La formation de glace dans les plantes gelées

Une coupe, de quelques centimètres d’épaisseur, pratiquée dans une betterave, est convenablement lavée, puis desséchée. On la dépose ensuite dans un vase, que l’on recouvre d’une lame en verre pour éviter l’évaporation de l’eau, et on la soumet à une température de — 6° C. environ. Quand l’objet sera complètement gelé, sa surface supérieure sera recouverte d’une croûte de glace qui, au microscope et à une température inférieure à 0° C , se montre formée par des aiguilles de glace serrées côte à côte. La glace est particulièrement abondante sur la face inférieure de la coupe, aux endroits où cette coupe a touché le fond du vase. Cette glace n’étant point colorée en rouge, il en résulte que ce n’est pas le suc cellulaire qui a subi la congélation, mais l’eau presque pure provenant des cellules.

Dans certaines circonstances, il peut, évidemment, se former de la glace dans les cellules des organes végétaux gelés; mais d’ordinaire, pendant la congélation, l’eau passe dans les espaces intercellulaires ou dans d’autres cavités des tissus et s’y engourdit. On enlève la partie supérieure d’une grande betterave, puis, à l’aide d’une ficelle, on assujettit la portion coupée à sa place primitive, après avoir pratiqué dans la partie inférieure de la betterave une cavité peu profonde. Si

DEUXIÈME DIVISION

on soumet alors la plante pendant longtemps à un froid d’environ — 8° G., la cavité recueillera une grande quantité de glace (1).

La marche de la température dans les organes végétaux gelés est très instructive. Elle a été étudiée pour la première fois par Müller- Thurgau. J’ai employé pour ce genre de recherches l’appareil que représente la fig. 36, Sous la cloche tubulée Gg, se trouve un anneau en verre Gr qui reçoit l’objet soumis à l’expérimentation, un tubercule de

pomme de terre K, par exemple. A l’aide d’un perce-bouchons, on y pratique une assez large ouverture qui atteint le milieu du tubercule et qui , après avoir été essuyée au moyen de papier à filtrer, reçoit le réservoir cylindrique d’un bon thermomètre T. 11 y a avantage à se servir d’une cloche possédant deux tubulures et pouvant, par conséquent, recevoir un second thermomètre, qui servira à mesurer la température du milieu dans lequel le tubercule aura été placé. Tout l’appareil sera disposé dans un grand vase, et les recherches se feront dans un lieu froid. Ce vase permettra d'entourer la cloche d’un mélange réfrigérant (neige et sel marin). De cinq en cinq minutes, on lira les indications fournies par le thermomètre. La tempéra- 7’ Lire du tubercule descend peu à peu à — 3 et — 4° C. Mais alors, elle s’élève subitement rig. 36. — Appareil pour montrer jusqu’à 1° C. environ, se maintient assez

la marche de la temperaure dans J 1 , , ? 1 •

les tubercules de pomme de constante pendant longtemps, pour s abaisser de nouveau jusqu’à atteindre la température de l’air ambiant, à peu près — 5°C. Lorsque les tubercules de pomme de terre sont exposés à une température inférieure à 0°, il y a d’abord refroidissement des tissus sans formation de glace. Dès que le maximum de refroidissement est atteint, la congélation, se produit subitement et la chaleur mise ainsi en liberté fait monter la température du tubercule jusqu’à son point de congélation, c’est-à-dire à peu près 1° C. La température du tubercule s’abaisse alors peu à peu, et devient égale à celle de T air ambiant. Les autres organes végétaux se comportent d’une façon semblable. J’ai enroulé, par exemple, la lame foliaire d’un Bégonia (B. manicata) autour du réservoir à mercure d’un thermomètre, sur lequel je l’assujettissais au moyen d’une ficelle. En soumettant au refroidissement, j’ai pu constater que le maximum de refroidissement était situé vers — 4° 8 C.,

(I) Voy. concernant ce qui a été dit et ce qui va suivre : Müller-Thurgau, Landwirth. Jahrbücher , vol. 9, p. 133,

LES FORCES MOLÉCULAIRES DES PLANTES. 91

et le point de congélation à — 0,8° C. Dès que cette dernière tempéra ture était atteinte, la feuille était décolorée (voy. g 44).

