CELLULES STOMATIQUES

Les cellules de bordure des stomates, ou cellules stomatiques, contiennent de la chlorophylle et sont aussi très turgescentes. IT faut parfois 7 ou 8 °, de KNOS pour contracter leur protoplasme au point de le détacher de la paroi cellulaire. Mais bien au-dessous de cette limite, les variations de turgescence des cellules stomatiques se manifestent par d’autres phénomènes importants : l'ouverture et la fermeture de la fente du stomate. À ce point de vue, il y a lieu de distinguer les phénomènes qui se produisent dans les conditions normales de la végétation et les phénomènes qui se manifestent dans certaines conditions expérimentales spéciales.

A. Fonctionnement normal des stomates,

Dans les conditions ordinaires de la végétation, la fente des stomates mesure environ 0,015 de largeur, comme on peut le constater sur un lambeau d’épiderme enlevé au scalpel et rapidement observé dans l'huile ou dans une solution de KNO5 à 1 °, (fig. 269). Conservés durant plusieurs heures dans cette solution à 1 °/,, les stomates d’ailleurs ne subissent aucune modification.

Au moyen d’une solution saline plus concentrée, on peut enlever de l’eau aux cellules stomatiques : leur turgescence diminuant, elles se rapprochent

l'une de l’autre et le stomate se ferme. Dans le T. virginica, ce résultat est

obtenu avec une solution de KNOS5 à 2 2}, (lorsqu'il fait chaud et sec) ou avec une solution de 4 à 5 °}, (lorsqu'il fait chaud et humide) (fig. 270). En été, dans l'air sec du laboratoire (température — 25° C.), les stomates se ferment rapidement lorsqu'une feuille est détachée de la plante.

Si, au lieu de diminuer la turgescence des cellules stomatiques, on l'augmente en plongeant l’épiderme dans de l’eau distillée, les stomates ne tardent pas à se fermer également. Quatre ou cinq minutes suffisent parfois pour produire ce résultat.

Un lambeau d’épiderme étant amené à cet état de turgescence par un séjour d’une heure dans l'eau distillée, peut servir à une expérience extrêmement démonstrative. La préparation dans l’eau est maintenue fixe sous le microscope; on fait passer quelques gouttes d’une solution de KNOS à 1 °,, puis successivement quelques gouttes d'une solution à 4‘; °, à 2 °,, à 214%, à 3 °/, à 8 ‘le Vo; à 4 °l et finalement à 5 °/.. L'expérience, conduite très lentement, dure une heure. Les stomates fermés dans l’eau distillée (fig. 271) s'ouvrent lorsque le liquide ambiant a atteint une concentration de 4 ‘L °, environ (fig. 272); ils se referment lorsque la concentration approche de 3 °/. À 5 °/,, le protoplasme des cellules stomatiques commence à se plasmolyser. Le moment précis de l'ouverture des stomates, celui de leur fermeture et enfin celui de la plasmolyse varient d’ailleurs un peu d’une expérience à une autre. On conçoit en effet que les cellules stomatiques contenant de la chlorophylle puissent renfermer des quantités variables de substances assimilées; leur turgescence initiale ne sera done pas toujours la même.

La forme des cellules stomatiques, vues en section transversale optique, varie selon le milieu dans lequel se trouve la préparation. Ainsi une coupe transversale, pratiquée dans une feuille vivante et observée dans l’eau, montre des cellules stomatiques semblables à celles de la figure 230*. Les réactifs hydratants, comme la potasse, l’eau de Javelle, ete., font gonfler cerlaines régions de la paroi cellulaire et rendent la cavité plus petite (fig. 230/, coupe traitée par l’eau de Javelle et observée dans la glycérine diluée). Au contraire, les réactifs déshydratants font paraitre les parois beaucoup plus minces et la cavité plus grande (fig. 230", coupe traitée par

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l'alcool absolu, colorée au moyen d’une solution alcoolique et montée au baume de Canada). Les parois des cellules stomatiques sont done partiellement collenchymateuses et les variations de leur degré d’imbibition sont cerlainement de nature à modifier la forme même de la section de ces cellules.

