Les’acides organiques des plantes

Les acides organiques des plantes ne doivent pas être considérés comme des produits de l’assimilation. Ils proviennent ordinairement, au contraire, de l’oxydation des hydrates de carbone. Les acides organiques formés dans les plantes existent à l’état libre dans le suc cellulaire (acides oxalique , citrique, malique, etc.), ou bien en combinaison avec des bases, à l’état de sels neutres ou acides, facilement ou très difficilement solubles dans les cellules. Les sucs du parenchyme contiennent très généralement des quantités plus ou moins importantes d’acides organiques libres ou de leurs sels acides, et il est facile de s’assurer de ce fait en portant une surface fraîche de section d’un organe végétal quelconque sur un morceau de papier de tournesol bleu. L’apparition d’une coloration rouge indiquera la présence d’un acide. Dans un grand nombre de cas, le caractère acide des sucs végétaux se révèle par leur saveur.

Les acides libres, ainsi que les sels acides, remplissent des fonctions très diverses dans les cellules, et nous avons déjà eu l’occasion d’en montrer quelques-unes. Les acides augmentent la turgescence du contenu cellulaire d’une façon très sensible ; ils favorisent la transformation de l’amidon sous l’action de la diastase; ils servent dans certaines plantes de moyen de défense contre les animaux nuisibles ; ils décomposent les nitrates enlevés au sol par les racines, phénomène d’une grande importance pour la formation des matières albuminoïdes; ils fixent l’excès de chaux absorbé par les plantes et ils décomposent les chlorures dans les organismes végétaux, en mettant de l’acide chlorhydrique en liberté.

L’acide oxalique est très répandu dans le règne végétal. On le rencontre, soit à l'état libre, soit à l’état de sels acides solubles dans le suc cellulaire et alors, extrêmement souvent, en combinaison avec la chaux. Les cristaux d’oxalate de chaux se déposent dans des cellules spéciales. Nous avons déjà eu l’occasion de signaler leur existence (voy. g 22). Nous donnerons ici de nouveaux exemples.

Nous pratiquerons une section longitudinale perpendiculairement à la surface d’une feuille d’A/oe arborescens. L’épiderme, le parenchyme vert et le tissu aquifère sans chlorophylle sont faciles à distinguer au microscope. Dans le tissu vert, nous trouvons des cellules utriformes, allongées parallèlement à l’axe longitudinal de la feuille, complètement remplies d’une grande quantité d’aiguilles cristallines

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d'oxalate de chaux. Ces paquets de raphides sont englobés dans le contenu gélatineux des cellules. Les masses gélatineuses et les raphides s'échappent souvent des cellules, lorsqu'on vient à déchirer accidentellement une cellule cristalligène en pratiquant les coupes, de sorte que l’on peut parfois observer ces matières gélatineuses ainsi que les raphides dans le liquide entourant les matériaux d’étude. Si on traite les coupes par la potasse ou l'acide acétique, on remarque que les raphides ne se dissolvent pas. Nous pratiquons ensuite des sections transversales dans une feuille de Bêla vulgaris. A l'examen microscopique, on aperçoit les lames épidermiques des faces supérieure et inférieure, un parenchyme palissadique peu distinct et un parenchyme lacuneux, bien net, riche en espaces intercellulaires. Dans ce dernier se rencontrent les cellules appelées par les Allemands « Ko rnchen schlaüche » complètement remplies de petits cristaux octaédriques d'oxalate de chaux. Nous pratiquerons aussi une section transversale dans un rameau de Tilia paroi folia d'une épaisseur de 5 mm. environ. Cette section a déjà été décrite dans le g 39, mais un fait mérite encore d'attirer notre attention, c'est la présence, dans la partie extérieure des rayons médullaires ainsi que dans le tissu cortical primaire, d'un grand nombre de cellules renfermant des mâcles d’oxalate de chaux.