Pour concevoir que des organes végétaux soumis à des températures inférieures à 0° ne subissent qu’un refroidissement, et que leur point de congélation n’est pas 0°, mais une température plus basse, il suffira de se rappeler l’influence du gel sur les dissolutions salines et sur l’eau retenue par capillarité contre des corps solides. Dans les cellules végétales, on ne trouve pas de l’eau pure, mais une solution aqueuse de différentes substances, et les formations végétales organisées retiennent l’eau. L’eau pure se congèle à 0°, mais une solution aqueuse (de sel marin, par exemple), demande une température plus basse. Les solutions de sel marin, suivant leur degré de concentration, peuvent être refroidies plus ou moins considérablement avant de se congeler. La température des solutions s’élève alors subitement jusqu’à atteindre Je point de congélation qui leur est propre et qui est toujours inférieur à 0°. On pourra aisément, par des expériences convenables, démontrer ces principes. Pour étudier l’action du gel sur l’eau retenue par capillarité, j’ai enveloppé, comme dans l’expérience de Müller-Thurgau, le réservoir à mercure d’un thermomètre de papier à filtrer que je trempais dans l’eau et que j’essuyais ensuite extérieurement. Soumis à une basse température , sous une cloche en verre entourée d’un mélange réfrigérant, la température du papier à filtrer descendit peu à peu jusqu’à — 3° C. environ (maximum de refroidissement), puis s’éleva brusquement jusqu’à 0° G. environ.

L’eau qui se trouve dans les solutions et celle qui est retenue contre les corps solides par capillarité — et l’eau, dans la plante, se rencontre dans de pareilles conditions — - ne se congèle par conséquent pas à 0° C., comme l’eau pure, mais à des températures inférieures. L’état d’équilibre entre les particules d’eau et les particules du sel ou du corps solide n’est détruit qu’à des températures inférieures à 0°, ce qui permet à la congélation de se produire. Il se dégage évidemment pendant le gel une quantité considérable de chaleur, mais la température des dissolutions salines ou celle du corps solide imbibé d’eau n’atteint pas tout à fait 0° G., parce qu’une certaine quantité de chaleur est employée pendant la congélation à rompre l’adhérence des particules d’eau contre les particules du sel ou du corps solide.

47. La mort des plantes sous faction de températures trop élevées.

On emploie d’abord comme matériaux d’étude des jeunes plantes de Zea , de Nicoliana , de Cucurbita, de Phaseolus ou de Tropæolum, cultivées en pots. Ces plantes peuvent servir aux expériences dès qu’elles ont développé quelques feuilles. L’air contenu sous la cloche d’un thermostat est amené ensuite à la température dont on veut étudier l’action sur

DEUXIEME DIVISION

les plantes. Lorsque cette température est devenue constante, une plante est introduite dans le thermostat. On attend que la température dont on veut étudier l’influence soit rétablie dans l’appareil, et on abandonne les plantes à cette température pendant un certain temps. Un thermomètre est enfoncé dans la terre du pot, un autre est suspendu sous la cloche de manière à toucher la partie aérienne de la plante. Les expériences peuvent être faites de diverses façons. Nous exposerons, par exemple, une plante pendant une demi-heure dans une atmosphère dont la température est de 40 ou 45° G., ou nous la mettrons dans l’appareil pendant 10-30 minutes à une température de 52° G. Les plantes seront alors retirées du thermostat et placées dans leurs conditions normales de vie, afin d’observer les conséquences de l’expérience. Les plantes supportent d’ordinaire sans inconvénients un séjour d’une demiheure dans l’air chauffé à 40-45° G., mais elles sont généralement tuées par un séjour de 10-30 minutes dans l’air chauffé à 52° G. Il est d’ailleurs à remarquer que la mort n’arrive pas immédiatement après leur séjour de 10 minutes dans une atmosphère dont la température est trop élevée, comme par exemple 52° C. ; ce n’est le plus souvent qu’au bout de quelques jours que les plantes meurent. Les feuilles qui viennent d’achever leur développement, se décolorent peu à peu; les vieilles feuilles, les entrenœuds ainsi que les bourgeons ne périssent que plus tard. Lorsqu’on veut faire avec exactitude des recherches comparées sur l’influence que les hautes températures exercent sur les plantes, il est nécessaire de répéter plusieurs fois chaque expérience à une température déterminée et de faire usage, dans chaque expérience, d’une plante qui n’a pas encore été employée et qui se trouve, par conséquent, dans des conditions tout à fait normales. On se gardera ainsi des erreurs. Il serait instructif également de placer des plantes pendant longtemps (quelques heures et même des jours) dans le thermostat à une température relativement basse (35-40° G. par exemple), pour observer ensuite les conséquences de ce séjour.

Les plantes ne peuvent supporter sans inconvénients un séjour de 10 minutes (ou un peu plus long) dans l’air chauffé à 52° G., mais des températures d’environ 45 à 48° C. sont mortelles en 10 minutes aux matériaux d’étude plongés dans l’eau. Pour démontrer ce fait, on plonge dans Peau chauffée à cette température la partie aérienne d’une plante cultivée en pot, après avoir pris la précaution d’empêcher la terre de s’échapper du pot. La température sera maintenue constante pendant toute la durée de l’expérience, et, après 10 minutes, on retirera la plante pour observer les suites de son immersion.