Un dernier point est à fixer. Désignons par d le diamètre transversal d’un stomate et par D le diamètre longitudinal (fig. 273 et 274). En comparant un grand nombre de dessins représentant des stomates observés dans diverses conditions, il est facile de s'assurer que le diamètre D se raccourcit très légèrement lorsque d augmente, c'est-à-dire quand le stomate s'ouvre. Comme exemple, on peut citer le stomate représenté par les figures 273 et 274 : siôt arraché de la feuille, le stomale était ouvert, d — 48 y, D — 63 x. Dès que la fente fut fermée par l’action du KNO5 à 4 24, d = M y, D = 65 y.

B. Fonctionnement des stomates dans certaines conditions expérimentales.

Premier cas : Nous venons de voir qu’en plongeant dans l’eau un lambeau d’épiderme ou une feuille entière, on provoque la fermeture des stomates. Mais si on laisse séjourner une feuille dans l’eau pendant un ou plusieurs jours en l’exposant à la lumière, on constate que tous les stomates s'ouvrent très largement et se remplissent d’eau. La fente mesure alors 0"",03 et même 0"",04 de largeur, au lieu de 0,015 (fig. 275, feuille ayant séjourné trente-six heures dans l'eau; fig. 276, feuille ayant passé dix-neuf jours dans l’eau).

Lorsque la feuille a séjourné vingt-quatre heures dans l’eau, les stomates ne se ferment que dans une solution contenant de 8 à 10 °}, de KNOS. Lorsque la feuille a passé quatre jours dans l’eau, il faut employer une solution à 20 °}. Lorsqu'elle a séjourné dix jours au moins, il faut employer une solution à 35 °/. Une fois la fermeture des stomates obtenue, une légère augmentation de la concentration entraine la plasmolyse violente du contenu des cellules stomatiques.

Il faut en conclure, semble-t-il, que lorsqu'une feuille est conservée longtemps dans l’eau à la lumière, la turgescence des cellules stomatiques peut atteindre une valeur énorme et anormale.

Le même phénomène a été constaté dans des conditions qui se rapprochent davantage des conditions ordinaires de la végétation. Une plante cultivée en pot depuis longtemps a été placée sous une cloche recouverte d’un voile noir, le pot plongeant dans un récipient plein d’eau. Après un séjour de quarante-huit heures dans cette atmosphère saturée d'humidité, la plante étant gorgée d’eau, les stomates ont été trouvés largement ouverts; la fermeture ne s’est produite que dans le KNOS à 10 ou 12 ©, (2 à 5 °/ suffisent dans les conditions normales, comme il a été dit plus haut).

Deuxième cas : Les phénomènes décrits ci-dessus se produisent plus rapidement lorsque la feuille est conservée dans une solution de KNOS à 3 °/, (fig. 277). Après une nuit déjà, le contenu des cellules épidermiques est plasmolysé et même désagrégé. Celui des cellules stomatiques est, au contraire, extrêmement lurgescent. Les stomates, largement ouverts, ne se ferment que dans une solution de KNOS à 20 °/, ou même 25 °}. Quant à la plasmolyse, elle ne s'effectue dans les cellules stomatiques qu'avec une solution saturée, c’est-à-dire contenant près de 40 °/ de sel.

Il est à remarquer que dans ce deuxième cas, la turgescence des cellules épidermiques ayant disparu, les cellules annexes à droite et à gauche des stomales n’exercent plus de pression sur les cellules stomatiques, et celles-ci peuvent plus facilement s’écarter l’une de l’autre.

Troisième cas : Des feuilles ont été laissées, pendant trois semaines, sur du papier mouillé, sous cloche, dans une atmosphère humide et à la lumière diffuse. Lorsque ces feuilles devenues brunes et flasques commencèrent à pourrir, j'ai constaté que toutes les cellules du mésophylle et de l’épiderme étaient mortes el envahies par des bactéries. Les cellules stomatiques, seules vivantes, avaient conservé leur contenu sensiblement intact. Elles étaient si fortement arquées que la fente du stomate était démesurément ouverte et même défigurée (largeur, 0,04 à Ow,05) (fig. 278). On remarquera aussi que les cellules annexes de droite et de gauche étaient comprimées au point de n'être plus visibles parfois (fig. 279).

