L’équation-bilan de la photosynthèse

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle Générale | Thème(s) : L’organisation fonctionnelle des plantes et production de matière organique
Type : Pratique du raisonnement scientifique 1 | Année : 2020 | Académie : Inédit


Exercice 2

L’équation-bilan de la photosynthèse

1 h 50

8 points

Intérêt du sujet • Montrez comment les données expérimentales permettent de retrouver les différents aspects d’un phénomène complexe : la photosynthèse.

 

Les plantes chlorophylliennes sont capables de réaliser la photosynthèse dont l’équation bilan est :

6CO2+12H2Lumière C6H12O6+6O2+6H2O

À l’aide des informations extraites des documents proposés, justifiez chacun des membres de l’équation-bilan de la photosynthèse.

Document 1Observations microscopiques de cellules de feuilles d’Élodée du Canada montées dans l’eau iodée

a) Conditions expérimentales

Des rameaux d’Élodée ont été soumis pendant plusieurs heures aux conditions suivantes.

Tableau de 4 lignes, 3 colonnes ;Tetière de 1 lignes ;Ligne 1 : Lumière;CO2*;Résultat;Corps du tableau de 3 lignes ;Ligne 1 : –; +; Photo A; Ligne 2 : +; +; Photo B; Ligne 3 : +; –; Photo C;

Les signes « + » signifient « en présence de », les signes « – » signifient « en l’absence de ».

* Eau enrichie en CO2 par apport d’ions hydrogénocarbonate HCO3. Un « – » pour le CO2 signifie une eau contenant très peu de CO2.

b) Photographies des résultats

À la fin de l’expérience, on prélève une feuille d’Élodée que l’on place dans de l’eau iodée, puis on réalise une préparation microscopique de cette feuille afin d’observer les résultats.

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Photo A

Ph © Jean-Claude RÉVY–ISM

svtT_2000_00_36C_02

Photo B

Ph © Jean-Claude RÉVY–ISM

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Ph © Jean-Claude RÉVY–ISM

Photo C

Document 2Variations de la concentration en dioxygène en fonction de l’éclairement dans le milieu de culture enrichi en CO2

Des fragments de feuilles d’Élodée sont placés dans un bioréacteur contenant de l’eau enrichie en CO2.

Une sonde à dioxygène reliée à un dispositif EXAO permet de suivre les variations de la teneur en O2 de l’eau de l’enceinte.

Dans le graphique ci-après, la teneur en dioxygène dissous est exprimée en unités arbitraires liées au mode d’enregistrement.

svtT_2000_00_36C_03

D’après le site rnbio.upmc.fr

Document 3Influence de la teneur en CO2 du milieu sur la production de dioxygène par des fragments de feuilles d’élodée à la lumière

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D’après le site rnbio.upmc.fr

Document 4Expériences de Ruben et Kamen (1941)

Dans une molécule d’eau, on trouve les deux isotopes stables de l’oxygène, 16O et 18O. Le rapport isotopique 18O/16O de l’eau ordinaire est 0,2 %.

Les expériences de Ruben et Kamen permettent de déterminer l’origine des atomes des molécules de dioxygène produites par des cellules chlorophylliennes.

Expérience 1

Les chercheurs ont mis des chlorelles (algues chlorophylliennes unicellulaires) à la lumière, en suspension dans une eau enrichie en 18O (0,85 % des molécules possèdent l’isotope lourd 18O au lieu de 0,2 % dans l’eau ordinaire).

Ils ont ajouté à cette eau de l’hydrogénocarbonate (HCO3Na), source de CO2.

Puis ils ont recueilli le dioxygène produit par ces chlorelles et déterminé le rapport isotopique 18O/16O de ces molécules.

Expérience 2

Les chercheurs ont refait une expérience similaire, avec une eau ordinaire, mais en utilisant cette fois des ions HCO3 enrichis en 18O.

Résultats obtenus

Tableau de 6 lignes, 5 colonnes ;Tetière de 1 lignes ;Ligne 1 : ;Rapport isotopique 18O/16O(en %);Corps du tableau de 5 lignes ;Ligne 1 : ; Eau; Ions HCO3–; O2 produit; Ligne 2 : Expérience 1; Début; 0,85; 0,20; -; Ligne 3 : Fin (65 min); 0,85; 0,41; 0,84; Ligne 4 : Expérience 2; Début; 0,20; 0,68; -; Ligne 5 : Fin (65 min); 0,20; 0,57; 0,20;

Le rapport isotopique 18O/16O du dioxygène des ions HCO3 est le même que celui de l’eau ordinaire. Il évolue lentement au cours de l’expérience car de nouveaux ions HCO3 se forment à partir du CO2 et de H :

CO2 + H2O → HCO3 + H+

 

Les clés du sujet

Étape 1. Comprendre le sujet

L’équation globale de la photosynthèse est indiquée. Il s’agit de dégager les conclusions tirées des données expérimentales fournies par les documents et, pour chacune d’elles, de préciser quelle est ou quelles sont les parties de l’équation globale qui sont confortées.

Pour chaque donnée expérimentale, il est bon d’indiquer l’équation partielle de la photosynthèse à laquelle elle fait référence.

Étape 2. Exploiter les documents

Le document 1 renseigne sur l’importance des facteurs lumière et CO2 sur la production de matières organiques.

Le document 2 met en évidence une production de dioxygène dépendante des mêmes facteurs que la production de matières organiques.

Le document 3 renseigne sur l’origine des atomes du dioxygène (CO2 ou H20).

Étape 3. Construire la réponse

Tableau de 3 lignes, 2 colonnes ;Corps du tableau de 3 lignes ;Ligne 1 : I. Les produits de la photosynthèse; Dégagez les conditions nécessaires à la synthèse de matières organiques par les cellules chlorophylliennes.Faites de même avec les conditions nécessaires à la production de dioxygène par les cellules chloro­phylliennes et comparez avec celles permettant la synthèse de matières organiques.Indiquez, pour chaque type de produits, ce qui est conforté dans l’équation bilan.; Ligne 2 : II. L’eau et la photosynthèse; Tirez des expériences de Ruben et Kamen les conclusions relatives à l’origine des atomes d’oxygène du dioxygène produit.Expliquez comment cela est traduit par l’équation-bilan.; Ligne 3 : Conclusion; Dégagez la notion d’oxydo-réduction à propos de l’équation-bilan de la photosynthèse.;