés optiques de la chlorophylle. — Fluorescence et spectre d’absorption. 

4° Etat de la chlorophylle dans les chloroplastes. 

5° Propriétés physiologiques de la chlorophylle. — Formation et destruction de la chlorophylle. 

1° THÉORIES CHIMIQUES DE LA SYNTHÈSE CHLOROPHYLLIENNE. a) RÔLE DE L’ALDÉHYDE FORMIQUE. — Essais de démonstration expérimentale. — Hypothèse de WILLS-TTTER. 

2° RÔLE PHYSIQUE DE LA CHLOROPHYLLE DANS LA PHOTOSYNTHÈSE. — La théorie des Quanta. Rendement énergétique. 

IV. Les produits de l’assimilation chlorophyllienne. 

1° Mise en évidence de l’amidon. 

2° Quel est le premier glucide apparu au cours de la photosynthèse : amidon-saccharose-hexoses (glucose) ? 

Les plantes vertes ont la propriété de réaliser, à partir de l’acide carbonique de l’air, la synthèse de leurs hydrates de carbone. Au cours de cette opération, la plante absorbe le gaz carbonique et rejette un égal volume d’oxygène, cependant qu’il apparaît dans ses tissus une quantité équivalente d’hydrates de carbone. 

On admet que le gaz carbonique est d’abord réduit, grâce à l’énergie lumineuse captée et rendue utilisable par le pigment chlorophyllien, en une substance intermédiaire, probablement l’aldéhyde formique, qui est aussitôt polymérisée en glucides : 

Les premiers termes visibles de l’assimilation sont le glucose ou l’amidon. On sait enfin que c’est à cette réaction que les plantes doivent leur caractère autotrophe qui les distingue des organismes hétérotrophes. 

L’assimilation chlorophyllienne se trouve être ainsi un des phénomènes les plus importants, le plus important peut-être de la vie à la surface du globe, puisque sans elle toute vie serait impossible. A ce titre, son étude domine toute celle de la Physiologie Végétale. 

1° MISE EN ÉVIDENCE DES ÉCHANGES GAZEUX 

L’absorption du gaz carbonique et l’émission d’oxygène par la plante verte exposée à la lumière sont faciles à mettre en évidence par des expériences simples. 

a) Émission d’oxygène par la plante insolée. 

aα. Méthode des plantes aquatiques. —La faible solubilité de l'oxygène dans l’eau rend son dégagement facilement observable chez les plantes 

aquatiques. Ainsi, dans une mare ensoleillée, les plantes apparaissent couvertes de bulles de gaz qui sont des bulles d’oxygène dégagé par la photosynthèse. 

Au laboratoire, on placera des plantes aquatiques dans un vase plein d’eau que l’on surchargera de gaz carbonique par addition d'eau de Seltz. Le vase est fermé par un bouchon muni d’un tube abducteur qui permet de recueillir les gaz dans une éprouvette, sur la cuve à eau. 

A l’obscurité, on n’observe aucun dégagement ; au soleil, les gaz se dégagent bulle à bulle et on peut les recueillir sur la cuve à eau. Ces gaz ne sont pas constitués par de l’oxygène pur, mais par un mélange de O2 + N2, avec des traces de gaz carbonique. L’oxygène qui se dégage entraîne en effet avec lui les gaz qui se trouvent dans les espaces intercellulaires de la plante. La teneur en O2, varie de 25 à 75 %. Elle augmente quand le dégagement de gaz est intense et se poursuit pendant longtemps. 

Cette méthode d’observation n’est pas quantitative. Elle permet cependant, grâce à sa grande sensibilité, de faire des observations sur l’intensité respiratoire, sur l’influence d’actions diverses s’exerçant sur les plantes en expérience, etc. 

β. Recoloration des leucodérivés du Bleu de Méthylène ou du Carmin d'indigo. 

Dans un vase clos, complètement rempli d’eau, on place des plantes aquatiques et l’on abandonne le tout à l’obscurité jusqu’à ce que, par l’effet de la respiration, tout l’oxygène dissous soit consommé. On fait alors arriver, à l’abri de l’air, un leucodérivé du Bleu de méthylène. Il restera incolore tant que les plantes sont maintenues à l’obscurité. Il se recolorera aussitôt que le système sera placé à la lumière, par suite de l’oxygène dégagé. 

b) Absorption de CO2, par la plante verte. 

Des plantes vertes ou une portion de plante verte, sont placées dans une allonge traversée lentement par un courant d’air dont la teneur en CO2, est exactement connue. On peut, par exemple, utiliser un mélange préparé à l’avance de CO2, — air. A la sortie, on dose CO2 résiduel, en faisant passer l’air dans des laveurs à eau de baryte. L’expérience montre qu’à l’obscurité, l’air est enrichi en CO2 (par suite de la respiration) ; à la lumière, il y a une diminution très considérable de CO2. 

2° MÉTHODES DE MESURE DES ÉCHANGES GAZEUX. 

Le fait qui domine toute l’étude de la fonction chlorophyllienne est l’égalité qui existe entre l’acide carbonique fixé et l’oxygène émis par la plante. Toutes les théories édifiées pour expliquer la formation des glucides reposent sur cette donnée. 

Or, celle-ci n’a pu être obtenue qu’à l’aide de méthodes de plus en plus 

perfectionnées. L’étude quantitative des échanges gazeux est en effet compliquée par la coexistence du phénomène respiratoire, qui se traduit, comme l’on sait, par une absorption de O2 et une émission de CO2, c’est à-dire par des échanges gazeux exactement inverses de ceux que l’on observe dans l’assimilation chlorophyllienne. 

Les conditions opératoires peuvent varier à l’infini. D’une manière générale, on place la plante dans une enceinte close, de capacité connue, par exemple une cloche de verre reposant sur une dalle rodée : on y introduit, au début de l’expérience, une atmosphère de composition exactement connue. D’ordinaire on utilise des atmosphères enrichies en gaz carbonique (jusqu’à 10 %). L’enceinte est munie d’un dispositif permettant, sans la moindre communication avec l’atmosphère, d’y faire des prélèvements de gaz qu’on soumet à l’analyse. 

On peut ainsi doser CO2 et O2 au début et à la fin de l’expérience et comparer le volume de CO2 disparu à celui de O2 apparu. Les analyses endiométriques sont effectuées dans le microeudiomètre de BONNIER et MANGIN oui permet d’opérer sur une fraction de centimètre cube de gaz. On y dose d’abord CO2, par absorption à la lessive de potasse, puis l’oxygène, par absorption avec le pyrogallate de potasse. Les appareils modernes (PLANTEFOL, WARBURG) donnent des résultats encore plus précis. 

Résultats de la mesure du quotient assimilatoire brut. 

Les expériences conduites comme il vient d’être indiqué permettent de déterminer la valeur des échanges gazeux de la plante à la lumière. Désignons par WO2 le volume de l’oxygène dégagé, et WCO2 le volume de CO2 absorbé. 

BOUSSINGAULT qui a effectué de nombreuses déterminations sur un grand nombre de plantes, a trouvé des valeurs de R oscillant autour de l’unité, généralement comprises entre 0,95 et 1,05. 

MAQUENNE et DEMOUSSY ont repris ces déterminations, en soumettant les feuilles à l’action du vide avant et à la fin de l’expérience, de manière à tenir compte des gaz contenus dans les espaces intercellulaires de la plante et qui sont généralement plus riches en CO2 que l’atmosphère ambiante. Ils ont obtenu des résultats du même ordre : la valeur du quotient assimilatoire brut varie entre 0,97 et 1,06. 

En réalité, les chiffres obtenus dans ces expériences sont, comme nous l’avons expliqué, la résultante de deux phénomènes : la respiration, bui absorbe de l’oxygène et rejette du gaz carbonique, et l’assimilation qui absorbe du gaz carbonique et rejette de l’oxygène. Or, la résultante est variable suivant les conditions opératoires. 

Ainsi en pleine lumière, mais à basse température, à — 5°, la respiration est presque suspendue et l’assimilation l’emporte de beaucoup sur elle. On assistera à une granae consommation de gaz carbonique et à une grande production d’oxygène. 

A 40°, les résultats sont inversés : ici, la respiration est exaltée et l’emporte de beaucoup sur l’assimilation qui est presque suspendue. La résultante se traduit par une absorption d’oxygène et une excrétion de gaz carbonique. Il en serait de même à une lumière diffuse peu intense et enfin, à l'obscurité, la respiration subsiste seule. 

Il faut donc, pour avoir une idée exacte des échanges gazeux assi-milatoires, aire le départ de ce qui revient à la respiration. On ne connaît pas de méthode permettant de supprimer la respiration en conservant l’assimilation. On en est réduit à déterminer à part la valeur des échanges gazeux respiratoires et à modifier en conséquence les chiffres obtenus dans le phénomène brut : assimilation plus respiration. Pour cela, deux méthodes principales ont été utilisées par BONNIER et MANGIN : l’emploi des anesthésiques et l’exposition successive à la lumière et à l’obscurité. 

a) Méthode des anesthésiques. — CLAUDE BERNARD a montré que les anesthésiques volatils, éther, chloroforme suspendent l’assimilation et, si leur dose n’est pas trop forte, respectent la respiration. Il suffit alors d’opérer sur deux vases renfermant des échantillons de feuilles aussi identiques que possible entre elles. L’un reçoit l’anesthésique. Les résultats qu’il donne représentent la part qui revient à la respiration. L’autre est placé dans les conditions normales ; il donne la résultante des deux phénomènes : respiration + assimilation. 

Malheureusement, les doses d’anesthésique utilisées exercent une action nocive sur la plante et modifient le processus respiratoire. 

b) Méthode de l' exposition successive à l'obscurité et à la lumière. — On opère ici avec le même échantillon de plante qui est d'abord exposé pendant un certain temps à l’obscurité, ce qui permet de déterminer la valeur des échanges respiratoires. On porte ensuite le vase à la lumière, pendant un temps équivalent, ce qui permet d’établir la valeur de la résultante : respiration — assimilation. 

Valeur du quotient assimilatoire réel. — Les chiffres obtenus montrent que le quotient assimilatoire réel oscille autour de l’unité et qu’on peut admettre comme très vraisemblable qu’il est égal à l’unité, pour 

toutes les plantes et quelles que soient les conditions du phénomène. 

En fait, les différences entre le quotient réel et le quotient apparent ne peuvent être que très faibles, car le quotient respiratoire qui intervient dans leur calcul est lui-même le plus souvent voisin de l’unité et que l’intensité respiratoire est généralement très inférieure à l’intensité assimilatoire. 

D’après WILLSTÀTTER et STOLL, la méthode la plus sûre pour déterminer le quotient assimilatoire réel serait précisément de se placer dans des conditions où l’intensité assimilatoire l’emporte de beaucoup sur l’intensité respiratoire. Les résultats obtenus dans ces conditions, par ces deux auteurs, confirment ceux qui avaient été déterminés par leurs prédécesseurs (vive lumière, température basse). 

Pour que l’assimilation chlorophyllienne puisse s’accomplir normalement, il faut que le gaz carbonique puisse arriver facilement aux cellules chlorophylliennes. 

Examinons les voies suivies par les gaz. Il est aujourd’hui démontré que la cuticule qui recouvre les épidermes supérieur et inférieur de la feuille est pratiquement imperméable aux gaz. Tous les échanges gazeux se font par les stomates, comme l’établissent quelques expériences classiques. 

a) En recouvrant les feuilles d’un enduit imperméable aux gaz et qui oblitère les stomates (vaseline), on suspend intégralement la photosynthèse ; par contre, si l’enduit utilisé est une solution de gélatine perméable aux gaz, l’assimilation est ralentie, mais non supprimée (MANGIN). 

b) Les expériences qui consistent à oblitérer les stomates ne sont pas à l’abri de critiques, car la feuille est placée dans des conditions pathologiques (asphyxie). Il vaut mieux mesurer la valeur de l’assimilation de CO2 pour chaque face foliaire séparément. BLACKMAN s’est servi de deux petites cloches que l’on applique exactement sur les deux faces d’une feuille et à travers lesquelles on fait circuler un courant d’air de composition connue en CO2. Quand les deux faces foliaires sont également pourvues de stomates (feuilles d’Alisma), elles assimilent également vite; quand la face inférieure seule est pourvue de stomates (cas fréquent chez les arbres), elle est seule à assimiler ; enfin, quand les stomates sont inégalement répartis sur les deux faces, c’est celle qui en est le mieux pourvue qui assimile le plus énergiquement. 

c) Toutes les causes qui provoquent la fermeture des stomates diminuent de ce chef la photosynthèse. Telles sont l’obscurité et une évaporation trop intense qui provoque la perte de turgescence des cellules 

stomatiques. Nous avons expliqué ailleurs (transpiration), le mécanisme qui préside à l’ouverture et à la fermeture des stomates. Si le flétrissement exerce rapidement une action nuisible sur les végétaux, le fait est à rapporter à la suppression de l’assimilation chlorophyllienne qui en est le corollaire et qui ne saurait se prolonger longtemps sans dommages pour la plante. 

Importance des échanges gazeux par les stomates. — L’exiguïté des ostioles stomatiques n’est pas un obstacle aussi grand qu’on pourrait le penser à la circulation des gaz. On a montré qu’une surface de 1 cm 2 de feuille de Catalpa peut absorber 0 cm 3 07 de CO2 en une heure, soit la moitié de la quantité absorbée, dans les mêmes conditions, par une solution alcaline de même surface, librement exposée à l’air. Ce fait paraît paradoxal, car la surface des ostioles ne représente guère qu’un centième de la surface totale de la feuille, et on arrive à la conclusion que, grâce aux stomates, le CO2 passe 50 fois plus vite qu’à l’air libre. 

Cela s’explique par la loi de diffusion des gaz à travers les espaces capillaires de STEFAN. La vitesse de diffusion est proportionnelle non à leur surface, mais à leur diamètre et comme le nombre total des stomates est très élevé, la somme de leurs diamètres excède de beaucoup les dimensions de la surface de feuille considérée. 

Cas des plantes aquatiques. — Celles-ci ne possèdent pas ou presque pas de stomates. Les échanges gazeux se font ici par diffusion à travers la cuticule qui est très mince. Le gaz carbonique et l’oxygène sont plus diffusibles que l’azote, ce qui facilite les échanges gazeux assimilatoires. 

Marche suivie par les gaz jusqu’aux ehloroplastes. 

Les gaz pénètrent donc dans la feuille par les stomates. Ils remplissent alors les espaces intercellulaires qui, dans le cas habituel, n’existent que dans le tissu lacuneux, pauvre en chlorophylle, situé contre l’épiderme inférieur. Au contraire, les cellules du tissu palissadique de la face supérieure, riches en chlorophylle, ne sont presque pas pourvues d’espaces intercellulaires. 

Quoi qu’il en soit, le gaz carbonique diffuse à travers la membrane cellulaire et se dissout dans la phase aqueuse de l’hydrogel protoplasmique. Il existe alors à l’état de CO3H2 ou mieux de bicarbonate. 

qui diffuse ainsi vers les chloroplastes. La fixation sur ceux-ci est favorisée par le fait que la chlorophylle est entièrement localisée à la surface du chloroplaste et qu’il y a, suivant WILLSTTTER, une combinaison chimique de CO2 avec la chlorophylle. On a calculé que la surface des plastes d’une feuille de charme était égale à 200 fois la surface de la 

feuille elle-même. On voit sur quelles énormes surfaces de contact: repose le phénomène chlorophyllien. 

Il faut enfin noter que la dissolution du CO2 dans la cellule sera facilitée si la surface extérieure de celle-ci est constamment imbibée d’eau par la transpiration. 11 faut donc un afflux suffisant d’eau venant des racines pour permettre l’assimilation. 

4° LES FACTEURS AGISSANT SUR L’ASSIMILATION CHLOROPHYLLIENNE. 

Dans l’assimilation chlorophyllienne interviennent de nombreux facteurs qui retentissent mutuellement les uns sur les autres. Mais leur interaction obéit à la loi des facteurs limitants formulée par BLACKMAN. « Quand un processus est conditionné dans sa rapidité par plusieurs facteurs, la vitesse du processus est limitée par l’importance du facteur le plus faible ». C’est la reproduction de la loi du minimum formulée par LIEBIG, en ce qui concerne les aliments de la plante. 

L’exemple classique cité par BLACKMAN est celui de l’interaction de CO2 et de la lumière dans la photosynthèse. Soit une feuille qui reçoit juste assez de lumière pour décomposer 5 cm 3 de CO2 par heure. Si l’on fournit à la feuille successivement 1 cm 3, puis 5 cm 3 de CO2 par heure, on verra le taux de la photosynthèse varier de 1 à 5. Mais si la quantité de CO2 offerte dépasse 5 cm 3 heure, le taux de la photosynthèse cesse d’augmenter et se maintient au niveau atteint avec 5 ; car dans ce cas, la lumière est le facteur limitant. 

Il suffira de fournir à la plante assez de lumière pour lui permettre de décomposer 10 cm 3 de CO2 par heure, pour voir le taux de la synthèse passer de 1 à 10, quand on fait varier la quantité de CO2 de 1 à 10. Il est donc impossible d’étudier l’action de CO2 sur la photosynthèse, sans envisager le facteur lumière. Mais la question est très discutée de savoir si la loi est d’application générale et concerne aussi bien les facteurs, internes que les facteurs externes. 

Influence de la concentration du gaz carbonique (pression). 

a) Teneur en CO2 de l'air atmosphérique. — On sait que l’atmosphère renferme seulement trois dix millièmes de CO2. Cette concentration est pratiquement constante sur toute la surface du globe. On observe cependant des cas où elle atteint 4 et même 5 pour 10.000, par exemple au voisinage des sources naturelles de CO2, ou dans l’atmosphère des grands centres industriels, etc... 

Mais c’est surtout au voisinage des sols bien fumés et bien cultivés, ou encore au voisinage du sol des forêts riches en humus que l’on observe des concentrations plus élevées en CO2, atteignant 5 et même 7 pour 10.000. C’est le cas, par exemple, des couches de jardiniers. Le fait est dû aux fermentations bactériennes et fungiques, productrices de CO2, dont 

de tels sols sont le siège. Les plantes tirent un bénéfice considérable de cette élévation du taux de CO2. 

Enfin, on a constaté que l’atmosphère existant dans les interstices du sol, surtout quand il s’agit de sols riches en humus, est très riche en CO2. On observe des concentrations de l’ordre de 12 à 25 pour 10.000. Il est aujourd’hui admis que la plante peut assimiler ce CO2 et l’on a pu, dans certains cas, grâce à des sols très riches en CO2, faire vivre des plantes dans des atmosphères privées de CO2. 

b) Facteurs maintenant invariable la concentration de CO2 dans l'air. — Malgré les prélèvements formidables effectués par les plantes vertes qui assimilent, le taux de CO2 se maintient constant à la surface du globe. Cet équilibre est le résultat de la production continuelle de C()2 par la respiration des plantes et des animaux, par les combustions vives (bois, houille) de toute sorte, par les fermentations bactériennes et fongiques qui s’accomplissent dans le sol. L’équilibre actuel est maintenu par ce que les facteurs de production et de consommation se contrebalancent. 

Il y a d’ailleurs un autre facteur important qui assure la régulation de cet équilibre ; c’est l’eau de mer. Celle-ci tient en dissolution non seulement du gaz carbonique, mais des bicarbonates. Si la pression du CO22 vient à diminuer, les bicarbonates se dissocient et rétablissent l’équilibre. Si, au contraire, cette pression venait à augmenter, de nouvelles quantités de CO2 se dissoudraient et transformeraient les carbonates en bicarbonates. 

Importance de l'assimilation chlorophyllienne. — On a souvent calculé l’ampleur des échanges d’acide carbonique qui interviennent dans la photosynthèse. D’après MILLER, 10.000 litres d’air renferment 3 litres 10 de gaz carbonique, soit, en tenant compte de la densité de ce gaz et de sa teneur en carbone, 1,70 gr. de carbone. D’autre part, un simple pied de maïs arrive à donner un poids de matière sèche renfermant 364 gr. de carbone. Il a donc fallu que ce pied de maïs emprunte à l'air une quantité de carbone égale à celle contenue dans 

et comme l’air pèse environ 1 gr. 30 par litre cela correspond à 3 tonnes d’air. Comme il y a 6.000 pieds de maïs dans un acre de terrain, ce maïs est arrivé à dépouiller de son CO2 une masse d’air égale à 

3 x 6.000 = 18.000 tonnes d’air environ. 

c) La concentration du gaz carbonique et la vitesse de la photosynthèse. — DE SAUSSURE, il y a plus de 150 ans, avait déjà montré que des concentrations de CO2 égales au 1/10 de la pression atmosphérique étaient bien plus favorables que la concentration habituelle de l’air, mais que 

des concentrations plus élevées étaient toxiques. Ce fait a été confirmé dans ses grandes lignes par tous les auteurs qui l’ont suivi ; aussi dans les recherches sur la photosynthèse, peut-on utiliser des atmosphères confinées, enrichies en gaz carbonique. 

En réalité, s’il n’y a pas d’autre facteur limitant, l’intensité de la photosynthèse est proportionnelle à la pression de CO2 dans l’atmosphère, pour une très large échelle de pressions de CO2. Si l’on porte sur des axes de coordonnées, l’intensité respiratoire en abscisses et la pression de CO2 en ordonnées, la courbe représentative du phénomène se divise en 3 portions : 

a) Une portion ascendante où l’assimilation croît proportionnellement à la pression de CO2. En réalité, cette portion de courbe est une courbe en S du type logarithmique, comme c’est souvent le cas quand on étudie l’influence d’un facteur externe sur un processus physiologique ; 

b) Une portion parallèle à l'axe des x, pour des pressions de l’ordre de 5 à 10%, où une augmentation de la pression ne se traduit plus par une accélération de la photosynthèse. De nombreux autres facteurs interviennent, en effet, à ce moment, comme facteurs limitants : ouverture des stomates, vitesse de diffusion de CO2, état du cytoplasme ; 

c) Une portion descendante, au delà de 10-12 %, qui traduit l’action nocive des hautes concentrations de CO2. Ces faits ont été vérifiés par un grand nombre d’auteurs (GOLDLEWSKI, BROWN et ESCOMBE 1901, BLACKMAN et SMITH, BOYSEN-JENSEN, COMBES, etc...). 

Influence de la lumière sur la photosynthèse. 

Nous envisagerons successivement l’influence de l’intensité lumineuse et l’influence des diverses radiations du spectre. Les expériences sur ce sujet sont souvent anciennes et n’offrent pas toujours la sécurité nécessaire, surtout dans l’étude de l'influence des diverses radiations. 

A) Influence de l’intensité lumineuse sur la photosynthèse. — Les expériences anciennes de TIMIRIAZEFF 1877 ont été reprises avec une technique plus perfectionnée par BLACKMAN 1905. La méthode consiste à exposer des plantes placées dans des atmosphères confinées, enrichies en CO2, à des distances variables de la source lumineuse : soit une source artificielle, soit la lumière solaire fournie par un héliostat et une lentille. 

Forme générale des courbes représentatives. — Si la lumière est bien le seul facteur limitant, l’on observe que l’assimilation commence avec des intensités lumineuses très faibles, puis, à tout accroissement de l’intensité lumineuse, correspond un accroissement de la photosynthèse. La courbe représentative (intensités lumineuses en abscisses, assimilation en ordonnées), est une courbe logarithmique habituelle. Ces courbes s’obtiennent avec toutes les plantes étudiées et tant que l’intensité lumineuse n’est pas trop élevée. 

Plantes de soleil et plantes d'ombre. — Quand l’intensité lumineuse augmente et se rapproche de celle de la lumière solaire, un jour d’été, les plantes cessent de se comporter toutes de la même façon. Les plantes vivant habituellement au soleil (plantes de lumière, plantes photophiles) voient leur photosynthèse augmenter suivant les mêmes lois, jusqu’à la lumière solaire normale qui représente pour elles un optimum. 

Chez les plantes d’ombre, vivant par exemple sous le couvert des forêts, une fois atteinte une intensité lumineuse représentant une certaine fraction de la lumière solaire normale, la photosynthèse cesse d’augmenter. La courbe représentative devient parallèle à l’axe des x. 

Minimum de lumière nécessaire à la photosynthèse. — La fixation du gaz carbonique commence avec la lumière la plus faible. Mais le phénomène apparent : la diminution du CO2 dans l’atmosphère où vit la plante, n’est que la résultante des deux phénomènes inverses : respiration et assimilation. Au début, la respiration qui n’est pas inhibée à l’obscurité, l’emporte sur l’assimilation. Ce n’est que pour une certaine intensité lumineuse que l’assimilation arrive à égaler la respiration et, à ce moment, la résultante du phénomène est nulle. C’est ce qu’on appelle le point de compensation. C’est lui que l’on considère d’ordinaire comme le point de départ de la photosynthèse. 

Or, les plantes d’ombre et de soleil ont à ce point de vue un comportement différent. Les premières sont plus riches en chlorophylle et elles se mettent à assimiler pour des intensités lumineuses plus faibles que les plantes de soleil. 

B) Influence des diverses radiations lumineuses. — A priori, puisque le rôle de la chlorophylle est de capter les radiations lumineuses et de transformer leur énergie radiante en énergie chimique, on peut penser que seules seront actives sur la photosynthèse les radiations correspondant au spectre d’absorption de la chlorophylle. Enfin, l’activité comparée des diverses radiations utiles doit être proportionnelle à leur énergie propre. 

Malgré le nombre immense de travaux effectués sur ce sujet, on ne peut pas considérer la vérification des deux propositions ci-dessus comme satisfaisante. 

On a utilisé deux méthodes principales : la méthode des écrans colorés et la méthode du spectre et l’on a apprécié l’activité des radiations étudiées soit par la consommation de CO2 en atmosphère confinée, soit par la méthode des bulles applicable aux plantes aquatiques, soit par toute autre méthode convenable. 

La méthode des écrans colorés a deux graves inconvénients auxquels on n’a pu remédier que récemment. D’abord, ils ne sont pas monochromatiques, et la fabrication d’écrans correspondant à une région précise du spectre est de réalisation récente. D'autre part, ils absorbent une quantité importante de l’intensité de la lumière transmise et l’on n'a eu longtemps aucune idée de la perte ainsi subie. 

La méthode du spectre a d’autres inconvénients. Si l’on veut obtenir un spectre pur, on est conduit à utiliser un collimateur à fente étroite ce qui donne des radiations lumineuses peu intenses. D’autre part, les différentes régions du spectre ne sont pas traitées de la même façon : les plus réfrangibles (bleu violet) sont les plus étalées et celles qui ont subi l’absorption la plus considérable. Ces faits expliquent les résultats obtenus par les anciens expérimentateurs (SACHS, TIMIRIAZEFF, etc.). 

On sait que le spectre d’absorption de la chlorophylle présente deux bandes d’absorption principales ; la plus importante est située entre le rouge et l’orangé, de part et d’autre de la raie C de Fraunhofer. L’autre, plus large, mais moins dense, couvre presque toute la partie la plus réfrangible du spectre, du bleu au violet (fig. 5). 

Or, le résultat de presque toutes les expériences anciennes a été que seule la portion du spectre située du côté rouge est active dans la photosynthèse. TIMIRIAZEFF, en 1877, avec la méthode du spectre, put établir que seules les radiations allant du rouge au jaune sont actives et que la courbe représentant leur activité présente un maximum coïncidant avec les raies B et C de Fraunhofer. Par contre, il n’observa pratiquement aucune absorption dans la région bleue-violette du spectre. 

Recherches modernes. — Les résultats furent tout autres quand on s’avisa de comparer l’intensité lumineuse des diverses radiations utilisées. On vit alors que l’absence d’assimilation dans la région la plus réfrangible du spectre était due à la très faible intensité des radiations en jeu. 

LUBIMENKO (1923) a utilisé deux lumières monochromatiques : une lumière rouge de λ = 760 à 600 up et une lumière bleue de λ = 460 à 400 uu.. De plus, l’intensité de la lumière bleue représentait 85 % de l’intensité de la lumière rouge. Il a opéré sur 8 espèces différentes, en plaçant leurs feuilles en atmosphère confinée, à 8-11 % de CO2 ; les expériences duraient 6 heures à 20°. 

Il a observé une photosynthèse active dans les deux régions du spectre étudiées. Cependant les radiations rouges sont environ deux fois plus actives que les radiations bleues. Il y a une exception remarquable présentée par les plantes d’ombre. Chez elles, les radiations bleues sont plus actives que les rouges. 

Action de la température sur la photosynthèse. 

La photosynthèse ne commence à s'exercer qu’à partir d’une certaine température; elle augmente ensuite, comme cette dernière, jusqu’à une température optimum, à partir de laquelle on observe une brusque chute de l’assimilation qui s’annule peu après. Ce maximum, variable avec les plantes et les conditions opératoires, se situe aux environs de 400-500. 

Limite inférieure de température permettant l’assimilation. — La photo- 

synthèse peut s’exercer à des températures très basses. Sans doute, les plantes des régions tropicales cessent-elles d’assimiler dès 7° à 8°; celles des régions chaudes, dès 0 et 2°. Mais chez les plantes des régions. tempérées, l’assimilation s’observe encore à des températures extraordinairement basses. Les plus basses ont été trouvées chez les Conifères et les Lichens. Voici quelques chiffres indiquant ces températures limites : 

A ces températures, la respiration est suspendue depuis longtemps. 

Courbe représentant l’action de la température. — Si l’on porte en abscisses l’échelle des températures croissantes, en ordonnées l’activité correspondante de la photosynthèse, on obtient une courbe C qui présente l’allure générale des courbes de ce type: une branche ascendante traduisant l’influence accélératrice de la température sur le phénomène ; un maximum et une branche descendante très inclinée et telle que l’optimum se trouve peu éloigné de la température qui inhibe le phénomène. De plus, si les expériences sur lesquelles est basée cette courbe sont de longue durée, sa forme est modifiée ; l’optimum recule progressivement vers les basses températures (fig. 4). 

Explication de l'action accélératrice de la température. — L’allure de la branche ascendante de la courbe exprime l’action accélératrice de la température sur le phénomène. Le Q10, c’est-à-dire le coefficient par lequel il faut multiplier la vitesse d’un phénomène à la température t, pour avoir cette même vitesse à t — 10°, a ici une valeur comprise entre 2 et 2,5. 

Nous savons que le Q10 des réactions purement photo-chimiques est voisin de l’unité. Les résultats différents obtenus ici sont ceux d’une réaction chimique. Ils suggèrent l’idée que, dans la chaîne de réactions qui constituent la photosynthèse, une au moins est de nature chimique et c’est elle qui est le facteur limitant à basse température. Nous verrons précisément que les hypothèses modernes sur les réactions de photosynthèse, invoquent de telles réactions purement chimiques. 

Optimum et branche descendante. — Dans un système inerte, la vitesse de la réaction croît indéfiniment avec la température. Dans les réactions dont le siège est la matière vivante, au contraire, on observe toujours un maximum vers 35-45°, suivi d’une chute brusque. Cela traduit l’action nocive que les températures élevées exercent sur le cytoplasme, siège de la réaction. La courbe A indéfiniment ascendante traduit l’action accélératrice de la température ; la courbe B exprime l’altération rapide du 

cytoplasme ou des enzymes par la chaleur. La courbe C qui représente les résultats expérimentaux est la composante des deux (fig. 4). 

L’existence d’un optimum est due à l’action nocive de la température, action qui a commencé à s’exercer sur le phénomène à des températures. 

Fig. 4. —• Influence de la température sur la photosynthèse. — A. Action accélératrice de la température sur le phénomène. — B. Action destructrice des températures élevées sur le protoplasme vivant. — La C courbe déterminée expérimentalement est. la composante de A et de B. Maximum apparent O à 38°. 

inférieures. Mais le dommage subi est peu considérable. Avec des expériences de plus longue durée, ce dommage devient de plus en plus important et par suite l’optimum, qui est un optimum apparent, recule-de plus en plus vers les basses températures. 

Localisation de la chlorophylle. — Nous avons vu que la chlorophylle-est localisée dans les chloroplastes, sauf chez quelques plantes inférieures où elle est diffuse dans le cytoplasme. Chez les végétaux supérieurs, elle n’existe pas, sauf exceptions (Conifères, Citrus), dans les-graines. Elle apparaît à la germination dans les organes aériens. Les 

organes souterrains (racines, tubercules, rhizomes) en sont dépourvus ; mais on sait qu’ils verdissent par exposition à la lumière. L’organe chlorophyllien par excellence est la feuille où la chlorophylle est localisée dans les parenchymes palissadique et lacuneux. Les épidermes en sont dépourvus, sauf chez les cellules stomatiques. 

Mise en évidence de la chlorophylle et des pigments carotinoïdes. 

La chlorophylle existe dans les chloroplastes à l’état colloïdal ; on ignore si elle s’y trouve à l’état libre ou à l’état combiné avec les constituants lipidiques et protidiques du chloroplaste. Elle est accompagnée de deux autres pigments : l’un jaune, la xanthophylle ; l’autre orangé, le carotène, qui sont encore connus sous le nom de pigments carotinoïdes. On connaît mal leur rôle physiologique dans la feuille. 

On met facilement ces divers pigments en évidence par l’expérience suivante. Des feuilles fraîches d’épinard sont traitées par l’alcool fort qui dissout les pigments et un grand nombre d’autres impuretés (cires, graisses, acides gras, etc...). La solution alcoolique est alors agitée avec du benzène, dans une ampoule à décantation. Par repos, on obtient une couche alcoolique verte qui retient la chlorophylle, et une couche benzé-nique plus légère qui a enlevé les pigments carotinoïdes et les lipides. 

