Les plantes, comme les animaux et les autres organismes, doivent s'adapter à leur environnement en constante évolution. Tandis que animaux sont capables de déménager d'un endroit à un autre lorsque les conditions environnementales deviennent défavorables, les plantes ne peuvent pas faire de même. Sessiles (incapables de bouger), les plantes doivent trouver d'autres moyens de gérer les conditions environnementales défavorables. Tropismes végétaux sont des mécanismes par lesquels les plantes s'adaptent aux changements environnementaux. Un tropisme est une croissance vers ou loin d'un stimulus. Les stimuli courants qui influencent la croissance des plantes sont la lumière, la gravité, l'eau et le toucher. Les tropismes végétaux diffèrent des autres mouvements générés par les stimuli, tels que mouvements nastiques, en ce que la direction de la réponse dépend de la direction du stimulus. Mouvements nastiques, tels que le mouvement des feuilles plantes carnivores, sont initiés par un stimulus, mais la direction du stimulus n'est pas un facteur dans la réponse.
Les tropismes végétaux sont le résultat de croissance différentielle. Ce type de croissance se produit lorsque les cellules d'une zone d'un organe végétal, comme une tige ou une racine, croissent plus rapidement que les cellules de la zone opposée. La croissance différentielle des cellules dirige la croissance de l'organe (tige, racine, etc.) et détermine la croissance directionnelle de la plante entière. Hormones végétales, comme auxins, sont censés aider à réguler la croissance différentielle d'un organe végétal, provoquant la courbe ou la flexion de la plante en réponse à un stimulus. La croissance dans le sens d'un stimulus est appelée tropisme positif, tandis que la croissance loin d'un stimulus est connue tropisme négatif. Les réponses tropiques courantes chez les plantes comprennent phototropisme, gravitropisme, thigmotropisme, hydrotropisme, thermotropisme et chimiotropisme.
Phototropisme est la croissance directionnelle d'un organisme en réponse à la lumière. La croissance vers le tropisme léger ou positif est démontrée dans de nombreuses plantes vasculaires, telles que angiospermes, gymnospermes et fougères. Les tiges de ces plantes présentent un phototropisme positif et se développent en direction d'une source de lumière. Photorécepteurs dans cellules végétales détecter la lumière et les hormones végétales, telles que les auxines, sont dirigées vers le côté de la tige le plus éloigné de la lumière. L'accumulation d'auxines sur le côté ombragé de la tige fait que les cellules de cette zone s'allongent plus rapidement que celles du côté opposé de la tige. En conséquence, la tige s'incurve dans la direction opposée au côté des auxines accumulées et vers la direction de la lumière. Tiges de plantes et feuilles démontrer phototropisme positif, tandis que les racines (principalement influencées par la gravité) ont tendance à phototropisme négatif. Depuis photosynthèse organites conducteurs, appelés chloroplastes, sont plus concentrés dans les feuilles, il est important que ces structures aient accès au soleil. À l'inverse, les racines fonctionnent pour absorber l'eau et les nutriments minéraux, qui sont plus susceptibles d'être obtenus sous terre. La réponse d'une plante à la lumière permet de garantir l'obtention de ressources préservant la vie.
Héliotropisme est un type de phototropisme dans lequel certaines structures végétales, généralement des tiges et des fleurs, suivent la trajectoire du soleil d'est en ouest lorsqu'il se déplace dans le ciel. Certaines plantes hélotropes sont également capables de retourner leurs fleurs vers l'est pendant la nuit pour s'assurer qu'elles font face à la direction du soleil quand il se lève. Cette capacité à suivre les mouvements du soleil est observée chez les jeunes plants de tournesol. À mesure qu'elles deviennent matures, ces plantes perdent leur capacité héliotropique et restent dans une position orientée vers l'est. L'héliotropisme favorise la croissance des plantes et augmente la température des fleurs orientées vers l'est. Cela rend les plantes héliotropes plus attrayantes pour les pollinisateurs.
Thigmotropisme décrit la croissance des plantes en réponse au toucher ou au contact avec un objet solide. Le thigmostropisme positif est démontré par l'escalade de plantes ou de vignes, qui ont des structures spécialisées appelées vrilles. Une vrille est un appendice filiforme utilisé pour le jumelage autour de structures solides. Une feuille, une tige ou un pétiole de plante modifiée peut être une vrille. Lorsqu'une vrille se développe, elle le fait selon un modèle tournant. La pointe se plie dans différentes directions formant des spirales et des cercles irréguliers. Le mouvement de la vrille en croissance apparaît presque comme si la plante recherchait le contact. Lorsque la vrille entre en contact avec un objet, les cellules épidermiques sensorielles à la surface de la vrille sont stimulées. Ces cellules signalent à la vrille de s'enrouler autour de l'objet.
L'enroulement des vrilles est le résultat d'une croissance différentielle car les cellules qui ne sont pas en contact avec le stimulus s'allongent plus rapidement que les cellules qui entrent en contact avec le stimulus. Comme pour le phototropisme, les auxines sont impliquées dans la croissance différentielle des vrilles. Une plus grande concentration de l'hormone s'accumule du côté de la vrille non en contact avec l'objet. L'enroulement de la vrille fixe la plante à l'objet fournissant un support à la plante. L'activité des plantes grimpantes offre une meilleure exposition à la lumière pour la photosynthèse et augmente également la visibilité de leurs fleurs pollinisateurs.
