La structure interne
Si les composants de l'épiderme des cactacées sont assez nombreux, il n'en est pas moins de ceux internes.
Nous avons réalisé une coupe transversale d'un Echinopsis rhodotricha pour observer son organisation interne.
Ci dessus le cactus avant la découpe.
Le mésophylle des cactées a
évolué pour devenir un tissu de rétention de l’eau très épais et le composant principal du cactus.
Ce mésophylle est constitué de plusieurs parties qui ont chacune un rôle bien précis.
Le parenchyme chlorophyllien, situé dans la partie supérieure du mésophylle, est constitué de cellules notamment riches en chloroplastes. Les cellules photosynthétiques, sont alignées et espacées les unes des autres afin de favoriser la diffusion rapide des gaz dans le tissu.
Dans la zone centrale se trouve un parenchyme palissadique, très épais, responsable des différentes réserves en eau, gaz, et sucres.
Le parenchyme de réserve a pour fonction de stocker les espèces chimiques élaborées par les cellules chlorophylliennes.
Le parenchyme aquifère permet de stocker l'eau ce qui explique qu'il soit constitué de cellules volumineuses, aux membranes plasmiques minces. Le parenchyme aquifère est une particularité des plantes succulentes.
Le parenchyme du cortex étant très épais, les cactus ont du trouver une solution pour remplacer rapidement l'eau perdue par évaporation en surface de la plante, sans quoi les cellules chlorophylliennes risqueraient de se dessécher. Il est aussi nécessaire que les sucres et l'amidon produits par le parenchyme chlorophyllien soit acheminés au reste du cactus.
Chez les cactées, cette diffusion se fait par des nervures ou faisceaux conducteurs qui irriguent le cortex à partir de la zone centrale nommée moelle, pour prévenir la déshydratation de surface, et qui ramènent vers l’intérieur du cactus les sucres synthétisés dans la zone photosynthétique.
Ces nervures représentent une innovation importante et indispensable car ils permettent aux parties photosynthétiques d’adopter des formes très massives. Les nervures ressemblent à celles présentes dans les feuilles et ne vont jamais jusque dans l’épiderme ou la cuticule.
Une observation à l’œil nu peut nous permettre de constater une différence au niveau de la taille des vaisseaux entre un cactus et une plante non succulente. En effet, les vaisseaux à l'échelle macroscopique qui parcourent la feuille sont bien plus gros et bien plus nombreux que chez un cactus. Ce phénomène est du à l'une des nombreuses adaptations du cactus face à son environnement.
Chez les plantes vasculaires, le xylème est l'ensemble des vaisseaux et des cellules mortes qui permet l'irrigation de l'eau, de la sève et des produits de la photosynthèse à l'ensemble de la plante.
Les cactées favorisent des vaisseaux fins et plus nombreux afin d'éviter un phénomène spécifique au milieu aride appelé cavitation. De plus l'épaisseur des tissus de soutien enveloppant les vaisseaux et les trachéides permet une protection supplémentaire contre la cavitation.
La cavitation est favorisée par une forte transpiration couplée avec une faible quantité d'eau absorbée au niveau des racines, formant des bulles d'air à l'intérieur des vaisseaux, ce qui peut être mortel pour une plante qui ne peut alors plus s'irriguer correctement. Ainsi en choisissant des vaisseaux plus fins, le risque de cavitation est réduit. Les cactus possèdent quelques larges vaisseaux qui leurs sont nécessaires mais qui en cas de cavitation peuvent être remplacés par des petits vaisseaux.
L’eau stockée dans le parenchyme aquifère doit être facilement disponible pour les autres cellules, notamment pour les cellules photosynthétiques qui ne doivent en aucun cas se déshydrater. Pour cela, les parois des cellules du parenchyme aquifère, responsable du stockage de l’eau, sont minces et souples, ce qui leur permet de varier de volume quand elles libèrent de l’eau. En revanche, les parois cellulaires du parenchyme chlorophyllien, où se trouvent les cellules responsables de la photosynthèse, sont épaisses et sans repliement possible, ce qui leur permet de garder leur forme et d’éviter de perdre de l’eau. Par conséquent, quand la température augmente, le volume d'eau à l'intérieur d'un cactus diminue, les cellules du parenchyme aquifère se déshydratent au profit des cellules photosynthétiques, permettant à la photosynthèse de continuer.
C'est ce que nous avons pu constater lors de notre expérience initiale: chargé en eau, le cactus mammillaria a ses mamelons gonflés. Dès qu'une hausse de température se fait sentir, les cellules internes se collapsent a profit des cellules photosynthétiques. Cela se traduit par le rétrécissement des mamelons et ainsi, une diminution du diamètre du cactus.