Méthode chromatographique de TSWETT. — On peut, par une méthode élégante due à TSWETT, séparer ces 3 sortes de pigments et même démontrer que chacun est un mélange de plusieurs pigments élémentaires. Cette méthode repose sur l'adsorption de ces pigments par une substance pulvérulente comme le carbonate de chaux. Ils sont absorbés d’une manière d’autant plus énergique qu’ils abaissent davantage la tension superficielle de la solution. 

On prépare une solution de chlorophylle brute dans le sulfure de carbone et on lui fait traverser une colonne de carbonate de chaux contenue dans un long tube de verre. On constate que les pigments sont retenus à des niveaux différents, à l’exception du carotène qui traverse toute la colonne. On obtient ainsi une série de zones diversement colorées, où les divers pigments existent à l’état pur, et dans l’ordre suivant : xanthophylle b, chlorophylle b, chlorophylle a, autres constituants de la xanthophylle. 

On part des feuilles d’ortie séchées et pulvérisées. On les traite par l’acétone à 15 % d’eau, laquelle provoque la floculation de la chlorophylle et facilite son extraction. 

La solution acétonique est traitée dans une ampoule à décantation 

par 4 fois son volume d’un mélange d’éther (30 ce.) et d’eau (50 cc.). Par repos, il se sépare une couche éthérée qui renferme la chlorophylle brute. On la décante, on la débarrasse de toute trace d’eau par agitation avec SO4Na2 anhydre et la traite par une solution de KOH dans l’alcool méthylique anhydre. Après quelque temps de contact, on ajoute un grand volume d’eau. Le liquide, après agitation et repos, se sépare en deux couches : une couche éthérée renfermant tous les pigments caro-tinoïdes ; une couche alcaline où se trouve la chlorophylle. 

Fractionnement de la chlorophylle en ses deux constituants. — En réalité, comme l’expérience de TWETT nous l’a montré, la chlorophylle pure est formée de deux pigments différents, qu’on appelle : chlorophylle a et chlorophylle h. On les sépare en mettant à profit l’insolubilité de la chlorophylle b, dans l’éther de pétrole. On traite la chlorophylle brute par un mélange en quantités calculées d’éther de pétrole et d’alcool méthylique aqueux. La chlorophylle a passe dans l’éther de pétrole ; la chlorophylle b, dans l’alcool méthylique. 

WILLSTTTER a montré que toutes les plantes étudiées par lui renfermaient la même chlorophylle formée par le mélange des constituants a et b. Les feuilles fraîches renferment environ 3 p. 1.000 de pigments totaux, se décomposant comme suit : 

Propriétés physico-chimiques de la chlorophylle. — La chlorophylle a de formule MgN4C55H,20, est bleu noir à l’état solide, bleu verdâtre en solution. Elle est très soluble dans l’alcool éthylique, l’acétone, le chloroforme, le sulfure de carbone et le benzène, moins soluble dans l'éther de pétrole et dans l’alcool méthylique froid. Elle est pratiquement insoluble dans l’alcool méthylique à 20 % d’eau. Ses solutions dans les liquides miscibles à l’eau, passent à l’état colloïdal par addition d’eau, puis elles floculent, si l’eau est chargée d’électrolytes. 

La chlorophylle b de formule Mg N4C55H7O6 renferme un atome d’oxygène en plus et deux atomes d’hydrogène en moins. Elle est bleu vert à l’état solide et vert pur en solution. Elle est sensiblement moins soluble que le dérivé a dans les divers solvants, mais surtout elle est insoluble dans l’éther de pétrole, propriété mise à profit pour séparer les deux constituants. 

La chlorophylle est un ester d’un acide tribasique, la chlorophylline dont un carboxyl est estérifié par l’alcool méthylique, un autre par un alcool terpénique : le phytol ; le troisième carboxyl est à l’état de fonction 

lactame dans la chlorophylle a, et peut être de fonction lactone dans la chlorophylle b. C’est ce qu’expriment les 2 formules suivantes : 

Chaque molécule de chlorophylle renferme un atome de magnésium, lié probablement aux atomes d’azote. 

Saponification de la chlorophylle. — Elle est réalisée à froid par une solution de potasse dans l’alcool méthylique. On obtient le sel de potassium de l’acide tribasique et les alcools correspondants. Le phytol €2H3sOH est un alcool terpénique qui représente un tiers du poids de la chlorophylle. L’acide libre constitue la chlorophylline (a ou b suivant les cas). 

Décarboccylation de la chlorophylline. —Les alcalis concentrés à haute température ne se contentent pas de saponifier les chlorophylles. Ils enlèvent successivement les deux carboxyls, le premier à 140° ce qui donne des glaucophyllines, le deuxième à 200°, avec formation de pyrrophyllines. 

Enlèvement du magnésium. — On sait depuis longtemps que le magnésium fait partie intégrante de la molécule de la chlorophylle. Le magnésium ne salifie pas les fonctions acides, lesquelles sont à l’état d’esters. Il n’est pas susceptible d’être enlevé par électrolyse ou par l’action des alcalis, même à haute température. 

Par contre, les acides dilués, même à froid, enlèvent facilement le magnésium, soit à la chlorophylle même, soit à ses divers dérivés. Ainsi la chlorophylle donne des chlorophyllanes. Quant aux chlorophyllines, glaucophyllines et pyrrophyllines, elles donnent des porphyrines. Les chlorophyllanes se produisent spontanément dans les solutions aqueuses impures de chlorophylle, sous l’influence des acides du suc cellulaire. 

Constitution de la chlorophylle. — Les pyrroporphyrines par réduction et dégradation plus avancées fournissent enfin 4 molécules de phyllopyrrol, ou triméthyl-éthyl-pyrrol. Ces faits, et d’autres impossibles à résumer ici, conduisent à attribuer à la chlorophylle un noyau tétra-pyrrolique, où le magnésium serait lié aux atomes d’azote des 4 noyaux pyrroliques. 

Parenté de la chlorophylle et de l’hémoglobine. — Tous ces faits établissent une parenté remarquable entre la chlorophylle et l’hémoglobine. On sait que celle-ci est une protéine conjuguée formée de l’union d’une globine et d’un pigment ferrugineux : l'hématine, de formule Fe C32H32N4O4 de formule très voisine de celle de la chlorophylle, où le fer remplace le magnésium. Les acides dilués enlèvent l’atome de fer et conduisent à des porphyrines de même nature que les porphyrines dérivées de la chlorophylle. L’une d’elles, l'étioporphyrine, possède un noyau tétrapyr-rolique et donne par réduction un hémopyrrol qui est un homologue du phyllopyrrol. 

On tend à penser aujourd’hui que ce rapprochement n’est pas fortuit.. Les animaux seraient incapables de réaliser la synthèse de leur hémoglobine et les noyaux tétrapyrroliques caractéristiques de ce pigment seraient fournis aux herbivores (et par eux au carnivores) par la chlorophylle des végétaux qu’ils ingèrent. La chlorophylle serait dégradée dans l’intestin jusqu’au noyau porphyrine, à partir duquel l’organisme animal réaliserait la synthèse du pigment sanguin. 

Les pigments biliaires et l’urobiline, dont on connaît la parenté avec les hémoglobines, ont évidemment la même origine. 

Les solutions de chlorophylle sont fluorescentes et elles possèdent un spectre d'absorption. Ces deux propriétés jouent un rôle important dans la fonction chlorophyllienne. 

La fluorescence se manifeste par une coloration différente de la lumière transmise et de la lumière réfléchie. Ainsi les solutions de chlorophylle a, qui sont bleu vertes en lumière transmise, sont rouge sang par réflexion. Les solutions de chlorophylle b, qui sont vertes dans le premier cas, sont rouge brique dans le second. 

La fluorescence est due à ce qu’une partie des rayons lumineux est transformée et réfléchie en radiations de longueur d’onde plus grande. Dans le cas de la chlorophylle, les radiations jaunes, vertes et bleues sont transformées en radiations rouges, de longueur d’onde plus élevée. 

Spectre d'absorption de la chlorophylle. — Si sur le trajet du faisceau lumineux allant au prisme d’un spectroscope, on intercale une cuve de verre à faces parallèles contenant une solution diluée de chlorophylle, le spectre obtenu n’est plus continu, il présente par places des bandes sombres dues à l’absorption des radiations lumineuses correspondantes. On dit que la chlorophylle a un spectre d’absorption. 

L’emplacement et l’intensité des bandes d’absorption sont caractéristiques d’une substance. Ici, ce spectre varie suivant que l’on a affaire à une solution vraie dans un solvant comme l’alcool, ou à un sol colloïdal obtenu dans l’eau. Enfin, il y a quelques différences dans le spectre des deux constituants de la chlorophylle. 

Dans les solutions alcooliques de chlorophylle a, le spectre présente deux bandes principales : l’une autour de la raie C de Fraunhofer (de λ = 680 µµ à λ = 640 µµ) ; l’autre, plus étendue, occupant la région la plus réfrangible du spectre, à partir de λ = 470 µµ.. Entre ces deux bandes bien caractérisées, même pour des solutions très diluées, existent piusieurs bandes secondaires dans l’orangé, le jaune et le vert, d'autant plus marquées que la solution est plus concentrée. Ce spectre varie d’ailleurs avec le solvant utilisé. Le spectre de la chlorophylle b est légèrement différent. La bande d’absorption dans le rouge est remplacée par deux bandes d’intensité inégale, la plus importante étant vers l’orangé ; enfin, la bande dans le bleu est beaucoup plus large que dans le cas précédent (fig. 5). 

Spectre des sols colloïdaux. — On peut obtenir ces sols en diluant fortement avec l’eau une solution alcoolique concentrée de pigment. Le spectre obtenu présente les mêmes bandes d’absorption, mais légère¬ 

ment décalées vers le rouge (de 10 uu environ). Il est à noter que ces sols colloïdaux ne sont pas fluorescents. 

Spectre des feuilles vertes. — En intercalant une feuille verte suffisamment mince à la place de la cuve d’absorption, on obtient un spectre 

Fig. 5. — Spectres d’absorption des pigments chlorophylliens : chlorophylle totale ; chlorophylle a et chlorophylle b. 

d’absorption pratiquement identique à celui des sols colloïdaux, c’est-à-dire que les bandes d’absorption du spectre normal sont légèrement déplacées vers le rouge. Nous verrons que c’est un des arguments qui font attribuer à la chlorophylle en place dans les chloroplastes un état colloïdal. 

Etat de la chlorophylle dans les chloroplastes. 

Willstätter admet que la chlorophylle s’y trouve à l’état colloïdal et il appuie cette conception sur 3 ordres de faits. 

a) Action des solvants. — Un sol colloïdal de chlorophylle obtenu avec le pigment pur ne cède pas celui-ci à ses dissolvants habituels. Ainsi, agité avec de l’éther, celui-ci ne se colore même pas, mais si l’on ajoute un électrolyte (NaCl) qui flocule le sol colloïdal, le pigment précipité se dissout aussitôt dans l’éther. Il en est de même avec la chlorophylle des feuilles sèches qui, agitées avec de l’acétone anhydre, ne la colorent même pas. Mais il suffit d’ajouter de l’eau pour que le pigment entre en solution. L’eau, en effet, a dissous les sels présents dans la feuille et provoqué la floculation du sol colloïdal. 

b) Spectre de la chlorophylle en place. — Comme, nous l’avons indiqué, les feuilles vertes donnent un spectre dont les bandes d’absorption sont décalées vers le rouge, comme dans le cas des sols colloïdaux. 

c) Résistance de la chlorophylle en place à la lumière. — Les feuilles vertes ne se décolorent pas à la lumière, ce qui correspond au comportement des sols colloïdaux et s’oppose à celui des solutions vraies de chlorophylle qui sont rapidement détruites. Il est vrai que d’autres hypothèses peuvent rendre compte de ce fait : action protectrice du cytoplasme ; combinaison avec les constituants protéiques ou lipidiques des chloroplastes ; formation de nouvelles quantités de chlorophylle remplaçant la chlorophylle détruite. 

10 Formation de la chlorophylle. — Le pigment vert n’apparaît que chez la plante vivante et placée dans des conditions normales de vie. La lumière est le facteur indispensable, mais non suffisant ; d’autres facteurs tels que la présence de fer, de magnésium, un apport convenable en glucides jouent un rôle important. 

a) Rôle de la lumière. — Les plantes maintenues à l’obscurité ne verdissent pas ; elles sont dites étiolées. Leurs chloroplastes existent, ils renferment les pigments carotinoïdes, mais n’ont pas de chlorophylle. Vient-on à placer ces plantes étiolées à la lumière, le verdissement intervient très rapidement. 

Chez les végétaux inférieurs, cette règle est moins absolue et l’on connaît de nombreux exemples chez les Algues (Chlorella étudiées par RADAIS) et chez les Fougères (jeunes frondes), d’organismes qui forment leur chlorophylle à l’obscurité. Les Conifères ont conservé ce caractère ancestral chez leurs graines dont les embryons sont verts. Par contre, chez les Angiospermes, ces mêmes faits sont exceptionnels (embryons de Nelumbo, de Citrus, etc.). 

La lumière diffuse est beaucoup plus favorable que la lumière intense, car celle-ci a une action destructrice sur la chlorophylle formée. Les diverses régions du spectre sont inégalement favorables au processus (PAUL BERT) et l’on peut résumer les connaissances actuelles sur ce sujet comme suit : 

Les radiations de l’ultra-violet commencent à être actives sur le phénomène à partir de la longueur d’onde λ = 300 µµ. Leur activité augmente avec leur longueur d’onde pour tout le spectre ultra-violet et le spectre visible, jusqu’au rouge (λ = 680 µµ) où leur activité est maximum. Là elle cesse brusquement et le rouge et l'infra-rouge sont inactifs. 

b) Rôle du fer et des autres éléments. — La présence du fer est absolument indispensable au phénomène. Toutes les fois qu’il est absent : 

cultures sur milieux artificiels privés de fer, cultures sur sols alcalins qui insolubilisent le fer et empêchent son absorption, la chlorose apparaît. On appelle ainsi le non verdissement des plantes au soleil. Elle est plus ou moins intense suivant les plantes. 

Inversement, il suffit de faire absorber du fer à des plantes chlorotiques pour les voir reverdir. La chlorophylle n’apparaît que dans les régions qui ont reçu le fer. Ainsi, sur un poirier étiolé, on perce un trou à la vrille sur un rameau et y place un cristal de sulfate de fer. Le verdissement n’apparaît que sur le rameau ainsi traité. 

Il est d’ailleurs facile de constater la présence du fer au niveau des plastes par des réactions micro-chimiques. Cependant il est aujourd’hui bien prouvé que le fer n’entre pas dans la constitution de la chlorophylle. Il joue seulement un rôle catalytique dans la genèse du pigment. 

Le magnésium, élément caractéristique du pigment, est évidemment indispensable. D’autres éléments : K, S, P, Mn, Ca, bien que ne faisant pas partie de la molécule de chlorophylle, sont plus ou moins nécessaires à sa formation, mais le mécanisme de leur action reste obscur. Enfin, l’oxygène est absolument indispensable au verdissement. 

Plantes albinos, Plantes panachées, Virus de la mosaïque. — Il existe des variétés héréditaires de plantes qui sont incapables de verdir. On en rencontre ainsi parmi les plantules de céréales. Dans la nature ces plantes, après avoir formé quelques feuilles, ne tardent pas à dépérir. 

Les plantes panachées sont d’autres variétés héréditaires où certaines régions de la plante (feuilles surtout) sont incapables de verdir et restent plus ou moins jaunâtres. Ces plantes sont très appréciés comme plantes d’ornement (Aucuba japonica, Acer Negundo, etc...) On observe que dans les régions décolorées de leurs feuilles, il existe des ferments oxydants très actifs, sans que l’on puisse dire s’il s’agit là d’une simple coïncidence, ou d’une relation de cause à effet entre les deux phénomènes. 

Enfin, les plantes frappées par certaines maladies à ultra-virus (virus de la mosaïque) deviennent incapables de verdir dans les régions atteintes par le virus. 

2° Destruction de la chlorophylle. — La chlorophylle n’est pas une substance stable. En solution, elle se détruit rapidement sous l’influence de l’air et de la lumière. C’est donc une photo-oxydation. 

Cette destruction est provoquée précisément par les radiations correspondant à son spectre d’absorption. DANGEARD le démontre de la manière suivante. Il étale sur une plaque de verre un « film » de collodion additionné d’une solution alcoolique de chlorophylle et il projette sur ce film, maintenu à l’obscurité, un spectre pur. La chlorophylle ne se détruit que dans les régions qui correspondent à son spectre d’absorption. Il suffit d’ailleurs d’interposer soit une solution de chlorophylle, soit une feuille verte, pour arrêter toute action. 

Dans la plante verte, la destruction de la chlorophylle se produit aussi 

à la lumière, mais très lentement, car le pigment est protégé par son état colloïdal et par sa combinaison possible avec les constituants du chloroplaste. Normalement cette destruction est contrebalancée par le phénomène inverse de formation de nouvelles quantités de pigment. A l’automne, cet équilibre est rompu et le phénomène de destruction dépassant le phénomène de formation, la feuille jaunit et tombe. 

L’étude expérimentale du phénomène peut se résumer dans les propositions suivantes : 

a) Il y a absorption de gaz carbonique, émission d’une quantité exactement équivalente d’oxygène et formation dans la plante de glucides ± condensés : glucose, saccharose ou amidon. Cela peut s’exprimer par l’équation : 

b) Cette réaction est fortement endothermique et absorbe 675 calories par molécule. On ne connaît aucune réaction analogue aboutissant à mettre en réserve une quantité d’énergie aussi élevée. 

c) La photosynthèse n'est possible que grâce à la présence simultanée de la chlorophylle, de la lumière et du protoplasme à l’état vivant. On admet que la chlorophylle réalise, in vivo, la réduction endothermique du gaz carbonique, grâce à l’énergie radiante qu’elle est capable de fixer. 

Une théorie acceptable de la photosynthèse doit nous expliquer par quelles étapes on passe du gaz carbonique aux glucides (point de vue chimique) et par quel mécanisme la chlorophylle capte l’énergie radiante et l’utilise dans ce processus (point de vue physique). 

I. — LES THÉORIES CHIMIQUES DE LA SYNTHÈSE CHLOROPHYLLIENNE. 

La seule théorie chimique qui se soit montrée digne de retenir l'attenttion est celle qui fait de l’aldéhyde formique le terme intermédiaire obligatoire de la réaction. Elle a été formulée d’abord par BERTHELOT et par BOUSSINGAULT et développée en 1870 par BAEYER. Depuis cette date, on peut dire qu’elle est le pivot autour duquel portent toutes les recherches. 

Elle admet que, dans une première phase, l’acide carbonique est réduit en aldéhyde formique avec dégagement d’oxygène. Dans une phase ultérieure, l’aldéhyde formique est condensé en hexoses : 

(1) CO3H2= H — CHO + O2 

On a essayé de vérifier la théorie de l’aldéhyde formique, premier produit de la réduction photo-chimique du gaz carbonique, par des preuves empruntées à trois ordres de faits différents : réalisation de cette réductions vitro, par les moyens de la chimie classique, et préparation des sucres avec l’aldéhyde formique ; isolement du formol des feuilles vertes ; essais de nutrition de la plante verte avec ce même produit. 

a) Essais de préparation du formol à partir du gaz carbonique. — Jusqu’en 1907, tous les essais de réduction de CO2 par voie chimique avaient abouti à l’acide formique et non à l’aldéhyde. A cette date, BALY, HEILBRON et BARRER montrèrent que les Rayons ultra-violets (R. U. V.) étaient capables de donner du formol à partir d’une solution aqueuse de gaz carbonique, c’est-à-dire qu’ils pouvaient effectuer la réduction que la lumière solaire réalise en présence de chlorophylle. 

On a aussi essayé de réaliser cette réduction in vitro, avec la lumière solaire, en présence de catalyseurs divers (uranium colloïdal, hydrate de-fer colloïdal) ou de matières colorantes sensibilisatrices. Mais les rendements sont très faibles et le résultat lui-même est contesté par de nombreux auteurs. On aurait de meilleurs résultats en utilisant comme catalyseurs le carbonate de nickel ou le carbonate de cobalt en suspension dans l’eau. La réaction dépasse même le stade du formol et aboutit à un mélange de glucides où l’on a caractérisé le glucose et le lévulose. 

b) Essais de condensation du formol en sucres. — On peut ici considérer deux étapes qui se rapprochent de plus en plus des conditions naturelles : 

1° Les alcalis concentrés, à haute température, réalisent la polymérisation du formol en glucides, mais la réaction est très complexe, les-rendements faibles et les conditions fort éloignées des conditions naturelles (NEF, 1913) ; 

2° Les rayons ultra-violets réalisent cette polymérisation à la température ordinaire. Cette réaction a été découverte, en 1910, par BERTHELOT et GAUDECHON. BALY et HEILBRON admettent que cette condensation n’est possible que si le formol se trouve dans un état réactionnel particulier, tel qu’il doit exister dans les plantes après le premier stade de l’assimilation. La lumière solaire s’est toujours révélée incapable de réaliser cette condensation, même en présence de catalyseurs. 

D'après cela, on voit que sous l’influence des R. U. V. le gaz carbonique peut être transformé en formol et polymérisé en sucres. Les R. U. V. réalisent in vitro, avec de mauvais rendements d’ailleurs, la réaction que la lumière solaire provoque en présence de chlorophylle. Le rôle de celle-ci semble donc être de conférer aux radiations visibles l’énergie-chimique des R. U. V. 

c) La caractérisation du formol dans la feuille verte. — Elle a été long- 

temps considérée comme impossible à obtenir et on expliquait ces échecs en disant que le formol est un produit transitoire qui entre en réaction aussitôt formé. Plus récemment, le formol a été caractérisé dans la feuille verte par des auteurs dignes de foi (GRAFE et VIESER 1906, GIBSON 1908, FINCKER 1913, CURTIUS et FRANZEN 1912). Mais il convient de ramener ces faits à leur juste importance: le formol ainsi caractérisé peut avoir une toute autre origine que la réduction photochimique du gaz carbonique. 

d) L'utilisation du formol par la plante verte — Enfin, si le formol est une des étapes obligatoires de la synthèse des sucres, la plante doit pouvoir l’utiliser pour ce but, et réaliser cette synthèse, même à l'obscurité. L’expérience a tenté de nombreux auteurs. Elle est gênée par l’extrême toxicité du formol qui doit être utilisé à des doses inférieures à 0,024 %. 

On a obtenu, dans ces conditions, des résultats incontestablement positifs, soit qu’on utilise le formol à l’état de vapeurs (JACOBY 1919,- LITSHKA et RIESENBEBG 1924), soit qu’on l'ajoute à des milieux nutritifs (BOKORNY 1911, NICHOLAS et NICOLAS 1922, SABALITSCHKA et WEIDLTNG 1926). De meilleurs résultats encore ont été obtenus en remplaçant le formol par des dérivés moins toxiques, tels que le méthylal ou le métha-nol sulfonate de sodium. Mais on ne doit pas s’exagérer la portée de ces expériences, car beaucoup d’autres substances peuvent conduire au même résultat. 

C’est celle qui, pour le moment, semble la plus satisfaisante ; c’est la seule qui tienne compte de la présence de magnésium dans la molécule de la chlorophylle. D’après WILLSÄTTER et STOLL, la première étape de la réaction est la fixation du gaz carbonique sur la molécule chlorophyllienne pour former un composé (2) qui serait un véritable carbonate. Ce composé formé sans l’aide de la lumière et par voie purement chimique, subirait alors, sous l’influence de la lumière absorbée par le pigment, une transposition moléculaire,endo-thermique, c’est-à dire absorbant de l’énergie et donnerait un peroxyde (formule 3). 

Puis ce peroxyde subirait de la part d’enzymes du type des catalases, une décomposition mettant en liberté du formol et de l'oxygène et régénérant la chlorophylle. 

A l’appui de cette thèse, on fait valoir que la substance de la feuille sèche absorbe CO,avec une avidité comparable à celle du sang veineux ou des alcalis. 

Il y aurait ainsi 3 phases successives : 

a) fixation de CO, sur la chlorophylle ; 

b) transposition moléculaire de ce composé en peroxyde ; 

De ces trois réactions, la deuxième seule est endothermique et serait un processus photocatalytique. Les deux autres sont de nature purement chimique. Ceci s’accorde avec le fait connu depuis longtemps que la photosynthèse suit la loi de VANT’HOFF qui veut qu’un accroissement de température de 10° double la vitesse de la réaction. Par contre, les réactions photochimiques ne suivent pas la loi de VANT’HOFF. Ces deux faits inconciliables s’expliquent grâce à l’hypothèse de WILLSTÄTTER, puisque deux des trois réactions invoquées sont de nature purement chimique, où la lumière n’intervient pas. On doit enfin noter que la décomposition enzymatique du peroxyde peut aussi bien se faire au niveau du chloroplaste que dans le cytoplasme. 

Elle ne constitue, en réalité, qu’un développement de la précédente. D’après WARBURG, la photosynthèse est une réaction de surface, car elle est fortement abaissée par tous les agents abaissant la tension superficielle. La chlorophylle serait exclusivement localisée à la surface du chloroplaste où elle formerait un film mono-moléculaire qui est le siège de la réaction. 

Celle-ci se passerait en deux phases : 

1° la transformation endothermique de l’acide carbonique en peroxyde ; . 

2° la décomposition du peroxyde par l’action d’une catalase. 

La première seule est de nature photochimique et indépendante de la température (Loi de VANT’HOFF). Elle se produit avec une vitesse extrême (0.00001 seconde), suivant les mesures d'EMERSON et ne réclamerait pas la fixation préalable du CO2 sur la chlorophylle. 

La deuxième phase, appelée par WARBURG réaction de BLACKMAN, en 

l’honneur du physiologiste anglais, est de nature purement chimique. Elle est beaucoup plus lente et sa vitesse est de l’ordre de 0,04 seconde à 25°. Cette réaction est inhibée par HCN et H2S, ce qui démontre le rôle du fer comme catalyseur. Or, on sait que le fer est l’élément catalyseur des réactions provoquées par les catalases. 

Ces deux hypothèses sont en grande partie théoriques, mais elles s’accordent avec tous les faits actuellement connus. Elles tiennent compte notamment du fait qu’on ne peut réaliser la synthèse chlorophyllienne, par voie purement chimique, avec des solutions de chlorophylle in vitro. Il y faut l’intervention simultanée de la lumière, du pigment et du protoplasme vivant intact, avec sa structure et ses enzymes. 

II. — RÔLE PHYSIQUE DE LA CHLOROPHYLLE DANS LA PHOTOSYNTHÈSE. 

Nous avons vu que WILLSTÄTTER assigne à la chlorophylle un rôle chimique déterminé, dans la chaîne des réactions qui conduisent du gaz carbonique aux glucides. Mais ce n’est là qu’un aspect secondaire de la question. Le véritable problème se pose comme suit. La réduction du gaz carbonique en aldéhyde formique et sa condensation ultérieure en glucides est une réaction endothermique qui n’est possible que si l’on fournit au système une énergie extérieure, en l’espèce ici, l’énergie radiante de la lumière. Or, l’expérience prouve que, in vitro, la lumière est incapable d’effectuer cette réaction, alors que les R. U. V. la réalisent parfaitement. Ainsi, grâce à la chlorophylle, la lumière visible devient capable de provoquer une réaction réservée, en son absence, aux R. U. V. 

On sait depuis longtemps que la chlorophylle est capable d’absorber les radiations correspondant à son spectre d’absorption. Il reste à savoir comment elle peut élever leur potentiel énergétique jusqu’au niveau de celui des R. U. V. Toutes les explications anciennes sont purement verbales ou même contradictoires. La théorie moderne des quanta semble au contraire apporter au problème une solution satisfaisante. 

Suivant cette théorie, un système soumis à l’énergie radiante de la lumière dans une réaction photochimique absorbe cette énergie, non pas d’une façon continue, mais par unités discontinues et définies appelées quantum et à raison d’un quantum par molécule en jeu. Les divers quanta correspondant à chaque radiation ont des valeurs définies ; leur énergie varie en raison inverse de la longueur d’onde de la radiation considérée. Elle est d'autant plus forte que la longueur d’onde est plus faible. Les radiations de l’ultra-violet fournissent des quanta de valeur plus élevée que les radiations lumineuses. 

Pour qu’une réaction photochimique s’accomplisse, il faut que les quanta qui lui sont fournis, aient une valeur suffisamment élevée. L’expérience prouve que la réduction photochimique du gaz carbonique 

n’est possible, en l'absence de chlorophylle, qu’avec les quanta fournis par les R. U. V. 

Par exemple, pour la lumière bleue de λ = 486 µµ, les quanta ont pour valeur 58.470 calories; pour la lumière jaune, λ = 589 µµ, les quanta correspondent à 48.240 calories ; enfin pour la lumière rouge, X = 810 µµ, ils correspondent à 35.510 calories seulement. Ces valeurs sont insuffisantes pour assurer la réduction de CO2. Mais la chlorophylle a la propriété d’absorber 4 quanta par unité de temps, si bien que l’énergie d’activation de la chlorophylle est représentée en définitive par 4 petits quanta, ce qui est suffisani pour réaliser la réduction de CO2. 

Il peut être intéressant de rechercher quelle proportion de l’énergie radiante tombant sur la feuille est absorbée par celle-ci, puis de déterminer le rendement énergétique de la réaction de photosynthèse. La feuille absorbe 75% de l’énergie lumineuse qu’elle reçoit. Le reste, soit 25 % (radiations vertes et rouges), représente la proportion de lumière réfléchie ou transmise. Mais une part seulement de l’énergie absorbée est affectée à la photosynthèse. 

Pour la calculer, on détermine d’abord la quantité de glucides formés, d’où l’on déduit, par leur chaleur de combustion, l’énergie emmagasinée qu’ils représentent. On pourrait encore déterminer la quantité de CO2 fixée et calculer l’énergie mise en jeu pour sa réduction. Les valeurs ainsi calculées se correspondent assez bien. 

On détermine d’autre part la quantité totale d’énergie représentée par le flux lumineux qui tombe sur la feuille au cours de l’expérience. On voit alors que l’énergie, utilisée pour la photosynthèse ne représente que 1 à 5 %, rarement 10 %, de l’énergie mise en jeu. Le rendement est donc particulièrement faible. Le reste, soit 90 à 99 %, est dissipé sous forme de chaleur, ou encore pour l’évaporation de l’eau. Chez les Algues uniçellulaires (Chlorella), WARBURG a obtenu des rendements beaucoup plus élevés, de l’ordre de 50 à 60%. 

Les chiffres obtenus sont largement sous la dépendance de l’état physiologique et anatomique de la feuille étudiée, de l’espèce considérée, des facteurs extérieurs, etc... 

IV. — LES PRODUITS DE L’ASSIMILATION CHLOROPHYLLIENNE 

Nous avons admis jusqu'ici que le premier produit de la photosynthèse est un hydrate de carbone en C6, un hexose, d’après la réaction globale. 

6 CO2 + 6 H2O = C6 H12 O6 +60, 

C’est une question très difficile et non encore résolue de savoir quel est le premier produit de la réaction. Nous la discuterons plus loin. En tous cas, le premier produit visible est très souvent l’amidon qui apparaît, au cours de l’insolation, au sein même des chloroplastes. 

Les anciens expérimentateurs ont donné à ce sujet des expériences simples et élégantes. 

1° Mise en évidence de l’amidon par l'iode. — L’apparition d’amidon comme premier résultat de la photosynthèse est observée comme suit. On traite la feuille insolée par l’eau bouillante qui gonfle les grains d’amidon, puis par l’alcool ou l’éther qui enlèvent la chlorophylle, enfin, par l’eau iodée qui colore les grains d’amidon. La feuille apparaît colorée en bleu, alors qu’une feuille-témoin, conservée à l’obscurité, est incolore. Si, sur la feuille traitée, on a fait des« réserves», en appliquant par place des feuilles d’étain, on n’observe pas d’amidon dans les plages protégées par l’écran métallique. 

2° Observation microscopique.— La formation des grains d’amidon dans les feuilles insolées peut être suivie au microscope; avec les filaments d’Algue (Spirogyra), il suffit de cinq minutes pour obtenir un grain d’amidon. 

3° Méthode du spectre. — Enfin, si sur une feuille placée à l’obscurité, on projette un spectre, on observe ensuite que l’amidon est apparu uniquement dans les régions du spectre correspondant aux bandes d’absorption de la chlorophylle, c’est-à-dire surtout dans la région des raies B et C (bande rouge) et plus faiblement dans la région bleue. 

Sucres présents dans la feuille verte. — En réalité, l’amidon est loin de représenter l’ensemble des hydrates de carbone apparus dans la feuille. Il est souvent absent, par exemple dans les feuilles de la plupart des Monocotylédones. Quand il est présent, il est accompagné de nombreux autres glucides : le d. glucose, le d. lévulose et le saccharose, presque toujours présents en quantités appréciables, et éventue lement des pentoses, de la mannite, de l'inuline, des pentosanes, décelables seulement dans quelques cas. 

Quel est le premier glucide apparu au cours de la photosynthèse. 