Quelques plantes, surtout parmi les crassulacées (par exemple Sempervivum , Echeveria , Bryophyllum) , se distinguent par la présence dans leur sève d'une quantité considérable d’acide malique qui est en majeure partie uni à la chaux, comme Kraus (1) l'a spécialement démontré. Le malate dissous dans le suc cellulaire représente parfois 50 % du poids sec du suc des feuilles chez ces plantes. Nous écrasons quelques feuilles de Bryophyllum dans un mortier, nous portons la bouillie obtenue sur un filtre sec, nous déterminons dans une petite portion du liquide obtenu la teneur en matière sèche, et nous mélangeons le reste du liquide avec 4 à 5 fois son volume d'alcool à 96 % . Le malate se sépare en formant un précipité blanc, pulvérulent, que l'on peut recueillir par filtration, dessécher et doser.

Il est actuellement très souvent nécessaire en physiologie végétale d’établir le degré d'acidité des sucs végétaux, c’est-à-dire leur richesse en acides susceptibles d’être soumis au titrage. Il y aura lieu, suivant les cas, d’employer des méthodes différentes. Nous allons nous occuper de ces méthodes. Il s’agira d’abord de retirer des plantes les sucs ou les extraits dont on veut examiner l’acidité. Dans des recherches comparatives, lorsqu'il s’agira seulement d’obtenir pour l’acidité des valeurs relatives, les matériaux d’étude contenant beaucoup d’eau, des pétioles de Rheum , par exemple, seront râpés; les organes végétaux contenant peu d'eau seront découpés en morceaux et broyés aussi complètement que possible dans un mortier en porcelaine. La masse broyée

(1) Voy. G. Kraus, Abhandlungen d. natur for sehenden Gesellschaft zu Halle , vol. 16.

sera pressée dans une toile en exerçant des pressions très uniformes avec les doigts ou à l'aide d'une presse. Le liquide obtenu sera clarifié par filtration. Dans certains cas, il sera nécessaire d'ajouter une légère quantité d'eau au liquide avant de le filtrer. Lorsqu’il s’agira d'obtenir des valeurs absolues pour l’acidité des organes végétaux, on les écrasera, après les avoir pesés, puis la niasse broyée, additionnée d’une légère quantité d’eau, sera chauffée au bain-marie pendant 1/2 heure dans des vases en verre à parois épaisses sous une température comprise entre 80 et 90° C., au maximum, portée ensuite sur un filtre et lavée avec aussi peu d’eau chaude que possible. Pour les recherches sur le rôle des acides organiques libres dans l'organisme des crassulacées (voy. g 131), le meilleur procédé consistera à broyer dans un mortier, après les avoir pesées, les feuilles qui serviront de matériaux d'étude, puis à chauffer la masse broyée, pendant une 1/2 heure au bainmarie, entre 80 et 90° G., au maximum, après l’avoir lavée avec la plus petite quantité d'eau nécessaire, et, enfin, à la porterde nouveau dans le mortier avec une petite quantité d’eau de lavage pour effectuer le titrage immédiatement après son refroidissement.

Pour le titrage des sucs, des extraits ou des masses broyées, on emploiera des solutions étendues de potasse ou de soude. On dissoudra 1 gramme de potasse ou de soude caustique dans 1,000 c. c. d’eau; puis, si l’on veut procéder très soigneusement, on ajoutera de la chaux éteinte qui se combinera après un certain temps avec l’acide carbonique de la solution et on conservera le liquide clair, soutiré à l’aide d’un siphon, dans des vases bien fermés. Pour effectuer le titrage, on laissera écouler d’une burette la solution de potasse ou de soude dans les sucs acides, les extraits ou la masse broyée contenant des acides, et, quand il s’agira de liquides très clairs, on se servira, comme indicateur, de 3 à 5 gouttes d’une solution alcoolique étendue de phénolphtaléine. Autrement, surtout pour le titrage des acides dans les masses broyées, on fera usage de papier de curcuma. Dans des recherches comparatives, il n’est point du tout nécessaire d’établir le titre des solutions de potasse ou de soude. Mais si cette détermination devait être faite, on préparerait une solution normale d’un acide, c’està-dire une solution qui, sur 1,000 c. c., contiendrait un équivalent, exprimé en gr., d'un acide monobasique. En employant l’acide oxalique (G1 2 H2 O4 -h H20 = 126), on dissoudrait 63 gr. d’acide pur dans 1,000 c. c. d’eau. A l’aide de cette solution, il serait facile d’obtenir le titre de la solution de potasse ou de soude (1).