Les solutions de KNOS à 1, 2, 3, 5, 8, 10, 15 °/, n'ont donné aucun résultat; à partir de 20 °/,, les stomates les plus déformés, comme celui de la figure 279, ont repris une forme plus régulière, indiquée par la figure 281, et les cellules annexes ont réapparu. Il à été impossible d'amener la fermeture complète d'aucun stomate. Quant à la plasmolyse, elle n’a pu être obtenue avec une solution saturée de KNOS, mais seulement avec une solution contenant 35 °/, de NaCI (fig. 282). Dans ce cas, on observe donc la plasmolyse des cellules stomatiques bien que la fente du stomate soit encore ouverte; au contraire, dans les deux cas précédents, comme dans les conditions normales, la fermeture du stomate précédait toujours la plasmolyse.

Il est manifeste que dans ce troisième cas, les stomates ne fonctionnaient plus régulièrement : dans un petit nombre d'exemples, j’ai même pu constater que, les cellules annexes étant détruites, les cellules stomatiques étaient comme dissociées (fig. 280). Cependant, le haut degré de turgescence de ces cellules stomatiques ne semble pas pouvoir être mis en doute, vu leur résistance à la plasmolyse.

Les nombreuses observations qui ont fait l’objet de l'exposé analytique qui précède doivent être discutées el rapprochées des faits déjà connus. C’est cette synthèse que nous allons tenter dans l « Historique » suivant, pour en tirer des conclusions.

HISTORIQUE

Il n’est pas possible, à l’occasion des observations physiologiques faites sur l’épiderme et les stomates du 7. vérginica, d'analyser ici les beaux travaux de H. de Vries sur la plasmolvse (203), ceux de Mohl (126), de Muller (130), de Schwendener (168), de Leitgeb (96), de Sachs (154) et d'Errera (49) sur le fonctionnement des stomates. Ces sujets généraux nous entraineraient trop loin des Commélinées. Je me bornerai donc à résumer les faits énoncés dans le paragraphe précédent, en les comparant aux faits semblables déjà étudiés par d’autres auteurs.

LES CELLULES ÉPIDERMIQUES ne réagissent pas de la même manière à tous les moments de leur vie. Lorsqu’elles sont jeunes, elles opposent une grande

résistance à la plasmolyse. Elles sont alors très riches en substances avides d’eau, ce qui facilite certainement leur accroissement; leur volume définitif équivaut, en effel, à quatre cents fois environ leur volume primordial. A l’état adulte, les cellules épidermiques, comme aussi les cellules hypodermiques aquifères, ont une turgescence notablement plus faible que celle des cellules à chlorophylle : elles cèdent donc de l’eau à ces dernières toutes les fois que l'absorption par les racines ne contrebalance pas la transpiralion.

Toutes les cellules aquifères (épidermiques et hypodermiques) diminuent très facilement de volume en plissant leurs minces parois latérales. Dans les liquides plasmolysants dont la concentration va croissant, la collabescence se produit longtemps avant la plasmolyse du protoplasme. Il est possible de réduire ainsi de moilié le volume des cellules épidermiques sans provoquer la plasmolyse. Dans le cas de transpiration à l'air libre, l’épiderme interne d’une feuille séparée de la plante diminue de plus des deux tiers de son volume, tout en conservant la faculté de reprendre ses dimensions normales dès que la quantité d’eau disponible est suffisante. La grande amplitude de la période de déturgescence des cellules aquifères est éminemment favorable à leur fonction.

H. de Vries (203) a fait connaitre, en opposition avec la plasmolyse normale, certains cas exceptionnels dans lesquels le protoplasme extérieur périt rapidement, landis que le protoplasme formant la paroi des vacuoles subit seul la plasmolyse. Il a décrit ce phénomène notamment dans l'épiderme du Tradescantia discolor et dans les poils staminaux du 7, vérgénica. J'ai pu l'observer plusieurs fois en me servant du salpêtre additionné d’éosine, mais j'ai cru inutile de reprendre un sujet si complètement élucidé par l’éminent physiologiste d'Amsterdam : toutes les plasmolyses dont je me suis occupé dans ce travail étaient normales.