La question est très compliquée, non seulement à cause du nombre des glucides présents, et de la difficulté technique qu’il y a à les séparer et à les doser avec certitude, mais aussi des changements incessants qui interviennent dans la composition glucidique des feuilles. A chaque instant, en effet, interviennent les processus de synthèse, qui forment 

de nouvelles molécules du glucide initial, les polymérisations qui aboutissent à mettre une certaine quantité de ces sucres en réserve (amidon, inuline) ; des réactions variées qui conduisent aux produits les plus divers rencontrés dans la plante; des réactions d’hydrolyse qui mobilisent les sucres mis en réserve pour assurer leur migration vers les autres parties de la plante et enfin, les phénomènes respiratoires qui portent sur une partie de ces glucides. 

On conçoit que les éléments nous manquent pour nous guider avec certitude dans ce dédale de réactions. En fait, trois produits différents ont été considérés comme le résultat direct de la photosynthèse. 

a) L’amidon. — Ce fut l’opinion des premiers physiologistes. Elle n’à plus qu’un intérêt historique. Il est à priori peu vraisemblable qu’une substance si complexe soit le produit direct d’une synthèse. 

L’amidon est visiblement, dans les chloroplastes, le résultat de la polymérisation des hexoses formés par la photosynthèse et qui doivent être éliminés du champ de la réaction pour que celle-ci ne soit pas gênée. Cette condensation conduit aussi bien au saccharose qui va s’accumuler dans la vacuole, qu’à l’amidon qui se précipite dans le chloroplaste. 

D’ailleurs on connaît de nombreuses feuilles où l'amidon n’apparaît jamais dans les conditions naturelles. La condensation des hexoses y conduit uniquement au saccharose (Graminées, Monocotylédones). Or, ces mêmes plantes accumulent d’énormes quantités d’amidon dans-leurs organes de réserve : caryopses, organes souterrains. L’amidon résulte ici de la condensation des sucres solubles venus de la feuille. 

L’amidon apparu à la lumière dans les chloroplastes s’y forme par un processus analogue. Dans les cas où on ne l’observe pas, c’est que les sucres formés dans la synthèse n’ont pas atteint dans la feuille une concentration suffisante. Il suffit, en effet, de porter ces feuilles sur une solution concentrée d’un sucre soluble (glucose, lévulose, maltose, saccharose), pour les voir accumuler de l’amidon dans leurs chloroplastes. Le saccharose est d’ailleurs le sucre le plus actif dans ce phénomène. 

b) Le saccharose. — C’est l’opinion actuellement soutenue par de nombreux auteurs qui s’appuient sur deux ordres de faits : 

1° Le saccharose est toujours présent dans la feuille verte qui assimile et en quantités qui dépassent considérablement celle des hexoses ; 

2° Le saccharose présente dans la feuille verte des variations importantes qui sont parallèles à la marche de la photosynthèse. Il augmente pendant le jour et diminue pendant la nuit. La concentration des hexoses reste au contraire relativement constante. 

Mais ces deux sortes de faits peuvent aussi bien s’expliquer en considérant le saccharose comme formé par stockage provisoire des sucres produits en excès pendant le jour, et remis en circulation la nuit, quand la photosynthèse ne s’exerce plus. 

c) Les hexoses et en particulier le glucose.— La majorité desphysiologistes pense aujourd'hui que le glucose est le premier produit de la photosynthèse. Le comportement de l’amidon et du saccharose s’expliquent parfaitement en les considérant comme des formes de stockage provisoire. 

Par voie microchimique, DIXON a établi que le glucose était abondant dans les chloroplastes et dans le cytoplasme, alors que le saccharose est localisé dans la vacuole. Le glucose ne saurait atteindre au lieu de sa formation une concentration trop élevée sans gêner la réaction de synthèse. Aussi, dès qu’un certain taux est atteint, la cellule le condense soit sous forme d’amidon insoluble, dans le chloroplaste, soit sous forme de saccharose peu diffusible, dans la vacuole. 

Dans les plantes à feuilles panachées, on a observé que le saccharose se rencontre seulement dans les régions décolorées, alors que le glucose est présent dans les régions chlorophylliennes. 

Le glucose est d’ailleurs toujours accompagné par le lévulose et le problème se pose de savoir si ce dernier est formé directement par la photosynthèse ou résulte d’une isomérisation du glucose. Enfin, les données récentes sur la structure des sucres tendent à faire admettre que le glucide formé dans la synthèse, glucose ou lévulose, apparaît sous la forme active de glucose pyranose ou glucose γ. Nous verrons l’importance de ces faits quand nous étudierons le métabolisme des glucides dans la plante. 

MÉTABOLISME DES GLUCIDES DANS LA PLANTE VERTE 

I. — Classification des sucres rencontrés dans le règne végétal 

Pentoses : arabinose, xylose, riboses, rhamnose. 

Hexoses : glucose, lévulose, galactose, mannose. 

Polysaccharides : amidon, nuline, cellulose, hémi-celluloses, matières pec-tiques, etc. 

II. — Métabolisme des glucides dans la plante verte. 

20 Formation des réserves glucidiques de la plante. 

A. — Dans la cellule chlorophyllienne (amidon, saccharose). 

B. — Dans les tissus de réserve : voies de transport, formes de transport, formes de stockage (saccharose, inuline, amidon). — Cas de la betterave. 

3° Formation des constituants des membranes. 

A. — Isomérisations conduisant aux autres hexoses. 

B. — Condensations conduisant aux polyholosides. 

C. — Oxydations et décarboxylations conduisant aux acides uroniques et aux pentoses. 

4° Réactions de cyclisation conduisant aux noyaux cycliques et hétérocycliques. 

Nous avons vu que le premier produit de l’assimilation chlorophyllienne est un hexose, soit le glucose, soit aussi vraisemblablement un mélange de glucose et de lévulose. Ces sucres doivent être formés à l’état de sucre actif. C’est à partir de ces sucres que la plante édifie non seulement les innombrables variétés de glucides qu’elle renferme, mais encore les autres constituants organiques de la cellule : lipides, protides, pigments, essences, alcaloïdes, etc... Il serait intéressant de pouvoir 

décrire la marche des transformations qui conduisent de l’hexose fourni par la photosynthèse à chacune de ces substances. On ne peut encore le faire que pour un très petit nombre de constituants de la cellule. Dans ce chapitre, nous ne nous occuperons que des glucides. 

CLASSIFICATION DES SUCRES RENCONTRÉS DANS LE RÈGNE VÉGÉTAL 

I. — Monosaccharides ou Monoholosides formés par une seule molécule de sucre ou ose : 

2° Tétroses (apiose ou méthyltétrose, érythrite) ; 

3° Pentoses (Larabinose, d xylose, riboses et l.rhamnose) ; 

4° Hexoses (aldoses : d.glucose, d.mannose, d.galactose) ; 

1° Disaccharides : (maltose, cellobiose, gentiobiose, saccharose, lactose, mélibiose, primevérose, etc.) ; 

2° Trisaccharides (gentianose, raffinose, mélézitose) ; 

a) Pentosanes : (arabanes, xylanes) ; 

b) Hexosanes : (amidon, inuline, cellulose, mannanes, galactanes) ; 

Dans la nomenclature actuelle, on les appelle des « oses » et, suivant le nombre des atomes de carbone de leur molécule, on distingue les trioses, les tétroses, les pentoses, les hexoses, etc.., 

1° Les trioses. —Il n’y en a pas de connus avec certitude, dans le règne végétal. Par contre des substances apparentées aux trioses jouent un rôle très important dans le métabolisme de la cellule. Telles sont : a) la glycérine, alcool triatomique, constituant fondamental des graisses qui sont des triesters de la glycérine ; b) le méthyl glyoxal et la dioxy-acétone qui constituent probablement des stades intermédiaires dans la dégradation des hexoses, au cours de la respiration ou de diverses fermentations. 

2° Les tétroses. — On connaît les érythrites qui sont des alcools tétraatomiques, polymères supérieurs de la glycérine. On connaît aussi un sucre l’apiose, retiré de l’apiol et qui est un oxyméthyltétrose ; 

3° Les Pentoses. — Il y a 4 pentoses naturels dont les formules sont indiquées ci -dessous : 

Aucun d’eux ne semble exister à l’état libre dans la cellule végétale, ou s’ils y existent, c’est en très faible quantité. Beaucoup de résultats à leur propos sont sujets à caution, à cause du peu de spécificité dé la réaction du furfurol qui sert à les caractériser. Les pentoses, en effet, chauffés avec HCl se çyclisent, perdent H2O, et conduisent à la furfuraldéhyde. Cette substance donne avec la phloroglucine une réaction colorée caractéristique. Mais des teintes analogues sont données par les hexoses et surtout par les acides glycuronique et galacturonique. 

Mais si les pentoses n’existent pas dans la cellule à l’état libre, c’est qu'aussitôt formés ils se polymérisent à l’état de polysaccharides qui sont très répandus dans la nature. Tels sont les arabanes et les xylanes qui sont des constituants des gommes et des mucilages ou encore de la paroi des cellules. 

Enfin, certains auteurs ont fait remarquer que l’accumulation des pentosanes, particulièrement des arabanes, est en rapport avec le xérophytisme de la plante. En effet, les mucilages que forment ces glucides permettent à la plante de lutter contre la déperdition de l’eau. 

1° Le l. arabinose, inconnu à l’état naturel, donne par condensation des gommes et des mucilages : la gomme arabique, la gomme nostras (cerisier) sont un mélange d’arabanes et de galactanes. Les matières pectiques sont un complexe d’arabanes, d’acide pectique et de galactose ; 

2° Le d. xylose, ou sucre de bois, forme les xylanes, constituants constants du bois des arbres ; on le retire du bois, ou encore de la paille ; 

3° Le d. ribose, à la différence des précédents, n’est pas un constituant des membranes cellulaires. Il existe à l’état d’ester phosphorique dans les nucléotides des acides nucléiques. Un nucléotide est formé par une molécule de d. ribose, liée d’un côté à une molécule d’acide phosphorique et d’un autre côté à une base hétérocyclique du groupe de la purine (adénine, xanthine) ou de la pyrimidine (pyrimidine, guanine) (1). 

1. Le d. ribose est le sucre des acides nucléiniques du cytoplasme ; le sucre corrrespondant du noyau est le désoxy-ribose. 

4° Le l. rhamnose est un méthyl pentose. Il est difficile, dans l’état actuel de nos connaissances, d’imaginer son mode de formation dans la plante. Ce sucre existe dans divers glucosides de la flavine et de la quercétine. 

Quercitrin (Ec. de quercitron) = rhamnose + quercétine Xanthorhamnine (Ec. de Nerprun) = rhamnose — galactose + rhamnétine Fustine (Rhus Cotinus) = rhamnose —fisétine 

le d. glucose, le d. galactose, le d. mannose et le d. fructose, c’est-à-dire 3 aldo-hexoses et un céto-hexose. On sait aujourd’hui que ces sucres existent en réalité, sous la forme lactone ou oxyde interne, comportant l’élimination d’une molécule d’eau entre un des oxhydryles de la chaîne et la fonction hydrate d’aldéhyde terminale. Il se forme ainsi un cycle à 5 ou à 6 sommets, suivant que la lactonisation porte sur le carbone 4 ou 5. Ces cycles sont respectivement des dérivés du furane et du pyrane. On a ainsi, dans le cas du glucose, le glucofuranose et le glucopyranose. Le glucopyranose correspond au glucose normal stable. Il y en a d’ailleurs deux formes optiques α et (3. Le glucofuranose correspond au glucose actif ou instable, appelé encore glucose γ. 

Des 4 hexoses signalés plus haut, deux, le d. glucose et le d. fructose sont des constituants constants de la cellule végétale. Les deux autres, le d. mannose et le d. galactose, n’y existent pas à l'état libre ; on ne les rencontre que dans des cas exceptionnels et en faibles quantités. Par contre, leur polymérisation donne des polysaccharides très répandus : les mannanes et les galactanes (voir plus loin). Le d. glucose (et peut-être le lévulose) est le produit direct de la photosynthèse. Les autres hexoses en dérivent par des réactions d’isomérisation comparables à celles que connaissent les chimistes. 

On distingue les disaccharides, les trisaccharides, les tétrasaccharides et les polysaccharides proprement dits où le nombre des molécules d’oses est très élevé et indéterminé. 

1° Disaccharides. — On peut en distinguer deux groupes : ceux qui résultent de la condensation de deux molécules de glucose et ceux dans la formule desquels entrent deux sucres différents. Au premier groupe, appartiennent le maltose, le cellobiose, le gentiobiose. Au deuxième groupe se rattachent le saccharose, le lactose des organismes animaux et quelques autres sucres peu répandus: vicianose, strophantobiose, etc. 

1° Le maltose résulte de la condensation de deux molécules de glucose. C’est un a glucoside du 4 glucose, la liaison se faisant sur le sommet 4 de la deuxième molécule de glucose. 

Le maltose est un des termes intermédiaires de l’hydrolyse de l’amidon ; les amylases animales arrêtent leur action à ce stade et l’hydrolyse complète réclame l’intervention d’une nouvelle enzyme : la maltase. Comme l’amidon est très répandu dans le règne végétal et qu’il est l’objet dans la plante de migrations continuelles, on pourrait s’attendre à ce que le maltose soit lui-même très répandu, comme précurseur ou produit d’hydrolyse intermédiaire. Il n’en est rien. Il semble même qu’on ne l’ait jamais caractérisé avec certitude chez les végétaux. Les résultats contraires de certains auteurs paraissent dus à des erreurs de méthodes. Il est également digne de remarque qu’on ne rencontre pas de dextrine chez les végétaux ; 

2° Le gentiobiose est un isomère du maltose formé aussi par deux molécules de d. glucose ; c’est le glucoside β du 6 glucose. Il est inconnu à l’état naturel. Il se forme dans l’hydrolyse du gentianose, sucre en C18 de la racine de gentiane. 

Il est le constituant glucidique de l'amygdaline des Rosacées qui fournit à l’hydrolyse complète du glucose, de l’acide cyanhydrique et de l’aldéhyde benzoïque (2 mol. de glucose — HCN + C6H5CHO) ; 

3e Le saccharose. — Le saccharose est une glucoside du lévulose ou lévulose actif. C’est un des sucres permanents de la cellule chlorophyl- 

lienne, où il augmente pendant le jour et diminue pendant la nuit. Il est localisé dans la vacuole. Pour certains auteurs, il représente le premier sucre formé dans la photosynthèse. Il constitue, en tous cas, au même titre que l’amidon, une forme de stockage de la cellule verte pendant l’assimilation (le jour) ; à l’obscurité, le saccharose disparaît: ses produits d’hydrolyse sont utilisés pour la respiration, ou sont évacués vers les autres tissus. 

Bien qu’il soit soluble et diffusible, c’est sous forme de ses produits d’hydrolyse qu’il est habituellement évacué vers les organes qui le consomment ou l’accumulent. 11 constitue la réserve hydro-carbonée principale de beaucoup de plantes qui l’emmagasinent dans certains organes : moelle de la tige de la canne à sucre (20%), racine de betterave 18 %, sève de l’érable à sucre 25 %, du bouleau, etc... On le trouve dans beaucoup de racines ; c’est le sucre habituel des fruits charnus. 

Les autres bioses ou bien sont des produits intermédiaires qu’on ne connaît pas à l’état libre : cellobiose de la cellulose, mélibiose du raffinose, ou bien ce sont les constituants glucidiques de divers glucosides : primeuérose des primevérine, gentiacauline, monotropine, vicianose de la vicianine (Vicia), 

Le lactose n’est guère connu, dans le règne végétal, que dans le suc d'Achras Sapota (Sapotacées). 

2° Trisaccharides, — Le gentianose de la racine de Gentiana lutea, 

le raffinose rencontré dans la betterave à sucre et les graines de coton,. 

le mélézitose de la manne de Briançon {Larix decidua) ne présentent pas d’intérêt général. 

Il en est de même du seul tétrose connu : le stachyose des racines de Stachys tuberifera. 

3° Les Polysaccharides proprement dits. — On range dans ce groupe des substances de poids moléculaire élevé, habituellement insolubles dans l’eau et que l’on rencontre dans le règne végétal comme matières de réserve intracellulaires (inuline, amidon) ou comme constituants de la membrane (cellulose, hémicelluloses). On peut y ranger aussi des matières plus complexes où, à côté des hexoses et pentoses constitutifs, figurent d’autres substances non glucidiques, comme les acides uroniques. Telles sont les matières pectiques. 

Nous avons déjà étudié ces diverses substances comme constituants du contenu cellulaire et de la membrane ; seule l'inuline a été laissée de côté. 

L'inuline est un polymère du lévulose (ou fructose), car il donne uniquement du lévulose par hydrolyse. C’est la matière de réserve caractéristique des Composées et des Campanulacées, où elle remplace l’amidon dans les organes de réserve. Ex. : tubercules de topinambour, de dahlia, racine de chicorée, réceptacle du capitule de l’artichaut. 

L’inuline est soluble dans l’eau, ce qui la distingue de l’amidon, en donnant des solutions colloïdales lévogyres, qui, par addition d’alcool fort, cristallisent sous forme de sphéro-cristaux. Cette réaction que l’on réalise facilement par l’action de l’alcool fort sur les coupes de tissus, permet la localisation de l’inuline in situ. Celle-ci s’accumule dans la vacuole cellulaire, par condensation du lévulose. Elle est facilement hydrolysable par les acides dilués et par une enzyme présente chez les Composées : Vinulase. 

Les Monocotylédones renferment des substances analogues, qui dérivent également du lévulose, mais qui ont un pouvoir rotatoire lévogyre plus faible et qui cristallisent moins facilement sous l’action de l’alcool. Telles sont la phléine des Phleum, la triticine du blé, la scilline de la scille, etc... 

Le glycogène, si abondant dans la cellule animale et chez les champignons, ne se rencontre pas chez les végétaux supérieurs. 

LE MÉTABOLISME DES GLUCIDES DANS LA PLANTE 

Nous savons que le premier sucre formé dans la photosynthèse est le glucose, ou un mélange de glucose et de lévulose. Ces deux sucres sont produits à l’état d’hexoses actifs (glucose Y), c’est-à-dire à l’état de glucofuranose et de fructo-furanose et il semble que la cellule végétale soit capable de les transformer rapidement l’un dans l’autre. 

Tout le métabolisme des glucides dans la plante repose sur les transformations subies par ces deux glucides. Au cours de ces réactions de condensation, d’isomérisation ou de dégradation, il apparaît de nombreuses substances qui deviendront plus ou moins directement le point de départ des innombrables produits rencontrés dans la plante. La photosynthèse, en effet, ne produit pas seulement l’aliment énergétique de la plante, mais la matière première fondamentale à partir de laquelle les cellules édifieront leurs constituants. 

Le tableau suivant indique les principales transformations subies par le glucose dans la plante : 

1° Décomposition (glycolyse) au cours de la respiration ; 

2° Condensation pour former les réserves glucidiques de la plante (saccharose, amidon, inuline) ; 

3° Isomérisations, oxydations et condensations conduisant aux constituants glucidiques de la membrane ; 

4° Condensations ou estérifications conduisant à la formation des hétérosides (glucosides) ; 

5° Réactions de cyclisation donnant le noyau benzénique des substances aromatiques ou les noyaux hétérocycliques des pigments, des alcaloïdes, des aminoacides, etc... 

Nous sommes très inégalement renseignés sur ces diverses transformations. 

SCHÉMA DU MÉTABOLISME DES GLUCIDES DANS LA PLANTE VERTE. 

La glycolyse est l’ensemble des processus de destruction de la molécule de sucre au cours de la respiration ou des fermentations. Les produits finaux sont l’acide carbonique et l’eau, quand la respiration 

s’effectue à l’air. Mais à l’abri de l’air, les produits intermédiaires s’accumulent et ne sont pas intégralement brûlés par l’oxygène. Le phénomène respiratoire peut subir, suivant les cas, de nombreuses déviations du type normal, ce qui conduit plus ou moins directement à des substances variées : acides gras, matières grasses, matières protéiques, etc... Nous étudierons ces processus dans le chapitre suivant. 

Indiquons cependant dès maintenant que le substrat normal de la respiration est le glucose γ ou le lévulose γ, c’est-à-dire un sucre actif, tel que le fournit directement la photosynthèse. 

2° FORMATION DES RÉSERVES GLUCIDIQUES DE LA PLANTE 

La production des glucides étant discontinue, alors que leur consommation est continue, la plante constitue des réserves qu’elle utilisera pendant les périodes où la photosynthèse est insuffisante : la nuit, l’hiver, le début de la reprise de la végétation au printemps, la germination de la graine, etc... Ces matières de réserve sont essentiellement constituées par le saccharose et l’amidon et, dans quelques cas particuliers, par l’inuline (Composées, Campanulacées), ou des substances analogues (triticine, etc. Monocotylédones) ; ces substances ont en commun d’être insolubles (amidon) ou tout au moins de poids moléculaire élevé. Par suite, elles sont peu ou pas diffusibles et la pression osmotique de leurs solutions est faible. 

On doit considérer séparément le stockage des glucides dans la cellule chlorophyllienne elle-même et leur mise en réserve dans des organes éloignés de la feuille, ce qui nécessite leur transport à distance. 

a) Réserves de la cellule chlorophyllienne. 

Nous en avons déjà parlé, ce qui nous permettra d’être brefs à leur sujet. La cellule chlorophyllienne produit des hexoses actifs : glucose y ou lévulose y ou un mélange des deux. Elle a d’ailleurs le pouvoir d'isomériser rapidement ces deux sucres l’un dans l’autre. 

De ces glucides actifs, une partie est directement utilisée dans la respiration ; une autre part émigre vers les parties lointaines de la plante où elle est immédiatement utilisée ou mise en réserve. Mais à la lumière vive, la production des glucides dépasse la consommation et la cellule emmagasine ce surplus. Le stockage s’effectue sous deux formes. Le lévulose y est stabilisé par combinaison avec le glucose normal sous forme de saccharose (nous rappelons que ce dernier est formé par la condensation d’une molécule de glucose normal et d’une molécule de lévulose actif). Le saccharose va se localiser dans la vacuole. 

Le glucose y est stabilisé de son côté par condensation avec le glucose normal sous forme d’amidon. L’amidon se précipite, in situ, dans le chloroplaste lui-même. 

La nuit venue, la photosynthèse s’arrête ; les deux glucides de réserve 

sont progressivement utilisés par la plante et disparaissent. La facilité avec laquelle on met en évidence la présence de l’amidon permet de suivre son apparition et sa disparition avec une grande netteté. Cette utilisation des réserves comporte leur hydrolyse préalable en hexoses dont une partie est consommée sur place par la respiration et l’autre expédiée vers les autres parties du végétal. 

SCHÉMA DE L’ORIGINE DES RÉSERVES HYDROCARBONÉES 

Le saccharose, qui est diffusible, peut participer à ces migrations sans être hydrolysé. Quant à l’amidon, les stades dextrine et maltose observés au cours des hydrolyses in vitro ou chez les animaux, n’apparaissent jamais dans la plante qui aboutit toujours directement aux hexoses. Bien plus, c’est souvent le sucre interverti qui apparaît, c’est-à-dire un mélange de glucose et de lévulose, ce qui implique, de la part de la cellule végétale, l’aptitude à isomériser facilement ces deux hexoses l’un dans l’autre. 

b) Constitution des réserves hydrocarbonées de la plante. 

On entend par là, la constitution des réserves hydrocarbonées dans des tissus ou des organes distincts de la cellule chlorophyllienne. 

Les organes de réserve. — Toute cellule vivante peut jouer ce rôle, mais certaines régions de la plante se différencient souvent dans ce but et prennent un développement particulier et une structure spéciale. Ces parenchymes de réserve sont habituellement formés de cellules vivantes, de grande taille, à parois ordinairement cellulosiques, à vacuoles de grandes dimensions. Elles forment des amas puissants amenant parfois la tubérisation des organes. Tels sont : le parenchyme ligneux des arbres, leur moelle, les organes souterrains tubérifiés : rhizomes, tubercules, bulbes, racines et enfin, l’albumen ou les cotylédons des graines. 

Un type très fréquent nous est présenté par les plantes bisannuelles, comme la betterave, qui, au cours de la première année, accumule dans sa racine tubérifiée d’énormes quantités de saccharose qui seront utilisées, au début de l’année suivante, pour l’organisation rapide de la tige florifère. 

Les plantes à rhizomes (sceau de Salomon, iris), à bulbes (Orchidées, colchique), à tubercules (pomme de terre) accumulent dans ces organes souterrains pérennants des réserves importantes qui seront utilisées pour la formation de la tige de l’année suivante. 

Les formes de transport. — Nous avons vu que les glucides de réserve se caractérisaient par leur état concret (amidon) ou leur poids moléculaire élevé (inuline), qui les rendent peu ou pas diffusibles. Les migrations s’effectuent sous forme d’hexoses : glucose et lévulose que leur faible poids moléculaire rend facilement diffusibles. Le saccharose, qui est encore assez fortement diffusible, tient le milieu entre les formes de transport et les formes de réserve et peut se rencontrer dans les deux cas. 

Les voies de transport. — La migration des glucides s’effectue par les tubes criblés du liber, comme celle des autres substances organiques et notamment celle des matières azotées. Le liquide qu’on y trouve constitue la sève élaborée. 

On s’est efforcé de démontrer le rôle du liber dans la conduction de la sève élaborée, par des expériences de décortications annulaires exposées déjà à propos de la conduction de l’eau par le bois. 

Si, à la base d’un rameau feuillé, on enlève un anneau, complet d’écorce, sans toucher à l’aubier, nous savons que le rameau continue à recevoir l’eau puisée dans le sol et ne souffre pas de cette opération. Mais la lèvre supérieure de la plaie est bientôt le siège d’une prolifération de tissus qui forment un épais bourrelet, indice que cette région est abondamment pourvue de substances élaborées. Celles-ci d’ailleurs s’accumulent dans le bourrelet. Le rameau ainsi traité devient plus vigoureux et produit des fruits plus nombreux et plus gros, ce qu’on explique en remarquant que les substances élaborées par le rameau, ne sont plus évacuées vers d’autres régions et sont utilisées en entier sur place, en permettant une croissance plus active. 

Mais si le rameau ainsi traité est dépouillé de ses feuilles, il ne tarde pas à mourir, car il ne fabrique plus de sève élaborée et il ne peut en recevoir des organes voisins. Un même rameau effeuillé, mais non muni d’une décortication annulaire, ne souffre pas sensiblement de ce traitement. 

Enfin, si la décortication annulaire de l’écorce porte non sur un rameau,mais sur le tronc lui-même, la plante ne tarde pas à mourir, car tout le système radiculaire, privé de sève élaborée, est destiné à périr. Un symptôme précoce d’altération est la disparition de l’amidon des cellules. 

La circulation dans les tubes criblés du liber est très lente. Ces tubes sont étroits et courts. Ce sont des cellules vivantes ayant conservé leur protoplasme qui forme une mince couche pariétale le long des parois. La circulation du liquide se fait par la lumière du tube et, d’un tube à l’autre, par les perforations des plages criblées. Comme le liquide circulant est souvent épais et visqueux, la vitesse des échanges doit être très lente. Aussi a-t-on souvent prétendu que d’autres mécanismes contribuaient à la circulation de la sève élaborée. L’hiver, la formation du cal qui obture les perforations des plages criblées, arrête toute circulation. 

La condensation des réserves dans la cellule réceptrice. — Nous en avons déjà expliqué le mécanisme qui relève des forces osmotiques. Toute cellule qui est le siège de la transformation d’un produit de faible poids moléculaire en un produit de poids moléculaire plus élevé (transformation des hexoses en saccharose, du lévulose en inuline) voit sa pression osmotique diminuer et l’équilibre se rétablira, par rapport aux cellules voisines, par l’apport de nouvelles molécules de sucre qui subiront la même transformation. 

Si le sucre soluble se transforme en produit insoluble (amidon, cellulose) la pression osmotique correspondante tombe à zéro, et l’accumulation pourra se produire indéfiniment. On s’explique ainsi que les cellules des organes amylifères puissent être littéralement bourrées de grains d’amidon. 

Inversement, quand le végétal utilisera les réserves accumulées, celles-ci subiront d’abord une hydrolyse préalable qui les transforme en sucres solubles, de faible poids moléculaire et diffusibles. 

Nous prendrons comme type l’évolution des réserves sucrées de la betterave, évolution particulièrement bien étudiée, à cause de l’importance économique de cette plante. La betterave à sucre est une variété améliorée par la culture du Beta vulgaris, plante bisannuelle. La première année de végétation, il se forme une rosette de grandes feuilles •longuement pétiolées et une volumineuse racine où s’accumulent des 

quantités énormes de saccharose. Le tubercule frais contient jusqu’à 18 % de sa masse de saccharose, soit 90 % de sa matière sèche. 

La racine passe l’hiver à l’état de vie ralentie. Au début de la deuxième année de végétation, il se forme rapidement une tige aérienne florifère, qui s’organise principalement aux dépens des réserves sucrées de la racine. On récolte les racines à la fin de la première année de végétation, au moment où elles sont gorgées de sucre. A la fin de la deuxième année, elles sont flétries et ridées et formées d’un tissu fibreux d’où tout le sucre a disparu. 

Les recherches de l’abbé COLIN et de ses élèves nous ont fait connaître la manière dont le saccharose s’accumule dans la racine. Les feuilles vertes renferment, à la fin de la journée, un mélange d’hexoses 1,17 %, de saccharose 0,21 %, d’amidon 0,20 % (rapportés à la substance fraîche). La nuit, le saccharose et l’amidon, réserves temporaires de la cellule verte, disparaissent totalement. 

Les sucres formés par la feuille sont envoyés à la racine où ils s’emmagasinent sous forme de saccharose. Le transport s’effectue par le pétiole de la feuille et par le collet. Tout le long du pétiole, que ce soit de jour ou de nuit, on ne trouve guère que des hexoses (le rapport saccharose à sucres réducteurs est voisin de 0,12-0,15), ce qui prouve que les hexoses constituent bien la forme de transport. Mais brusquement, quand on arrive au collet, le saccharose devient prédominant : il est 30 à 40 fois plus abondant que les hexoses. Au collet, commence en effet le tissu de stockage où les hexoses se condensent en saccharose. 

3° FORMATION DES CONSTITUANTS DE LA MEMBRANE 

La première membrane apparue, après la séparation des noyaux, est une lame protéique qui occupe l’emplacement de la plaque équatoriale du fuseau achromatique. Très rapidement, à cette lame- se substituent ou se superposent les constituants glucidiques destinés à former la membrane définitive : composés pectiques, cellulose et hémicelluloses. Ultérieurement, ces constituants de la membrane normale pourront subir une dégradation particulière et se transformer en gommes et mucilages. 

La lignine des tissus lignifiés, la cutine et la subérine des tissus externes qui s’imperméabilisent sont des substances de nature chimique tout à fait différente, dont nous ne parlerons pas ici. 

Nous connaissons déjà la structure histologique de la membrane,ainsi que la constitution chimique de ses divers éléments. Nous ne parlerons ici que de la filiation de ces diverses substances à partir du glucose. Cette histoire qui n’est qu’un chapitre du métabolisme des hydrates de carbone, peut être écrite maintenant, grâce aux grands progrès réalisés au cours de ces dernières années. 

Elle peut se schématiser comme suit : la polymérisation du glucose issu de la photosynthèse donne directement la cellulose qui est le cons¬ 

tituant constant et prépondérant de la membrane. Par des réactions simples d’isomérisation ou de transposition moléculaire, on obtient les autres hexoses : galactose, mannose, lévulose qui, en se polymérisant à leur tour, donnent naissance aux polyholosides : galactosanes, man-nanes, lévulosanes. Enfin, l’oxydation progressive de ces substance donne des acides uroniques caractéristiques des matières pectiques, de certaines hémicelluloses et des gommes et mucilages. La décarboxylation des acides uroniques conduit enfin aux pentoses et aux pentosanes : (xylanes, arabanes) rencontrés aussi dans la membrane. 

1° Les isomérisations conduisant aux autres hexoses. 

Le d. galactose et le d. mannose qui ne sont pas formés dans la photosynthèse résultent de l’isomérisation du glucose ou du lévulose. Ces isomérisations sont facilement réalisées au laboratoire. Les figures développées ci-dessous permettent de saisir ces transformations. 

20 Les condensations conduisant aux polyholosides. 

La faculté de condenser rapidement les molécules de ces glucides pour donner des polyholosides insolubles est une des propriétés caractéristiques de la matière vivante. Elle s’exerce avec une rapidité remarquable. Ainsi, cinq minutes après qu’une feuille inanitiée a été replacée au soleil, on peut voir les grains d’amidon apparaître dans les chloroplastes. Les chimistes ont été jusqu’ici dans l’impossibilité de reproduire ces réactions, si l’on excepte quelques synthèses, d’ailleurs très ardues, de bioses (saccharose, maltose). 

On suppose que, suivant une loi très générale en physiologie, c’est la diastase hydrolysante qui est l’agent actif de la synthèse. Ainsi l’amylase, enzyme dédoublant l’amidon, pourrait être l’agent de la synthèse inverse. Mais dans le cas des polysaccharides, le fait est encore du domaine de l’hypothèse. 

3° Réactions d’oxydation conduisant aux acides uroniques. 

Lorsque les hexoses ont leur fonction aldéhydique bloquée, l’oxydation porte sur la fonction alcool primaire, située à l’autre extrémité de la chaîne et arrive à donner l’acide aldéhydique correspondant. Ces acides qui ont acquis une grande importance en chimie végétale, sont les acides uroniques ; le glucose donne ainsi l’acide glycuronique et le galactose, l’acide galacturonique. 