(1) Pour ce qui concerne les méthodes de titrage, voy. Mohr, Lehrbuch d. analytisch -

chem , Titrirmethode .

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131. Les acides organiques libres dans l’organisme des crassulacées et de quelques autres plantes.

Dans un grand nombre de crassulacées et d’autres plantes (surtout chez les végétaux succulents), on observe ce phénomène remarquable que la teneur en acides organiques libres (nous avons notamment affaire alors à l’acide malique) est beaucoup moindre pendant le jour que pendant la nuit. Ce phénomène, extrêmement compliqué, n’a pas encore été complètement élucidé. Cependant quelques faits ont été établis et nous aurons plus tard à les montrer expérimentalement. J’aurai d’abord à exposer, très brièvement, l’opinion que je me suis formée au sujet du rôle des acides organiques dans les crasssu lacées en m’appuyant sur les recherches effectuées (1) . Dans les tissus des crassula • cées et de quelques autres plantes (surtout dans les tissus foliaires) , on observe, d’une manière continue et en toute circonstance, deux phénomènes s’effectuant conjointement d’une importance considérable pour le degré d’acidité de leur sève : d’une part, une production ininterrompue d’acide ; d’autre part, une décomposition incessante. La teneur en acide sera, par conséquent, à chaque instant la résultante de ces deux phénomènes (2).

Fait d’une grande importance, des quantités considérables d’acides libres peuvent dans certains cas s’accumuler très rapidement dans les cellules des crassulacées. Il n’est pas douteux que ce phénomène n’ait une signification pour la physiologie de ces organismes. Ceux-ci croissent généralement dans des endroits secs et, souvent, très riches en calcaire. Ils doivent, par conséquent, pouvoir augmenter les propriétés osmotiques du contenu de leurs cellules afin d’amasser de l’eau dans leurs tissus, et permettre, en même temps, la combinaison de l’excès de chaux des cellules, soutiré du sol par les racines. Les acides organiques remplissent ces deux rôles.

Les acides se forment par l’action de l’oxygène sur les hydrates de carbone. Ils proviennent de l’oxydation des produits de l’assimilation.

(1) Bibliographie : A. Mayer, Landwirthschaftl. Versuchsstationen, vol. 18 et 21 ; Detmer, Jahrbücher de Pringsheim, vol. 12, et Lehrbuch d. Pflanzenphysiologie, 1883; H. de Vries, Verslagen en Mededeelingen der Konikl. Akadem. van Wettenschappen , 1884; G. Kraus, Abhandlungen d. naturforschenden Gesellsch. zu Halle , vol. 16; Warburg, Untersuchungen aus d. botan. Institut zu Tübingen, vol. 2. Les opinions que j’ai émises dans les travaux que je viens de citer diffèrent sensiblement de celles qui vont être exposées.

(2) Dans les tissus des crassulacées, outre une décomposition des acides organiques libres, on remarque encore d’une façon continue une combinaison des acides avec des bases (Kraus). Il en résulte une accumulation progressive dans les cellules de grandes quantités de certains sels. La formation de ces combinaisons, sur lesquelles nous ne nous étendrons pas plus longuement, n’est évidemment pas non plus sans importance sur le degré d’acidité de la sève des crassulacées.

LES TRANSFORMATIONS CHIMIQUES DANS l’oRGANISME VÉGÉTAL. 251

L'accumulation de quantités aussi considérables d’acides dans les tissus des plantes grasses provient de la structure de ces plantes. Les plantes grasses ne peuvent entretenir avec l'extérieur qu'un échange gazeux très restreint, à cause de leur épaisse cuticule, de leur tissu charnu et du nombre relativement minime de leurs stomates. Il en résulte que leurs cellules n'ont pas de l’oxygène en grande quantité et que la combustion des hydrates de carbone reste incomplète. Dans certaines circonstances, au moins, comme cette combustion ne va pas jusqu’à produire de l'anhydride carbonique et de l'eau, des quantités considérables d’acides organiques, produits d’une combustion incomplète, vont pouvoir se déposer.