Pour étudier l’action de l’eau à de hautes températures sur les plantes, on peut aussi expérimenter avec des organes végétaux détachés, avec des feuilles par exemple. J’ai employé entre autres, pour des recherches de ce genre, des feuilles de Bégonia manicala et de Vitis vinifera. Ces feuilles constituent des matériaux d’étude très convenables,

LES FORCES MOLÉCULAIRES DES PLANTES

parce qu’elles subissent un changement sensible de coloration lors de la mort des cellules. Une immersion de 15 minutes dans l’eau à 40° C. ne tue pas les cellules des feuilles de Bégonia. Ces mêmes feuilles plongées dans l’eau à 75° C. changent presque aussitôt de coloration et sont par conséquent tuées. L’eau à 55° C. tue les feuilles dans l’espace de deux minutes.

Pour constater ce fait important que les organes des plantes, surtout les graines, résistent beaucoup mieux à l’action de la chaleur lorsqu’ils sont à l’état sec que lorsqu’ils sont imbibés d’eau, on emploiera l’appareil que représente la fig. 37. Le vase cylindrique B est rempli d’eau. Le large bouchon qui le ferme possède plusieurs ouvertures. L’une d’elles reçoit le thermomètre T, et les deux autres, un tube à réactions (P et P’). L’ouverture de ces tubes est fermée à l’aide d’un bouchon traversé aussi par un thermomètre. Tout l’appareil est suspendu à un anneau métallique et plongé dans l’eau d’un bain-marie. On chauffe ensuite avec une lampe à gaz ou à alcool, jusqu’à ce que les thermomètres des tubes à réactions indiquent que la température à laquelle on veut expérimenter est atteinte (50, 60 ou 70° C. par exemple). Dans un des tubes à réactions, on porte des graines sèches; dans l’autre, des graines gonflées. On emploie, par exemple, 50 à 100 graines de Pisum , de Zea ou de Trilicum pour les exposer à une température maintenue constante pendant quelque temps (une heure par exemple) .

Les graines seront déposées ensuite sur de la sciure humide et placées dans des conditions favorables pour la germination. Une sur les grainespartie des graines sèches qui avaient été

chauffées, entraient en germination; les graines gonflées, incapables de germer, ne tardaient pas à périr.

Des graines de Pisum , de Zea ou de Triücum desséchées à l’air peuvent être exposées pendant une heure à des températures, de 65 ou 70° G. sans perdre la faculté de germer; mais celle-ci est évidemment plusou moins diminuée. Après avoir exposé, pendant une heure, à une température de 62° C., des graines de froment desséchées à l’air, j’ai constaté que la proportion des graines capables de germer n’était pas

DEUXIÈME DIVISION

négligeable. Des graines de froment gonflées que j’avais exposées pendant une heure à une température de 62° C., périrent pendant les essais de culture (1).

48. Les altérations que subissent les plantes lorsqu’elles sont tuées par des températures trop élevées.

Dans l’eau à 50° C., on plonge pendant peu de temps (à peu près une minute) une jeune feuille provenant d’un bourgeon tVElodeci canadensis, dans les cellules de laquelle on a constaté l’existence d’un vif courant protoplasmique. Sous l’influence de cette température élevée, le courant protoplasmique est arrêté instantanément et ne se rétablit plus, même longtemps après. L’objet soumis à l’expérimentation a subi une désorganisation qui l’a tué.

Un grand nombre de feuilles (j’ai expérimenté, notamment, sur des feuilles de chou) n’éprouvent pas de changement sensible dans leur coloration, lorsqu’on les plonge pendant quelque temps dans l’eau chauffée à une température élevée (60° C. par exemple). Les feuilles meurent cependant très rapidement dans l’eau chaude; leurs cellules perdent leur turgescence et l’organe devient mou. Elles ne peuvent pas non plus regagner leur turgescence normale. On plonge dans l’eau chaude des feuilles dont les cellules ont un contenu fort acide (d’après mes expériences personnelles, les feuilles de Bégonia manicata et de Vitis vinifera constituent des matériaux d’étude remarquables). Ces feuilles seront bientôt décolorées. Par suite de la destruction du protoplasme, les corps chlorophylliens se trouveront en contact avec le suc cellulaire fort acide, et celui-ci décomposera le pigmentchlorophyllien. Les feuilles de Bégonia plongées dans l’eau à 55° C. sont décolorées au bout de 2 minutes; dans l’eau à 75° C., elles perdent presque instantanément leur couleur verte. L’examen au microscope de coupes tangentielles de feuilles tuées de Bégonia manicata montre, en effet, que les grains de chlorophylle ne sont plus colorés en vert, mais en brun.