Ces corps ont la propriété commune de perdre, in vitro, sous l’action de la chaleur, une molécule de CO2 (décarboxylation), pour donner le pentose homologue inférieur qui a la même configuration spatiale que l’hexose initial. La cellule végétale a certainement la propriété d’effectuer cette série de réactions, car de nombreux constituants de la membrane (hémicelluloses, matières pectiques) renferment dans leur molécule les 3 termes de cette chaîne, soit par exemple : 

glucose ➛ acide glycuronique ➛ xylose galactose ➛ acide galacturonique ➛ arabinose 

On ignore par contre, si cette chaîne de réactions porte sur les sucres libres dans le cytoplasme, ou sur leurs produits de condensation, inso-lubilisés dans la membrane. 

Ce sont là les réactions très simples qui président à la génèse des principaux constituants de la membrane. Nous allons maintenant préciser ces notions pour chacun d’eux. 

a) Cellulose. — La cellulose n’est le constituant exclusif de la membrane que dans quelques cas très rares (coton) ; mais elle en est le constituant constant et souvent prépondérant ; son hydrolyse complète par les acides ne fournit que du glucose, ce qui conduit à la considérer comme un polyholoside du glucose, formé par la condensation de ce dernier. Le mode d’enchaînement est d’ailleurs inconnu et il n’est pas prouvé que le cellobiose que l’on peut isoler dans l’hydrolyse du produit par l’acide acétique préexiste dans la molécule même de la cellulose. 

Oxycelluloses. — A côté des celluloses vraies, la membrane renferme parfois des oxycelluloses qui fournissent le même sucre à l’hydrolyse, mais qui diffèrent de la cellulose normale par leur solubilité dans les alcalis (fonctions COOH libres), par leur caractère réducteur (fonctions aldéhyde libres) et par leur aptitude à donner la réaction de la furfuraldéhyde quand on les distille à sec avec HCl. Ce sont là les caractères des acides uroniques. Les oxycelluloses sont donc des produits d’oxydation du glucose. Elles s’apparentent ainsi aux hémi-celluloses et aux matières pectiques. 

b) Hémicelluloses. —• On donne le nom d’hémicellulose à des constituants de la membrane cellulaire, insolubles dans l'eau, mais solubles dans les alcalis dilués (soude à 4%), facilement hydrolysables par les acides dilués en sucres en C5 ou en Ce (arabinose, xylose, glucose, mannose, galactose). 

Nous avons étudié ailleurs leur répartition chez les végétaux. Les travaux récents de l’école anglaise ont apporté des lumières nouvelles sur leur constitution. Ils nous ont appris que ces substances renfermaient des acides uroniques, ce qui explique leur solubilité dans les alcalis. Les acides uroniques étaient passés inaperçus jusqu’ici, par ce qu’au cours de l’hydrolyse des hémicelluloses utilisée pour obtenir les sucres constitutifs, ils sont détruits en perdant CO2 et en donnant le pentose homologue inférieur. Entre les hémicelluloses des hexoses formées par des mannanes, des glucosanes, des galactosanes et les hémicelluloses des pentoses : xylanes et arabanes, se placent d’autres hémicelluloses complexes renfermant dans leur molécule les séries : 

(glucose — ac-glycuronique — xylose) (galactose — ac-galacturonique — arabinose). 

On s’explique ainsi le fait qui avait fort intrigué les premiers chimistes, à savoir que les xylanes accompagnent habituellement les glucosanes, et que les arabanes voisinent avec les galactanes. 

Les hémicelluloses apparaissent ainsi comme des produits d’oxydation des celluloses, caractérisés par la présence, au moins transitoire, des acides uroniques. Elles rentrent dans le même cadre que les oxycelluloses et les matières pectiques. 

c) Matières pectiques. — Nous connaissons déjà leur structure chimique et leur localisation dans la cellule. Leur noyau fondamental est un corps complexe, l’acide tétragalacturonique, dans la molécule duquel rentrent : 

Ce que nous savons déjà explique la coexistence de ces 3 substances dans le même composé : les matières pectiques sont une des étapes chimiques entre le galactose et l'arabinose. Elles rentrent dans le cadre des hémicelluloses que nous venons d’étudier. Comme le galactose lui-même dérive du glucose par isomérisation, elles sont ainsi des produits issus de la même origine. 

Les matières pectiques ne sont pas seulement des constituants de la lamelle moyenne (pectate de chaux) ou de la membrane proprement dite (pectose); certains de leurs représentants : pectine, acide pectique existent dans le suc cellulaire de certains tissus (fruits acides, racines de betterave, de carotte, etc...) d’où on peut les extraire. 

d) Gommes et mucilages. — Les gommes ne sont pas des constituants de la membrane normale. Elles se forment à la suite d’une altération pathologique de celle-ci (parasites ?). Les modifications chimiques ne sont pas très importantes, car on y retrouve les constituants classiques des hémicelluloses : hexoses d’un côté, pentoses de l’autre, avec l’acide uronique intermédiaire. 

Ainsi, d’après les études récentes de NORMAN, la gomme arabique est un mélange de galactose, d'acide galacturonique et d’arabinose, en proportions variables suivant l’origine du produit. La gomme adra-gante a fourni des résultats analogues. Ces substances s’apparentent donc étroitement aux matières pectiques. Le processus qui leur donne naissance apparaît, au point de vue chimique, comme une oxydation. 

Par contre, leurs propriétés physiques (solubilité dans l’eau conduisant à des solutions visqueuses non coagulables) les caractérisent assez bien. 

Les mucilages apparaissent aussi comme des mélanges de pentosanes et d’hexosanes. Les acides uroniques ne semblent pas encore y avoir été signalés. Ils se caractérisent, dans le groupe des hémicelluloses, par leurs propriétés physiques : gonflement avec l’eau, solutions visqueuses. 

I. — Les échanges gazeux respiratoires. — Voies des échanges gazeux. 

A. — MÉTHODES D’OBSERVATION ET DE MESURE DES ÉCHANGES GAZEUX. — 1° Mise en évidence de la respiration. — 2° Méthodes de mesure en atmosphère confinée et en atmosphère renouvelée. — 3° Comparaison de la respiration et de l’assimilation chlorophyllienne. 

B. — L’INTENSITÉ RESPIRATOIRE. — 1° Aux diverses étapes du cycle vital. — 2° Influence des facteurs externes : température, lumière, pression de CO2. — 3° Dégagement de chaleur par la respiration, 

C. — SUBSTRATS RESPIRATOIRES ET QUOTIENT RESPIRATOIRE. — 1° L’attaque du glucose et ses déviations : formation d’acides organiques et fermentation alcoolique. — 2° La respiration aux dépens d’autres substrats que le glucose. — a) aux dépens des acides organiques. — b) aux dépens des lipides. — c) aux dépens des protides. 

IL — Mécanisme chimique de la respiration. 

A. — POSITION DU PROBLÈME. — Activation de l’oxygène et du substrat. 

1° Deshydrogénation de l’acétaldéhyde : donateurs et accepteurs d’hydrogène. 2° L’oxygène accepteur d’hydrogène. 

3° Les transporteurs d’hydrogène : cytochromes, flavines, codeshydrogénases. acide ascorbique, glutathion, système acide fumarique-acide maléique, etc. 

1° La fermentation alcoolique : sa diffusion dans la nature, L’équation de la fermentation alcoolique. Les divers stades de la fermentation. 

2° La glycolyse dans la plante verte. 

Introduction. — La respiration est un phénomène général, commun aux végétaux et aux animaux. C’est essentiellement une oxydation des glucides (éventuellement d’autres substances) par l’oxygène de l’air. 

C6H12O6 + 6 O2 = 6 CO2 + 6 H2O + 674 cal. 

La réaction est fortement exothermique et fournit aux êtres vivants l’énergie nécessaire à la réalisation de leurs synthèses endothermiques et à l’ensemble de leurs manifestations vitales. La respiration doit donc être considérée avant tout comme le procédé utilisé par l’être vivant pour se procurer l’énergie nécessaire à son existence. Aussi donne-t-on encore le nom de respiration à des processus jouant pour la plante le même rôle, mais par des moyens tout à fait différents. 

Le phénomène se traduit extérieurement par une absorption d'oxy-gène et une excrétion de gaz carbonique. On donne plus spécialement le nom de respiration à ces échanges gazeux. On tend à appliquer le terme de glycolyse aux phénomènes de dégradation du sucre qui aboutissent à décomposer la grosse molécule de l’hexose en molécules plus petites, aux dépens desquelles se fera l’oxydation finale. Il est commode, bien que la distinction soit artificielle, d’étudier séparément ces deux aspects du processus. 

Dégradation (glycolyse) anaérobie du sucre. — Il existe certains organismes : divers champignons ou bactéries, où la glycolyse s’effectue à l’abri de l’oxygène de l’air et n’aboutit pas à l’oxydation finale des produits formés. Ainsi, au cours du phénomène appelé fermentation alcoolique, la levure de bière décompose le glucose, à l’abri de l’air, en alcool et gaz carbonique. 

C6H12O6 = 2CO2+2 C2H5 - OH 

Le rendement énergétique de cette réaction est très faible et l’organisme devra, pour obtenir le même quantum d’énergie que dans la respiration normale, faire porter son action sur une masse considérable de matière. Néanmoins cette réaction donne à ces êtres la possibilité de vivre en l’absence de l’oxygène de l’air. Ils sont dits anaérobies et on les oppose aux organismes ordinaires qui sont des aérobies. 

Dans ce cas, où il n’y a plus d’absorption d’oxygène, on continue encore, par un abus de langage, à parler de respiration anaérobie, entendant par là, comme nous le faisions au début, que l’essentiel du phénomène respiratoire est la fourniture de l’énergie à l’organisme vivant. Les tissus de la plante supérieure peuvent, quand on les place à l’abri de l’air, et pourvu qu’ils soient suffisamment pourvus de sucre, présenter une respiration anaérobie qui se traduit par une formation d’alcool. 

I. — LES ÉCHANGES GAZEUX RESPIRATOIRES 

L’absorption d’oxygène et l’émission de gaz carbonique sont les deux termes visibles à l’extérieur, d’une longue chaîne de réactions qui aboutit à l’oxydation complète du sucre. Mais ce qui rend difficile l’interprétation correcte des échanges gazeux observés, c’est que la respiration cellulaire peut s’effectuer suivant des modalités différentes (fermentation ou respiration) ou porter sur des produits autres que le sucre (acides. 

gras, lipides). Les échanges gazeux peuvent aussi être le résultat de réactions d’une nature tout à fait différente. 

La plus remarquable de ces réactions surajoutées est l’assimilation chlorophyllienne qui s’accompagne d’une absorption de gaz carbonique et d’une émission d’oxygène. L’assimilation chlorophyllienne l’emporte de beaucoup en intensité sur la respiration, aussi, au soleil, est-elle seule observable. Aussi, dans tous les cas, l’étude des échanges gazeux respiratoires devra se faire à l’abri de la photosynthèse. Nous rappelons qu’on y arrive par les méthodes suivantes : 

a) en opérant à l'obscurité, quand l’observation porte sur des organes chlorophylliens ; 

b) en utilisant des organes non chlorophylliens (racines, rhizomes, tubercules, graines, etc.) ou même des organismes non chlorophylliens (champignons) ; 

c) en supprimant la photosynthèse par l'emploi de vapeurs d’anesthésiques, mais ce procédé est critiquable, car la respiration est fortement modifiée par l’anesthésique. 

Les voies des échanges gazeux. — Les échanges gazeux respiratoires, comme ceux de la photosynthèse ou encore de la transpiration, s’effectuent normalement par les stomates quand il s’agit de feuilles revêtues d’une couche de cutine imperméable. Ce phénomène y a déjà été étudié en détail. Nous n’y reviendrons pas. 

Dans les organes profonds: tige, racines, rhizomes, les échanges gazeux s’effectuent par diffusion à travers les membranes des cellules imbibées d’eau. Chez la graine au repos, les téguments desséchés sont pratiquement imperméables aux gaz et c’est là une des causes de sa respiration extrêmement faible. Celle-ci s’élève brusquement, si, par humectation et imbibition, les parois redeviennent perméables aux gaz. Mais ce cas mis à part, le gaz carbonique formé dans les tissus de l’amande par voie plus ou moins anaérobie, ne peut s’échapper et atteint une concentration assez élevée pour exercer une action anesthésique, ce qui contribue à diminuer encore l’intensité respiratoire de ces graines. 

A. — MÉTHODES D'OBSERVATION ET DE MESURE DES ÉCHANGES GAZEUX 

a) Mise en évidence de la respiration. — On place sous une cloche un rameau feuillé récemment cueilli, ou mieux un lot de graines humectées d’eau, ce qui permet d’opérer en pleine lumière. On dispose à côté un cristallisoir renfermant de l’eau de chaux. La douille de la cloche est fermée par un bouchon portant un tube coudé en U formant manomètre. Au bout d’un certain temps, on constate que l’eau de chaux est trouble (formation de CO3Ca) et que la pression a baissé à l’intérieur de 

la cloche, par ce que l’oxygène absorbé n’a pas été remplacé par le gaz carbonique, celui-ci ayant été fixé par l’eau de chaux. 

b) Méthodes de mesure. — Elles se sont progressivement perfectionnées et atteignent à l’heure actuelle un très haut degré de précision. 

Nous nous contenterons d’en indiquer les principes : 

1° Respiration de la plante en atmosphère confinée (cloche). — L’appareil est disposé de manière à permettre des prélèvements de gaz, en cours d’expérience ; on les soumet à l’analyse eudiométrique habituelle (absorption de CO2 par KOH, de l’oxygène par le pyrogallate de potassium ; mesure de l’azote résiduel). L’emploi du manomètre de WARBURG ou de l’eudiomètre de PLANTEFOL a permis de donner à ces méthodes une extrême précision. 

2° Respiration de la plante en atmosphère renouvelée. — Des fragments d’organes (racines de carotte, de betterave, etc.) sont placés dans une allonge où l’on fait circuler un courant d’air lent et continu. L’air, avant son entrée, est débarrassé de l’acide carbonique qu’il renferme par passage dans un laveur à potasse. A sa sortie, il traverse d’autres laveurs à eau de baryte où il se dépouille du gaz carbonique dégagé par la plante. Le dosage de l’eau de baryte résiduelle, en fin d’expérience, permettra d’évaluer la quantité de CO2 dégagée. Mais cette méthode très simple et qui ne nécessite aucun appareil compliqué, ne permet que la mesure de l'intensité respiratoire et non celle du coefficient respiratoire CO2/O2. 

Comparaison de la respiration et de l’assimilation chlorophyllienne. — A la lumière solaire, la photosynthèse l’emporte de beaucoup sur la respiration qui devient presque négligeable, à tel point que c’est en définitive la meilleure méthode d’étude des échanges gazeux chlorophylliens. Mais au fur et à mesure que l’intensité lumineuse diminue, les deux phénomènes arrivent à s’équilibrer. Il arrive un moment où le gaz CO2 émis par la respiration suffit à la photosynthèse. A une lumière diffuse plus faible encore, et mieux à l’obscurité, la photosynthèse s’annule complètement et la respiration persiste seule. 

L’intensité du phénomène peut s’évaluer soit en dosant O2 absorbé ou CO2 dégagé, soit en calculant le sucre disparu. Pratiquement, seules les deux premières méthodes sont utilisables et c’est habituellement le volume de CO2 dégagé que l’on utilise comme test de l’intensité respiratoire. On appelle quotient respiratoire Q = CO2/O2 le rapport du gaz O2 

carbonique dégagé à l’oxygène absorbé (en volumes). Intensité et quotient respiratoire sont deux aspects différents du phénomène des 

échanges gazeux qui méritent d’être étudiés séparément. L’intensité respiratoire varie avec la nature des tissus étudiés et en particulier avec leur âge. Elle est, d’autre part, influencée par les divers facteurs de la réaction et par les conditions ambiantes. 

a) L’intensité respiratoire aux diverses étapes du cycle vital. 

La respiration a son siège actif dans le cytoplasme et son intensité sera gouvernée par l’état d’activité de ce dernier. 

Les organes embryonnaires : plantulesen voie de germination, organes floraux jeunes, graines en cours de maturation, sont formés de cellules jeunes, à l’état embryonnaire, dont le cytoplasme emplit complètement la cavité cellulaire. Ils ont une respiration très active. 

Les organes adultes, tels que les feuilles vertes, ont un métabolisme beaucoup moins actif. Dans leurs cellules, le cytoplasme ne forme 

Fig. 6. — Courbe de l’intensité respiratoire d’une plante annuelle. a-b : période germinative ; b-c, jeune plante en cours de croissance ; c-d, plante adulte ; d-e, période de sénescence. 

qu’une mince couche appliquée contre la membrane par la grosse vacuole. L’intensité respiratoire est faible et diminue progressivement, au fur et à mesure que l’organe vieillit et se rapproche de l’état de sénescence. 

Les organes sénescents : feuilles en voie de jaunissement, fruits mûrs, organes de réserves ayant fini d’emmagasiner celles-ci, ont une respiration encore plus faible. 

Enfin, les graines au repos (graines conservées au sec) présentent une respiration très faible, à la fois par ce que leurs téguments sont imperméables aux gaz et par ce que les agents de la réaction : enzymes respiratoires et glucides formant le substrat respiratoire, sont passés à l’état insoluble à l’intérieur de la cellule. 

Si l’on porte sur une courbe l’intensité respiratoire d’une plante annuelle entière, aux divers moments de son existence, cette courbe reflètera ces phénomènes. Au début de la germination, la respiration qui était très faible dans la graine au repos, croît brusquement et atteint son maximum au cours de l’organisation de la plantule. A partir de ce moment, la respiration diminue progressivement d’intensité avec l’âge du végétal et la courbe présente une chute graduelle, mais lente, qui contraste avec sa rapide ascension au moment de la germination (fig. 6). 

VOLUME DE CO2 ÉMIS PAR LA RESPIRATION DE DIVERS ORGANES (RAPPORTÉ A UN GRAMME DE MATIÈRE SÈCHE PAR 24 HEURES). 

Influence des conditions extérieures (température, lumière, pression de CO2). La respiration, manifestation vitale du protoplasme, ne se produira que dans les conditions compatibles avec la vie de ce dernier. Toutes les actions qui tuent le protoplasme suppriment la respiration. 

Cependant, quand le protoplasme est tué par des actions qui ne modifient pas profondément sa structure : températures basses, anesthésiques volatils, il peut présenter, pendant quelque temps après sa mort, une respiration résiduelle qui diffère d’ailleurs de la respiration normale. Enfin, la respiration peut être suspendue par des conditions qui, tout en ne tuant pas le protoplasme, en suspendent le fonctionnement vital, comme on le voit dans les graines au repos conservées à basse température. 

1° Influence de la température.— Nous allons retrouver ici les faits déjà signalés à propos de l’assimilation chlorophyllienne. Suivant la loi de VAN’T-HOFF, la vitesse d’une réaction chimique augmente avec la température. Le Q10 (coefficient d’augmentation pour 10°) est souvent voisin de 2. Mais les phénomènes vitaux ne suivent cette loi que dans des limites assez étroites, entre 0° et 35° environ ; car, au-dessous, le protoplasme a son activité suspendue et, au-dessus, il est lui-même rapidement détruit par coagulation irréversible. 

La courbe représentative du phénomène (fig. 7) montre une branche lentement ascendante, un sommet correspondant à un optimum apparent et une branche rapidement descendante. Nous savons qu’une telle courbe est la composante de deux courbes élémentaires, l’une traduisant l’effet accélérateur de la température sur les réactions chimiques en jeu ; l’autre exprimant l’action nocive de la chaleur sur le protoplasme (1). 

Du côté des basses températures, la respiration ne commence à se 

1. Comp. fig. 4, action de la température sur la photosynthèse. 

manifester qu’entre — 10° et 0°, suivant les plantes. Les végétaux des régions froides ont encore une respiration perceptible à — 25° (aiguilles des Conifères). De ce minimum jusqu’à l’optimum, l’intensité respiraFig. 

respiraFig. — Action de la température sur l’intensité respiratoire : intensité respiratoire en ordonnées, températures en abscisses. — A. Action accélératrice de la température sur le phénomène. — B. Action destructrice de la température sur le protoplasme vivant. — C. Courbe résultante, déterminée expérimentale, avec optimum à 40°. 

toire augmente régulièrement (Q10 compris entre 2 et 3). A partir de 40°, qui correspond à l’optimum dans les expériences de courte durée, il y a une chute rapide et la respiration cesse complètement vers 45°. 

L’optimum du phénomène respiratoire à 40° se situe à une température nettement plus élevée que l’optimum assimilatoire. Ce n’est d’ailleurs qu’un optimum apparent, car, dès 35° déjà, l’altération du cytoplasme a commencé et si le séjour à 40° se prolonge, l’intensité respiratoire ne tarde pas à baisser. L’optimum réel, déterminé par des expériences de longue durée, se place à une température nettement inférieure, vers 35°. Il est remarquable de constater que cet optimum est pratiquement commun à toutes les plantes, quelle que soit leur origine géographique et rien ne saurait mieux établir l’unité profonde de leurs propriétés vitales. 

2° Influence de la lumière. — D’après les déterminations modernes, la lumière ne modifie pas la vitesse du phénomène respiratoire, à condition toutefois d’éviter certaines erreurs d’expérience. Ainsi, on devra opérer à température rigoureusement constante, en évitant réchauffement dû 

aux rayons solaires directs. C’ést pourquoi on utilise, dans ces expériences, des cloches en verre munies d’une double paroi, entre lesquelles on place une lame d’eau qui arrête les rayons calorifiques. 

Il faut également que l’organe soit convenablement pourvu de sucres respiratoires et que l’expérience ne soit pas trop prolongée. Ainsi, dans les expériences faites à l’obscurité où la plante ne peut renouveler par synthèse ses glucides respiratoires, la respiration s’effectue aux dépens des réserves glucidiques préexistantes ; elle baissera avec l’épuisement progressif de celles-ci. Le même organe porté alors en pleine lumière verra sa respiration augmenter brusquement, non par ce que la lumière accélère le phénomène, mais parce que l’assimilation chlorophyllienne qui s’installe lui fournit, à nouveau, les sucres nécessaires. 

3° Influence de la concentration du gaz carbonique. — L’accumulation du gaz carbonique dans les tissus de la plante tend à diminuer l'intensité respiratoire, car, c’est une loi générale en chimie, l’accumulation des produits d’une réaction en limite la vitesse. Cette inhibition peut être reproduite expérimentalement, en plaçant la plante dans une atmosphère enrichie artificiellement en gaz carbonique. 

Dans les conditions naturelles, on l’observe dans les graines au repos dont les téguments sont pratiquement imperméables à CO2. La respiration résiduelle qui persiste dans ces graines aboutit à la formation d’une faible quantité de CO2 qui, ne pouvant se dégager, contribue à limiter le processus. De plus, le gaz carbonique exerce une action anesthésique propre sur le protoplasme, ce qui contribue encore à maintenir la graine à l’état de vie ralentie. 

Il est maintenant de pratique courante de conserver les fruits et les denrées périssables dans une atmosphère de CO2 qui facilite et prolonge leur conservation, en inhibant le phénomène respiratoire. En outre, le gaz carbonique relativement concentré possède une action antiseptique qui limite le développement des Champignons et des Bactéries. 

4° Dégagement de chaleur par la respiration. 

Chez les animaux homéothermes, c’est la chaleur dégagée par l’acte respiratoire qui maintient constante la température du corps. Chez la plante, l’intensité plus faible de la respiration, l’absence d’une circulation rapide et la grande surface offerte par la plante font que la température de celle-ci ne s’élève pas du fait de la respiration. On peut cependant réaliser des conditions où ce dégagement de chaleur devient perceptible. 

Une niasse de graines humides, en germination, placée dans un vase de Dewar, s’échauffe et la température peut s’élever de 30°, 40° et même 50°, au-dessus de la température ambiante. 

Les températures ainsi réalisées peuvent être mortelles pour la plantule. On peut observer des faits analogues à l’intérieur de certaines. 

inflorescences compactes et volumineuses. On a ainsi observé une élévation de température de 30° à l’intérieur de la spathe de certains Arum, ou dans celle des Colocasia. 

Le quotient respiratoire est le rapport du gaz carbonique dégagé a 

l’oxygène absorbé. Lorsque la plante respire aux dépens du glucose et qu’aucune réaction secondaire ne vient troubler le phénomène, ce coefficient, déterminé par la réaction. 

est égal à l’unité. Le gaz carbonique dégagé correspond exactement à l’oxygène consommé. Mais alors que le quotient assimilatoire O2/CO2 est toujours égal à l’unité, le quotient respiratoire est essentiellement variable. 

Le quotient respiratoire représente en réalité le bilan final, non d’une réaction simple, comme celle que nous avons écrite plus haut, mais d’une longue suite de réactions qui peuvent s’orienter diversement et ne pas aboutir toujours au même résultat. L’oxydation respiratoire peut s’attaquer à des substrats autres que le glucose (nous verrons d'ailleurs ce qu’il convient d’entendre par là) et il faut alors des quantités différentes d’oxygène pour aboutir à la combustion complète. D’un autre côté, au lieu d’aboutir invariablement au gaz carbonique et à l’eau, la dégradation du glucose peut donner des produits différents : acides organiques, alcool, etc... ce qui modifie du tout au tout les rapports des échanges gazeux. L’intérêt de l’étude du quotient respiratoire, c’est que ses variations traduisent les modifications apportées au type normal de respiration. 

Les déviations de l’attaque normale des hexoses. 

1° Formation d’acides organiques. — Certaines plantes et certains organes fabriquent des quantités importantes d’acides organiques. Tels sont l’acide oxalique : CO2H — CO2H, l’acide malique CO2H — CH OH — CH2 — CO2H, l’acide tartrique CO2H — CHOH — CHOH — CO2H, 

Ces corps représentent des formes d’oxydation incomplète du sucre. Ainsi, la formation de l’acide oxalique ou celle de l’acide malique ne réclament qu’une faible quantité d’oxygène, mais ne donnent lieu à aucun dégagement de CO2 

C6H12O6 + 4,5 O2 = 3 C2H2O4 + 3 H2O 

2 C6H12O6 + 3 O2 = 3 C4H6O6 + 3 H2O 

A ussi les organes où se forment ces acides ont-ils un quotient respiratoire CO2/02 très faible et inférieur à l’unité. 

Les acides organiques se forment en quantités notables chez les plantes grasses, mais uniquement pendant la nuit. Leur formation est en effet favorisée par l’obscurité, l’abaissement de température nocturne et la difficulté d’accès de l’oxygène à travers les tissus compacts de ces plantes. Le jour, la majeure partie de ces acides disparaît. 

Les acides organiques sont des substances toxiques pour la cellule végétale, par les ions H qu’ils mettent en liberté. La cellule végétale les détoxique par neutralisation à l’état de sels ou par estérification. Le plus toxique d’entre eux, l’acide oxalique, est détoxiqué par précipitation à l’état d’oxalate de calcium, par les sels de calcium puisés dans le sol. L’oxalate de calcium se trouve ainsi très répandu dans le règne végétal où on le rencontre sous diverses formes cristallines : à l’état de prismes, d’octaèdres, de mâcles appartenant au système quadratique; sous forme de longs cristaux aciculaires (raphides) appartenant au système clino-rhombique. Enfin le sable d’oxalate de chaux des Solanées et des Rubia-cées est formé par de tout petits cristaux. 

2° Fermentation alcoolique. — Lorsque certains organes compacts (tubercules, fruits) sont immergés dans l’eau ou placés dans une atmosphère où la pression de l’oxygène est réduite, la respiration normale est entravée par manque d’oxygène et l’on observe qu’il apparaît de l’alcool au sein des tissus. Il s’agit d’une véritable fermentation alcoolique analogue à celle de la levure de bière et dont la formule globale est : 

C6H12O6 = 2 C2 H5OH + 2 CO2 

Il y a donc élimination de gaz carbonique, sans absorption d’oxygène. Le quotient respiratoire tend à devenir très élevé. 

On a longtemps donné le nom de respiration intramoléculaire à ce mode d’utilisation du sucre. Nous verrons qu’elle correspond sensiblement aux premières étapes de la glycolyse où le sucre est dédoublé, sans intervention de l’oxygène de l’air. Mais cette respiration asphyxique libère une quantité d’énergie beaucoup plus faible que la respiration normale. La respiration intramoléculaire est un procédé de fortune qu’utilise la cellule végétale pour lutter contre l’asphyxie. Si la situation se prolonge, la cellule ne tarde pas à être lésée et même tuée par l’alcool produit. 

La respiration aux dépens d’autres substrats que le glucose. 

Le substrat normal de la respiration est un hexose actif, soit le glucose, soit le lévulose, soit un mélange des deux. Dans un mélange de glucose et de lévulose, les champignons « respirent » plus rapidement le glucose que le lévulose, mais cette expériencne portat sur les sucres 

normaux ne permet pas de conclure sur la valeur réelle des sucres actifs. Nous pouvons cependant admettre, avec quelque vraisemblance, que le glucose est le substrat normal de la respiration. 

Lorsque ce sucre est présent, il est seul attaqué, jusqu’à ce que la cellule en soit complètement dépouillée. A ce moment, commence l’attaque des réserves hydrocarbonées facilement mobilisables : saccharose et amidon. L’hydrolyse rapide de ces substances les rend pratiquement équivalentes au glucose. Leur utilisation ne modifie d'ailleurs nullement le quotient respiratoire, puisque c’est sous forme de glucose qu’elles seront utilisées. 

Dans une feuille conservée à l’obscurité et ne pouvant plus assimiler, les réserves hydrocarbonées ne tardent pas à être épuisées : la feuille est alors dite inanitiée. A ce moment, la cellule végétale est devenue capable de s’attaquer à d’autres substrats tels que les acides gras, les lipides et les protides. Finalement, ce seront les constituants même du protoplasme qui serviront à la respiration. La cellule végétale est capable d’une véritable autophagie qui peut aller jusqu’à la mort du protoplasme. En tous cas, ces «respirations déviées » se traduisent par des quotients respiratoires profondément modifiés. 

On peut se demander si les substances ainsi appelées à devenir le substrat de la respiration, sont utilisées telles quelles ou si elles sont préalablement ramenées à l’état de glucides. Le problème ainsi posé revient à savoir si la cellule végétale est capable de réaliser la synthèse des hexoses à partir des acides organiques, des lipides, des protides ou d’autres substances encore. La question est loin d’être résolue, et il n’est pas possible de prendre position à ce sujet. 

1° Respiration à partir des acides organiques. — Nous avons vu que ces acides organiques se forment au cours de la respiration des plantes grasses, la nuit, à basse température. Ils apparaissent comme les produits d’une oxydation incomplète du sucre et le quotient respiratoire correspondant à leur formation est très nettement inférieur à l’unité. 

Le jour, on assiste chez ces plantes, à la disparition de ces acides gras et le quotient respiratoire devient nettement supérieur à l’unité. Deux hypothèses sont possibles à ce sujet. On peut admettre, en effet, que les acides gras sont d’abord ramenés à l’état de glucides, suivant une réaction qui s’accompagne d’un dégagement de CO2. 

4 C,H,O, (ac. malique) -> 2 C6H12O6 + 4 CO2. 

Le gaz carbonique ainsi dégagé s’ajoute à celui qui résulte de la combustion du glucose. Il y a donc au total plus d’acide carbonique dégagé que dans la respiration normale ; le quotient respiratoire est, en effet, supérieur à l’unité. 

Mais on peut aussi penser que les acides gras représentent un stade de l’oxydation du glucose et que leur disparition, pendant le jour, n’est 

que la fin du processus et ne réclame qu’une partie de l’oxygène nécessaire à l’oxydation totale du glucose. Ainsi, dans le cas de l’acide ma-lique, on aura : 

La formation des acides gras la nuit ne se produit pas si l’on évite le refroidissement nocturne. On peut donc penser que leur apparition est liée à l’inhibition par le froid, des systèmes enzymatiques chargés d’assurer leur oxydation complète. 

Cas des fruits charnus. —Beaucoup de fruits charnus sont très riches en acides organiques, avant la maturation. On assiste ensuite, au cours de celle-ci, à la disparition de ces acides, cependant que l’organe voit sa teneur en sucre augmenter considérablement. Pendant que le fruit se développe, il s’enrichit en acides organiques et le quotient respiratoire est nettement inférieur à l’unité. Ce phénomène correspond à une oxydation incomplète des glucides. Pendant la phase finale de la maturation où les acides organiques disparaissent pendant que l’organe s’enrichit en sucres, il est possible que les acides soient transformés réellement en sucres. Ainsi, avec l’acide tartrique, on aurait : 

3 C4H6O6 +3H,0=2 C6H2O6 + 4,5 O2 

réaction théorique qui s’accompagne d’un dégagement d’oxygène, qui, dans le bilan final des échanges gazeux de la respiration, vient en déduction de l’oxygène consommé dans la combustion respiratoire des glucides. On comprend donc que les fruits acides, en fin de maturation, aient un quotient, respiratoire nettement supérieur à l’unité. 

Cette transformation des acides organiques en sucre, dans les fruits, réclame une température élevée et variable avec la nature des acides en jeu. Cette température est de 15° dans le cas de l’acide malique et de 30° dans le cas des acides tartrique et citrique. On conçoit donc que les fruits à acide malique tels que les pommes, les sorbes, les nèfles puissent mûrir sous des climats relativement froids, alors que les raisins, les oranges, fruits à acide tartrique ou citrique, réclament pour leur mûrissement des climats beaucoup plus chauds. 