Le phénomène de la décomposition des acides, qui s’observe d'une façon continue dans les tissus des crassulacées, et conjointement avec celui de la production d'acides, s’effectue avec une énergie qui dépend beaucoup des conditions de température et d’éclairage. Une élévation de température et une augmentation de lumière favorisent d’une manière très considérable la décomposition des acides. Quand les plantes seront exposées dans l’ombre à une haute température ou lorsqu’elles seront soumises à l'action de la lumière, on constatera donc une diminution d’acidité des tissus des crassulacées. Dans l’obscurité — surtout sous une basse température — on observera au contraire une augmentation d'acidité dans la sève des crassulacées. Nous savons, en effet, que l’acidité de la sève des crassulacées est assujettie à l’alternance du jour et la nuit; la sève, qui possède pendant le jour une réaction légèrement acide, devient fortement acide pendant la nuit.

La décomposition des acides doit toujours être attribuée à un phénomène d’oxydation accompagné d’un dégagement d’anhydride carbonique. L'acide formé par oxydation, étant complètement brûlé, il y aura lieu de rechercher, notamment, comment les rayons lumineux peuvent exercer une action favorable sur ce phénomène. On a déjà eu l’occasion de dire que les crassulacées, pour diverses causes, ne pouvaient entretenir qu'un échange gazeux restreint. Ce fait est d’une grande importance pour Je dépôt d’une quantité considérable d'acide. A l'obscurité, il y a, évidemment, manque d’oxygène dans les tissus des crassulacées; la lumière, au contraire, augmente d'une façon considérable la teneur en oxygène des tissus, parce que l’assimilation met de l’oxygène en liberté. Les corps chlorophylliens, en train d'assimiler, ne participent donc pas directement à la décomposition des acides, mais bien d’une façon indirecte, en déterminant la formation dans les tissus des crassulacées de grandes quantités d'oxygène qui produiront, à leur tour, une combustion complète des acides. L’anhydride carbonique alors formé pourra être de nouveau décomposé par les corps chlorophylliens, et l’oxygène mis en liberté favorisera la décomposition des acides.

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Les relations qui viennent d’être indiquées sont celles dont on doit le plus tenir compte lorsque Ja décomposition des acides va en augmentant; elles permettent seules d’expliquer pourquoi la décomposition des acides est favorisée par l’action de la lumière. Mais il me paraît vraisemblable que les rayons lumineux sont alors employés directement aussi. Nous relaterons plus loin des expériences dont les résultats prouvent que la lumière peut même favoriser l’oxydation des acides organiques en dehors de l’organisme. Il est donc fort admissible que les rayons lumineux exercent également une influence directe sur la décomposition des acides dans les cellules végétales.

On sait que les organes des plantes grasses lorsqu’ils séjournent pendant quelque temps (pendant une nuit, par exemple) dans un volume limité d’air, le diminuent. La formation d’acides organiques réclame de l’oxygène. En expirant de l’oxygène, les mêmes organes végétaux augmentent au contraire pendant le jour la quantité d’air qui les entoure. Cet oxygène ne provient pas directement des molécules d’acides organiques en voie de décomposition , mais il constitue un produit de l’activité assimilatrice des corps chlorophylliens. L’anhydride carbonique nécessaire est sans doute fourni, de la façon expliquée plus haut, par les acides organiques en voie de décomposition.

Nous aurons maintenant à montrer comment s’effectuent les expériences nous permettant de nous rendre compte du rôle des acides dans l’organisme des crassulacées.