D’après mes expériences, on peut facilement constater, par la méthode qui va suivre, que le protoplasme, tué par des températures trop élevées perd sa constitution normale, ce qui permet à la diosmose des acides du suc cellulaire de s’effectuer aisément. Un fragment vivant du pétiole d’une feuille de Bégonia manicata est déposé dans l’eau distillée. Un autre morceau du même pétiole est tué par immersion dans l’eau à 60° C. Lorsqu’il sera décoloré, on le plongera rapidement dans l’eau distillée. Dans cette eau ainsi que dans celle qui a reçu le fragment de pétiole vivant, on verse une petite quantité d’une solution de chlorure

(1) Bibliographie : Sachs, Flora, 1864, p. 5, et Handbuch d. Experimentalphysiologie d. Pflanzen , 1865, p. 64. Voy. aussi : Detmer. Vergleichende Physiologie d. Keimung sprocesses d. Samen , 1880, p. 401;Hohnel, in Wissenschl.-prakt. Untersuchungen auf d. Gebiete d. Pflanzenbaues de Fr. Haberlandt, vol. 2, p. 77, et Detmer, Bot an. Zeitung , 1886, n° 30.

LES FORCES MOLÉCULAIRES DES PLANTES

de calcium, après avoir enlevé les morceaux de pétiole. Le premier de ces liquides reste clair; l’autre, qui contenait le morceau de pétiole tué, devient trouble par suite de la précipitation d’oxalate de calcium. Le protoplasme tué est devenu perméable à l’acide oxalique du suc cellulaire et l’a laissé échapper à l’extérieur, dans l’eau ambiante.

Des poils staminaux d’un Tradescantia sont tués par immersion dans l’eau à 55 ou 60° G., puis déposés dans une goutte d’eau sur un porteobjet et examinés. On observe que le pigment rouge ou violet du suc cellulaire se rend dans l’espace compris entre le protoplasme et la membrane cellulaire; puis, finalement, il passe aussi à travers cette dernière et se répand dans l’eau ambiante. Le protoplasme normal est imperméable aux matières colorantes. On essuie soigneusement des morceaux de betteraves fraîches, pour enlever le suc cellulaire qui s’échappe des cellules coupées, et on les met dans l’eau. Celle-ci ne leur enlève point leur matière colorante, même après un séjour de plusieurs heures. Mais si les cellules de betteraves ont été au préalable tuées sous l’action de hautes températures, elles laisseront échapper rapidement leur matière colorante dans l’eau à la température ordinaire. On place dans du jus rouge de betteraves, des morceaux de navets, les uns frais, constitués donc par des cellules vivantes, les autres formés de cellules tuées par immersion dans l’eau à 60° C. Au bout de 24 heures, la matière colorante n’aura pas pénétré dans les premiers, tandis que les derniers seront tout à fait colorés en rouge. Dans le g 55, il sera question aussi des remarquables propriétés de la couche membraneuse du protoplasme.

49. Destruction de la structure moléculaire par des actions mécaniques.

On sait généralement que si les organes végétaux peuvent subir une faible pression ou un léger froissement sans éprouver de dommage, leur structure moléculaire est détruite par des actions mécaniques énergiques. Pour faire ressortir ce fait, on peut cependant effectuer encore quelques expériences qui ne sont pas tout à fait dénuées d’intérêt.

Dans l’eau à 15-20° G., on jette une petite quantité d’amidon de pomme de terre. Une égale quantité d’amidon, après avoir été broyée le plus convenablement possible dans un mortier avec du sable quartzeux pur, sera aussi jetée dans l’eau. Après quelques heures de repos, on filtre les deux liquides. Dans le premier, l’iode ne décèle pas la présence de granulöse: dans le second, on observe que l’eau a enlevé de la granulöse à l’amidon broyé avec du sable. L’action mécanique a détruit la structure moléculaire des grains d’amidon et donné de la granulöse au liquide; celui-ci n’en reçoit point des grains intacts.

Les tissus de la lame foliaire du Bégonia manicata serrés violemment entre les doigts prennent aussitôt une couleur brune aux endroits pressés. L’examen microscopique de sections tangentielles pratiquées aux

DEUXIÈME DIVISION

endroits pressés montre que les grains de chlorophylle des cellules, d’un beau vert à l’état normal, sont décolorés. La pression a amené la mort des éléments constituants protoplasmatiques des cellules. Ces derniers sont devenus perméables au suc cellulaire acide, et celui-ci a décomposé le pigment chlorophyllien (1).