Cas de l'Aspergillus niger. — Les moisissures présentent pour l’étude des phénomènes respiratoires de grands avantages. Ces plantes qui sont hétérotrophes ne possèdent pas de réserves sucrées dans leurs tissus et leur respiration s’effectue aux dépens des glucides présents dans le milieu de culture. D’autre part, l'Asp, niger est capable de respirer aux dépens des sucres les plus divers ; il peut aussi se développer aux dépens de l’acide tartrique comme seule source de carbone ; il peut enfin, à partir des sucres offerts, soit réaliser une combustion complète aboutissant à CO2 et H2O, soit donner des lermentations aboutissant à 

la formation de produits intermédiaires : acide oxalique, acide citrique, alcool, etc. 

Le quotient respiratoire observé dans ces divers cas est d’interprétation beaucoup plus facile que chez les plantes supérieures. Les valeurs obtenues confirment d’ailleurs les résultats précédents. Ainsi quand le champignon respire dans des conditions normales, en donnant à partir d’un glucide : CO2 et H2, le quotient respiratoire est égal à l’unité. 

Quand il est placé dans des conditions où s’installe une fermentation alcoolique, le quotient devient très supérieur à l’unité. Lorsque le champignon enfin respire en donnant de l’acide oxalique à partir d’un sucre, le quotient respiratoire prend des valeurs inférieures à l’unité. Enfin, lorsque la respiration s’effectue aux dépens d’un acide organique, ce même quotient respiratoire atteint des valeurs très supérieures à l’unité. 

2° Respiration aux dépens des graisses. — Ce mode de respiration s’observe notamment au cours de la conservation et de la germination des graines oléagineuses. Au cours de la maturation de ces graines, les acides gras constitutifs des lipides se forment à partir des sucres. Le bilan final de la réaction se traduit par une perte d’oxygène, ainsi qu’il résulte de la comparaison des formules du glucose et de l’acide stéa-Tique. 

Cet oxygène devient disponible pour la respiration ; la plante n’aura pas besoin de l’emprunter à l’extérieur et l’on constate, en effet, qu’au cours de la maturation des graines oléagineuses, le bilan des échanges gazeux respiratoires se traduit par un grand excès de gaz carbonique dégagé, par rapport à l’oxygène absorbé. Le quotient respiratoire est supérieur à l’unité : Q = 1,21 par exemple. 

Par contre au cours de la germination de ces graines, où tout se passe comme si les lipides étaient transformés en glucides, le quotient respiratoire devient très inférieur à l’unité. En effet, cette transformation, inverse de celle observée au cours de la maturation, exige une consommation considérable d’oxygène qui s’ajoute à celle qui est nécessaire pour la combustion régulière des glucides. Autrement dit, à ne considérer que le bilan final de la réaction, les lipides moins oxygénés que les glucides, réclament pour leur combustion respiratoire une plus grande quantité d’oxygène, ce qui se traduit par un coefficient respiratoire inférieur à l’unité. Ainsi, on a, pour la trioléine : 

Cs„H,00, +800,= 57 CO2 + 52 H2O 

Respiration aux dépens des protéides. — La physiologie a longtemps enseigné que le protoplasme vivant était en état perpétuel de renouvellement, qu’à chaque instant la partie détruite par combustion respiratoire devait être remplacée par synthèse. On sait aujourd’hui qu’il n’en est pas ainsi et que le protoplasme, s’il est le siège de la respiration, n’en est pas le substrat. 

Les protides ne servent donc pas normalement à la respiration. Néanmoins cette règle souffre au moins deux exceptions : dans la respiration des graines à réserves purement aleuriques (aleurone) et dans celle des cellules complètement inanitiées. 

Dans le premier cas, qu’il y ait ou non synthèse intermédiaire de glucides à partir des protides, le processus global correspond à l’oxydation d’une substance moins oxygénée qu’un glucide. Il nécessite l’absorption d’une quantité plus élevée d’oxygène et le quotient respiratoire Q = CO2/O2 devient inférieur à l’unité, comme dans le cas des lipides. 

Le deuxième cas présente un grand intérêt. On l’a surtout étudié dans les cultures de champignons inférieurs, à cause de la facilité avec laquelle on réalise les conditions expérimentales voulues. Lorsqu’un mycélium de champignon développé sur un milieu nutritif complet, a complètement épuisé les glucides qui s’y trouvaient, le développement s’arrête, mais le mycélium continue à vivre et à respirer. Pour cela, n’ayant plus de sucres à sa disposition, il s’attaque aux constituants de son protoplasme, c’est-à-dire à ses protides. Gela se traduit, suivant la règle, par un quotient respiratoire qui devient très inférieur à l’unité. En même temps, le mycélium diminue de poids, puisque le champignon respire aux dépens de sa propre substance. C’est le phénomène de l'autolyse. 

Mais la respiration aux dépens des protides ne s’attaque qu’aux chaînes carbonées des amino-acides. Les groupements aminés des amino-acides représentent un résidu qui s’accumule dans le milieu sous forme d’ammoniaque. Celle-ci alcalinise le milieu et ne tarde pas à intoxiquer le-champignon qui meurt ainsi, victime d’une véritable auto-intoxication. 

L'étude des échanges gazeux de la respiration, malgré son intérêt, ne nous a donné qu’une idée très sommaire du phénomène. Il reste maintenant à préciser l’essence même du processus qui s’effectue à l’intérieur de chaque cellule, c’est-à-dire la manière dont la cellule vivante réalise l’oxydation exothermique du sucre, et utilise l’énergie ainsi libérée. 

Le problème qui se pose est le suivant : la substance consommée dans l’acte respiratoire est un sucre, tel que le glucose, qui, à haute température et in vitro, est bien intégralement brûlé en CO2 — H2O, mais qui, à la température ordinaire, ne subit de la part de l’oxygène aucune altération appréciable. A la température où vivent les êtres vivants, glucose et oxygène sont inertes l’un par rapport à l’autre. 

Or, ce même sucre, introduit dans l’organisme, y est oxydé par l’oxygène atmosphérique, à une vitesse extraordinaire et les produits, finaux de la réaction : CO2 et H2O sont précisément ceux qu’on obtient dans la combustion du sucre à haute température. 

Il est donc évident que la cellule vivante a la propriété d’« activer » l’oxydation du glucose. Ceci peut résulter de l’ « activation » de l’oxygène, c’est-à-dire de sa transformation en un produit plus agressif que l’oxygène moléculaire ou de Yactivation du sucre, passé à l’état de substance plus facilement oxydable que le sucre normal. 

On sait aujourd’hui que la cellule vivante a la propriété de réaliser ces deux activations, celle de l’oxygène et celle du substrat. On sait aussi que l’oxydation du glucose est le résultat d’une très longue chaîne de réactions dont l’équation classique 

C,H,20, + 6 O2 = 6 CO2 + 6 H2O 

n’exprime que le bilan final. C’est à pénétrer la nature et le mécanisme de ces réactions que nous allons maintenant nous efforcer. 

On peut d’abord distinguer deux étapes dans cette chaîne de réactions : dans la première, qui s’effectue entièrement sans l’intervention de l’oxygène de l’air, la grosse molécule de glucose est scindée en molécules plus petites, à 2 ou 3 atomes de carbone. Cette étape a reçu le nom de glycolyse. Dans la deuxième phase, les produits intermédiaires formés dans la glycolyse sont, par l’intervention de l’oxygène de l’air, transformés intégralement en CO2 et H2O, mais nous verrons qu’il ne s’agit pas là d’une oxydation au sens classique du mot, mais d’une deshydrogénation. 

Lorsque la plante est placée dans des conditions anaérobies, la phase oxydante finale ne peut se produire et les produits de la glycolyse plus ou moins modifiés, constituent les termes finaux de la réaction.Celle-ci prend alors le nom de « fermentation » et comme son produit le plus caractéristique est l’alcool, on l’appelle fermentation alcoolique. On l’a surtout étudiée chez les Levures et divers champignons inférieurs où elle peut revêtir une intensité particulière, mais on l’observe aussi chez les plantes vertes, comme nous l’avons déjà indiqué. 

Il convient immédiatement de noter que le quantum d’énergie libéré dans les deux étapes de la respiration est essentiellement différent. La glycolyse, qui n’est guère qu’une dislocation de la molécule de sucre, ne dégage qu’une très faible quantité d’énergie. C’est la deuxième phase qui est le processus vraiment exothermique. 

Jusqu’à ces dernières années, on admettait que les oxydations biologiques sont de véritables oxydations où l’oxygène moléculaire se combine au carbone du substrat pour donner du gaz carbonique. Mais cette conception ne saurait, par exemple, nous expliquer l’origine du CO2 formé dans la fermentation alcoolique, en l’absence totale d’oxygène moléculaire 

C6H12O6 + = 2 C2H5 - OH + 2 CO2 

Tout se passe, comme le disait déjà PASTEUR, comme si la moitié de la molécule de sucre servait à oxyder l’autre moitié. 

Nous savons maintenant que la plupart des oxydations biologiques peuvent être conçues comme des deshydrogénations. Quelques expériences simples, portant sur l’acétaldéhyde, corps qui est d’ailleurs un des pivots de la respiration et de la fermentation, nous permettront de préciser cette donnée. 

L’acétaldéhyde CH3 — CHO s’oxyde facilement par fixation d’un atome d'oxygène en acide acétique CH3 — COOH. Cette réaction est catalysée par le noir de platine qui permet de l’obtenir à la température ordinaire. Il est facile de vérifier, en opérant en vase clos, qu’il y a une consommation d’oxygène que l’on peut mesurer. Cette réaction apparaît ainsi comme le type même des réactions d’oxydation. 

Fig. 8. — Tube de Quastel pour l’étude des réactions de déshydrogénation. On place la solution d’acétaldéhyde et le noir de platine en A, le bleu de méthylène en B. 

Mais plaçons dans une des branches d’un tube en U, dans lequel on peut faire le vide, une solution d’acétaldéhyde avec du noir de platine et dans l’autre branche une solution de bleu de méthylène. On fait aussitôt le vide et constate que l’acétaldéhyde n’est plus oxydée puisque l’oxygène est absent. Mais si, le vide étant fait, on fait passer le bleu de méthylène de la branche B dans la branche A, on constate bientôt que la solution de bleu de méthylène est décolorée et l’analyse montre alors qu’il s’est formé de l’acide acétique. Il y a donc eu oxydation en l’absence d’oxygène. 

Or, la décoloration du bleu de méthylène est le résultat d’une hydrogénation. Le bleu de méthylène réduit a emprunté de l’hydrogène à l’acétaldéhyde et la réaction s’explique facilement si l’on admet que l’acétaldéhyde se trouve en solution à l’état d’hydrate. Ce corps, en perdant deux atomes de H, conduit à l’acide acétique. 

Cette réaction n’est possible qu’en l’absence d’oxygène et en présence d’un catalyseur qui est ici le noir de platine. Mais les bactéries, les cellules animales et végétales renferment des catalyseurs organiques permettant de réaliser cette déshydrogénation de l’acétaldéhyde. Dans la terminologie actuelle, on considère que l’aldéhyde est un donateur de H, le bleu de méthylène, un accepteur de H. Le catalyseur biologique qui permet la déshydrogénation est une déshydrogénase. Le rôle des déshydrogénases serait d’« activer » la molécule du donateur, de manière à la rendre apte à perdre facilement deux atomes d’hydrogène. 

L'oxygène accepteur d'hydrogène. — Cette conception est applicable aux oxydations ordinaires. Ainsi, dans l’oxydation de l’acétaldéhyde par le noir de platine, au contact de l’air, c’est l’oxygène qui joue, à la place du bleu de méthylène, le rôle d'accepteur. 

En définitive, dans les oxydations biologiques, ce n’est pas le substrat, le sucre par exemple, qui est oxydé, c’est l’hydrogène actif, que lui enlève la déshydrogénation, qui est vraiment oxydé. Le rôle du substrat est simplement de servir de donateur de H2. La place de H2 est prise alors dans la molécule par les éléments de l’eau OH — H et la molécule devient plus riche en oxygène. Les déshydrogénations peuvent se répéter de telle manière qu’à la fin il ne reste que du gaz carbonique, dont l’oxygène ne provient pas de l’air, mais de l’eau. 

L’énergie dégagée par la respiration ne provient pas de la réaction de déshydrogénation proprement dite qui est légèrement endothermique, mais de l’oxydation de l’hydrogène. Ce n’est donc pas le carbone, mais l’hydrogène qui est le véritable support des oxydations biologiques. 

Les oxydations anaérobies. — Cette conception a le grand mérite de faire rentrer dans le même cadre la respiration aérobie et la « respiration ? » anaérobie. Dans les deux cas, il s’agit d’une déshydrogénation 

du substrat, mais dans le premier, c’est l’oxygène qui est l’accepteur obligatoire, alors que dans le deuxième, cette fonction est tenue par des substances de nature différente. 

Ainsi, au cours de la fermentation alcoolique, l’aldéhyde acétique d’abord apparue, au lieu de servir de donateur d’hydrogène, comme dans la réaction étudiée plus haut, joue le rôle d’accepteur et passe ainsi à l’état d’alcool éthylique. Le donateur d’hydrogène est une autre substance RH2 apparue au cours de la glycolyse du sucre. Cette réaction peut s’écrire : 

Une fois cette conception des déshydrogénations biologiques échafaudée, on a cru avoir trouvé l’ensemble des substances intervenant dans les oxydations (déshydrogénations) biologiques. Le phénomène s’est révélé infiniment plus complexe encore. Il est très exceptionnel que les déshydrogénases puissent transporter directement l’hydrogène du donateur à l’oxygène accepteur. La réaction réclame habituellement l’intervention de substances intermédiaires appelées transporteurs d’hydrogène. 

Un transporteur d’hydrogène est une substance dont le caractère essentiel est de pouvoir exister sous deux formes : une forme réduite ou hydrogénée, obtenue par fixation de deux atomes d’hydrogène et une forme oxydée qui se reproduit par perte de ces deux atomes d'hy-drogène. Tel est le bleu de méthylène qui, dans les conditions définies plus haut, fixe deux atomes d’hydrogène en passant à l’état hydrogéné (leucobase du bleu de méthylène), mais qui, reporté au contact de l’air, perd ces deux atomes d’hydrogène en donnant la forme colorée. 

Un transporteur biologique a la propriété d’osciller rapidement entre sa forme réduite et sa forme oxydée. Il s’hydrogène (forme réduite), en fixant l’hydrogène emprunté au substrat, puis se déshydrogène aussitôt, en cédant cet hydrogène à l’oxygène atmosphérique (accepteur). Grâce à la grande vitesse de ces oscillations, il peut, sous une faible masse, assurer le transport d’une quantité considérable d’hydrogène, du donateur à l’oxygène. 

Principaux transporteurs d'hydrogène. — Les transporteurs d’hydrogène actuellement connus sont déjà fort nombreux. Ce sont souvent des pigments. Dans l’organisme animal, leur rôle est matérialisé par le fait que, s’ils manquent, des troubles plus ou moins graves apparaissent. L’animal en effet ne sait pas réaliser la synthèse de ces substances qu’il doit trouver dans sa ration d’aliments végétaux. Il s’ensuit que ces substances sont des vitamines. Les plus connues sont : 

1° Les cytochromes (il y en a trois), pigments rouges dérivés de l’hématine et possédant un noyau tétrapyrrolique. Ils oscillent entre la forme réduite incolore et la forme oxydée rouge ; 

2° Les flavines ou ferment jaune de Warburg. — Elles sont constituées par un nucléotide du d. ribose et d’une matière colorante à trois cycles : l’alloxazine. Elles constituent, par ailleurs, la vitamine B2 ou vitamine d’utilisation des sucres ; 

3° La codeshydrogénase ou nucléotide du d. ribose et de l’amide de l’acide nicotinique. C’est encore un pigment dont on peut suivre facilement les alternatives d’oxydation et de réduction ; c’est, par ailleurs, la vitamine P. P. ; 

4° L'acide ascorbique de SZENT GYORGII qui est un acide uronique comparable aux acides glycuronique et galacturonique. Ce corps constitue la vitamine C : 

5° Le glutathion de HOPKINS, tripeptide formé de glycocolle, de cystéine et d’acide glutamique ; 

6° Le système : acide fumarique, acide succinique, très répandu chez les végétaux. L'acide fumarique en fixant deux atomes de H passe à l’état d’acide succinique, et celui-ci, en cédant cet hydrogène à un accepteur convenable, régénère l’acide fumarique. 

La glycolyse est l’ensemble des réactions qui fragmentent la grosse molécule de l’hexose en petites molécules en C3 ou en C2, sur lesquelles s’effectuera l’oxydation finale par l’oxygène de l’air. La glycolyse elle-même s’effectue sans intervention de l’oxygène de l’air, mais suivant que celui-ci est présent ou absent, la réaction s’orientera d’une façon différente et les produits finaux ne seront pas les mêmes. La glycolyse anaérobie constitue la fermentation alcoolique ; elle est beaucoup mieux connue que la glycolyse ordinaire au contact de l’air ; aussi convient-il de l’exposer d’abord. 

1° La diffusion de la fermentation alcoolique. La fermentation alcoolique est un processus très répandu. Tous les végétaux, semble-t-il, sont 

capables de transformer le sucre en alcool, quand ils respirent à l’abri de l’air. Les levures sont les agents les plus actifs de la fermentation alcoolique. Les espèces sélectionnées par l’homme de temps immémorial pour la fabrication des boissons fermentées (vin, bière, cidre, etc.) produisent couramment des moûts où la concentration de l’alcool atteint 10 et même 15%. D’autres champignons inférieurs, les moisissures, les Mucorinées sont également des agents actifs de fermentation. 

La plante verte possède la même propriété quand on la place en anaérobiose, mais elle ne produit que de faibles quantités d’alcool, car celui-ci est rapidement toxique pour la cellule végétale. On connaît l’aptitude de la plante verte à produire de l’alcool depuis l’expérience célèbre de LECHARTIER et BELLAMY. Ces savants plaçaient des organes végétaux riches en sucre : racines de betterave, fruits, dans une enceinte close pourvue d’un manomètre. Ils constataient qu’au bout d’un certain temps tout l’oxygène présent dans le vase était consommé par la respiration et remplacé par un égal volume de CO2. A ce moment, on observait que, malgré la disparition de l’oxygène, les tissus végétaux continuaient à dégager de grandes quantités de CO2 qui amenaient une surpression de l’atmosphère du vase. Enfin, à la fin de l’expérience, on pouvait caractériser des quantités notables d’alcool, à l’intérieur des tissus. 

Cette expérience faite avant l’ère pastorienne pouvait être entachée d’une cause d’erreur. Les auteurs n’ayant pas opéré aseptiquement, la production d'alcool pouvait être le fait de microorganismes. Cette objection a été levée par des expériences faites suivant les méthodes les plus rigoureuses d’asepsie et il est actuellement prouvé que n’importe quel organe végétal est le siège d’une fermentation alcoolique, lorsque il est placé quelque temps en anaérobiose. 

L’équation de la fermentation alcoolique. — Au cours de la fermentation alcoolique, une molécule d’hexose donne deux molécules d’alcool et deux molécules de CO2 : 

C6H12O6 = 2 C2H5 — OH + 2 CO2 

Mais ce n’est là, on le conçoit bien, que le bilan de toute une série de réactions qui sont aujourd’hui connues d’une manière satisfaisante. Nous ne donnerons ici qu’un aperçu sommaire du mécanisme de la fermentation alcoolique par la levure de bière. En voici les stades principaux. 

Les stades de la fermentation alcoolique. — 1° Seuls les hexoses sont fermentescibles. Les polysaccharides doivent être au préalable hydro-lysés. Les divers hexoses : glucose, lévulose, mannose, galactose sont fermentescibles, mais il y a de grandes différences à ce point de vue entre les différentes espèces de levure. Il est enfin admis que les hexoses doivent être préalablement activés. Ainsi le glucose sera transformé en glucofuranose ou glucose γ. 

2° La présence des phosphates minéraux est indispensable. Le premier-stade de la fermentation est en effet la formation d’un ester de l’acide phosphorique et de l’hexose : l'ester hexose diphosphorique ; cette estérification est l’oeuvre d'une hexose phosphatase. 

3° L’ester hexose phosphorique est alors l’objet d’une scission. La grosse molécule de l’hexose se scinde en deux molécules de triose, qui conservent chacune une molécule d’acide phosphorique. L’ester hexose diphosphorique conduit ainsi à deux molécules d'ester triose-phosphorique. C’est l’oeuvre d’une diastase spéciale : la zymohexase. Ces deux molécules d’esters subissent une série de transpositions moléculaires, si bien qu’on aboutit en définitive à un mélange d'ester glycéro-phosphorique et d'ester phosphoglycérique. 

Ce dernier corps seul prend part au métabolisme ultérieur. On remarquera qu’il possède deux atomes d’hydrogène de moins que son compagnon. 

4° La saponification de l’ester phosphoglycérique libère une molécule d'acide pyruvique (1) et une molécule d'acide phosphorique qui, à la suite de mécanismes complexes, est transportée sur une nouvelle molécule de sucre qui entre aussitôt en réaction. Quant à l’acide pyruvique COOH — CO — CH3, corps très réactionnel, la levure produit une diastase, la carboxylase, capable de le décarboxyler en CO2 — CH3— CHO. On sait que la décarboxylation des acides α cétoniques est très facile in uitro, à température élevée. 

5° On a ainsi l’origine de l' acide carbonique apparu dans la fermentation et qui se forme sans intervention de l’oxygène de l’air. Suivant l’expression de Pasteur, dans la fermentation, la moitié du sucre sert à oxyder l’autre moitié. 

6° L’aldéhyde acétique est un corps très réactionnel que l’on n’a pu isoler dans les fermentations qu’à l’état de traces ; mais, si le milieu est additionné de bisulfite de soude, on peut capter, à l’état de combinaison bisulfitique, toute l’aldéhyde formée. Ce qui caractérise la fermentation alcoolique c’est que ce corps, placé en conditions anaérobies, est sus-1. 

sus-1. effet, l’acide phosphoglycérique subit d’abord une transposition moléculaire et donne l’acide phospho-énol-pyruvique, sur lequel porte la saponification. 

ceptible de s’hydrogéner et de fixer deux atomes de H en donnant l’alcool, terme final du processus. 

Cet hydrogène est emprunté à l’ester glycéro-phosphorique qui était resté en l’état et qui se transforme ainsi en ester phospho-glycérique qui rentre dans le circuit des réactions ci-dessus. Ce transport d’hydrogène de l’ester glycéro-phosphorique à l’aldéhyde est une réaction de déshydrogénation où l’ester joue le rôle de donateur et l’aldéhyde celui d'ac-cepteur. Le transport est assuré, en présence d’une déshydrogénase, par un transporteur particulier qui est la Codeshydrogénase signalée plus haut. 

Chacun des stades de cette longue chaîne de réactions est effectué sous l’action d’une diastase spécifique: glycéro phosphatase, zymohexase, décarboxylase, déshydrogénase qui toutes ont été caractérisées dans la levure. 

B. — La glycolyse dans la plante verte. 

La glycolyse se différencie de la fermentation alcoolique en ce qu’elle se produit au contact de l’air et non en anaérobiose. Elle est beaucoup moins bien connue. On suppose généralement qu’elle s’effectue par le même chemin et par le jeu des mêmes diastases que la fermentation alcoolique. On se fonde pour cela sur la caractérisation, dans la plante 

verte maintenue en anaérobiose, des principaux produits intermédiaires et des principales diastases intervenant dans la fermentation. 

On n’a pas isolé les esters hexosephosphoriques, mais on a constaté que les phosphates exercent sur le phénomène respiratoire la même action favorisante que sur la fermentation. Par contre, l’acide pyru-vique et l’aldéhyde acétique ont été caractérisés fréquemment et l’aldéhyde acétique peut être obtenu en quantités importantes en faisant vivre des cellules végétales dans une solution de bisulfite. 

Les principales enzymes : hexose phosphatase, carboxylase, ont été également caractérisées avec certitude. On a enfin montré que l’on pouvait extraire de la plante, par expression, un suc qui renferme l’ensemble de ces diastases et peut provoquer à lui seul la fermentation alcoolique. Ce suc est ainsi tout à fait comparable à la zymase extraite de la levure, en 1900, par BüCHNER. 

Malgré ces différentes constatations, l’identité des deux processus reste • encore du domaine des hypothèses. Si on l’admet comme démontrée, ce sont des corps comme l’acide pyruvique ou l’aldéhyde acétique qui serviront de point de départ à l’oxydation finale. On conçoit facilement que l’hydrogénation finale de l’aldéhyde en alcool, qui caractérise la fermentation alcoolique, ne puisse prendre place en milieu aérobie. 

La glycolyse a abouti à fragmenter la grosse molécule de l'hexose en molécules plus simples qui sont probablement l’aldéhyde acétique ou l’acide pyruvique. Le stade final de la respiration aboutira à l’oxydation complète de ces substances en H,O et CO2. 

Malgré le nombre énorme de travaux effectués sur ce sujet, nous connaissons très mal le mécanisme de ces processus. On admet que ces oxydations sont en réalité, des déshydrogénations successives réalisées par les déshydrogénases et que l’hydrogène emprunté au donateur est véhiculé jusqu’à l’oxygène par le jeu d’une série de transporteurs. 

Il est possible aussi que l’oxygène de l’air, pour jouer le rôle d’accepteur, doive être finalement activé lui-même. On connaît en effet des diastases capables d’activer l’oxygène moléculaire et de le rendre capable d’oxyder diverses substances. Ces diastases ont été appelées oxydases. Mais les oxydases connues dans le règne végétal (laccase, tyrosinase, etc.) n’oxydent que des substances phénoliques qui ne paraissent jouer aucun rôle direct dans la respiration. 

WARBURG a récemment décrit un ferment rouge, du groupe du pyrrol, renfermant du fer dans sa molécule et qu’il a appelé ferment respiratoire. Le ferment rouge de WARBURG, en oscillant entre sa forme oxydée et sa forme réduite, peut fixer l’oxygène moléculaire et le céder à l’état d’oxygène actif. Ce dernier serait devenu capable de fixer l’hydrogène cédé de son côté par les transporteurs d’hydrogène signalés plus haut. Mais le ferment rouge de WARBURG n’est pas responsable de toute la respiration. 

On voit, en tous les cas, par quels mécanismes compliqués est réalisée l’oxydation finale des produits de la glycolyse. 

Si l’on veut résumer l’ensemble des processus étudiés dans ce chapitre, on pourra construire le tableau ci-dessous qui en indique les diverses étapes à partir des hexoses : 

NUTRITION AZOTÉE DE LA PLANTE VERTE 

Hydrolyse des protides : les protéases. 

A. Holoprotides : prolamines, glutélines, albumines, globulines. 

II. — Les aliments azotés de la plante. 

1° Assimilation de l’azote organique ; humus ; combinaisons organiques de faible poids moléculaire ; cas des bactéries et des champignons ; 

3° Assimilation de l’ammoniaque. Mécanisme de son absorption, acidification consécutive ; destinées de l’ammoniaque dans la cellule ; débuts de la synthèse protéique ; 

III. — Le cycle de l’azote. 

1° Phénomènes de dégradation : humification, ammonisation, nitrosation, nitrification, dénitrification ; 

IV. — Les transformations de l’azote dans le sol. 

1° Humification : putréfaction et pourriture ; 

2° Ammonisation : les processus de décarboxylation et de désamination ; 

3° Fermentation nitroso-nitrique ; conditions de la nitrification ; les ferments nitreux ; le ferment nitrique ; la réaction d’oxydation ; la nitrification dans le sol ; 

5° Assimilation de l'azote libre par les végétaux. 

A. Bactéries vivant librement dans le sol : Clostridium et Azotobacier ; 

B. Bactéries symbiotiques des Légumineuses : les nodosités ; les Rhizobium ; la symbiose: Rhizobium. — Légumineuses. 

L’assimilation de l’azote par la plante présente des caractères particuliers sur lesquels il convient d’abord d’insister. L’azote est le constituant le plus caractéristique des matières protéiques dont il forme environ 16 % de la masse. C’est donc le type de l’aliment « plastique » servant à l’édification de la matière vivante, que l’on oppose aux aliments « énergétiques » dont le type est le glucose. Son métabolisme porte sur des masses considérables de matière, ce qui a facilité son étude analytique, 

Aperçu sur le cycle de l’azote dans la nature. 

Les aliments azotés assimilables par la plante ne se rencontrent pas, comme le carbone ou les éléments minéraux, en quantités illimitées dans la nature. Pratiquement, la plus grande partie de l’azote existant à la surface du globe s’y trouve sous forme d’azote atmosphérique dont on connaît l’inertie chimique. 

La plante ne peut l’assimiler. Une faible proportion de l’azote global est engagée dans des combinaisons minérales (sels ammoniacaux, nitrates) qui seules sont utilisables par la plante. Ce stock d’azote combiné serait rapidement épuisé, si l’azote, passé sous forme organique, ne faisait retour au sol et ne s’y trouvait minéralisé par une série d’actions exercées par les microorganismes. 

Tout se passe comme si la petite quantité d’azote combiné accomplissait, entre ses formes minérales et ses formes organiques, un véritable circuit fermé, auquel on a donné le nom de cycle de l’azote. Mais il faut se garder de considérer l’ensemble de ces faits d’un point de vue finaliste. Il y a des fuites dans le cycle de l’azote : l’azote des nitrates peut passer à l’état d’azote élément et inversement des bactéries ont la remarquable propriété d’absorber l’azote atmosphérique. 

Les protides constituent la forme prédominante de l’azote dans l’organisme. Cependant, ils sont accompagnés d’autres combinaisons azotées : purines, alcaloïdes, amides, amines en relation plus ou moins directe avec eux. Les protides associés aux lipides sont les constituants essentiels de l’hydrogel protoplasmique. Ils en sont la phase dispersée. 

On les trouve encore en solution colloïdale dans la vacuole où ils représentent une matière de réserve, distincte de la matière vivante. Les grains d'aleurone des graines et d’autres organes sont essentiellement formés par ces protéines de réserve. 

Les protides sont formés de carbone, d’oxygène, d’hydrogène et d’azote, auxquels s’ajoutent souvent du soufre et du phosphore. L’azote, 

nous l’avons déjà dit, forme 16 % de leur masse totale environ. Ils ont un poids moléculaire mal connu, car il a été impossible de le déterminer correctement. On admet cependant qu’il est très élevé (60.000 au moins). Leurs molécules ne sont donc pas diffusibles et forment avec l’eau des [solutions colloïdales du type des gels. Ces hydrogels sont hydrophiles et stables. Ils sont cependant floculés par l’action des sels neutres à saturation, des sels de métaux lourds, ou encore par les ions H. 

Les protides sont constitués par un agrégat d’acides aminés, comme les polysaccharides sont formés par un agrégat d’hexoses. Un acide aminé, dont le plus simple est le glycocolle CH2 (NH2) — COOH, est un corps amphotère, car il possède dans la même molécule une fonction acide et une fonction basique. Il se comportera comme un acide faible à l’égard des bases et comme une base faible à l’égard des acides. Il possède un point isoélectrique. Les protides ont également un caractère amphotère et présentent un point isoélectrique. 

Une molécule d’acide aminé peut se combiner, par son carboxyl, à la fonction aminée d’une autre molécule identique ou différente, pour former un dipeptide, avec élimination d’eau. 

La liaison entre les deux molécules est appelée liaison peptidique. On admet, depuis FISCHER et ABDERHALDEN, que les matières protéiques sont formées par un nombre très élevé d’acides aminés, unis entre eux par des liaisons du type peptidique. Les diverses protéines varient à l’infini par le nombre et la nature des acides aminés constituants, par leurs proportions relatives, l’ordre de leur enchaînement, etc... 

Il est possible, cependant, que les acides aminés ne représentent que les produits d’hydrolyse des protides et que dans la molécule de ces derniers existent des liaisons d’un autre type que la liaison peptidique ; il pourrait exister notamment des cycles du type des dicétopipérazines. 

L’action des protéases animales ou végétales, celle des alcalis ou des acides dilués a permis d’isoler la plupart des acides aminés constitutifs. Il est curieux de constater que les diverses matières protéiques sont toutes constituées par les mêmes acides aminés : on en connaît 22 au total et il est peu probable maintenant que ce nombre augmente beaucoup. 

3° Oxyalanine (acide a amino β-oxypro-pionique). 

5° Leucine {acide a amino - isoca-proïque). 

6° Isoleucine {acide α amino-β> méthyl-éthyl-propionique. 

7° Acide aspartique (acide α amino-succinique). 

8° Acide glutamique (acide α amino-glutariqué). 

COOH — CH2 — CH (NH2) — COOH 

COOH - CH2 - CH2 - CH (NH2) - COOH 

9° Arginine (acide δ guanidine amino-valérianique). 

11° Cystine (dicystéine) acide di β thio a amino-propionique. 

14° Proline (acide a pyrrolidine carbonique). 

15° Histidine (acide β imidazol alanine). 

16° Trytophane (acide β indol alanine). 

Hydrolyse des protides. — L’hydrolyse des matières protéiques s’effectue in vitro par l’action des acides ou des alcalis dilués et aboutit à une simplification progressive de la grosse molécule protéique, avec formation de produits intermédiaires, les polypeptides (vulgairement albumoses et peptones), de P.M. de plus en plus fàible. Finalement, on aboutit aux acides aminés. 

Les animaux produisent des enzymes : les protéases (pepsine, trypsine, érepsine, etc.) qui réalisent, in vivo, la même hydrolyse. Chez le végétal, où l’on assiste à des migrations continuelles de matières azotées à travers le corps de la plante, les protéases interviennent à chaque instant pour transformer les colloïdes protéiques non diffusibles, en matériaux plus simples, diffusibles (polypeptides, amino-acides). 

