Les plantes en contact avec le protoxyde d’azote

On a souvent émis l’hypothèse que les cellules végétales pouvaient employer l’oxygène du protoxyde d’azote pour leur respiration normale. J’ai fait des recherches spéciales sur les questions qui s’y rattachent (3) et je vais indiquer de quelle manière elles ont été effectuées. Une cloche courbe (voy. fig. 9), d’une capacité de 90 c. c. environ,

(1) On trouvera dans: Pfeffer, Untersuchungen aus d. botan. Institut zu Tübingen, vol. 1, cah. 4, la description d’un appareil plus compliqué, et partant plus difficile à construire, destiné à des recherches comparatives sur la production d’anhydride carbonique dans l’air et l’hydrogène.

(2) Voy. Johannsen, Untersuchungen aus d. botan. Institut zu Tübingen, vol. 1, cah. 4.

(3) Voy. Detmer, Landwirthschaftl. Jahrbücher, vol. 41, p. 213.

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est remplie d’eau distillée, préalablement bouillie, puis complètement refroidie dans un vase fermé, qui sera déplacée par du protoxyde d’azote (a). Une autre cloche courbe (6) sera de même remplie d’eau dans laquelle N20 sera introduit après qu’on y aura placé 20 germinations de pois âgées de 7 jours et développées dans l’obscurité. Une troisième cloche (c) sera aussi pourvue d’eau et de plantules de pois, mais on y fera pénétrer de l’air atmosphérique. Le protoxyde d’azote se prépare en chauffant du nitrate d’ammonium du commerce dans une cloche courbe, et en débarrassant le gaz, avant de l’employer, des petites quantités d’oxyde d’azote et d’acide nitrique qu’il pourrait entraîner, en le faisant passer à travers une dissolution de sulfate ferrique et une lessive de potasse. Lorsqu’on introduira les gaz, on veillera à ce qu’une très petite quantité d’eau reste dans les cloches courbes. Dans mes expériences, après avoir été préparés de la façon qui vient d’être indiquée, les appareils sont laissés en repos pendant 20 heures à une température de 20° G. environ. L’ouverture des cloches est plongée dans le mercure, et les petites quantités d’eau restantes ont pour objet de protéger les plabtules contre l’action nuisible des vapeurs mercurielles. Après ces 20 heures, tous les appareils sont plongés sous beau, qu’il est nécessaire de maintenir à une basse température à l’aide de morceaux de glace, en ayant soin d’empêcher la pénétration de l’air. Il se produira peu à peu une absorption presque complète des gaz qui se trouvent dans les cloches courbes a et 6, tandis qu’il reste un grand volume de gaz dans la cloche courbe c. Il en résulte que le protoxyde d'azote a été décomposé par les plantules. Les petites quantités de gaz qui restent après l’absorption de N20 dans la cloche a (en l’absence de germination) ainsi que dans la cloche b (en présence de germinations), provenaient évidemment de l’eau employée comme liquide d’absorption.

Nous effectuerons encore l’expérience qui va suivre afin de prouver que les graines, plus spécialement, ne peuvent germer dans le protoxyde d’azote. Deux cloches courbes (a et b) seront remplies d’eau distillée et complètement refroidie dans un vase fermé. Dans chaque cloche, nous porterons encore quelques grains gonflés de froment, puis nous plongerons dans le mercure les ouvertures des cloches et nous déplacerons l’eau en a par du protoxyde d’azote, en b par de l’air atmosphérique. Au bout de quelques jours, les grains germeront en b ; ceux qui se trouvent en a ne germeront point. Cependant, si on les porte à l’air et si on les expose aux conditions normales de germination , ils développeront après coup leurs plantules s’ils n’ont pas séjourné trop longtemps dans le protoxyde d’azote, mais, par exemple, deux jours seulement.

108. Expériences sur la respiration, la production d’alcool et la croissance

de la levure.