LES CELLULES STOMATIQUES possèdent une turgescence dont l'intensité est comparable à celle des cellules du parenchyme chlorophyllien. Elles constituent des appareils d’une extrême sensibilité et d’une très grande vitalité. Ces propriétés biologiques ont été mises en évidence dans des conditions expérimentales rendues bien plus variables que celles de la vie normale de

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la plante. C’est ce qui a permis d’exagérer la turgescence des cellules stomatiques et leur fonctionnement au point de les déformer.

Dans le tableau suivant se trouvent consignées les principales particularités du fonctionnement des stomates du 7. vérginica, lant à l’état normal que dans les conditions expérimentales extrêmes (*).

Feuille normale eueillie par un temps chaud et sec.

Feuille normale eueillie par un temps chaud et humide.

Feuille ayant séjourné dans l'eau à la lumière pendant 24 heures.

Feuille ayant séjourné dans l'eau à la lumière pendant 4 jours.

Feuille ayant l'eau à la lumière pendant 10 jours.

séjourné dans

Feuille ayant séjourné dans la solution de KNO3 à 3 0% et à la lumière pendant 24 heures.

Feuille pourrissant dans une atmosphère humide, à la lumière, pendant 3 semaines.

LARGEUR de la fente des stomates.

Om 015

Omm (9

Omm ,03

Owm 035

Onm 04

Om 03 ou Omm, (4

Omm 04 et Omm 05 fente déformée.

PLASMOLYSE des cellules épidermiques.

9 0j de KNOS.

9 à 3 0), de KNO5.

20}, de KNOS.

20/, de KNO5.

9 0/, de KNOS.

Cellules

mortes.

Cellules mortes.

FERMETURE des stomates.

9 vw, de KNOS.

4 à 504 de KNOS.

8 à 100/, de KNO.

200, de KNOS.

35 Jo de KNO3.

90 ou 95 vo de KNOS.

Les stomates ne peuvent plus se fermer complètement.

PLASMOLYSE des cellules stomatiques.

50) de KNOS.

70, de KNOS.

120% de KNOS,

29 0%, de KNOG.

Solution saturée de KNOG.

Solution saturée de KNO5.

La solution saturée de KNOïne suffisant plus, il faut 35 °/, de NaCI.

Ce tableau montre d’une façon frappante que la turgescence des cellules

épidermiques proprement dites ne varie guère à l’état adulte; que la turgescence des cellules stomatiques, au contraire, est susceptible de s’exagérer dans certaines conditions expérimentales. Cet accroissement de turgescence se manifeste par l'élargissement de la fente du stomate, par la difficulté à

(‘) Ce tableau résume de nombreuses observations dans lesquelles les chiffres ont varié légèrement. On peut considérer les valeurs indiquées ici comme des moyennes,

fermer cette fente et par la résistance de plus en plus grande que le contenu des cellules stomatiques oppose à la plasmolyse.

La vitalité extraordinaire des cellules stomatiques se trouve également mise en évidence par le fait qu’elles continuent à vivre et à assimiler alors que toutes les autres cellules de la feuille sont mortes. D'autre part, leur sensibilité est telle qu'il suffit parfois de plonger dans l’eau un lambeau d’épiderme pour provoquer immédiatement soit l'ouverture, soit la fermeture des stomates, Dans ces cas, l'observation de l’épiderme dans l'huile est indispensable pour se rendre un compte exact de l'état des stomates à la surface de la feuille.

De toutes les expériences exécutées au moyen de l’'épiderme du 7. virginica, il faut conclure que la turgescence très variable des cellules stomatiques peut produire quatre états successifs : deux fermetures et deux ouvertures des stomates, savoir :

1° Turgescence faible. . . . Fermeture par défaut ;

> Turgescence normale . . . Ouverture normale;

5° Turgescence forte . . . . Fermeture par excès;

4° Turgescence exagérée. . . Ouverture anormale allant jusqu'à la déformation.

Les trois premiers états, bien connus des physiologistes, passent fréquemment de Fun à l’autre selon les fluctuations de lintensité lumineuse, de la température, de l'humidité, ete. Quant au quatrième état, il ne se présente probablement pas dans les conditions normales de la végétation. Néanmoins son étude est de nature à jeter plus de lumière sur le mécanisme des stomates et surtout sur le rôle des cellules annexes.