Comme matériaux d’étude, nous emploierons des exemplaires robustes de Bryophyllum calycinum , d ’Echeveria melallica ou de Rochea falcata (cette dernière plante est particulièrement recommandable) cultivés en pots dans des conditions extérieures favorables. Pour des recherches comparatives sur l’accumulation d’acides ou sur la disparition d’acides dans les tissus des feuilles, on prendra une paire de feuilles opposées (de Rochea , par exemple), ou on expérimentera sur une feuille unique (d ’Echeveria melallica , par exemple) que l’on divisera suivant sa longueur en deux parties aussi semblables que possible. Les matériaux d’étude seront pesés dès qu’ils auront été enlevés à la plante. Lorsqu’il ne s’agira point de déterminer immédiatement leur teneur en acides libres, mais seulement au bout de quelque temps, on déposera, par exemple, les feuilles sur du papier à filtrer mouillé sous des cloches en verre. La teneur en acides des feuilles s’obtiendra par titrage. La quantité de potasse employée pour ce titrage donnera la mesure exacte de l’acidité du suc cellulaire des matériaux d’étude (pour la méthode, voy. le g 130).

Nous effectuerons d’abord l’expérience qui va suivre. Dans la soirée, vers 5 ou 6 heures, nous cueillerons deux feuilles opposées d’un Rochea ayant été exposé à la lumière directe du soleil pendant toute la journée. Si on expérimentait sur le Bryophyllum , on enlèverait quelques

verticilles de la plante, et dans des recherches sur VEcheveria, on n’emploierait qu’une grande feuille. On effectue aussitôt une recherche acidimétrique sur la moitié des matériaux d’étude; l’autre moitié ne sera utilisée que le lendemain matin, après que les feuilles auront séjourné jusquelà en l’absence complète de lumière dans une atmosphère humide sous une cloche de verre. J’avais trouvé, par exemple, que les deux feuilles d’un même nœud de Rochea falcala pesaient, l’une (a) 12 gr. 6, l’autre (b) 13 gr. 6. On avait examiné a le soir même où on l’avait cueillie; à, le lendemain matin. La feuille a, broyée, avait nécessité 2, 6 c. c. d’une solution étendue de potasse pour être neutralisée; b , 12, 5 c. c. Pour 10 gr. de substance foliaire, il fallait donc pour a, 2, 1 c. c. de potasse; pour 6, 9, 2 c. c; d’où une différence de 7, 1 c. c. Nous aurions pu procéder aussi d’une autre façon. Nous ne cueillerions qu’une feuille le soir, pour en examiner immédiatement sa teneur en acide, et nous n’enlèverions l’autre feuille que le lendemain matin, après l’avoir fait séjourner jusqu’alors dans une obscurité complète. Les expériences montreront toujours une acidité beaucoup plus forte dans le suc des feuilles qui ont séjourné quelque temps dans l’obscurité.

Pour s’assurer que l’acidité de la sève des crassulacées diminue sous l’action de la lumière et augmente dans l’obscurité, il sera nécessaire de faire l’expérience que nous allons indiquer. Deux feuilles opposées de Rochea sont cueillies de grand matin. Une des feuilles est coupée en deux suivant sa longueur, et, dans l’une des moitiés, après l’avoir pesée, on détermine par titrage l’acidité de son suc cellulaire. L’autre moitié est suspendue sous une cloche de verre dans une atmosphère saturée de vapeur d’eau , et plongée dans l’obscurité à l’aide d’un cylindre en carton. La seconde feuille est placée aussi sous une cloche de verre dans une atmosphère saturée de vapeur d’eau, mais exposée à l’action de la lumière diffuse très vive du jour, et de telle manière que la partie postérieure de la feuille reçoive aussi de la lumière, réfléchie au moyen d’un miroir disposé d’une façon déterminée. Dans cette expérience, les matériaux d’étude sont soumis à peu près à la même température; ce qui empêchera une augmentation d’acidité sous l’action de la chaleur. Si on examine, le soir, l’acidité des moitiés de feuilles et de la feuille restée intacte, on trouvera que celles-là sont plus acides que celle-ci (en les rapportant naturellement aux mêmes quantités en poids de substance foliaire fraîche). 11 est facile de montrer l’influence considérable qu’exerce la température sur la décomposition des acides dans les feuilles de crassulacées. On enlève de grand matin quelques feuilles riches en acides à des plantes qui avaient été jusqu’alors dans des conditions naturelles, puis on détermine directement l’acidité du suc chez certaines de ces feuilles, et on n’examine la teneur en acides libres des autres, qu’après les avoir fait séjourner en l’absence complète de lumière pendant 12 heures environ, les unes dans un thermostat à 30° C., les autres sous une basse température (12 à 16° C.,

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par exemple). On constatera qu’une température élevée amène une forte acidité, malgré l’influence de l’obscurité.