Lorsqu’il s’agit de démontrer que la fermentation alcoolique, due à l’action de la levure, produit de l’anhydride carbonique, on remplit aux 2/3 un flacon, d’une capacité de 500 c. c. environ , de la dissolution nutritive de Pasteur (pour sa préparation, voy. le § 17), à laquelle on ajoute une quantité suffisante de levure. Le flacon sera fermé au moyen d’un bouchon traversé par la branche la plus courte d’un tube de verre courbé deux fois à angle droit. Quand, après quelque temps, le liquide subira une fermentation énergique, on remplira un second vase d’eau de baryte claire et on le fermera au moyen d’un bouchon percé de deux ouvertures. Dans l’une, on introduira un tube de verre ouvert à ses deux extrémités; dans l’autre, la longue branche du tube de verre courbé à angle droit dont il vient d’être question. Des bulles de gaz s’élèveront maintenant dans l’eau de baryte et provoqueront bientôt un trouble considérable dans le liquide. Il y a par conséquent production d’anhydride carbonique pendant la fermentation. Onpeut aussi le constater en se servant du vase à fermentation de Kühne (voy. fig. 79). On remplira complètement la partie tubulée R de l’appareil de la solution nutritive de Pasteur, ce qui s’effectuera aisément en inclinant convenablement l’appareil, puis on introduira une quantité suffisante de levure dans le liquide fermentescible. La quantité considérable d’anhydride carbonique devenue libre et accumulée en R poussera le liquide dans la partie sphérique K de l’appareil. Pour s’assurer que le gaz produit est de Tanhydride carbonique, il suffira de porter un morceau de potasse caustique dans le liquide. Le gaz sera complètement absorbé. On pourra encore prouver qu’il se produit de l’anhydride carbonique pendant la fermentation en procédant d’une autre manière. On mettra la solution de Pasteur additionnée de levure dans un long tube à réactions que l’on retournera sur le mercure. L’anhydride carbonique qui se formera va refouler de plus en plus le liquide dans le tube, et sa présence pourra être aisément constatée au moyen d’une lessive de potasse. Pour introduire ce réactif dans le tube à réactions, on aspirera une petite quantité de cette substance dans une pipette dont l’extrémité inférieure est recourbée ; puis on fera pénétrer cette extrémité dans l’ouverture du tube à réactions au-dessous du

Fig. 79. — Vase à fermentation de Kühne.

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mercure; on chauffera alors la pipette avec la main tout en maintenant à l’aide du doigt son extrémité supérieure fermée.

Pour démontrer que la levure est réellement en état de produire aux dépens du glucose de l’alcool ainsi que de l’anhydride carbonique et quelques autres substances, on chauffera la solution de Pasteur mélangée d’une quantité de levure assez considérable, puis on la versera dans un grand ballon lorsque la fermentation sera complète. On chauffera alors avec précaution jusqu’à ébullition et on dirigera les vapeurs dégagées dans un réfrigèrent. Lorsque 1/4 du liquide aura passé à la distillation, on interrompra l’opération, on neutralisera la partie distillée avec du carbonate de sodium et on distillera de nouveau. Il sera facile maintenant de relever la présence d’alcool dans le liquide qui va provenir de cette distillation. Il a une odeur caractéristique, il est combustible et il prend une couleur verte lorsqu’il est mélangé avec du bichromate de potassium et de l’acide sulfurique, car l’acide chromique en oxydant l’alcool subit une réduction. Il convient de dissoudre le bichromate de potassium dans une petite quantité d’eau, avant d’ajouter l’acide sulfurique. Quelques gouttes de ce mélange seront alors portées dans le liquide alcoolique (I).

