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30.6A : Potentiel eau et soluté - Biologie


Le potentiel hydrique est la mesure de l'énergie potentielle dans l'eau et détermine le mouvement de l'eau à travers les plantes.

Objectifs d'apprentissage

  • Décrire le potentiel en eau et en soluté des plantes

Points clés

  • Les plantes utilisent le potentiel hydrique pour transporter l'eau vers les feuilles afin que la photosynthèse puisse avoir lieu.
  • Le potentiel de l'eau est une mesure de l'énergie potentielle dans l'eau ainsi que la différence entre le potentiel dans un échantillon d'eau donné et l'eau pure.
  • Le potentiel en eau est représenté par l'équation Ψsystème =le total =s +p +g +m.
  • L'eau se déplace toujours du système avec un potentiel hydrique plus élevé vers le système avec un potentiel hydrique plus faible.
  • Potentiel de soluté (Ψs) diminue avec l'augmentation de la concentration de soluté ; une diminution de s entraîne une diminution du potentiel hydrique total.
  • Le potentiel hydrique interne d'une cellule végétale est plus négatif que l'eau pure ; cela provoque le déplacement de l'eau du sol dans les racines des plantes par osmose.

Mots clés

  • potentiel de soluté: (potentiel osmotique) pression qui doit être appliquée à une solution pour empêcher l'écoulement d'eau vers l'intérieur à travers une membrane semi-perméable
  • transpiration: la perte d'eau par évaporation chez les plantes terrestres, notamment par les stomates ; accompagnée d'une absorption correspondante par les racines
  • Potentiel hydrique: l'énergie potentielle de l'eau par unité de volume ; désigné par ψ

Potentiel hydrique

Les plantes sont des ingénieurs hydrauliques phénoménaux. En utilisant uniquement les lois de base de la physique et la simple manipulation de l'énergie potentielle, les plantes peuvent déplacer l'eau jusqu'au sommet d'un arbre de 116 mètres de haut. Les plantes peuvent également utiliser l'hydraulique pour générer suffisamment de force pour fendre les rochers et déformer les trottoirs. Le potentiel hydrique est essentiel pour déplacer l'eau vers les feuilles afin que la photosynthèse puisse avoir lieu.

Le potentiel de l'eau est une mesure de l'énergie potentielle dans l'eau, ou la différence d'énergie potentielle entre un échantillon d'eau donné et de l'eau pure (à pression atmosphérique et température ambiante). Le potentiel de l'eau est désigné par la lettre grecque (psi) et est exprimé en unités de pression (la pression est une forme d'énergie) appelées mégapascals (MPa). Le potentiel de l'eau pure (ΨwH2O pur) est désigné comme une valeur de zéro (même si l'eau pure contient beaucoup d'énergie potentielle, cette énergie est ignorée). Les valeurs de potentiel hydrique pour l'eau dans une racine, une tige ou une feuille de plante sont donc exprimées par rapport à ΨwH2O pur.

Le potentiel hydrique des solutions végétales est influencé par la concentration de soluté, la pression, la gravité et des facteurs appelés effets de matrice. Le potentiel hydrique peut être décomposé en ses composants individuels à l'aide de l'équation suivante :

??système =le total =s +p +g +m

  • ??s = potentiel de soluté
  • ??p, = potentiel de pression
  • ??g, = potentiel de gravité
  • ??m = potentiel matriciel

« Système » peut faire référence au potentiel hydrique de l'eau du sol (Ψsol), eau de racine (Ψracine), eau de tige (Ψtige), eau de feuille (Ψfeuille), ou l'eau dans l'atmosphère (Ψatmosphère), quel que soit le système aqueux considéré. Au fur et à mesure que les composants individuels changent, ils augmentent ou diminuent le potentiel hydrique total d'un système. Lorsque cela se produit, l'eau se déplace pour s'équilibrer, se déplaçant du système ou du compartiment avec un potentiel hydrique plus élevé vers le système ou le compartiment avec un potentiel hydrique plus faible. Cela ramène la différence de potentiel hydrique entre les deux systèmes (Δ) à zéro (Δ = 0). Par conséquent, pour que l'eau se déplace à travers la plante du sol à l'air (un processus appelé transpiration), les conditions doivent exister en tant que telles :

??sol >racine >tige >feuille >atmosphère.

L'eau ne se déplace qu'en réponse à Δ, pas en réponse aux composants individuels. Cependant, étant donné que les composants individuels influencent le total Ψsystème, une plante peut contrôler le mouvement de l'eau en manipulant les composants individuels (en particulier Ψs).

Potentiel de soluté

Potentiel de soluté (Ψs), également appelé potentiel osmotique, est négatif dans une cellule végétale et nul dans l'eau distillée. Les valeurs typiques pour le cytoplasme cellulaire sont de –0,5 à –1,0 MPa. Les solutés réduisent le potentiel en eau (entraînant un négatifw) en consommant une partie de l'énergie potentielle disponible dans l'eau. Les molécules de soluté peuvent se dissoudre dans l'eau car les molécules d'eau peuvent s'y lier via des liaisons hydrogène ; une molécule hydrophobe comme l'huile, qui ne peut pas se lier à l'eau, ne peut pas entrer en solution. L'énergie des liaisons hydrogène entre les molécules de soluté et l'eau n'est plus disponible pour fonctionner dans le système car elle est liée dans la liaison. En d'autres termes, la quantité d'énergie potentielle disponible est réduite lorsque des solutés sont ajoutés à un système aqueux. Ainsi,s diminue avec l'augmentation de la concentration de soluté. Parce ques est l'une des quatre composantes de Ψsystème oule total, une diminution des entraînera une diminution de Ψle total. Le potentiel hydrique interne d'une cellule végétale est plus négatif que l'eau pure en raison de la forte teneur en soluté du cytoplasme. En raison de cette différence de potentiel hydrique, l'eau se déplacera du sol vers les cellules racinaires d'une plante via le processus d'osmose. C'est pourquoi le potentiel de soluté est parfois appelé potentiel osmotique.

Les cellules végétales peuvent manipuler métaboliquement Ψs (et par extension,le total) en ajoutant ou en retirant des molécules de soluté. Par conséquent, les plantes ont le contrôle sur Ψle total via leur capacité à exercer un contrôle métabolique sur Ψs.