Les physiologistes admettent actuellement que ces mêmes protéases sont les agents de la synthèse protéique en condensant entre elles les molécules d’acides aminés. Les réactions d’hydrolyse et de condensation sont des réactions d’équilibre s’orientant en sens différent, suivant les conditions de ce dernier. 

Classification des protides. — Il y a un très grand nombre de protides. On les classe en deux groupes : les holoprotides et les hétéro-protides. 

a) Les holoprotides ne donnent à l’hydrolyse que des acides aminés, tout comme les polyholosides ne donnent à l’hydrolyse que des sucres. 

Ce sont les protides proprement dits. Il y en a un nombre très élevé que l’on distingue empiriquement par leurs solubilités dans quelques réactifs simples. Nos connaissances sont trop peu avancées pour permettre une autre classification. Dans un premier groupe (prolamines, glutélines), on range les protides incomplets qui ne renferment pas certains amino-acides. Dans un deuxième groupe (protides complets), on trouve les albumines et les globulines qui renferment l’ensemble des amino-acides. 

1° Prolamines. Substances insolubles dans l’eau et dans les solutions de sels neutres, mais solubles dans l’alcool à 70°-80°, et aussi dans les acides et les alcalis. On les a rencontrées dans les graines de céréales (zéine du maïs, gliadine du blé et du seigle,hordéine de l’orge, prolamine du riz, etc.). 

2° Glutélines. Insolubles dans l’eau, dans les solutions de sels neutres et dans l’alcool, mais facilement solubles dans les acides et les alcalis dilués. On les a surtout isolées des graines de céréales (glutélines du blé, du maïs, du riz, de l’avoine, etc.), des graines d’autres espèces : (coton, sarrazin, etc.), des feuilles, etc. 

3° Albumines solubles dans l’eau et les solutions de sels neutres, coagulables par la chaleur. A la différence du règne animal, le règne végétal renferme peu d’albumines. D’ailleurs on les connaît mal. 

4° Globulines. Insolubles dans l’eau, mais solubles dans les solutions de sels neutres, incomplètement coagulées à chaud. On les obtient facilement cristallisées en octaèdres. Elles constituent la masse principale des réserves azotées des graines, où on en a isolé un grand nombre. 

b) Les hétéroprotides. —Chez ces substances, une protéine proprement dite est unie à un groupement de nature non protéique qui a reçu le nom de groupe prosthétique. Ces composés sont comparables aux hété-rosides où un sucre est uni à une substance de nature différente. 

Suivant la nature du groupe prosthétique, on distingue les phospho-protides (caséine), les gluco-protides, les chromoprotides (hémoglobine), les nucléo-protides. Ces derniers seuls ont de l’intérêt dans le règne végétal. 

Les nucléoprotides sont dédoublables, par hydrolyse acide, en un mélange de deux protides et en un groupe prosthétique : l’acide nucléique. Les acides nucléiques sont des substances complexes formées habituellement de 4 nucléotides. Un nucléotide résulte lui-même de la combinaison d’une molécule d’acide phosphorique avec une molécule de sucre, le d. ribose, et une molécule d’une base purique ou pyrimidique. Ainsi, l’acide thymonucléinique, constituant de la matière nucléaire, a la. structure suivante. 

On sait aussi que certains nucléotides isolés jouent un rôle très important dans le métabolisme. 

IL — LES ALIMENTS AZOTÉS DE LA PLANTE 

La physiologie moderne est arrivée au résultat très remarquable que l’ammoniaque (ou un produit très voisin) est le point de départ de la synthèse protéique chez tous les végétaux. Quel que soit l’aliment azoté offert à la plante, il ne sera utilisable que dans la mesure où celle-ci pourra le ramener à l’état d’ammoniaque. 11 y a, à ce point de vue, des différences considérables entre les divers groupes de plantes. 

La plante verte qui trouve dans le sol l’azote sous forme organique (humus, composés organiques divers) ou sous forme minérale (sels ammoniacaux et nitrates) n’est capable d’utiliser que l’azote minéral. Cela implique une aptitude à réduire les nitrates en sels ammoniacaux. Les champignons peuvent au contraire assimiler indifféremment les formes organiques et les formes minérales de l’azote. Cependant beaucoup sont incapables de réduire les nitrates. 

La plante verte est incapable d’assimiler les protides et leurs dérivés immédiats : albumoses, peptones, nucléines, etc. Ces substances, vu leur grosse molécule, ne sont pas diffusibles et ne sauraient pénétrer dans les poils absorbants. Pour que leur assimilation soit possible, il faudrait que la plante produise des protéases passant dans le milieu extérieur pour y « solubiliser » les protides. De telles protéases n’ont jamais été observées, mais si le milieu dans lequel vit la plante n’est pas aseptique, les microorganismes qui le souillent pourront réaliser l’hydrolyse des protides et les rendre assimilables par la plante. C’est ce qui se passe pour l’humus du sol. Celui-ci, qui existe à l’état colloïdal, ne devient assimilable par la plante qu’après son ammonisation par les bactéries du sol. 

Combinaisons organiques de faible poids moléculaire. — Telles sont les 

1. Le pentose de l’acide thymonucléinique est, en réalité, formé par le désoxy-ribose. 

amines, les amides, les amino-acides, les bases puriques et leurs dérivés. Ces substances sont diffusibles et la plante possède, semble-t-il, les enzymes nécessaires à leur ammonisation. Il ne semble pas toutefois qu’en milieu rigoureusement aseptique la plante verte puisse les assimiler. En tous cas, les résultats obtenus sont médiocres et discutés. 

Cas des bactéries et des champignons. — Si les plantes supérieures ne peuvent assimiler l’azote organique, il n’en est pas de même des bactéries et des champignons qui ont, à un très haut degré, le pouvoir de les absorber. Les matières protéiques, les peptones sont d’abord hydroly-sées par des protéases exo-cellulaires en substances solubles absorbables. Les amino-acides, les amides, seront transformés dans la cellule, par des enzymes endocellulaires, en ammoniaque qui entre aussitôt dans la synthèse protéique. 

L’aptitude pour un microorganisme à assimiler les formes organiques de l’azote se ramène à son aptitude à produire les enzymes nécessaires à son ammonisation. L’impossibilité où se trouve la plante supérieure d’utiliser ces mêmes substances, est due à son incapacité de produire ces enzymes. 

2° Assimilation des nitrates par la plante. 

On sait depuis plus d’un siècle que les sels de l’acide nitrique sont assimilés par la plante. Celle-ci les trouve normalement dans les sols fertiles où ils proviennent, comme nous verrons, de l’oxydation de l’ammoniaque par les bactéries nitreuses et nitriques. L’agriculture les utilise comme engrais (nitrates du Chili, nitrates obtenus par synthèse à partir de l’azote atmosphérique). Une expérience, maintenant centenaire, permet d’affirmer que ce sont, à première vue, les meilleurs aliments azotés pour la plante verte. Il n’en est d’ailleurs pas de même pour les bactéries et les champignons qui souvent sont incapables de les utiliser. 

Les poils absorbants absorbent l’acide nitrique des nitrates sous forme de molécules non ionisées [NO,H et non sous forme“d’ions. Ces molécules n’existent d’ailleurs qu’en très faibles quantités dans les milieux neutres ou faiblement acides. Leur proportion croît dans les milieux acides, aussi, chez les moisissures qui peuvent se développer aussi bien dans les milieux très acides que dans les milieux neutres (pH 2 à pH 8), l’absorption de l’acide nitrique est d’autant plus rapide que le milieu est plus acide (BACH). Cette notion n’est pas vérifiable chez les plantes supérieures qui ne peuvent se développer aussitôt que l’acidité des milieux est supérieure à pH' 4. 

Destinées de l'acide nitrique dans la cellule. — On ne croit plus actuellement que l’acide nitrique entre directement dans la synthèse protéique. Les protéines ne renferment jamais le groupement nitré NO2. La molécule nitrique doit subir une réduction préalable en ammoniaque, .les étapes intermédiaires étant l’acide nitreux et l’hydroxylamine : 

NO3H —> NO2H —> NH2(OH) -> NH3 

Cette réduction endothermique est couplée dans la cellule avec l’oxydation exothermique des sucres. Autrement dit, la réduction des nitrates ne s'effectue que si la cellule est suffisamment pourvue de glucides. 

La démonstration de cette réduction a été extrêmement difficile à fournir. Il ne suffit pas, en effet, de constater l’absorption de l’acide nitrique, ni même de constater l’apparition ultérieure de l’ammoniaque dans les milieux de culture. Cette ammoniaque provient généralement de processus de protéolyse et n’a aucune signification. 

La transformation de l’acide nitrique en ammoniaque s’effectue à l’intérieur de la cellule végétale et l’ammoniaque aussitôt formée est engagée dans les processus de synthèse. Comme on n’a aucun moyen de « capter » cette ammoniaque à l’intérieur de la cellule, ou de l’y caractériser microchimiquement, il faudra réaliser des conditions qui, toute protéolyse étant exclue, provoquent son extravasion hors de la cellule, dans le milieu extérieur où on pourra la caractériser et la doser. 

Ces conditions, qui nécessitent l’utilisation de milieux très acides, excluent l’emploi des végétaux supérieurs. Les champignons, par contre, grâce à leur aptitude à se développer sur des milieux très acides, sont les organismes de choix pour ces expériences, à condition d’utiliser des espèces capables de réduire les nitrates, telles que l'Aspergillus repens. 

Avec ce champignon, il a pu en effet être constaté que le mycélium vivant sur un milieu très acide, absorbe de grandes quantités d’acide nitrique, le réduit à l’état d’ammoniaque et rejette celle-ci presque intégralement dans le milieu extérieur où on peut la doser (BACH). 

Il paraît donc démontré que l’acide nitrique est d’abord réduit en ammoniaque avant d’être engagé dans la synthèse protéique. 

L’ammoniaque existe dans le sol sous forme de sels ammoniacaux (carbonate, succinate, malate, etc.) issus de la dégradation des combinaisons azotées du sol, en particulier de l’humus (ammonisation). On l’utilise également comme engrais artificiel sous forme de sulfate ou de phosphate d’ammoniaque. 

Bien que l’ammoniaque soit le point de départ de la synthèse protéique, on constate que l’emploi des sels ammoniacaux, en agriculture, donne habituellement de mauvais résultats, en tous cas des résultats inférieurs à ceux que l’on obtient avec les nitrates. L’assimilation d’un sel ammoniacal s’accompagne en effet d’une acidification considérable du milieu. Tout se passe comme si la plante absorbait uniquement l’ammoniaque et laissait comme résidu l’acide qui la salifie. C’est ce que MAYER a synthétisé d’une manière frappante en disant : « les sels ammoniacaux sont des engrais physiologiquement acides ». 

Mécanisme de l’absorption de l’ammoniaque. — En réalité, l’ammoniaque est absorbée sous forme de molécules non ionisées [NH4OH] (ou 

mieux NH3). On sait que les sels ammoniacaux, tels que NH4CI, sels d’un acide fort et d’une base faible, sont partiellement hydrolysés et donnent des solutions de réaction acide, renfermant des molécules non. ionisées. Le sel ammoniacal NH.Cl est ionisé en solution suivant l’équation (1). L’ion ammonium entre en équilibre avec l’ion OH fourni par la dissociation de l’eau (équation 2) pour régénérer une certaine: quantité de molécules non ionisées (NH4OH) (équation 3). 

(1) [NH4C1] ⇄ [NH4+ + [Cl-(2) 

[Cl-(2) ] ⇄ [OH] + [H]+ 

(3) [NH4] + [OH]- ⇄ [NH4OH] 

De ce chef,l’équilibre défini par l’équation (2) est rompu, puisque une. partie des ions (OH) a disparu du champ de la réaction. Comme le produit de l’ionisation de l’eau doit demeurer constant, une nouvelle quantité de molécules H2O se dissocie, mais alors le nombre des ions [H]- dépasse celui des ions [OH]+. — C’est la raison pour laquelle la solution devient nettement acide. 

(4) [NH4OH] 22 [NH3] + [H2O] 

Quoi qu’il en soit, les molécules [NH4OH] ou mieux NH3 [4] ont un faible poids moléculaire (NH3 = 17) et sont extrêmement diffusibles : ce sont probablement les molécules les plus diffusibles connues. Elles sont éminemment aptes à traverser la membrane végétale et à pénétrer dans la cellule. Nous savons qu’au contraire la pénétration des ions isolés, liés entre eux par la force électrostatique, est impossible. La. molécule NH4OH, aussitôt parvenue dans la cellule, y est métabolisée. De ce chef, l’équilibre entre la cellule et le milieu ne peut s’établir et de nouvelles quantités de NH4OH pénètrent dans la cellule. Mais du fait des réactions d’équilibre (2) et (3), toute absorption des molécules (NH4OH) est suivie de l’apparition d’un excès équivalent d’ions [H]+. 

Acidification des milieux après assimilation de l'ammoniaque. — En résumé, l’assimilation d’un sel ammoniacal s’effectue à l’état de molécules non ionisées (NH4OH) et s’accompagne d’une accumulation correspondante d’ions H. Comme le métabolisme de l’azote porte sur des. quantités considérables, l’acidification l’est aussi. Dans les expériences de laboratoire effectuées sur des mycéliums de Champignon, les milieux de culture peuvent passer en quelques heures de pH8 à pH2 (BACH). 

Dans la pratique agricole, les sels ammoniacaux utilisés comme engrais donnent lieu à la même acidification qui devient rapidement nuisible aux radicules des végétaux. C’est la raison pour laquelle les nitrates donnent de meilleurs résultats, bien que la plante soit obligée de les réduire ensuite en ammoniaque. On corrige partiellement les mauvais effets des sels ammoniacaux en « chaulant » les sols ou en utilisant les sels d’acides peu ionisés, comme le phosphate d’ammoniaque.. 

Dans ces conditions, l’emploi des sels ammoniacaux se révèle supérieur à celui des nitrates. 

Influence dupH du milieu sur la vitesse d'assimilation de l’ammoniaque. — La vitesse de l’assimilation de l’ammoniaque est, toutes choses -égales d’ailleurs, proportionnelle à la concentration des molécules non ionisées, c’est-à-dire, en définitive, à la réaction du milieu. Une solution faiblement acide en renferme peu ; mais la proportion croît rapidement quand le milieu s’alcalinise. 

Les rendements obtenus avec un sel ammoniacal doivent donc croître avec le pH du milieu (étant entendu que l’acidification secondaire est évitée). C’est ce que l’on observe en gros. Cependant, une analyse plus serrée du phénomène a montré que l’optimum pH de l’absorption ne se trouve pas vers pH 8 (limite extrême supportée par les végétaux) mais vers pH 5 ou 6. En milieux plus alcalins, en effet, non seulement les rendements sont moindres, mais la plante présente rapidement des symptomes d’intoxication. Ces faits trouvent leur explication dans l’alcalinisation trop brutale du contenu cellulaire par NH4OH. 

Destinées de l' ammoniaque dans la cellule. Débuts de la synthèse protéique. — La molécule d’ammoniaque arrivée dans la cellule, qu’elle provienne de l’extérieur par assimilation d’un sel ammoniacal, ou qu’elle se forme in situ, par réduction d’un nitrate ou par l’hydrolyse d’une amide, ne s’y accumule jamais. Elle est aussitôt métabolisée ou neutralisée. Cela apparaît d’ailleurs comme une nécessité pour la cellule végétale à cause de l’extrême toxicité de l’ammoniaque. Il s’agit d’une véritable détoxication. On connaît au moins deux types de réactions que la plante utilise dans ce but : la formation d’asparagine, la synthèse des acides aminés. 

a) Formation d'asparagine CO(NH2)-CH2-CH(NH2)-CO2H. L’asparagine se forme dans la plante par copulation de l’ammoniaque avec l’acide aspartique et peut-être même avec les générateurs de l’acide aspartique : les acides malique et fumarique. Elle peut s’accumuler en quantités -considérables. 

Il ne semble pas que la molécule d’asparagine rentre directement dans la molécule protéique. Sa formation apparaît comme un procédé de détoxication de l’ammoniaque survenant dans la cellule en quantités massives. On l’a souvent considérée comme un produit de déchet comparable à l’urée dans le règne animal. Il paraît plus proche de la vérité de voir dans l’asparagine une forme de transport de l’ammoniaque et une forme de réserve atoxique, qui sera acheminée vers les endroits où la synthèse protéique est active. 

L’asparagine subit avec la plus grande facilité, sous l’influence de l'asparaginase, un dédoublement en ammoniaque et acide aspartique et ppeut être considérée comme représentant de l’ammoniaque en puissance. 

b) Formation d'amino-acides. — Ces substances qui ont pu être isolées 

dans la cellule vivante, représentent sans doute les matériaux à l’aide desquels la cellule édifiera la molécule protéique. On connaît un grand nombre de procédés de formation des amino-acides à l’aide de l’ammoniaque. Trois ont pu être réalisés avec la cellule de levure et peuvent donc être considérés comme possibles dans la cellule végétale. Ce sont la copulation de l’ammoniaque avec un acide éthylénique (simple addition), avec un acide alcool (avec élimination d’eau), avec un acide-cétonique (avec réduction concomitante). 

(1) CH2 = CH — COOH + NH,- CH3— CH(NH2) — COOH (alanine) (2) CH3 — CH (OH) — COOH + NH3 → CH3 — CH (NH2) — COOH + H2O (3) CH3 — CO — COOH + NH3 + H2 → CH3 — CH (NH2) — COOH + H2O 

Les acides gras qui interviennent dans la formation des amino-acides aliphatiques, proviennent sans doute, plus ou moins directement des produits intermédiaires apparus au cours de l’oxydation des glucides. Quant à la formation des chaînes cycliques et hétéro-cycliques des acides aminés aromatiques, on ne sait pratiquement rien à leur sujet. 

Le lieu de la première combinaison de l'ammoniaque. — Quand l’ammoniaque est absorbée en nature, sa détoxication doit s’effectuer immédiatement. Ce sont les cellules des poils absorbants et du parenchyme cortical qui sont le siège de la formation de l’asparagine ou des amino-acides. On n’a jamais rencontré d’ammoniaque dans la sève ascendante. 

Quand il s’agit des nitrates, les racines semblent pouvoir effectuer leur réduction, mais la feuille verte paraît être le lieu habituel de la transformation. On peut en effet suivre le transport des nitrates jusqu’à elles. La réduction endothermique du nitrate utilisera, au point de vue énergétique, soit l’énergie solaire, comme dans le cas de la photo-synthèse, soit l’énergie libérée par la dégradation des glucides, ce qui doit être le mécanisme le plus habituel. 

Nous ignorons tout de la manière dont la cellule la réalise. On admet, d’un point de vue purement théorique, que les différents acides aminés, formés chacun séparément, sont enchaînés en liaisons peptidiques par l’action synthétisante des protéases. Mais ce sont là des considérations purement spéculatives, car bien d’autres hypothèses sont possibles. 

En tous cas, les protéines et même les polypeptides à faible molécule n’étant pas diffusibles, chaque cellule édifie ses propres protéines, qu’il s’agisse des protéines constitutives du protoplasme ou des protéines de-réserve trouvées dans les graines ou organes analogues. Les lieux d’active synthèse protéique seront donc les méristèmes apicaux, les cambiums, les organes floraux en voie de formation, les jeunes graines, les tissus de réserve en voie d’organisation et enfin les tissus de la plantule em germination, etc. 

Ces diverses régions recevront les matériaux de leur synthèse : amino-acides, asparagine, etc., principalement de la feuille ou de la racine. D’autre part, les cellules des tissus âgés perdent plus ou moins complètement leur protoplasme vivant. Celui-ci est l’objet d’une véritable digestion et les produits ainsi solubilisés sont acheminés vers les organes en croissance. Il y a donc, à travers tout le végétal, une migration continue de substances azotées, tout à fait comparable aux migrations des substances hydrocarbonées. 

III. — LE CYCLE DE L’AZOTE 

Les combinaisons de l’azote assimilables par la plante ne se trouvent pas, comme celles des autres éléments minéraux ou du carbone, en quantités illimitées à la surface du globe. L’azote élément qui constitue les 2/3 de l’atmosphère terrestre, est, sauf l’exception des bactéries fixatrices d’azote, inassimilable par les organismes. La plante verte emprunte son azote aux sels ammoniacaux et aux nitrates qui existent dans les couches superficielles du sol et en quantités strictement limitées. 

De plus, ces formes minérales de l’azote ne proviennent pas, même indirectement, de roches constitutives de l’écorce terrestre. Elles tirent leur origine de la minéralisation de l’azote de la matière vivante, après son retour au sol. Nitrates et sels ammoniacaux dérivent d’ailleurs les uns des autres par un processus biologique. Ils n’ont dans le sol qu’une existence transitoire, car, étant très solubles, ils sont entraînés par les eaux de pluie et s’en vont finalement à la mer, où les nitrates, par le processus biologique de la dénitrification, sont ramenés à l’état d’azote élémentaire. 

Phénomènes de dégradation. — On peut donc concevoir un véritable cycle de l’azote, cycle d’ailleurs très complexe où les phénomènes de synthèse et de dégradation se font pendant. Prenons comme point de départ la matière organique azotée, édifiée par les êtres vivants sous sa forme la plus complexe : les protéines. 

Cette matière fait retour au sol, à la mort de l’être vivant. Elle y est immédiatement l’objet de l’attaque des microorganismes du sol : bactéries, champignons, actinomycètes. Des flores complexes s’attaquent aux divers constituants de la matière vivante : glucides, lipides, protides. En ce qui concerne ces derniers, les microorganismes leur font subir une véritable protéolyse et en prélèvent une partie pour édifier leur propre matière vivante, cependant que la majeure partie est amenée finalement à l’état de formes organiques simples (amino-acides, polypeptides de faible poids moléculaire, amines, amides, urée, etc.). L’ensemble de ces processus aboutit dans le sol à des produits complexes constituant l’humus ; on peut leur donner le nom d’humification. 

L’attaque ne s’arrête pas là; elle se poursuit par l’intervention d’autres. 

flores bactériennes et aboutit à la minéralisation complète de l’azote qui se fait toujours à l’état d’ammoniaque (ammonisation). 

Les sels ammoniacaux constituent le premier terme de l’azote minéral. Une partie seulement est utilisée par la plante verte et fait retour à l’azote organique complexe. La majeure partie est transformée en nitrites et nitrates par les bactéries nitreuses et nitriques du sol (fermentation nitroso-nitrique). 

Les nitrates eux-mêmes qui sont la forme habituellement asssimilée par les plantes, ne représentent pas une forme stable. Ils sont entraînés par les eaux de pluie et aboutissent finalement à la mer où interviennent des processus de dénitrification les ramenant à l’état d’azote élémentaire. Ces mêmes processus de dénitrification peuvent d’ailleurs prendre place dans le sol, les fumiers, etc. 

Ainsi l’azote protéique, par une série de transformations sous l'influence des microorganismes, à descendu les nombreuses marches d’un escalier qui aboutit à l’azote élémentaire. 

Phénomènes de synthèse. — A ces réactions successives de dégradation, s’opposent des processus synthétiques inverses. A chaque marche de l’escalier que descend l’azote protéique, sous l'influence des micro-organismes, ceux-ci en prélèvent une part plus ou moins importante, édifient avec lui leurs propres tissus et le ramènent au sommet de l’escalier, à l’état d’azote protéique. Les bactéries les plus diverses peuvent utiliser les multiples formes de l’azote organique : protéines, peptones, polypeptides, amino-acides. Il en est de même des champignons filamenteux et des actinomycètes du sol. 

L’azote ammoniacal formé par la désamination bactérienne des acides aminés, des amines et des amides est utilisé par ces bactéries et par une foule d’autres microorganismes du sol. C’est en même temps une forme utilisable par la plante verte. 

L’azote nitrique enfin est l’aliment azoté le plus habituel de la plante verte, cependant que l’azote gazeux peut lui-même être assimilé par les bactéries fixatrices d’azote qui l’élèvent directement à l’état d’azote protéique. On peut admettre que l’activité des bactéries fixatrices arrive à compenser celle des bactéries dénitrifiantes, car, au total, il ne semble pas que le stock d’azote combiné subisse des variations importantes à la surface du globe. 

IV. — LES TRANSFORMATIONS DE L’AZOTE DANS LE SOL 

Nous étudierons, sous cette rubrique, l’ensemble des processus de dégradation qui ramènent l’azote protéique de la matière vivante à l’état d’azote minéral d’abord, d’azote gazeux ensuite, c’est-à-dire : l'humification, l'ammonisation, la nitrification et enfin, la dénitrification. 

Le sol est le réceptacle où viennent s’accumuler les déchets animaux -et les cadavres des animaux et des végétaux, c’est-à-dire tout ce qui fut, pendant un temps, de la matière vivante organisée. Toute cette masse de débris subit, de la part des microorganismes du sol, une attaque qui aboutit progressivement à la minéralisation de tous les éléments. 

Les débris animaux, plus riches en protides et plus pauvres en glucides, sont le siège de fermentations bactériennes malodorantes, presque toujours anaérobies, qui produisent des quantités importantes de substances gazeuses : ammoniaque, hydrogène sulfuré, mercaptans, ou de substances aromatiques : phénols, indol, crésols, etc. Ces fermentations malodorantes constituent des putréfactions. Les débris d’animaux représentent d’ailleurs une masse beaucoup moins importante que les débris végétaux. 

Les restes végétaux ont une composition très complexe. On y trouve des substances facilement décomposées par les bactéries : sucres, amidons, 

et qui disparaissent rapidement par fermentation. Les membranes cellulaires cellulosiques ou lignifiées constituent une masse beaucoup plus importante et beaucoup plus résistante. Il en est de même des lipides qui constituent les graisses, la cutine et la subérine et des résines, des essences et des substances aromatiques diverses. Toute cette masse est dégradée lentement, sans dégagement de produits gazeux ou malodorants, et aboutit finalement à un ensemble de produits mal définis, de composition très variable, constituant l’humus. L’humus doit être considéré comme représentant l’ensemble des produits qui ont offert une résistance particulière à la minéralisation de la matière organique végétale. 

La marche du processus dépend largement de la composition et des conditions physiques du sol. Dans les stations inondées (marais), la dégradation de la matière végétale aboutit à l’enrichissement progressif de la masse en carbone et le résidu constitue la tourbe qui peut faire passage, à la longue, aux lignites et à la houille. 

Dans les sols acides, insuffisamment pourvus de chaux, l’humus s’accumule en grandes quantités et semble incapable de subir une attaque plus avancée (terres de bruyère). Au contraire, dans les bonnes terres arables, suffisamment pourvues de chaux, l’humus disparaît à son tour. 

Au cours de ces processus qui portent principalement sur les substances hydrocarbonées, les matières protéiques sont progressivement attaquées et simplifiées par les flores bactériennes du sol. L’attaque aboutit finalement à des substances relativement simples : amino-acides, polypeptides, amides, amines, etc., qui ne paraissent pas libres, mais adsorbées par la matière humique. L’azote peut même faire partie de noyaux résistants constituants de l’humus lui-même. 

Quel que soit l’état exact de l’azote dans l’humus, il y existe sous une forme inassimilable par les végétaux supérieurs. Mais l’humus a le grand avantage de se trouver à l’état colloïdal, insoluble dans l’eau, et qui ne risque pas d’être entraîné par les eaux de pluie ; c’est une forme stable, constituant la véritable réserve azotée du sol et qui va être progressivement mobilisée par les processus d’ammonisation. 

Les agronomes donnent ce nom aux processus très complexes qui aboutissent à la transformation de l’azote de l’humus en ammoniaque. C’est l’étape finale de la minéralisation de l’azote organique. Elle est l’oeuvre de nombreux microorganismes du sol, en particulier des bactéries banales telles que Bacillus subtilis, Bacillus mycoïdes, Bacterium prodigiosum, Bacterium pyocyaneum, Staphylococcus, etc. 

Quel que soit l’état de l’azote de l’humus, il est amené d’abord à l’étape de formes simples : amino-acides, amines, amides qui subissent alors une réaction de dégradation caractéristique de la vie bactérienne : la 

désamination. Ainsi, les acides aminés donneront, suivant les conditions de milieu, l’acide gras, ou l’acide alcool correspondant : 

Les amines seront désaminées, avec formation du carbure correspondant. 

CHg — CH2 - CH2 — NH2 + H2 → CH3 - CH2 — CH3 + NH3 propylamine propane 

Pour les amides, il s’agit d’une simple réaction d’hydrolyse. L’asparagine aboutit ainsi à l’aspartate d’ammoniaque. 

CO2H —CH(NH2) —CH2 —CONH2+H2O → - CO2H — CH(NH2) — CH2 — COONH4 

L’urée. — L’urée présente une importance particulière, à cause de son abondance dans les excréta des animaux. Elle est hydratée en carbonate d’ammoniaque. 

Cette hydrolyse est l’oeuvre des bactéries les plus diverses : Colibacille, Bacille pyocyanique, Bacillus subtilis, Staphylocoque. On retire des eaux vannes et des eauxd'égoût, des formes particulièrement actives (Micrococcus ureae, Urobacillus divers). Ces bactéries réalisent l’hydrolyse de l'urée par une enzyme spéciale : l’uréase. 

Les conditions de l’ammonisation. — Les conditions ambiantes, température, aération, jouent un rôle dans l’ammonisation de l’humus, mais c’est la réaction du sol qui imprime au processus une allure caractéristique. Sur les sols neutres, ayant une réserve convenable de calcaire, l’ammonisation est surtout l’oeuvre des bactéries et aboutit à une dégradation progressive et complète de l’humus. L’ammoniaque se trouve ainsi fournie de manière régulière à la plante verte. Sur les sols acides : sols granitiques, sols de forêts très riches en humus et pauvres en calcaire, la réaction du sol inhibe l’activité des bactéries. L’attaque de l’humus est l’oeuvre de champignons filamenteux. Elle est très lente et l’humus s’accumule dans le sol, cependant que les plantes ne trouvent pas une quantité suffisante d’ammoniaque. C’est la raison principale de l’infertilité de ces sols. Mais il suffit de les amender par apport de chaux(chaulage),pour voir apparaître une flore bactérienne qui ammo-nise rapidement leur humus. 

L’ammoniaque formée dans le sol par ammonisation de l’humus (ou fournie sous forme de sels ammoniacaux) peut servir directement, comme nous savons, à la nutrition azotée des végétaux. Mais la majeure partie est oxydée, par voie biologique, en acide nitrique. Enfin, si ces processus n’interviennent pas rapidement, la très grande solubilité de l’ammoniaque permet son entraînement par les eaux de pluie. L’ammonisation ne doit donc pas être trop rapide, sous peine de conduire à des pertes importantes en azote. 

Historique. — La transformation des matières animales ou végétales en salpêtre, est connue et utilisée depuis longtemps. On avait observé dans les pays chauds, où les pluies sont très rares, l’accumulation du nitre dans les couches superficielles du sol. Dès le XVIIIe siècle, on connaissait d’une manière précise les conditions à réaliser pour obtenir des nitrières actives et l’on peut citer, comme modèle, les instructions du Service des poudres pendant la Révolution : mélange de terre arable et de matières azotées animales ou végétales, aération renouvelée, arrosages fréquents, addition de calcaire ou de chaux. 

Les grands agronomes du XIXe siècle précisèrent ces conditions et démontrèrent que la nitrification dans les terres arables n’est pas un enrichissement du sol en azote combiné, mais le résultat de l’oxydation par l’oxygène atmosphérique, de l’azote organique ou ammoniacal préexistants. Quant au mécanisme même du phénomène, les chimistes, comme LIEBIG, n’hésitèrent pas à en donner des explications purement chimiques qui ne pouvaient être qu’erronées, puisqu’il s’agit d’un processus biologique qu’ils ne soupçonnaient même pas. C’est la révolution pastorienne qui devait ici encore apporter la solution du problème. 

Les conditions de la nitrification. — L’oxydation de l’ammoniaque en acide nitrique est l’oeuvre de bactéries vivant librement dans le sol. Elle réclame l’intervention successive de deux germes : le ferment nitreux, qui transforme l’ammoniaque en nitrites ; le ferment nitrique qui oxyde les nitrites en nitrates. 

La réaction nécessite la présence de grandes quantités de chaux pour neutraliser l’acide nitrique formé et l’acide du sel ammoniacal utilisé. Une aération intense est le corollaire de la consommation considérable d’oxygène et enfin la nécessité d'une température modérée, comprise entre — 10° et — 35° environ, est la conséquence même de l’intervention de microorganismes vivants. 

L’isolement des ferments nitrifiants posait un des plus délicats problèmes de la bactériologie, sur lequel nous ne pouvons nous étendre ici. Il a été élégamment résolu par WINOGRADSKY, 1890. 

Les ferments nitreux : Nitrosomonas et Nitrosoeoecus. — Les ferments nitreux ont été isolés par WINOGRADSKY, en ensemençant une parcelle de terre arable sur un milieu liquide formé par (1) : 

c’est-à-dire sur un milieu ne renfermant pas de sucres. Le ferment nitreux oxyde l’ammoniaque au contact de l’air et donne des nitrites qui s’accumulent dans le milieu. Il ne peut pousser plus loin l'oxydation. On connaît deux types de ferments nitreux. 

Les Nitrosomonas sont des bactéries ovales qui, lorsqu’elles sont jeunes, sont très mobiles et pourvues d’un long cil. Plus tard, ce cil disparaît, les cellules deviennent immobiles et s’agglomèrent en masses zoogléiques. Les Nitrosomonas, dont on connaît plusieurs espèces, ont été isolés des sols du Vieux Continent. 