Alors que les vrilles présentent un thigmotropisme positif, les racines peuvent présenter thigmotropisme négatif a l'heure. Lorsque les racines s'étendent dans le sol, elles poussent souvent dans la direction opposée à un objet. La croissance des racines est principalement influencée par la gravité et les racines ont tendance à pousser sous le sol et loin de la surface. Lorsque les racines entrent en contact avec un objet, elles changent souvent de direction vers le bas en réponse au stimulus de contact. Éviter les objets permet aux racines de pousser librement dans le sol et augmente leurs chances d'obtenir des nutriments.
Gravitropisme ou géotropisme est la croissance en réponse à la gravité. Le gravitropisme est très important chez les plantes car il dirige la croissance des racines vers l'attraction de la gravité (gravitropisme positif) et la croissance des tiges dans la direction opposée (gravitropisme négatif). L'orientation du système racinaire et racinaire d'une plante vers la gravité peut être observée aux stades de germination d'un semis. Lorsque la racine embryonnaire émerge de la graine, elle pousse vers le bas dans le sens de la gravité. Si la graine est tournée de manière à ce que la racine pointe vers le haut, loin du sol, la racine se courbera et se réorientera vers la direction de l'attraction gravitationnelle. Inversement, la pousse en développement s'oriente contre la gravité pour une croissance ascendante.
Le chapeau de racine est ce qui oriente la pointe de la racine vers l'attraction de la gravité. Cellules spécialisées dans le chapeau de racine appelées statocytes sont censés être responsables de la détection de la gravité. Les statocytes se trouvent également dans les tiges des plantes, et ils contiennent organelles appelé amyloplastes. Amyloplastes fonctionnent comme des entrepôts d'amidon. Les grains d'amidon denses provoquent la sédimentation des amyloplastes dans les racines des plantes en réponse à la gravité. La sédimentation des amyloplastes amène la calotte radiculaire à envoyer des signaux à une zone de la racine appelée zone d'allongement. Les cellules de la zone d'élongation sont responsables de la croissance des racines. L'activité dans ce domaine conduit à une croissance et une courbure différentielles dans la racine, dirigeant la croissance vers le bas vers la gravité. Si une racine est déplacée de manière à changer l'orientation des statocytes, les amyloplastes se réinstalleront au point le plus bas des cellules. Les changements de position des amyloplastes sont détectés par les statocytes, qui signalent ensuite la zone d'élongation de la racine pour ajuster la direction de courbure.
Les auxines jouent également un rôle dans la croissance directionnelle des plantes en réponse à la gravité. L'accumulation d'auxines dans les racines ralentit la croissance. Si une plante est placée horizontalement sur le côté sans exposition à la lumière, les auxines s'accumuleront sur le côté inférieur des racines entraînant une croissance plus lente de ce côté et une courbure vers le bas de la racine. Dans ces mêmes conditions, la tige de la plante présentera gravitropisme négatif. La gravité entraînera l'accumulation d'auxines sur le côté inférieur de la tige, ce qui incitera les cellules de ce côté à s'allonger plus rapidement que les cellules du côté opposé. En conséquence, le tournage se pliera vers le haut.
Hydrotropisme est la croissance directionnelle en réponse aux concentrations en eau. Ce tropisme est important dans les plantes pour la protection contre les conditions de sécheresse par hydrotropisme positif et contre la sursaturation de l'eau par hydrotropisme négatif. Il est particulièrement important pour les plantes des zones arides biomes pour pouvoir répondre aux concentrations en eau. Les gradients d'humidité sont détectés dans les racines des plantes. le cellules du côté de la racine la plus proche de la source d'eau, la croissance est plus lente que celle du côté opposé. L'hormone végétale acide abscissique (ABA) joue un rôle important dans l'induction d'une croissance différentielle dans la zone d'allongement des racines. Cette croissance différentielle fait pousser les racines vers la direction de l'eau.
Avant que les racines des plantes puissent présenter un hydrotropisme, elles doivent surmonter leurs tendances gravitrophiques. Cela signifie que les racines doivent devenir moins sensibles à la gravité. Des études menées sur l'interaction entre le gravitropisme et l'hydrotropisme chez les plantes indiquent que l'exposition à un gradient d'eau ou au manque d'eau peut amener les racines à présenter un hydrotropisme gravitropisme. Dans ces conditions, les amyloplastes des statocytes racinaires diminuent en nombre. Moins d'amyloplastes signifie que les racines ne sont pas aussi influencées par la sédimentation des amyloplastes. La réduction de l'amyloplaste dans les calottes radiculaires permet aux racines de surmonter l'attraction de la gravité et de se déplacer en réponse à l'humidité. Les racines d'un sol bien hydraté ont plus d'amyloplastes dans leur calotte radiculaire et ont une réponse beaucoup plus grande à la gravité qu'à l'eau.
Le thermotropisme et le chimiotropisme sont deux autres types de tropismes végétaux. Thermotropisme est la croissance ou le mouvement en réponse aux changements de chaleur ou de température, tandis que chimiotropisme est la croissance en réponse aux produits chimiques. Les racines des plantes peuvent présenter un thermotropisme positif dans une plage de températures et un thermotropisme négatif dans une autre plage de températures.
Les racines des plantes sont également des organes hautement chimiotropes car elles peuvent répondre positivement ou négativement à la présence de certains produits chimiques dans le sol. Le chimiotropisme racinaire aide une plante à accéder à un sol riche en nutriments pour améliorer sa croissance et son développement. La pollinisation des plantes à fleurs est un autre exemple de chimiotropisme positif. Lorsqu'un pollen les grains atterrissent sur la structure reproductrice femelle appelée stigmatisation, le grain de pollen germe en formant un tube à pollen. La croissance du tube pollinique est dirigée vers l'ovaire par la libération de signaux chimiques de l'ovaire.