Développons ce dernier point. On sait qu’un accroissement de la turvescence des cellules stomatiques a pour effet d'augmenter la courbure de ces cellules, c’est-à-dire d'augmenter la concavité de leur bord interne (du côté de la fente) et en même temps la convexité de leur bord externe (contre les cellules annexes latérales). Or, dans le Tradescantia, il est manifeste que chaque fois que la courbure des cellules stomatiques augmente ou diminue, le diamètre d augmente ou diminue d’une facon très sensible; en même temps le diamètre D subit des variations de sens inverse et d’ampli-

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tude beaucoup moindre dans les conditions normales (voyez fig. 273 et 274).

Les variations du diamètre d et du diamètre D sont limitées par les cellules annexes. Ces cellules, en effet, par leur position, leur forme, la direction de leurs cloisons, et surtout par leur turgescence toujours un peu supérieure à celle des cellules épidermiques proprement dites, forment un cadre qui restreint l'amplitude des mouvements exécutés par les cellules stomatiques. Que la rigidité de ce cadre s'amoindrisse par suite d’une turgescence plus faible des cellales annexes, la courbure des cellules stomatiques va s’exagérer et, par suile, l'ouverture du stomate. Que toute résistance du cadre disparaisse par le fait de la mort ou même de la destruction des cellules annexes, le diamètre d'atteindra sa valeur maxima, le diamètre D sera réduit à zéro et le stomate prendra l'aspect représenté par la figure 279. Ces effets sont d'autant plus grands, dans nos expériences, que la diminution de résistance des cellules annexes coïncide avec une augmentation de la turgescence des cellules stomatiques. Il n’est pas impossible que ces dernières aient bénéficié des substances solubles contenues dans les premières.

On admet que, d’une façon générale, l'ouverture d’un stomate résulte de deux causes principales : tendance des cellules stomatiques, par suite d’une augmentation de lurgescence, 1° à arrondir leur section transversale, 2 à augmenter leur courbure comme il vient d'être dit. La première cause domine sans doute dans le cas des cellules stomatiques à section aplatie; mais c’est la seconde qui semble surtout efficace dans les Commélinées dont les cellules stomatiques ont une section plus arrondie que d'ordinaire (fig. 222 et 230“).

Les variations de l’imbibition des portions collenchymateuses de la paroi des cellules stomatiques semblent agir dans le même sens que les variations de la turgescence. L’hydratation de ces parois tend certainement à diminuer la capacité cellulaire et par suite à augmenter encore la tension du contenu.

Ce qui a été dit des variations du diamètre transversal d et du diamètre longitudinal D démontre que le fonetionnement d’un stomate ne dépend pas seulement des cellules stomatiques, mais encore, dans une certaine mesure, des cellules qui entourent les stomatiques. Dans l'hypothèse d'un épiderme aquifère dépourvu de cellules annexes, le volume et la rigidité des cellules

épidermiques diminuant aux heures de transpiration active, il se produirait un relâchement de lépiderme qui aurait pour effet de faciliter l’ouverture des stomates! C'est, je crois, pour remédier à ce défaut, dont les conséquences pourraient être désastreuses, que les cellules stomatiques sont entourées d’un cadre de cellules annexes. Celles-ci possèdent toujours (comme les expériences de plasmolyse le démontrent) une turgescence supérieure à celle des cellules épidermiques proprement dites; elles contiennent peu de suc cellulaire et ne sont pas aquifères. Leur fonction est donc de former autour de l'appareil stomatique un cadre de résistance constante au sein d’un épiderme dont la rigidité est très variable, A ce point de vue, les cellules annexes latérales sont évidemment bien plus efficaces que les deux autres; aussi existent-elles souvent seules (Claytonia perfoliata, 176, fig. 118); parfois même il y a deux cellules annexes de chaque côté (Commelina communis, 176, fig. 154; C. cœælestis, 154, fig. 69).

Mohl et Leitgeb ont déjà fait intervenir la turgescence des cellules épidermiques pour expliquer certaines particularités du fonctionnement des stomates. On admettra donc sans peine que l'appareil stomatique formé par les deux cellules réniformes ne doit pas être considéré comme isolé : dans le cas plus spécial d’un épiderme aquifère comme celui des Commélinées, le rôle des cellules annexes est certainement important.

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