Les Nitrosococcas, isolés des sols du Nouveau Continent, sont des bactéries rondes, immobiles et toujours dépourvues de cils. 

Le ferment nitrique : Nitrobacter. — Le ferment nitrique dont on ne connaît qu’une espèce (Nitrobacter Winogradskyi WINOGRADSKY) a été isolé en ensemençant une parcelle de terre arable sur la solution précédente où le nitrite de potassium remplace le sulfate d’ammonium. Ce sont des bâtonnets immobiles, dépourvus de cils, qui végètent au fond du liquide de culture sous forme d’un dépôt glaireux. Ils oxydent les nitrites en nitrates, mais ils sont absolument sans action sur les sels ammoniacaux. 

La réaction d’oxydation. — Ainsi l’oxydation de l’ammoniaque en nitrates se fait en deux étapes successives réalisées chacune par un organisme différent : le ferment nitreux et le ferment nitrique. 

(1) 2 NH3 + 3 O2 = 2 NO2H+2 H2O + 156 cal. 

(2) 2 NO2H + O2 = 2 NO3H + 18 cal. 

Ces deux réactions sont fortement exothermiques et permettent aux deux bactéries de réaliser, par une réaction couplée, la réduction endo-thermique du gaz carbonique et d’effectuer la synthèse de leurs glucides. Ce sont donc des bactéries autotrophes, pour qui la chimiosynthèse remplace la photosynthèse des plantes vertes. 

On s’explique que l’on puisse cultiver ces germes sur un milieu ne 

1. En réalité, cette solution est un milieu d’enrichissement. On achèvera l’isolement sur un milieu solide purement minéral constitué par un gel de silice imprégné de la solution ammoniacale. Il en sera de même pour le ferment nitrique. 

renfermant, comme source de carbone, que de l’acide carbonique sous forme de CO,Mg. Cette substance sert d’un autre côté à neutraliser les acides formés : acide sulfurique libéré par la disparition de l’ammoniaque et acide nitreux formé dans l’oxydation de cette dernière. 

L’absence de toute matière organique rend le milieu incapable de se prêter au développement des bactéries ordinaires qui sont hétérotrophes. Grâce à cela, les nombreuses bactéries banales présentes dans le sol sont inhibées et les ferments nitreux ou nitriques sont seuls susceptibles de se développer. 

La nitrificationdans le sol. — Les ferments nitreux et nitrique ont été isolés de toutes les terres arables essayées. Ne font exception que les terrains très acides de pH 4,5 et moins (tourbières acides, terres de bruyère, sols granitiques ou schisteux). Mais il suffît de chauler ces terres, c’est-à-dire de les neutraliser, pour y voir apparaître une flore de bactéries nitrifiantes. La nitrification ne sera d’ailleurs active que dans les sols suffisamment pourvus de calcaire pour neutraliser les acides formés au cours de ce processus. 

La nitrification est très active dans les sols ayant reçu un apport important d’engrais ammoniacaux, ou de matières organiques facilement ammonisables. Mais les plantes ne retirent souvent qu’un bénéfice momentané de cette nitrification, car les nitrates produits étant très solubles sont rapidement entraînés par les eaux de pluie. Les meilleures conditions de fertilité du sol sont réalisées par la présence d’humus insoluble, très fortement adsorbé et qui ammonifie et nitrifie lentement, mais de manière continue. 

La nitrification ne s’exerce dans le sol que si certaines conditions sont réalisées, permettant la multiplication des germes nitrificateurs : température, humidité, aération. L’hiver, la température est trop basse et le phénomène ne se réveille qu’au printemps. L’aération explique les bons effets que la terre retire des labours, etc.,. 

La fermentation nitrosonitrique ne s’observe pas que dans les terres arables. Elle revêt une grande intensité dans les lits bactériens utilisés pour l’épuration des eaux d’égout, où elle représente la phase ultime de la minéralisation des déchets azotés. La connaissance précise des conditions qui président à la nitrification a permis d’établir des lits bactériens d’une extraordinaire activité. 

Etymologiquement, la dénitrification est tout processus où le groupement nitré de l’acide nitrique est ramené à une forme moins oxygénée. Ainsi les plantes vertes ou les bactéries qui absorbent les nitrates et les réduisent en ammoniaque pour utiliser celle-ci dans leur synthèse protéique, réalisent une dénitrification. 

En fait, l’usage s’est établi de réserver ce nom à la destruction de 

l’acide nitrique aboutissant à un dégagement d’azote gazeux. Ce phénomène très curieux et que les chimistes ont jusqu’ici été incapables de reproduire, s’observe souvent dans la nature sur une grande échelle, par exemple dans les fumiers conservés en tas et mal aérés ou dans les terres riches en nitrates et mal aérées. Il cause des pertes importantes d’azote combiné, c’est-à-dire des pertes d’engrais, qui ont vivement préoccupé les agronomes. 

Mais c’est dans les eaux de la mer que la dénitrification prend une grande ampleur. Les nitrates enlevés au sol par les eaux de pluie et qui vont s’accumuler dans les eaux de la mer, y sont ramenés à l’état d'azote élémentaire par dénitrification. 

La dénitrification est l’oeuvre de certaines bactéries dont le type est le bacille pyocyanique et diverses bactéries anaérobies. La réduction du nitrate s’effectue par une chaîne de réactions : les produits intermédiaires probables sont : l’acide nitreux NO2H, l’acide hyponitreux NOH, le protoxyde d’azote N2O et finalement l’azote. Le bioxyde d’azote NO peut aussi se former, car on a vu assez souvent des vapeurs rutilantes se dégager des cuves où s’effectue la fermentation alcoolique des jus de betterave, riches en nitrates et qui sont le siège d’une dénitrification active. On sait que les vapeurs rutilantes se forment quand le bioxyde d’azote se dégage à l’air. 

Le mécanisme chimique de la dénitrification est aujourd’hui bien connu. Le nitrate est utilisé par la bactérie, non comme aliment azoté, mais comme source d’oxygène en anaérobiose. Dans la terminologie moderne, on dira que le nitrate sert d’accepteur d’hydrogène, aux lieu et place d’oxygène, dans les réactions d’oxydo-réduction qui caractérisent la respiration cellulaire. 

Assimilation de l’azote libre par les végétaux. 

L’azote élémentaire est rigoureusement inassimilable par la plante verte ; mais il existe des bactéries du sol, capables de faire entrer l’azote atmosphérique en combinaison et de réaliser avec lui la synthèse de leurs matières protéiques. L’existence de ces bactéries a été démontrée par les travaux de BERTHELOT et ANDRÉ. Ils virent que des échantillons de terre arable, conservés sans précautions spéciales à l’air libre, mais à l’abri de la pluie, présentaient un gain considérable en azote, pouvant atteindre 50 % de l’azote initial, au bout de 18 mois. Des échantillons de la même terre, chauffés préalablement à 120° et conservés asepti-quement, ne présentent aucun gain en azote. Par conséquent, ce processus est lié à l’activité vitale des microorganismes du sol. 

Ceux-ci furent isolés quelques années plus tard par WINOGRADSKY (1893) et par BEIJERINCK (1901). Ces bactéries présentent un intérêt théorique et pratique considérable. Ce sont les seuls êtres vivants capables «de vaincre l’inertie chimique de l’azote élémentaire et de le faire rentrer 

dans le cycle des combinaisons utilisables par les êtres vivants. Or, non seulement le stock d’azote combiné est très faible, mais il subit encore à chaque instant des pertes considérables par la dénitrification. L’activité des bactéries fixatrices vient combler ces pertes et l’on peut admettre que, grâce à elles, gains et pertes s’équilibrent à peu près. 

On connaît deux types de bactéries fixatrices : les unes vivant librement dans le sol, les autres vivant en symbiose avec les racines des Légumineuses, ce qui permet à ces dernières plantes d’utiliser indirectement l’azote atmosphériqne. 

A. — Bactéries fixatrices d’azote vivant librement dans le sol. — Ces bactéries dont l’existence a été démontrée par les travaux de BER-THELOT et ANDRÉ, ne furent isolées que quelques années plus tard par WINOGRADSKY (1893) et par BEIJERINCK (1901). Elles appartiennent à deux groupes : les Azotobacter aérobies et les Clostridium anaérobies. 

Les Azotobacter (A. agile, chroococcum) de BEIJERINCK sont des bactéries aérobies, glaireuses, produisant en culture des pigments fluorescents. On ne les trouve que dans les sols fertiles, suffisamment pourvus de chaux. Les sols acides (sols granitiques, sols tourbeux, etc.) leur sont impropres et leur présence est à elle seule un indice de la fertilité du sol. 

Les Clostridium (Cl. pastorianum) de WINOGRADSKY sont des bactéries-sporulées et anaérobies, analogues, sinon identiques aux bactéries de la gangrène gazeuse. Ils ne peuvent vivre qu’en l’absence rigoureuse d’oxygène. Dans le sol, il semble que les conditions favorables à leur développement sont créées par le voisinage d’organismes aérobies qui absorbent l’oxygène ambiant. A la différence des Azotobacter, les Clostridium se rencontrent dans tous les sols, même les sols acides, mais ils sont beaucoup moins actifs. 

Ces deux organismes fixent l’azote en le combinant à l’hydrogène à l’état d’ammoniaque, qui est ici encore le point de départ de la synthèse protéique. L’hydrogène proviendrait, pour certains auteurs, des traces d’hydrogène existant dans l’atmosphère et fourni en assez grandes quantités par les fermentations anaérobies du sol. En tous cas, cette réaction est très fortement endothermique et l’énergie nécessaire est empruntée aux glucides. 

En culture pure, on a pu montrer que l’Azotobacter consommait 1 gr. de glucose, pour faire entrer en combinaison 15 mgr. d’azote. Les Clostridium anaérobies qui donnent avec les sucres une fermentation butyrique donnent de plus mauvais rendement encore (2 à 3 mgr. d’azote combiné par gr. de glucose utilisé). Dans le sol, ces organismes doivent vivre en association plus ou moins étroite avec des Algues unicellulaires qui leur fournissent les glucides. 

Il faut enfin noter que si l’on fournit à ces bactéries de l’azote combiné, elles cessent d’assimiler l’azote atmosphérique. 

Enrichissement du sol par les bactéries fixatrices. — L’azote de la matière 

organique édifiée par les bactéries fixatrices fait retour au sol à la mort de ces dernières. C’est lui qui constitue le gain en azote que présentent les terres non fumées. Sous nos climats tempérés, ce gain est de l’ordre de 20 kilogr. par hectare et par an. Il est suffisant pour permettre la végétation des sols non fumés : forêts, pâturages, prairies, malgré les. pertes que subissent chaque année ces sols du fait de la végétation, de la perte en nitrates par les eaux de pluie, etc. 

C’est à ce gain en azote qu’est due l’amélioration des sols laissés en jachère. Par contre, les sols soumis à une culture intensive doivent recevoir une fumure azotée supplémentaire, car les récoltes enlevées chaque année représentent une somme d’azote bien supérieure à celle qui est apportée par les bactéries fixatrices. 

B. — Bactéries symbiotiques des Légumineuses. — On connaît depuis longtemps l’influence améliorante des Légumineuses sur les terrains où on les cultive. Non seulement le trèfle, la luzerne, le sainfoin, etc. se développent sans fumure azotée. Mais on peut, à leur suite, pratiquer plusieurs récoltes de céréales, sans apport d’engrais azotés. En définitive, les Légumineuses enrichissent le sol en azote. La raison exacte de ce comportement resta mystérieuse, jusqu’au moment où les agronomes allemands HELLRIEGEL et WILLFARTH (1886) démontrèrent que les Légumineuses utilisent l’azote atmosphérique par l’intermédiaire de bactéries spéciales, vivant dans les nodosités qu’on observe sur leurs racines. 

Des graines de Légumineuses, semées sur du sable additionné des éléments minéraux nécessaires, mais sans azote, et cultivées aseptiquement, germent normalement, puis les plantes dépérissent comme feraient les plantules de toute autre plante, par faim d'azote. On peut les guérir et les amener à développement complet, en ajoutant au milieu un nitrate (NO3K, NO3NH4). 

On arrive au même résultat, sans addition de nitrate, en arrosant le sable où se développe la jeune plantule, avec quelques gouttes d’une émulsion de terre d’un champ où l’on a cultivé des Légumineuses. Très rapidement les plantules dépérissantes se transforment et se développent vigoureusement. Cette « inoculation » a donc apporté à la plante la possibilité d’emprunter son azote à l’air. 

Sur les racines des Légumineuses cultivées sur une terre ainsi inoculée, on observe l’apparition de nodosités, sortes de tumeurs siégeant à l’extrémité des radicelles. L’examen microscopique montre que les cellules de ces nodosités sont remplies de bactéries à qui est dévolue la propriété de fixer l’azote atmosphérique. Les racines de Légumineuses développées sur le sable stérile ne présentent jamais de nodosités et se comportent comme toutes les autres plantes ; elles restent incapables de se développer en l’absence d’un engrais azoté. 

Par conséquent, l’aptitude des Légumineuses à se développer sur un sol dépourvu d’azote est due à la prolifération dans leurs racines de bac- 

téries fixatrices d’azote, tout à fait analogues aux Clostridium et aux Azotobacter. 

Les nodosités. — Une nodosité est une véritable tumeur hypertrophique. Chacune correspond à une radicelle ou à une réunion de plusieurs radicelles devenues coalescentes. La radicelle ainsi transformée présente une moelle énorme, à la périphérie de laquelle on trouve un certain nombre de faisceaux libériens et ligneux : chaque groupe est entouré par une gaine endodermique propre : c’est là une structure polystélique qu’on ne rencontre que chez les végétaux archaïques (Ptétridophytes). Il y a là un curieux réveil des structures ancestrales sous l’influence du parasite. 

Les nodosités se forment à la suite de l’infestation d’une jeune radicelle par les poils absorbants. Les bactéries se multiplient et s’entourent d’une zooglée mucilagineuse qui forme bientôt de longs cordons ramifiés. Les éléments bactériens s’y disposent côte à côte en files parallèles. Les filaments mucilagineux se ramifient et finalement chaque branche pénètre dans une cellule du parenchyme où elle déverse son contenu bactérien. Sous l’attaque du parasite, les cellules s'hypertrophient et les cellules voisines se multiplient. Ainsi se constitue la tumeur, qui est une réaction de défense de la plante contre l’invasion microbienne. 

Les Bactéroïdes. — On a pu (BEIJERINCK) isoler facilement ces bactéries en culture pure et vérifier leur aptitude à fixer l’azote atmosphérique. 

Elles se présentent dans les cultures jeunes, comme des formes allongées, très mobiles grâce à la présence de un ou de plusieurs cils (forme Pseudomonas). Dans les cultures plus âgées, les cils disparaissent, les mouvements cessent, les cellules se ramifient (formes en Y, formes à plusieurs branches latérales), prennent des formes irrégulières et s’agglomèrent en une masse visqueuse entourée d’une zooglée mucilagineuse. 

Les bactéries rencontrées dans les nodosités se présentent en bâtonnets allongés dans les cordons mucilagineux ou en formes ramifiées à l’intérieur des cellules. Elles y prennent bientôt des formes amiboïdes, se résolvent en granules et disparaissent, comme si la cellule de l’hôte finissait par les digérer. 

On en distingue deux espèces : 

a) Rhizobium leguminosum, qui, à l’état jeune, possède de nombreux cils. C’est elle que l’on rencontre chez les Légumineuses indigènes : Trèfle, Luzerne, Sainfoin, Gesse, Haricot, etc. 

b) Rhizobium radicicolum dont les formes jeunes n’ont qu’un seul cil (Pseudomonas) et qu’on a isolé des Légumineuses exotiques : Soja, Glycine, etc... 

Chacune de ces deux espèces ne peut infecter que des plantes déterminées, et, dans chacune d’elles, on distingue plusieurs races sérologiques, en utilisant pour cela les méthodes habituelles de la Microbiolo-gie (agglutinines). 

La symbiose bactéroïde Légumineuse. — Les Rhizobium en culture pure peuvent assimiler l’azote atmosphérique, à condition de leur fournir une quantité suffisante de glucose. Ils se comportent comme les Azotobacter et les Clostridium. Mais de même que nous avons vu ces derniers s’associer aux Algues unicellulaires qui leur fournissent les glucides, de même les Rhizobium contractent une véritable association, à bénéfice mutuel, avec la Légumineuse. 

Les bactéroïdes en pénétrant dans les cellules du parenchyme cortical de la racine y trouvent un milieu riche en glucides, indispensables à la réduction de l’azote. La plante, de son côté, en se défendant contre le parasite, finit par le séquestrer et le lyser et utilise à ce moment l’azote qui entre dans la constitution du corps bactérien. 

Mais si l’on peut employer le terme de symbiose, à cause du bénéfice mutuel que les deux constituants retirent de leur association, celle-ci revêt, en réalité, l’allure d’une infection. Les Rhizobium ne peuvent proliférer dans les tissus de la Légumineuse que s’ils possèdent une véritable virulence à son égard. Ils sont incapables de vaincre la résistance opposée à leur développement par les autres plantes et même par d’autres Légumineuses. La plante parasitée, de son côté, se défend contre l’envahissement du germe infectieux, le séquestre par une production abondante de mucus, en limitant son invasion au niveau des radicelles et finalement en le lysant à l’intérieur des cellules. 

Autres plantes à bactéries symbiotiques. — Quelques plantes n’appartenant pas à la famille des Légumineuses, telles que les Alnus, et les Elea-gnus, etc... possèdent également des nodosités radicales, avec des bactéries fixatrices d’azote, appartenant au même groupe que les Rhizobium des Légumineuses. 

MÉTABOLISME DES LIPIDES DANS LA PLANTE 

I. — Structure et classification des lipides. 

Lipides de réserve, lipides plastiques et lipides squelettiques, 

IL — Métabolisme des glycérides (lipides de réserve). 

A. — Caractères généraux des glycérides. 

B. — Localisation et répartition des glycérides dans la plante. 

Evolution des gouttelettes d’huile dans la cellule. 

Répartition des glycérides dans la plante. 

C. — La synthèse des glycérides dans la plante. 

Origine de la glycérine et des acides gras . 

Le lieu de la synthèse et son mécanisme : la lipase. 

D. — La digestion des glycérides pendant la germination. 

Variations du quotient respiratoire pendant la lipolyse. 

A. — Caractères généraux des phospho-amino-lipides. 

B. — Leur répartition dans la plante. 

C. — Hydrolyse des lécithines : lipases et phosphatases. 

D. — Les phospho-amino-lipides dans la plante. 

E. — Formation des phospho-lipides dans la plante. 

I. — STRUCTURE ET CLASSIFICATION DES LIPIDES 

Sous ce terme, créé en 1925 par BLOOR, on désigne un groupe complexe de substances caractérisées par la présence dans leur molécule- 

d’une fonction ester d’acide gras de poids moléculaire élevé. Le type le plus anciennement connu est fourni par les matières grasses (graisses et huiles) qui sont des triesters de la glycérine. Tous les lipides ont en commun quelques propriétés physiques. Ils sont en général insolubles dans l’eau et dans l’alcool, mais solubles dans les solvants organiques : éther, chloroforme, sulfure de carbone, benzène, éther de pétrole, etc. 

On les classe ordinairement, d’après leur constitution chimique, en quelques grands groupes : 

I. — Lipides simples, ne donnant par hydrolyse que des alcools et des acides gras. 

1° Glycérides (matières grasses proprement dites). — Triesters de la glycérine et d’acides gras de poids moléculaire élevé. 

2° Cérylides (cires), esters d’acides gras et d’alcools monoatomiques de poids moléculaire élevé. 

3° Stérides (cholestérines), esters d’acides gras et d’alcools polycycliques spéciaux, les stérols. 

1° Phospholipides. — Dérivés des glycérides, où une fonction de la glycérine est estérifiée par PO4H3. 

IL Lipides complexes donnant par hydrolyse, outre des alcools et des acides gras, des substances telles que l’acide phosphorique ou des sucres (galactose). 

a) Phosphatides ne renfermant que la glycérine, les acides gras et PO4H3. 

des phosphatides est partiellement estérifié par un amino-alcool comme la choline (léci-cithines, 

2° Galactolipides (cérébrosides) formés par un mélange d’acides gras, d’alcools monoatoniques et de glucides (toujours le galactose). Le type en est la phrénosine. 

A côté des lipides, proprement dits, on range leurs constituants ren-contrés, à l’état libre, dans la cellule vivante : acides gras, alcools, sté-rols, etc. (lipides dérivés). 

Ces diverses substances ont, dans la cellule, une localisation et un rôle assez différents, pour mériter d’être examinées séparément: 

a) les glycérides, matières grasses proprement dites, sont des matières de réserve existant dans la cellule sous forme d’inclusions cytoplasmiques, tout à fait comparables aux inclusions aqueuses ; 

b) les lipides composés (phospholipides et glucolipides), ainsi que les stérols, font habituellement partie intégrante de la matière vivante où ils se trouvent en combinaison avec les protides du cytoplasme (matières lipoprotéidiques) ; 

c) les cires sont localisées sur la membrane squelettique, dont elles augmentent l’imperméabilité (suber, liège, cuticule, cires). D’où, la distinction physiologique de lipides de réserve, lipides de la matière vivante, et lipides squelettiques. 

II — MÉTABOLISME DES GLYCÉRIDES PROPREMENT DITS OU LIPIDES DE RÉSERVE 

Ces substances sont des triesters de la glycérine et d’acides de poids-moléculaire élevé. Ce sont des matières grasses, tachant le papier, plus ou moins liquides à la température ordinaire, non volatiles (huiles fixes), mais se décomposant par la chaleur en dégageant des vapeurs d’acroléine. Leur densité est légèrement inférieure à celle de l’eau. Elles sont insolubles dans l’eau et, en général, dans l’alcool ; par contre, elles se dissolvent dans l’éther, le chloroforme, le sulfure de carbone, le benzène, l’éther de pétrole, etc. Elles sont liquides à la température ordinaire ou solides et fusibles à une température inférieure à 40-50°. 

Certaines huiles, exposées en couche mince au contact de l’air, s’oxydent rapidement, en formant un film solide. De telles huiles, dont le type est l’huile de lin, sont dites « siccatives ». Les autres, tout en ne présentant pas ce phénomène, s’oxydent néanmoins et rancissent. 

Toute matière grasse est un mélange, en proportions variables entre de certaines limites, de plusieurs triesters, ce qui explique que leurs caractéristiques physiques (densité, point de fusion et de solidification, etc.) ainsi que leurs constantes chimiques ne soient pas rigoureusement fixes. 

Leur réaction est habituellement neutre. Leur hydrolyse, vulgairement appelée saponification, est facilement réalisée soit par l’eau sous pression, vers 210°, soit par les acides dilués à l’ébullition. Il y a, dans ce cas, mise en liberté de la glycérine et des acides gras. Les alcalis dilués réalisent cette hydrolyse plus facilement encore et à plus basse température. Dans ce cas, l’acide libéré se combine à l’alcali, pour donner un savon (d’où le nom de saponification). 

Cette saponification, avec mise en liberté des acides gras, est réalisée, à la température ordinaire, par des diastases spéciales, les lipases, existant dans la cellule animale comme dans la cellule végétale. Ces mêmes lipases, suivant la loi générale de la réversibilité des actions diastasiques, sont capables de réaliser, dans certaines conditions, la synthèse inverse des glycérides à partir de leurs constituants. Elles jouent, par conséquent, un rôle essentiel dans le métabolisme de ces substances chez la plante. 

Les acides gras rencontrés dans les glycérides naturels ont tous un nombre pair d’atomes de carbone. On les a rangés dans le tableau ci-dessous : 

A. butyrique C3 H7—COOH Ac. valérique C, H9—COOH Ac. caproïque C, H11—COOH Ac. caprylique C7 H15—COOH Ac. caprique Cg H19—COOH Ac. laurique C,H,s—COOH Ac. myristique C12H27— COOH 

Ac. palmitique C1Hg—COOH Ac. stéarique C17H35—COOH Ac. arachidique C19H39—COOH 

(une double liaison). CnHan-1—COOH Acide tiglique C4H7 —COOH Acide hypogéique . . C15H20—COOH 

Acide linoléique. . . . C17H31—COOH 

en deux séries : les acides saturés, de l’acide butyrique à l’acide cérotique, et les acides non saturés possédant une, deux ou plusieurs liaisons éthyléniques. Seul l’acide butyrique est miscible à l’eau. Au delà, la solubilité dans l’eau diminue très rapidement et tend vers zéro. Les premiers termes, jusqu’à l’acide caprique, sont facilement entraînables à la distillation, par la vapeur d’eau et forment le groupe des acides gras volatils. Au delà, ils ne sont pratiquement plus entraînables (acides gras fixes). 

Les acides gras naturels les plus répandus sont les acides palmitique (C16) et stéarique (C18) qui sont saturés et l’acide oléique (en C18) qui est l’isomère non saturé de l’acide stéarique. Les triglycérides correspondants constituent la palmitine, la stéarine et l’oléine. Les deux premiers prédominent dans les matières grasses concrètes à la température ordinaire, le troisième, dans les huiles liquides dans les mêmes, conditions. Les huiles siccatives (lin) sont caractérisées par la présence d’acides éthyléniques. 

Localisation des glycérides dans la cellule végétale. 

Techniques de localisation. — On peut localiser microchimiquement les glycérides dans la cellule à l’aide des réactifs suivants : 

a) La teinture d'orcanette acétique colore les graisses en rouge, mais ce réactif n’est pas spécifique, car il colore de la même façon les baumes, les résines, les essences, les latex ; 

b) Le Soudan III, en solution à 1 % dans l’alcool à 70°, colore les graisses en rouge orangé. Il en est de même de la solution d'écarlate R ; 

c) Les vapeurs d'acide osmique colorent les graisses en noir et les rendent insolubles dans leurs solvants habituels (éther de pétrole). Mais ce réactif est peu spécifique et pratiquement inutilisé en histologie végétale ; 

d) Réaction de Molisch. La meilleure caractérisation chimique des graisses réside dans leur saponification in situ par action d’une solution de KOH et de NH3. Après contact de quelques minutes, la coupe sur laquelle on opère est retirée du réactif et recouverte d’une lamelle qu’on lute. Vingt-quatre heures après, on observe l’apparition de cristaux de savon à l’emplacement des gouttelettes d’huile. Mais ce traitement brutal détruit toute structure cytologique. Il est surtout utilisé pour distinguer les graisses des essences. 

Evolution des gouttelettes graisseuses dans la cellule.—Les jeunes cellules méristématiques renfermant des gouttelettes d’huile à l’état de très fines inclusions cytoplasmiques, souvent à la limite de la visibilité microscopique et comparables aux jeunes vacuoles aqueuses. Ces inclusions ne sont pas élaborées dans des plastes spéciaux (oléoplastes), comme on l’a cru; elles apparaissent en n’importe quel point du gel cytoplasmique, aussitôt que la matière grasse synthétisée par la matière vivante, y atteint une concentration suffisante (synérèse). Ces gouttelettes de graisse, d’abord extrêmement fines et dispersées dans le cytoplasme, grossissent peu à peu, par adjonction de la matière grasse constamment élaborée par la matière vivante. Elles collectent d’autre part toutes les substances apparues dans la cellule et solubles dans les graisses, tout comme les vacuoles aqueuses collectent les substances solubles dans l’eau. En particulier, elles renferment habituellement des lécithines et souvent aussi des stérides, des essences, etc. Normalement, les gouttelettes de graisse restent très petites et forment avec le cytoplasme une suspension colloïdale où le gel cytoplasmique constitue la phase dispersante et les gouttelettes graisseuses la phase dispersée. 

Mais dans certains organes qui accumulent des quantités énormes de matières grasses, ces gouttelettes grossissent, et finissent par confluer en gros amas, très réfringents, facilement visibles sans coloration. Ainsi, les cellules de l’albumen de ricin sont littéralement bourrées de grosses gouttes d’huile, remplissant presque toute la cellule et d’aspect homogène. Les autres éléments de la cellule semblent avoir disparu. En fait, le cytoplasme, presque entièrement desséché, forme un réseau dont l’huile remplit les mailles, avec des grains d’aleurone en suspension. L’emploi des réactifs colorants, lorsqu’ils sont en solution aqueuse, détruit d’ailleurs cet aspect, en réhydratant l’hydrogel protoplasmique qui augmente de volume et provoque la fragmentation des gouttes d’huile. 

D’ailleurs, même dans la plupart des graines riches en huile, celle-ci reste en très fines gouttelettes offrant une très grande surface, ce qui est 

une condition très favorable à leur attaque ultérieure par la lipase. 

Autres organes riches en graisses de réserve: grains de pollen, quelques rhizomes (Cyperus esculentus), beaucoup d’éléments des champignons : asques, basides, hyphes mycéliennes, etc. 

Répartition des lipides dans la plante. — Les lipides apparaissent essentiellement comme des matières de réserve s’accumulant dans les graines (albumen, cotylédons), où elles seront utilisées pendant la germination. A ce point de vue, ils présentent de nombreux avantages par rapport aux glucides. Etant insolubles dans l’eau, ils constituent une réserve vraiment inerte qui disparaît entièrement du champ des réactions intra-cellulaires, mais surtout, grâce à leur faible teneur en oxygène, ils représentent, à poids égal, une énergie potentielle supérieure à celle des glucides ou des protides, comme le montrent les chaleurs de combustion d’un gramme de chacun de ces produits (lipides : 9,3 calories ; glucides : 5,7 ; protides : 4,1). 

Aussi, n’est-il pas étonnant que chez 90% des plantes, les réserves des graines soient de nature lipidique. Mc NAÏR qui s’est livré à des recherches très étendues sur ce sujet, a montré que chez les 216 familles de Phanérogames sur lesquelles on possède des documents (sur 280), 64,3 % ont des graines à réserves exclusivement oléagineuses ; chez 24,1 %, on trouve un mélange d’huiles et d’amidon ; enfin 7% seulement ont des réserves purement glucidiques. 

Le tableau suivant indique la teneur en huile d’un certain nombre de graines dont beaucoup sont utilisées pour l’extraction industrielle des corps gras. 

TENEUR EN MATIÈRE GRASSE DE QUELQUES GRAINES % DU POIDS SEC. 

Le péricarpe des fruits est assez souvent riche en huile (olive, Eloeis guineensis). Celle-ci n’est pas utilisable au moment de la germination et son rôle physiologique apparaît mal. 

Dans les organes autres que les semences, la teneur en matières grasses 

ne dépasse pas quelques centièmes du poids sec ; encore ces chiffres se rapportent-ils habituellement à l’extrait brut, obtenu par épuisement à l’éther et dont les glycérides ne représentent qu’une fraction assez faible, le reste étant formé par des pigments (chlorophylle), des phospholipides, des cires, des stérides, dont il est très difficile de séparer les matières grasses proprement dites. C’est ce que montre l’analyse suivante de l’extrait éthéré de feuilles de chou (CHIBNALL et SAHALL, 1931). 

En fait, on est très mal renseigné sur la teneur en glycérides et, par suite, sur le métabolisme des organes autres que les graines et les fruits. On sait cependant qu’au début de l’hiver, une fraction importante des glucides des feuilles (amidon) peut se transformer en matière grasse qui va s’accumuler dans le bois de la tige. On a pu trouver jusqu’à 10 % d’huile dans le bois de tilleul et 50 % dans le bois de Juglans cinerea (matière sèche). 

La synthèse des matières grasses par la plante. 

Nos connaissances à ce sujet sont encore en grande partie du domaine de l’hypothèse. Elles ne portent, en tous cas, que sur la formation des glycérides de la graine et des fruits. On ipeut admettre comme très vraisemblable que la plante synthétise d’abord séparément la glycérine et les acides gras, puis réalise leur estérification. 

a) Origine de la glycérine. — La glycérine n’a jamais été caractérisée avec certitude dans la cellule végétale. Elle apparaît pourtant en faible quantité dans la fermentation alcoolique des sucres par la levure et peut même, en présence de bisulfite de soude, s’accumuler en grande quantité dans les produits de la fermentation ainsi déviée. Elle dérive des corps en C3 (aldéhyde glycérique, acide pyruvique, dioxyacétone), formés dans la décomposition des esters triose phosphorique apparus au début de la fermentation. Une origine analogue est vraisemblable dans la plante et si la glycérine ne s’accumule jamais dans la cellule végétale, c’est sans doute qu'aussitot formée, elle entre en réaction avec les acides gras. Elle se comporterait ainsi comme le formol dans l’assimilation chlorophyllienne, ou l’aldéhyde acétique dans les processus de fermentation. 

b) Origine des acides gras. — L’autre terme de la réaction, les acides gras, se rencontre couramment dans, la plante et notamment dans les graines en cours de lipogénèse. Ces acides proviennent certainement de 

la transformation des sucres. En effet, les jeunes graines, avant leur maturation, ne renferment pas de lipides, mais des quantités importantes de glucides (amidon notamment), puis, quand l’organe a atteint ses dimensions définitives, on assiste à une diminution rapide des glucides et à une augmentation corrélative des lipides. 

L’équation brute de la réaction peut se formuler, dans le cas de l’acide stéarique : 

3 C,H,0, -- C18H36O2 + 8 O2. 

Elle montre que cette transformation s’accompagne de la libération d’une quantité importante d’oxygène. Sans doute celui-ci n’est pas dégagé à l’état moléculaire : mais la cellule l’utilise pour ses oxydations respiratoires, ce qui diminue d’autant la quantité d’oxygène externe consommé. Par suite, dans les organes où la lipogénèse est intense, le quo-CO 

tient respiratoire -2 doit être notablement supérieur à l’unité. C’est ce •2 

que l’observation a confirmé dans tous les cas étudiés. Des chiffres de l’ordre de 1.40, par exemple, ont été trouvés par GERBER dans le cas de l’olive. 