Nous avons déjà souvent eu l’occasion de montrer que les cellules de levure peuvent provoquer, en présence de l’air, une fermentation alcoo lique énergique par leur croissance et leur multiplication. La dissolution nutritive de Pasteur additionnée d’un peu de levure laisse bientôt apercevoir ce phénomène. Mais les cellules de levure, à l’inverse de celles des plantes supérieures, peuvent effectuer aussi leur croissance et leur multiplication en l’absence complète d’oxygène libre (2) . Pour constater ce fait, nous monterons d’abord l’appareil que la fig. 80 représente. Dans le vase a, nous préparerons de l’anhydride carbonique au moyen de spath calcaire (et non de marbre poreux) et d’acide chlorhydrique étendu. On purifiera cet anhydride en le faisant passer à travers le vase b contenant une dissolution de bicarbonate de soude. L’anhydride carbonique traversera alors les deux tubes de verre R' et R", courbés trois fois à angle droit, réunis l’un à l’autre dans le vase en porcelaine c au moyen d’un court tuyau de caoutchouc k. Le vase d , d’une capacité de 400 c.c. environ, sera rempli aux 2/3 de la solution nutritive de Pasteur mélangée d’une petite quantité de levure bien lavée. A travers une ouverture du bouchon de caoutchouc qui ferme hermétiquement le vase d , nous enfoncerons une branche du tube R"; la courte branche du tube R'" sera introduite dans l'autre ouverture. La longue branche de ce dernier tube sera plongée dans un vase e rempli de mercure.

(1) Voy. E. Wolff , Anleitung zur ehern. Untersuchung landwirthschaftl. wichtiger Stoffe , 1875, p. 224, pour la méthode à employer dans le dosage de l’acool.

(2) On trouvera dans mon Lehrhuch der Pßanzenphysiologie la bibliographie principale concernant la fermentation alcoolique.

Fig. 80. — Appareil pour constater qu’il existe des organismes dont le développement peut s’effectuer en l’absence complète d’oxygène.

Au moment d’effectuer les expériences , on chauffera le vase d qui contient la solution de Pasteur, en ayant soin de boucher le col du vase à l’aide d’un tampon d’ouate. On laissera refroidir, puis on additionnera de levure le liquide jusqu’à formation d’un léger trouble et on montera l’appareil. Tous les tubes, avant d’être employés, devront être soigneusement nettoyés, et il conviendra de les laver avec de l’eau distillée bouillante. Il sera bon surtout de prendre les mesures de précaution qui vont être indiquées, afin d’éviter autant que possible l’accès de l’air dans la solution de Pasteur. On intercalera entre le tube de verre R’ et le vase b, dans lequel se trouve la dissolution de bicarbonate de sodium, un flacon renfermant une solution de sucre en voie de fermentation active , afin que l’acide carbonique soit dépourvu de toute trace d’oxygène libre. Pour éviter l’accès de l’air dans le vase d , on fera usage d’un bouchon de caoutchouc enfoncé profondément dans le col du vase, de manière qu’on puisse placer du mercure dans le col au-dessus du bouchon. Après avoir versé du mercure dans le vase en porcelaine c, on dirigera de l’anhydride carbonique pendant 2 heures dans l’appareil et on interrompra la communication entre les tubes R" et R" en enlevant le tuyau de caoutchouc. Si, maintenant, on laisse longtemps reposer le vase d (il convient de l’exposer à une température de 25-30° C.), dans lequel l’accès de l’air est empêché d’une façon absolue au moyen du mercure, il ne tardera pas à se produire un trouble dans la solution de Pasteur, et il pourra même se produire un dépôt des masses de levure qui viennent de se former. La multiplication de la levure est loin d’être aussi importante qu’en présence de l’air, mais l’expérience que nous avons entreprise nous apprend cependant que la levure est en état de croître

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et de bourgeonner en l’absence complète d’oxygène libre. On pourra, par l’examen microscopique, se rendre compte de la nature du dépôt formé.

