Le sureau, un modèle de différenciation des tissus

Si l'on vous chargeait de la récolte des échantillons permettant d'étudier la différenciation des tissus et la structure de la tige des Angiospermes, comment vous y prendriez-vous ? Il faut choisir d'abord une espèce ligneuse, pour avoir la différenciation du bois et du liège, ensuite un végétal pas trop dur pour pouvoir réaliser des coupes fines, à main levée, sans difficulté.

Matériel et méthodes

Plusieurs espèces ligneuses sont possibles mais le sureau noir (Sambucus nigra), arbuste commun, tendre, à structure classique et à lenticelles caractéristiques, est un matériel à recommander.

Le principe pour étudier la différenciation au sein d'une tige de sureau est extrêmement simple. Plus on s'éloigne du méristème apical caulinaire, plus les portions de tige sont âgées. On va donc réaliser des coupes sériées dans les différents entrenœuds d'un rameau qui vient de se développer au printemps (on peut bien sur conserver le rameau dans de l'éthanol pour réaliser les coupes ultérieurement). Mais il faut choisir avec soin l'échantillon : le premier entre nœud doit être de faible diamètre (1,5 mm) pour que l'on assiste à la naissance du cambium ; le dernier doit être bien lignifié (dur) et doit commencer à brunir, signe que le phellogène commence à fonctionner.

Pour la réalisation des coupes, on commencera par le premier entrenœud. Il n'est pas nécessaire d'inclure l'échantillon dans de la moelle de sureau traditionnellement utilisée pour cela. Au bout de quelques essais, on obtiendra des coupes tout à fait convenables. Il n'est pas nécessaire non plus d'utiliser un petit panier (micropline) pour chaque entrenœud : les coupes peuvent être mélangées dans le même micropline, on les reconnaîtra ensuite facilement puisque leur diamètre va croissant. On passe ensuite au deuxième puis au troisième, enfin au quatrième (parfois au cinquième) entrenœud qui est généralement le dernier. Si l'on veut explorer des cernes annuels au niveau du bois, on peut également couper un entrenœud de l'année précédente, bien lignifié (il est plus dur) et bien brun (il s'est formé quelques millimètres de liège). Enfin, les coupes seront enfin vidées à l'hypochlorite et colorées au carmin-vert d'iode qui est la méthode classique très répandue en France.

Les observations au niveau du premier entrenœud

On voit tout d'abord que la tige n'est pas de section circulaire : elle est cannelée de 5 à 7 côtes alternant avec des vallécules.

Anatomie d'une tige jeune en coupe transversale :
vue générale (à gauche) et détail d'un faisceau conducteur (à droite)

Deux à cinq tissus primaires (car issus d'un méristème primaire, le méristème apical caulinaire) sont déjà différenciés. De la périphérie vers l'intérieur, on rencontre :

1) Un épiderme à cellules rectangulaires cellulosiques mais revêtu d'une mince cuticule (colorée en vert) faite de cutine, substance complexe de nature lipidique, ce qui en fait un tissu de revêtement.

2) Un collenchyme à une ou deux assises de cellules isodiamétriques cellulosiques mais dont la paroi est épaissie, ce qui en fait un tissu de soutien rigide qui reste néanmoins souple. Remarquons que le collenchyme est plus abondant sous les côtes.

3) Un parenchyme cortical à 7-8 assises de cellules à paroi cellulosique. Les cellules sont arrondies car le décollement des parois des cellules contiguës dans les angles a produit des méats.

4) Un parenchyme médullaire qui forme au centre en une véritable moelle, caractéristique de la tige.

5) Un cercle d'une dizaine de faisceaux conducteurs (chaque faisceau est constitué de phloème primaire et de xylème primaire) à l'interface entre les parenchyme cortical et médullaire :

• Le phloème I, déjà différencié, est formé de petites cellules cellulosiques polygonales : les cellules criblées (cellules conductrices de la sève élaborée) et les cellules compagnes (difficiles à caractériser sur ce type de coupe)
• Le xylème I, incomplètement différencié, dans lequel on distingue des cellules conductrices de la sève brute à paroi épaisse (cellules vertes car chargées en lignine, polymère de phénols, conférant la rigidité à la paroi) entourées de cellules roses cellulosiques, les cellules associées aux vaisseaux.