Mais ces deux ordres de faits : diminution rapide des glucides et quotient respiratoire élevé au cours de la lipogénèse, ne sont que des preuves indirectes de cette transformation et ce sont les seules qu’on possède. 

Quant au mécanisme même de la chaîne de réactions enjeu, il est totalement inconnu. On peut supposer toutefois que l’aldéhyde acétique qui se forme dans la combustion respiratoire des sucres, doit être le pivot de cette transformation. Par des réactions d’aldolisation et de condensation, il conduit à la formation de l’alcool butylique et de l’acide butyrique dans certaines fermentations bactériennes. Si ces condensations, au lieu de porter sur deux molécules seulement, s’exercent sur un plus grand nombre de molécules, on peut concevoir la synthèse de toute la série des acides gras naturels. Un argument important en faveur de cette hypothèse, est que tous les acides gras naturels des lipides ont un nombre pair d’atomes de carbone. 

Formation des acides gras aux dépens d’autres substances que les glucides. — On a cherché l’origine des acides gras, à partir d’autres substances que les glucides; en particulier les tannins et certains alcools de P. M. élevé. Ainsi les auteurs italiens ont isolé de la feuille de l’olivier un alcool de P. M. élevé, Voléanol C31H50O3, qui s’accumule en grandes quantités dans la jeune olive et diminue au cours de la maturation quand les lipides augmentent. Des alcools analogues, qui ont la consistance d’une cire, ont été isolés d’autres Oléacées : le ligustrol, à partir du troëne, le phylléréol, à partir du Phyllirea, etc. Mais l’intervention de ces substances, si elle est tenue pour exacte, rentre dans le cadre général de la transformation des glucides en acides gras : elles représenteraient 

une étape de cette chaîne de réactions et il reste à expliquer leur origine propre. 

Le lieu de la synthèse (estérification) et son mécanisme. — On est un peu mieux renseigné sur le siège et sur le mécanisme de la réaction d’estérification. L’agent de l'estérification de la glycérine et des acides gras doit être la lipase, enzyme qui réalise in vitro, comme in vivo, l’hydrolyse des corps gras en leurs constituants. On est aujourd’hui familiarisé avec l’idée que la même enzyme est capable de réaliser, suivant les conditions de milieu, les réactions inverses de synthèse et de dédoublement. Cette notion essentielle a été acquise définitivement grâce aux travaux de BOURQUELOT et de ses élèves, sur l’action synthétisante de l’émulsine sur les glucides. 

La lipase qui réalise facilement la saponification des corps gras en milieu aqueux, est capable d’effectuer leur synthèse en milieu anhydre. On a pu réaliser expérimentalement un modèle de la réaction, en mettant en contact intime de la glycérine, de l’acide oléique et de la poudre parfaitement sèche et deshuilée de graine de ricin. Au bout de quelques jours de contact, l’indice d’acidité du mélange a nettement diminué, ce qui ne peut s’expliquer que par l’estérification de l’acide oléique. 

Quant au lieu où s’effectue la synthèse, on admet actuellement que c’est la cellule même où le glycéride se déposera. En effet, alors que les précurseurs des lipides (les sucres) ou leurs constituants immédiats (acides gras (1) et glycérine) sont solubles et diffusibles, les matières grasses sont le type même des substances insolubles et non diffusibles. D’ailleurs, alors que les glucides de faible poids moléculaire sont faciles à caractériser dans le liquide qui circule dans les tubes libériens, on n’a jamais pu observer de lipides, dans ces éléments, même par voie microchimique. Enfin, il est d’observation banale que les jeunes graines qui ne renferment pas encore de matières grasses, mais seulement des glucides, peuvent achever leur maturation et accumuler des lipides, après qu’on les a séparées de la plante-mère. Il en est de même pour le péricarpe de l’olive. Cela établit que la synthèse des glycérides s’effectue à partir de matériaux déjà présents dans l’organe détaché, 

L’observation cytologique confirme cette conception ; dans les jeunes-graines de ricin, les cellules de l’albumen sont bourrées de grains d'amidon, puis brusquement on voit celui-ci disparaître très vite, cependant que des granulations huileuses apparaissent dans le cytoplasme. 

La digestion des glycérides pendant la germination. 

Les matières grasses accumulées par la plante sont destinées à être utilisées plus tard. Le phénomène ne revêt une grande ampleur que dans les graines oléagineuses, au moment de leur germination. A ce 

1. Tout au moins les acides gras à l’état de sels. 

moment, les glycérides déposés dans les cotylédons ou l’albumen serviront à la jeune plantule pour couvrir ses besoins énergétiques (respiration) et effectuer ses synthèses (édification de nouveaux tissus). Ces fonctions sont habituellement remplies par les glucides et un des principaux problèmes qui se pose à ce sujet est de savoir si les glycérides sont au préalable transformés en sucres ou au contraire utilisés directement. 

Soit une graine, comme celle du ricin, où les réserves lipidiques des cotylédons atteignent 70 % du poids total, alors que les glucides sont pratiquement absents. Au cours de la germination, on verra d’abord la graine gonfler, les téguments éclater et la plantule s’organiser. Dans les cellules de l’albumen, le cytoplasme desséché se réhydrate ; les volumineuses gouttes d’huile se fragmentent, se résolvent en fines gouttelettes qui s’émulsionnent dans le cytoplasme et qui, peu à peu, disparaissent. 

Si l’on suit quantitativement les transformations chimiques subies par la graine, on assiste à une diminution progressive des matières grasses, accompagnée de l’apparition d’acides gras libres puis de sucres solubles : saccharose et glucose. Cependant l’huile ne diminue pas au cours des premiers stades de la germination (gonflement, émulsion de l’huile). Ce n’est que lorsque la plantule a atteint quelques centimètres de longueur que l’attaque commence. Elle est alors très rapide, mais n’aboutit jamais à une consommation totale des glycérides. Il en persiste toujours quelques centièmes. En même temps, les acides gras libres, qui étaient absents dans la graine au repos, augmentent beaucoup : ils peuvent représenter jusqu’à 25 % des glycérides totaux. Les glucides solubles : glucose, saccharose, apparaissent encore plus vite et peuvent atteindre 30 % de la matière sèche. 

Le rôle de la lipase. — On peut donc penser que la matière grasse est d’abord émulsionnée par la lipase (1) qui retrouve son activité hydro-lysante en milieu aqueux, puis saponifiée en glycérine et acides gras qui, à leur tour, se transforment en glucides. La glycérine n’a pas plus été retrouvée dans les graines en germination que dans les graines en cours de maturation. On peut supposer qu’elle disparaît au fur et à mesure de sa formation, par ce qu’elle est engagée dans les processus respiratoires (formation d’ester glycérophosphorique ?) ou dans les synthèses. 

Les acides gras s’accumulent temporairement, par ce que leur production massive par la lipase semble dépasser les possibilités d’utilisation de la jeune plantule. Finalement, ils disparaissent à leur tour. L’augmentation concomitante des glucides (glucose, saccharose) à un moment où la photosynthèse est inactive, amène à penser qu’ils en sont les générateurs. 

1. La lipase est présente dans toutes les graines oléagineuses au repos; elle est encore plus active au cours de la germination. Il suffit de broyer une telle graine avec de l’huile pour obtenir l’émulsion, puis la saponification de celle-ci. 

Le siège de la saponification est très certainement la cellule même où se trouve le glycéride, car celui-ci, même émulsionné par la lipase, ne paraît pas diffusible. Il en est sans doute de même de la transformation des acides gras en glucides solubles, bien que les preuves directes nous manquent. 

Les variations du coefficient respiratoire. — Les variations du coefficient respiratoire au cours de la germination concordent avec ces données. D’abord égal à l’unité dans les premières phases de la germination où la tranformation chimique des glycérides n'a pas commencé, il baisse fortement au cours de la période qui correspond à leur attaque rapide ; il revient enfin au voisinage de l’unité, quand la germination est terminée. Autrement dit, la transformation des lipides (c’est-à-dire de leurs acides gras) en glucides provoque un abaissement du coefficient respiratoire. 

Il faut en effet fournir à la cellule une quantité considérable d’oxygène pour réaliser cette transformation, comme le montre l’équation brute de la réaction 

C18H36O2 + O2 = 3 C,H,206 

et cet oxygène s’ajoute, dans le bilan final, à celui qui est nécessaire pour la combustion proprement dite du glucose que nous considérons comme le substrat normal de la respiration, dans tous les cas. 

D’ailleurs l’explication serait la même, si l’on admettait la combustion directe de l’acide stéarique qui, étant moins oxygéné que le glucose, réclame une plus grande quantité d’oxygène pour aboutir aux termes de l’oxydation CO2 + H,O. 

Conclusions. — Les glycérides apparaissent comme des constituants normaux de la cellule végétale où ils se trouvent à l’état de très fines inclusions cytoplasmiques. Ils n’y atteignent jamais une concentration élevée et représentent sans doute une réserve temporaire dans laquelle puise la cellule pour la synthèse des lipides complexes. 

Dans certains cas, chez les graines en particulier, les glycérides peuvent s’accumuler dans la cellule en quantités considérables. Ils représentent alors une matière de réserve utilisable par la jeune plantule au moment de la germination. Leur synthèse s’y effectue, in situ, sous l’action de la lipase agissant en milieu anhydre, à partir de la glycérine et des acides gras provenant eux-mêmes des produits de la glycolyse des sucres. Au moment de la germination, la réaction inverse de saponification, sous 

l’action de la lipase, en milieu hydraté, met à la disposition de la cellule la glycérine et les acides gras constitutifs. Tout porte à penser que ces substances sont d’abord transformées en glucides avant d’être utilisées. Le métabolisme des glycérides dans la plante apparaît ainsi comme greffé sur le cycle normal des glucides dont il représente une simple dérivation. 

III. — MÉTABOLISME DES PHOSPHOLIPIDES (PHOSPHOAMINOLIPIDES ET PHOSPHATIDES) 

Les phospholipides : phosphoaminolipides (lécithines) et les acides phosphatidiques non aminés sont, avec les protides, les constituants fondamentaux de la matière vivante ou cytoplasme. Ils y existent sous forme de combinaisons lipoprotéidiques plus ou moins bien définies. Mais ils peuvent également former dans le cytoplasme, des inclusions figurées, souvent accompagnées de glycérides. Ils peuvent enfin s’accumuler, dans certains organes comme les graines, où ils constituent une matière de réserve utilisable à la germination. La distinction physiologique que nous avons faite entre lipoïdes de réserve (triglycérides) et lipoïdes constituants de la matière vivante, est donc toute rela tive. 

Constitution chimique. — Les phospholipides végétaux les plus importants appartiennent au groupe des lécithines (phospho-amino-lipides et à celui des acides phosphatidiques non aminés. 

Le noyau fondamental des lécithines est l’acide glycéro-phosphorique où les deux OH libres de la glycérine sont estérifiés par deux restes d’acides gras et où l’un des oxhydryles libres de l’acide phosphorique est combiné à la fonction alcool d’un alcool aminé : la choline ou la colamine. 

Des deux acides gras, l’un est saturé (acide palmitique, stéarique ou arachidique) l’autre est non saturé (acide oléique, acide linoléique). La base azotée est la choline (hydrate de triméthyl ammonium éthanol) dans les lécithines proprement dites, ou la colamine (aminoéthanol), dans la céphaline. Parfois encore on a affaire à la bétaïne. 

D’autres types de lécithines peuvent être créés par la nature de 

l’acide glycéro-phosphorique, suivant que celui-ci est le dérivé a ou b. 

Par enlèvement de la molécule azotée par une lécithase, on obtient des acides phosphatidiques ou phospholipides non azotés qui ont été signalés dans les plantes par CHIBNALL et CHANNON (feuille de chou, d’épinard, etc.). 

Propriétés physico-chimiques. —Les phospholipides sont insolubles dans l’eau, mais ils se distinguent des glycérides en ce qu’ils sont remarquablement hydrophiles. Ainsi ils se gonflent au contact de l’eau et finissent par donner des sols colloïdaux. Ce sont des colloïdes très hydrophiles et fortement tensioactifs. Ils donnent, à la surface de l’eau, des films monomoléculaires, et forment, au cours de leur imbibition des figures myéliniques étudiées par NAGEOTTE. 

Les lécithines sont solubles dans l’éther, dans l’alcool fort bouillant, les huiles grasses et les solvants organiques ; elles sont insolubles dans l’acétone. 

Ce sont des corps extrêmement labiles et réactionnels. Leur hydrolyse peut être réalisée soit par l’action de diverses enzymes, soit par celle des acides dilués à l’ébullition, pour aboutir finalement à leurs quatre constituants : acides gras, glycérol, acide phosphorique et bases azotées. 

Répartition des phospholipides dans les plantes. 

Il n’est pas sûr que l’on ait isolé des plantes des lécithines à l’état de pureté. Les méthodes utilisées pour les isoler des tissus animaux conviennent mal aux tissus végétaux, où elles forment avec les glucides des complexes d’adsorption difficiles à dissocier. Il n’est pas sûr d’autre part que l’on ait obtenu des substances identiques à celles qui ont été isolées des animaux. Il semble cependant que les plantes possèdent réellement des lécithines, et aussi des céphalines. 

Les phospholipides ont été rencontrés dans tous les organes des Phanérogames et des Thallophytes. Ainsi, chez les champignons supérieurs, Psalliota campestris en renferme 0,32 %, Boletus edulis 1,95 %, Amanita muscaria 7,42 %. 

Les phospholipides des organes chlorophylliens sont mal connus et l’on n’a pas pu obtenir des produits définis. Cependant CHIBNALL et CHANNON ont récemment isolé des feuilles de chou et des feuilles d’épinard des acides phosphatidiques, c’est-à-dire des corps différant des lécithines par la perte du groupe de la choline. Ces substances présentent un grand intérêt, car on peut les considérer comme les précurseurs des lécithines. 

Ce n’est que dans certaines graines que les lécithines s’accumulent en quantités suffisantes pour être extraites à l’état d’assez grande pureté. Mais, même là, on ne peut les séparer de quelques centièmes de glucides entraînés par adsorption. Les plus pures ont été retirées des graines de Légumineuses. 

L’hydrolyse par les acides ou les alcalis dilués, à l’ébullition, arrive à décomposer la grosse molécule des lécithines en ses 4 constituants : acides gras, choline, glycérol et acide phosphorique. Mais il existe dans la nature des enzymes capables de réaliser cette hydrolyse progressivement : 

a) Le venin de cobra renferme une enzyme qui enlève uniquement une molécule d’acide gras non saturé (ac. oléique) en donnant une nouvelle substance, la lysocithine, douée de propriétés hémolytiques (FOURNEAU et DÉLEZENNE). 

b) Les lipases végétales (lipase de la graine de ricin) peuvent détacher les deux molécules d’acide gras en donnant l’éther glycérophosphorique de la choline. 

Elles détachent ensuite la choline et aboutissent ainsi à l’acide glycérophosphorique qu’elles ne peuvent hydrolyser ; 

c) Le complexe de ferments existant dans la taka diastase (extrait de cultures de l’Aspergillus Oryzaé) est capable de réaliser l’hydrolyse complète et de livrer les 4 constituants : glycérol, PO4H3, choline et acides gras. 

Si l’on donne le nom de lipase au ferment qui hydrolyse les fonctions esters d’acides gras des matières grasses, et celui de phosphatases à 

ceux qui hydrolysent les esters de l’acide phosphorique, la taka diastase renferme ainsi 4 enzymes distinctes : 

a) la lécithase (lipase A) qui enlève l’acide gras non saturé en donnant la lysocithine ; 

b) la lécithase B (autre lipase) qui enlève l’acide gras saturé de la lysocithine et laisse l’éther glycérophosphorique de la choline ; 

c) la choline phosphatase qui détache la choline en donnant l’acide glycérophosphorique ; 

d) la glycérophosphatase qui hydrolyse spécifiquement l’acide glycérophosphorique en ses éléments. 

Ce qui permet d’établir le schéma suivant de l’hydrolyse de la lécithine. 

La Phytine est le sel de calcium et de magnésium de l’ester hexaphosphorique de l’inositol ( alcool hexaatomique correspondant à l'hexahydrobenzène). Il constitue, d’après POSTERNACK, 80 à 90 % des réserves phosphorées des graines. Cette donnée a été confirmée, quoique avec des chiffres moins élevés, par tous les auteurs qui ont étudié cette substance. 

On la rencontre aussi dans les autres parties de la plante. Dans la graine, elle disparaît au moment de la germination. 

La phytine est soluble dans l’eau, et représente une réserve phos¬ 

phorée facilement mobile dans le végétal : dans les mêmes condition s de réaction, les phosphates de chaux et de magnésie seraient insolubles 

Nous sommes très mal renseignés sur la répartition et le rôle des phospholipides dans la plante, à cause des difficultés que présentent la caractérisation microchimique et l’extraction à l’état de pureté de ces éléments. Ces substances en effet sont rarement à l’état libre dans la cellule. On admet qu’elles y sont associées aux protides, soit sous forme de complexes d’adsorption, soit sous forme de combinaisons chimiques plus ou moins lâches. Dans ces complexes, les phospholipides qui sont « masqués », échappent à leurs réactifs habituels. Ils ne pourront être extraits par les solvants volatils qu’après destruction de ces complexes par un traitement à l’alcool bouillant. 

Mais la structure physicochimique et les propriétés de ces substances particulièrement labiles sont certainement altérées par ces traitements. On admet aussi qu’elles sont insolubles dans l’eau et l’on a tiré d’importantes conséquences physiologiques de cette notion. Mais HANSTEEN-CRANNER et d’autres ont montré que les tissus végétaux frais, mis en contact de l’eau froide à 10°, lui cèdent des phospholipides en solution vraie, limpide et dépourvue de protides, alors que le traitement de ces mêmes tissus par l’eau tiède fournit une solution trouble, colloïdale de ces mêmes substances. D’où la conclusion que les phospholipides des cellules vivantes non lésées ne sont probablement pas tous à l’état insoluble dans l’eau. 

a) Dans la cellule. — Ces substances peuvent être localisées microchi-miquement, avec plus ou moins de sûreté, par les réactifs des graisses les vapeurs d’acide osmique (coloration brune ou noire) ; le Soudan III (coloration rouge). 

On admet qu’elles représentent 15 à 25 % de la masse du cytoplasme vivant où elles sont associées aux matières protéiques. Les éléments du chondriome et les plastes en sont particulièrement riches et leur devraient en grande partie leur activité chimique. Par contre, on ne les a. pas encore signalées, semble-t-il, dans le noyau. 

Au cours de certains processus de dégénérescence de la cellule, le complexe lipoprotéidique est dissocié et les phospholipides libérés forment des gouttelettes graisseuses à l’intérieur de la cellule. On a donné à ce phénomène le nom de dégénérescence graisseuse ou de lipo-phanérose. 

Les phospholipides étant des substances fortement tensioactives s’accumulent à la surface extérieure du cytoplasme et sont, par suite, plus abondants à la couche limitante externe de celui-ci, couche que nous avons appelée membrane plasmatique. Ce fait joue un grand rôle dans la perméabilité (théorie d'OVERTON). 

b) Dans les tissus et les organes. — Les phosphatides, représentant une part importante du cytoplasme, se retrouvent en quantités non négligeables dans les tissus et organes jeunes : méristèmes, feuilles, etc. (feuilles 0.40 à 1 %du poids sec). Les grains de pollen en contiennent une quantité importante : 3 à 5 %. 

Mais les organes qui en renferment le plus sont les graines riches en réserves protéiques, à cause du rapport lipo-protéique relativement constant du cytoplasme. Les graines de Légumineuses qui en possèdent de 1 à 2 % de leur poids sec, sont probablement les plus riches. Les graines oléagineuses en renferment beaucoup moins (Ricin 0,30 %, Pavot 0,25 %), de même les graines amylacées (Zea Mays, 0,28%). 

Les phospholipides extraits de ces organes sont d’ailleurs les seuls à être à peu près correctement connus, à cause de la facilité relative de leur extraction et cependant, même les lécithines isolées des graines de Légumineuses retiennent quelques centièmes de glucides dont on ne peut les débarrasser. 

Il est assez mal connu à cause de la difficulté de leur étude chimique. Comme constituants de la substance vivante, on leur attribue un rôle physiologique important. Ils participeraient au phénomène respiratoire et ce serait notamment sous cette forme que les lipides subiraient l’oxydation. Mais cette hypothèse date de l’époque où le mécanisme de la respiration cellulaire était totalement inconnu. Elle ne repose en réalité sur rien. 

Par contre, leur rôle dans les phénomènes de perméabilité est mieux connu. Nous avons dit que les phospholipides s’accumulaient à la limite externe du cytoplasme et formaient la masse principale de la membrane plasmatique. OVERTON, dans une théorie célèbre de la perméabilité, a expliqué la pénétration facile daus la cellule des solvants des graisses ainsi que celle des substances liposolubles, par leur dissolution dans les constituants lipidiques de la membrane. Mais si la perméabilité à une substance était liée uniquement à sa solubilité dans les lipoïdes, on ne s’expliquerait pas la pénétration dans la cellule de l’immense majo- 

rité des substances végétales : glucides, sels, acides, aminoacides, etc. qui ne sont pas liposolubles. 

Mais les propriétés actuellement reconnues aux phospholipides, leur hydrophilie et même l’existence dans la substance vivante de formes solubles dans l’eau (HANSTEEN-CRANNER) permettent de penser que la présence d’une membrane lipoïdique autour de la cellule ne rend pas impossible la pénétration des substances non liposolubles. 

Les phospholipides : matières de réserve. — L’accumulation des phospholipides dans certaines graines tend à les faire considérer comme des matières de réserve utilisées, comme les autres réserves des semences, au moment de la germination. Bien que la difficulté des recherches chimiques sûres, rende cette étude difficile, tous les résultats connus montrent que ces phospholipides disparaissent plus ou moins complètement au moment de la germination, surtout si celle-ci s’effectue à l’obscurité. 

La formation des phospholipides dans la plante. 

MICHEL-DURAND a donné un schéma général de la formation des lipides, schéma dont beaucoup de points sont encore du domaine de l’hypothèse, mais qui a le mérite d’enchaîner correctement l’ensemble des faits acquis dans le domaine de la lipogénèse. Le point essentiel de cette hypothèse est de considérer les phospholipides (lécithines), comme les premiers produits de la lipogénèse, d’où dériveraient ensuite les triglycérides proprement dits, par remplacement de l’acide phosphorique par une 3e molécule d’acide gras. 

Rôle de l'acide glycérophosphorique. — Le pivot de la réaction serait l’acide glycérophosphorique qui est présent à l’état latent dans toute cellule vivante et qui respire, car c’est un des produits intermédiaires de la phase anaérobie de la glycolyse (fermentation alcoolique ou respiration). Ce corps en estérifiant les deux oxhydryles libres de la glycérine par deux restes d’acide gras, donnerait les acides phosphatidiques, qui ont précisément été isolés récemment des feuilles de chou et d’épinard par CHIBNALL et CHANNON. Enfin, l’estérification d’une des fonctions acides libres de l’acide glycérophosphorique par une base azotée (choline ou colamine) conduirait aux lécithines. 

L’origine la plus probable des acides gras, comme nous avons vu, serait l’aldolisation de l’aldéhyde acétique, autre terme intermédiaire de de la glycolyse au contact de l’air. Enfin la choline, qui est extrêmement répandue dans les plantes les plus diverses, se formerait dans le premier stade de la synthèse protéique, par l’action de l’ammoniaque sur les hexoses. Le premier corps formé dans cette réaction serait l'aminoéthanol ou colamine CH2OH—CH2—NH2 qui se méthylerait en présence d’alcool méthylique, si répandu dans les végétaux, pour donner la choline. 

L’estérification de l’acide glycérophosphorique s’effectuerait in situ, car il est peu probable qu’une molécule si volumineuse (P. M. = 800 environ) puisse facilement circuler d’une cellule à l’autre. Elle résulterait de l’action synthétisante des lipases et des phosphatases qui réalisent d’ordinaire la réaction inverse de saponification. En effet, l’équilibre réalisé par ces enzymes se déplace dans le sens de la synthèse. quand le milieu se déshydrate et dans le sens de la saponification, en présence de l’eau. 

Passage aux tryglycérides. — Enfin, des lécithines on passerait aux triglycérides par enlèvement de l’acide phosphorique et son remplacement par une 3e molécule d’acide gras. 

Cette hypothèse n’a encore donné lieu à aucun essai de vérification expérimentale et la physiologie classique enseigne encore que les triglycérides se forment par estérification directe des acides gras et de la glycérine. Cette conception se heurte, il est vrai, à l’absence constante de la glycérine, tant dans les organes végétaux en voie.de lipogénèse que dans ceux qui sont en cours de lipolyse. On tourne la difficulté en disant que la glycérine disparaît du champ de la réaction aussitôt apparue.. L’hypothèse précédente a le mérite de lever cette objection. 

CHAPITRE I. — Composition chimique de la plante 3 

. — COMPOSITION ÉLÉMENTAIRE DE LA PLANTE 4 

Substances minérales, 5. — Substances organiques, 6 ; glucides, 6 ; protides, 6 ; lipides, 8; autres substances, 9. 

III. — CARACTÈRE AUTOTROPHE DE LA PLANTE VERTE 9 

CHAPITRE IL — Osmose et perméabilité 12 

I. — PROPRIÉTÉS OSMOTIQUES DES SOLUTIONS 12 

La diffusion, 13. — L’osmose, 13. — L’osmomètre de DUTROCHET 14 ; membranes hémiperméables, 15. — Les lois de l’osmose, 17. 

IL PRESSION OSMOTIQUE DES CELLULES. TURGESCENCE ET PLASMOLYSE 19 

Expériences de DE VRIES, 19 ; turgescence des cellules, 19 ; plasmolyse, 20 ; déplasmolyse, 21. — Applications de la plasmolyse, 22. 

III. PERMÉABILITÉ DES MEMBRANES AUX SOLUTIONS 24 

Propriétés générales des membranes, 24. — Les membranes de la cellule végétale, 25. — Méthodes de mise en évidence et de mesure de la perméabilité, 26. — Théories de la perméabilité, 27. 

CHAPITRE III. — Nutrition minérale de la plante 30 

I. LES CONSTITUANTS MINÉRAUX DE LA PLANTE 30 

La teneur en eau, en matières sèches et en cendres, 30. — Les cendres, 31 ; leur composition, 32. 

H. LE CYCLE DU PHOSPHORE ET SON RÔLE PHYSIOLOGIQUE 33 

. CYCLE ET RÔLE PHYSIOLOGIQUE DE QUELQUES ÉLÉMENTS MINÉRAUX 35 

Soufre, 35. — Le potassium, 35. — Le magnésium, 36. — Le calcium 37. — Le fer 38. — Le silicium, 39. — Le manganèse, 39. — Le bore, 39. — Le chlore, 40. — L’aluminium, 40. 

IV. — MÉCANISME DE L’ABSORPTION DES ÉLÉMENTS MINÉRAUX PAR LA PLANTE .... 41 

Cas des solutions nutritives artificielles, 41. — Rôle des forces osmotiques, 41 ; absorption active ou physiologique, 42 ; inégale absorption des différents éléments, 43 ; et des différents ions, 44. — Cas des plantes vivant dans le sol, 44. 

CHAPITRE IV. — Les mouvements de l’eau et des substances dissoutes à travers le végétal 45-Les 

45-Les de la plante en eau, 45. 

Mise en évidence, 46. — Méthodes de mesure de la transpiration, 47. — L’intensité de la transpiration. 49.— Le siège de la transpiration, 50. — Mécanisme de l’ouverture et de la fermeture des stomates, 51. — Mécanismes divers de résistance à la sécheresse ; plantes xérophytes, 53. — Conséquences de la transpiration, Aspiration des feuilles, 54. 

IL — L’ABSORPTION DE L’EAU PAR LA PLANTE 55 

Mise en évidence, 55 ; l’état de l’eau dans le sol, 56. — Facteurs agissant sur l’absorption, 57. — Les forces en jeu, 57. — Poussée des racines, 60. 

III. — TRANSPORT DE L’EAU ET DES SUBSTANCES DISSOUTES A TRAVERS LE VÉGÉTAL 62: 

Migrations d’eau et de substances dissoutes, 62. — La circulation de l’eau à travers les plantes vasculaires, 63. — Démonstration du courant ascendant et sa localisation, 65. — Les conditions de la circulation de la sève, 66. — Les forces en jeu, 67. — Mécanisme de l’ascension de la sève, 68 ; théorie vitale, 68 ; théorie de la cohésion, 68. 

CHAPITRE V. — L’assimilation chlorophyllienne 71 

1. — LES ÉCHANGES GAZEUX DANS L’ASSIMILATION CHLOROPHYLLIENNE 72 

Mise en évidence des échanges gazeux, 72. — Le quotient assimilatoire, 74. — Mécanisme des échanges gazeux, 76. — Les facteurs agissant sur l’assimilation : CO2, lumière, température, 78. 

Préparation de la chlorophylle pure, 85 ; constitution chimique, 86 ; propriétés optiques, 89 ; propriétés physiologiques, 91. 

III. — LA SYNTHÈSE CHLOROPHYLLIENNE 93 

Les théories chimiques de la photosynthèse, 93 ; l’aldéhyde formique, 93 ; l’hypothèse de Willstätter, 95 ; Rôle physique de la chlorophylle dans la photosynthèse, 97 ; la théorie des quanta, 97. 

IV. — LES PRODUITS DE L’ASSIMILATION CHLOROPHYLLIENNE 98 

Mise en évidence de l’amidon, 99 ; quel est le premier glucide apparu : glucose, saccharose, amidon ?, 99. 

CHAPITRE VI. — Métabolisme des glucides dans la plante verte. . 102 

I. — CLASSIFICATION DES GLUCIDES RENCONTRÉS DANS LA PLANTE VERTE 103 

Monosaccharides, 103 ; polyholosides, 106 ; polysaccharides proprement dits, 107. 

IL — LE MÉTABOLISME DES GLUCIDES DANS LA PLANTE 108 

Glycolyse, 109. — Formation des réserves glucidiques de la plante, 110 ; 

réserves de la cellule chlorophyllienne, 110 ; constitution des réserves hydrocarbonées de la plante, 111. — Formation des constituants de la membrane, 114. 

CHAPITRE VIL — La respiration de la plante 119 

I. — LES ÉCHANGES GAZEUX RESPIRATOIRES 120 

Méthodes d’observation et de mesure des échanges gazeux, 121. — L’intensité respiratoire, 122 ; l’intensité respiratoire aux diverses étapes du cycle vital, 123 ; influence des conditions extérieures, 124 ; dégagement de chaleur par la respiration, 126 ; les substances consommées dans la respiration ; quotient respiratoire, 126 ; les déviations de l’attaque normale des hexoses, 127 ; la respiration aux dépens d’autres substrats que le glucose, 128. 

IL — MÉCANISME CHIMIQUE DE LA RESPIRATION 132 

Position du problème, 132. — Les déshydrogénations, 133. — Déshydrogénation de l’acétaldéhyde, 134. — Donateurs, accepteurs et transporteurs d’hydrogène, 136. 

La fermentation alcoolique, 137. — La glycolyse dans la plante verte, 140. — L’oxydation finale, 141. 

CHAPITRE VIII. — Nutrition azotée de la plante verte 143 

Aperçu sur le cycle de l’azote dans la nature, 144. 

I. — LES MATIÈRES PROTÉIQUES 144 

Caractères généraux des protides, 144. — Tableau des acides aminés naturels. 146. — Classification des protides, 147. 

IL — LES ALIMENTS AZOTÉS DE LA PLANTE 149 

Assimilation de l’azote organique, 149. — Assimilation des nitrates, 150. 

— Assimilation de l’ammoniaque, 151. — La synthèse protéique, 154. 

III. — LE CYCLE DE L’AZOTE 155 

Phénomènes de dégradation, 155 ; phénomènes de synthèse, 157. 

IV. LES TRANSFORMATIONS DE L’AZOTE DANS LE SOL, 157 

L’humification, 157.— L’ammonisation, 158. — Fermentation nitrosonitrique de l’ammoniaque, 160. — Dénitrification, 162. — Assimilation de l’azote libre par les végétaux inférieurs, 163 ; bactéries du sol fixatrices d’azote, 164 ; bactéries symbiotiques des Légum ineuses, 165. 

CHAPITRE IX. — Métabolisme des lipides dans la plante 168 

I. — STRUCTURE ET CLASSIFICATION DES LIPIDES 168 

H. — MÉTABOLISME DES LIPIDES PROPREMENT DITS OU LIPIDES DE RÉSERVE 170 

Caractères généraux, 170 ; saponification des glycérides et lipase, 170. 

— Localisation des glycérides dans la cellule végétale, 171. — La 

synthèse des matières grasses par la plante, 174. — La digestion des glycérides pendant la germination, 176. — Conclusions, 178. 

III. — MÉTABOLISME DES PHOSPHO-LIPIDES 179 

Caractères généraux des phospho-lipides, 179 ; répartition des phospho-lipides dans la plante. 180. — Hydrolyse d la lécithine : lipase, phosphatases, lécithase, 181. — Les phospho-lipides dans l’organisme végétal, 183. — Rôle physiologique des phospho-lipides, 184. — La formation des phospho-lipides dans la plante, 185. 