109. L’émission de chaleur par les plantes et la phosphorescence.

Le phénomène de la respiration est nécessairement lié à un dégagement de chaleur. La chaleur émise par les végétaux peut dans certaines circonstances atteindre une hauteur considérable; on a trouvé, notamment, que les tissus dont la respiration est active ont parfois une température qui dépasse de plusieurs degrés celle du milieu ambiant. Les spadices d’aroïdées dégagent souvent beaucoup de chaleur (1); mais comme ces matériaux d’étude ne sont pas constamment à notre disposition , nous emploierons surtout des graines en germination, avec lesquelles il sera aisé de constater en toute saison que les plantes produisent de la chaleur. Nous ferons usage de l’appareil que représente la fig. 81. Sous une cloche en verre se trouve un vase G contenant une solution concentrée de potasse. L’entonnoir T reçoit d’abord un petit filtre percé, puis les germinations dont on veut étudier l’émission de chaleur. La tubulure de la cloche de verre est fermée au moyen d’un bouchon par l’ouverture duquel un thermomètre Tm est introduit dans l’appareil , de telle sorte que le réservoir à mercure du thermomètre soit complètement entouré de graines en germination. Il sera facile de se procurer les germinations, qui serviront de matériaux d’étude, en plaçant les graines gonflées ( Pisum , T riticum) dans des cristallisoirs en verre sur du papier à filtrer maintenu humide ; la germination ne tardera pas à s’effectuer. A côté de l’appareil contenant les germinations, on en placera un second présentant exactement les mêmes dispositions. Seulement, l’entonnoir ne sera pas rempli de plantes en voie de germination, mais de boulettes de papier trempées dans l’eau. J’ai expérimenté, par exemple, sur des plantules de froment âgées de 4 jours, placées dans un entonnoir ayant une capacité de 200c. c. environ. Le thermomètre, au bout de quelque temps, indiquait 19° G., tandis que celui qui était entouré de boulettes de papier mouillées ne donnait que 17° G. L’excès de température des germinations était donc de 2° G. En employant l’appa-

Fig. 81. — Appareil pour montrer la chaleur émise par les plantes.

(1) Voy. G. Kraus, Abhandlungen d. naturforsch. Gesellschaft zu Ralle , vol. 16. Ce travail contient aussi la bibliographie du sujet.

reil que nous venons de décrire, il n’est pas à craindre que les matériaux d’étude ne manquent d’oxygène, car on n’a point fait usage de fermeture imperméable à l’air et parce que l’anhydride carbonique produit est absorbé par la solution de potasse. Mais il importe que les appareils soient montés et pourvus de leurs germinations ou de leurs boulettes de papier quelques heures avant qu’il ne faille (pendant la leçon, par exemple) noter les températures. Avant d’entreprendre les expériences, il sera évidemment nécessaire de comparer soigneusement les indications fournies par les deux thermomètres. Il sera instructif également d’employer des boutons & Anthémis ou de Bellis , par exemple, comme matériaux d’études, au lieu des germinations. La production de chaleur par ces organes est assez considérable.

Pour constater le dégagement de chaleur pendant la fermentation alcoolique produite par les cellules de levure, il suffira de procéder de la façon qui va être indiquée. On prendra deux vases (A et B). Dans A, on versera 300 c. c. de la dissolution nutritive de Pasteur ; dans B, 300 c. c. d’eau. Les deux liquides recevront une quantité considérable de levure et seront laissés à une température de 24° G. environ. Lorsqu’il se produira une vive fermentation dans le vase A, on mesurera la température des liquides. On verra ainsi que la température du liquide dans le vase A est supérieure de 1-2° G. à celle de l’eau du vase B (1).

Il a été prouvé que certaines plantes émettent de la lumière par suite de phénomènes vitaux. G’est ainsi qu’on a pu observer d’une façon positive la production d’une phosphorescence chez l’ Agaricus olearius et les rhizomorphes. Mais je n’ai jamais eu Poccasion d’observer ces phénomènes. J’ai pu cependant examiner la luminosité des poissons en putréfaction, due à des bactéries, mais je ne sais si ce phénomène se produit très communément ou s’il n’a lieu que dans des circonstances déterminées.