Nous enlèverons vers la soirée une paire de feuilles opposées à un Rochea (on pourrait aussi expérimenter sur un Echeveria ou un Bryophyllum) . Nous examinerons directement la teneur en acides libres d’une des feuilles, et l’autre feuille sera découpée suivant sa longueur. Chacune des moitiés, après avoir été pesée, sera découpée à son tour en petits morceaux d’un centimètre environ de longueur qui seront portés dans des cloches courbes, remplies d’eau distillée bouillie et complètement refroidie. Dans l’une des cloches, l’eau sera déplacée par de l’air; dans l’autre, par de l’hydrogène pur (pour le procédé à employer, voy. g 9, p. 29). Le lendemain matin, nous déterminerons la teneur en acides des matériaux d’étude et nous verrons que les fragments de feuilles ont produit beaucoup d’acides libres dans l’air, tandis qu’il ne s’en est formé que de petites quantités, tout au plus, dans l’hydrogène. Il en résulte que la production d’acides nécessite de l’oxygène libre.

Nous avons déjà dit que la lumière jouissait de la propriété de favoriser la décomposition des acides organiques en dehors de l’organisme, fait qui doit certainement posséder, comme nous l’avons fait remarquer, une signification pour les questions qui nous occupent. Nous observerons aisément l’influence de la lumière sur la décomposition des acides (même pendant une leçon) en remplissant complètement un tube à réactions d’une solution d’acide oxalique à 0, 2 d’équiv., puis en ajoutant à ce liquide une petite quantité d’hydrate ferrique (préparée par le mélange d’une solution de chlorure de fer avec de l’ammoniaque et un lavage minutieux du précipité), et en exposant alors sur le mercure à la lumière solaire directe le liquide devenu d’un jaune intense au bout de quelque temps dans le tube d’essai. Un dégagement de gaz se produira immédiatement. Celui-ci (de l’anhydride carbonique) s’accumulera dans la partie supérieure de l’appareil, tandis que le liquide se décolorera en donnant un précipité d’oxalate ferreux. Il n’est pas impossible que l’oxydation des acides organiques dans la plante ne soit produite également par l’action directe des rayons lumineux.

Enfin, montrons encore par des expériences que les organes des plantes grasses, comme on l’a déjà indiqué, absorbent en réalité beaucoup d’oxygène lorsqu’il se produit une accumulation d’acides dans leurs cellules. Pour les démonstrations de cours, il suffira d’effectuer l’expérience de la façon qui va suivre. Pendant une soirée d’une chaude journée d’été, nous cueillerons une feuille de Rochea falcata (cette feuille, dans mes expériences, possédait un poids de 24 gr.), puis nous la découperons en fragments que nous introduirons dans la partie supérieure élargie de l’eudiomètre décrit dans le g 13, fig. 14. Après avoir plongé la partie inférieure du tube dans l’eau, nous fermerons l’appareil, que nous placerons ensuite dans l’obscurité. Longtemps après (au bout de 12 heures, par exemple), nous remarquerons que Peau s’est

considérablement élevée dans le tube, alors que ce n’est point le cas dans une expérience de contrôle, effectuée en introduisant dans un second eudiomètre des fragments de jeunes tiges de végétaux n’appartenant pas à la catégorie des plantes grasses (à’ Helianthus, par exemple). Les fragments de feuilles de Rochea possèdent non seulement une respiration normale, mais encore une respiration intramoléculaire. Ils absorbent une grande quantité d’oxygène, pour transformer leurs hydrates de carbone en acides organiques, sans dégagement proportionné d’anhydride carbonique.

Dans des recherches précises d’analyse quantitative sur l’inspiration d’oxygène par les plantes grasses, on devra naturellement employer le mercure comme liquide dans l’eudiomètre, et effectuer les expériences en s’inspirant d’une façon générale de ce qui a été indiqué dans les §§13 et 105.