• Un cambium (= assise libéro-ligneuse) est en cours de différenciation entre phloème et xylème. C'est le premier méristème secondaire (= méristème II) qui apparaît. Il est constitué d'une à deux assises de cellules cellulosiques, rectangulaires mais aplaties tangentiellement et alignées radialement. Il se différencie d'abord dans le faisceau : c'est le cambium fasciculaire. Avec un peu de chance vous verrez, quelques cellules en division partagées par une mince cloison tangentielle.

Les observations au niveau du second entrenœud

Tige au niveau du deuxième entrenoeud en coupe transversale :
vue générale (à gauche) et détail d'un faisceau conducteur (à droite).

Cette coupe apporte trois compléments :

1) Le collenchyme apparaît nettement et plus abondamment sous les côtes ;

2) Les faisceaux conducteurs sont plus gros en face des côtes, et donc plus petits en face des vallécules. Dans chaque faisceau, il y a un plus grand nombre de cellules de xylème différenciées ;

3) Le cambium s'est complètement différencié. Des arcs de cambium interfasciculaires sont apparus entre chaque faisceau, reliant ainsi les arcs de cambium fasciculaires et réalisant un cambium circulaire continu.

Les observations au niveau des troisième et quatrième entrenœud

Tige au niveau d'un troisième (ou quatrième) entrenœud, en coupe transversale :
vue générale (à gauche) et détail de l'apparition du phellogène (à droite).

Ces coupes apportent plusieurs informations :

1) Le collenchyme apparaît maintenant dans les angles sous la forme de gros amas. Par ailleurs, les cellules de collenchyme sont épaissies au niveau de leurs parois tangentielles (par rapport à la surface de la tige) : il s'agit d'un collenchyme tangentiel.

2) Le cambium a fonctionné et engendré :

• Le xylème secondaire (= bois) vers l'intérieur. Il s'agit d'un anneau large d'un tissu vert pale, composé de cellules alignées radialement dans lesquelles on reconnaît nettement : (1) quelques cellules conductrices de gros calibre (vaisseaux) ; (2) de nombreuses petites cellules à paroi très épaisse (= fibres) à rôle de soutien et (3) la présence de raies étroites et sombres, radiales de cellules parenchymateuses (= rayons ligneux) ;
• Le phloème secondaire (= liber) apparaît vers l'extérieur sous forme d'un anneau mince d'un tissu rose à petites cellules alignées radialement.

Le cambium sera à l'origine de l'essentiel de la croissance en épaisseur de la tige. Notez à l'intérieur de l'anneau de xylème II les pointements de xylème I.

3) Le sclérenchyme apparaît au-dessus de la bande bicolore de tissus conducteurs secondaires. Les cellules de sclérenchyme sont arrondies et à paroi secondaire très épaisse et lignifiée (les cellules sont vertes). A coté du collenchyme, le sclérenchyme forme un autre tissu de soutien primaire, situé en profondeur des tiges.

4) Un phellogène (ou assise subéro-phellodermique) en cours de différenciation apparaît nettement sous l'épiderme. Il s'agit d'un deuxième méristème secondaire. Les cellules du phellogène présentent une mince cloison tangentielle : elles sont donc en train de se diviser. On voit ici les premières assises du phellogène se différencier.

Les observations au niveau de l'entrenœud de l'année précédente

Tige âgée coupée au niveau d'un entrenœud de deux ans : vue générale (à gauche) et détail du suber (à droite).

Ces dernières coupes apportent les informations qui clôturent la différenciation des tissus dans la tige ligneuse :

1) Un bois plus épais apparaît et on voit nettement une ligne de grosses cellules conductrices la divisant en deux parties (= cernes annuels) : la partie interne est celle qui s'est formée l'année précédente, la partie externe est celle qui est en train de se former cette année.

2) Le rhytidome, une "écorce" brune épaisse, apparaît plus à l'extérieur. Il est essentiellement constituée de suber (= liège), un tissu à cellules rectangulaires alignées radialement, à mince paroi un peu ondulée chargée de subérine, substance complexe de nature lipidique qui confère son imperméabilité au suber.

3) Cette "écorce" est boursouflée par des lenticelles, structures où les cellules du suber sont dissociées, permettant aux tissus internes de la tige d'être en contact avec l'extérieur et de respirer (un peu).

Bilan des observations

Les schémas d'ensemble et dessins de détail ci-dessous récapitulent l'ensemble des observations faites jusqu'au quatrième entrenoeud.

Anatomie d'une tige de sureau jeune (à gauche) et d'une tige de sureau âgée (à droite).

Pour en savoir plus

• FOURCROY M., Travaux pratiques de biologie végétale, C. Hermant

Régis Thomas et David Busti, juillet 2011.

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