L'épiderme
L'épiderme d'un cactus est bien différent de celui d'une plante normale. Persistant pendant toute sa vie et protégeant les cellules photosynthétiques, il a pour obligation d'être un rempart à la chaleur et d'éviter l'évaporation de l'eau.
Pour mieux comprendre son fonctionnement nous l'avons observé et avons tiré les connaissances essentielles suivantes, pour avancer dans notre démarche.
La surface de l'épiderme.
Afin de démarrer nos recherches sur l'épiderme des cactus, nous avons observé l'épiderme d'un Mammillaria et d'un Pilosocereus Pachycladus à l'aide d'une loupe binoculaire.
Tout d'abord, nous observons que la cuticule du cactus Pilosocereus Pachycladus semble recouverte d'une substance claire et poudreuse. Cette matière est en réalité une cire que l'on peut appeler purine et qui agit dans la protection contre les UV du soleil.
De nombreuses autres matières non observables à la loupe binoculaire recouvrent l'épiderme et lui permettent une protection optimale contre les agressions extérieures.
D'une part la cuticule qui le protège en surface est composée de cire qui est enrobée de cutine, toutes deux de nature lipidique, qui lui attribue des caractéristiques hydrophobes, ce qui limite les pertes d'eau.
Nous notons aussi la présence de nombreux petits orifices sur cette même surface.
Les observations que nous vous détaillerons un peu plus bas nous ont démontré que non. Les stomates ne dépassent pas les 25 µm, ils ne sont donc pas observables avec une loupe binoculaire. Ces trous sont en réalité des pertuis, petits orifices des glandes de l'épiderme.
De minuscules trichomes, que nous n'avons pas eu l'occasion d'observer sur l'épiderme des cactus les protègent parfois des effets nocifs des UV, et peuvent être couplés à l'action de pigments synthétisés directement dans l'épiderme ou plus en profondeur dans le collenchyme.
Les stomates
Une des caractéristiques les plus importantes de l'épiderme d'un cactus réside cependant dans leurs stomates. Nous avons donc entrepris de les observer.
Les stomates sont les portes d'entrée et de sortie des échanges gazeux nécessaires à la photosynthèse, faisant entrer du CO2 et sortir de l'O2 et de l'H2O. Ils se situent sur l'épiderme et s'ouvrent sur une chambre sous-stomatique. Quand un cactus est côtelé, ils se concentrent dans le fond des cannelures, s'exposant moins au vent, préférant l'humidité de ces creux naturels. Principaux facteurs d'évaporation d'eau, ils sont présents en plus faible densité chez les cactus que chez tout autre végétal.
Comment réaliser une observation microscopique de stomates?
Le matériel nécessaire:
- Un cactus
- Un couteau a dents
- Des gants de jardinage
- Une lame de rasoir
- Une pince
- De la moelle de sureau
- Eau distillée
- Lames et lamelles.
- Un microscope et une caméra adaptée a celui-ci.
Le protocole mis en œuvre :
Découper grossièrement le cactus en deux avec le couteau, à l'aide de gants. Prélever un morceau de la partie supérieure de l'épiderme à l'aide de la lame de rasoir et la placer dans la moelle de sureau avec des pinces. Découper le plus finement possible des "tranches" avec la lame de rasoir (plusieurs essais sont nécessaires) jusqu'à obtenir un prélèvement presque transparent. Le rincer a l'eau distillée et le positionner dans une goute d'eau sur la lame. Refermer le montage avec une lamelle en évitant les bulles d'air.
La préparation peut être observée au microscope.
Ces captures d'écran réalisées pendant l'observation microscopique permettent de bien visualiser les différentes parties du stomate.
Les stomates sont des organes à part entière de l’épiderme du cactus qui sont constitués de deux cellules stomatiques aussi appelées cellules de garde qui délimitent le stomate. Elles possèdent une membrane plasmique mince et une seconde plus épaisse, orientée vers l’ostiole, porte d’entrée pour les échanges gazeux. Les membranes fines et épaisses sont reliées entre elles par des microfibrilles et les cellules de garde possèdent de larges vacuoles prêtes a accueillir de l'eau.
Le jour, la lumière bleue du soleil est captée par des « pompes à protons » de la membrane plasmique qui vont faire sortir les H+ de la cellules. Ces ions chargés négativement vont créer une différence de potentiel intérieur-extérieur, qui va être comblée par l’entrée des K+ et des H2O. En pénétrant la cellule, l’eau va faire gonfler la vacuole qui va exercer une pression sur la membrane externe la plus fine. En se déformant, celle-ci va tirer les microfibrilles qui vont elles-mêmes entrainer l’ouverture de l’ostiole en tirant sur la membrane la plus épaisse. Ainsi, le stomate est ouvert, permettant les échanges gazeux. La nuit la lumière bleue disparait et les stomates font machine arrière.
Chez les cactus, ce fonctionnement jour-nuit des stomates est inversé. Le jour ils restent fermés afin d'éviter une trop grande perte d'eau et ne s'ouvrent que la nuit afin de permettre de réaliser les échanges gazeux en perdant le moins d'eau possible.