La vie fixée des plantes et l'intervention de l'Homme

Merci !

Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : La plante domestiquée
Type : Restitution des connaissances | Année : 2016 | Académie : France métropolitaine

 

1

France métropolitaine • Juin 2016

restitution des connaissances • 8 points

Question de synthèse (5 points)
 Les structures de l’appareil végétatif des plantes en rapport à la vie fixée

Dans son ouvrage, L’Éloge de la plante (2004), le botaniste Francis Hallé discute des surfaces d’échanges chez les végétaux et animaux :

« Mesurer la surface d’un végétal n’est pas chose facile […] Quelle peut être la surface aérienne d’un arbre de 40 m de haut ? Une estimation de 10 000 m2 (1 ha) n’est certainement pas exagérée ; la surface “interne” permettant les échanges gazeux serait 30 fois supérieure. […] En ce qui concerne les surfaces racinaires, les investigations sont encore plus difficiles et les données encore plus rares : la surface souterraine d’un plant de seigle serait 130 fois plus grande que la surface aérienne. »

 Exposez en quoi les structures des organes impliqués dans les échanges nutritifs externes et internes d’une plante sont adaptées à son mode de vie fixé.

L’exposé doit être structuré avec une introduction et une conclusion et sera accompagné d’un schéma fonctionnel synthétique.

QCM (3 points)
 L’intervention de l’Homme

 Indiquez la réponse exacte, pour chaque série de propositions.

1. La collaboration plante-animal :

a) s’exerce exclusivement lors de la pollinisation.

b) s’exerce lors de la pollinisation et de la fécondation.

c) s’exerce lors de la pollinisation et de la dispersion des graines.

d) s’exerce exclusivement lors de la dispersion des graines.

2. Les variétés hybrides :

a) sont obtenues par transgenèse.

b) combinent des caractères agronomiques des deux parents.

c) résultent d’autocroisements.

d) résultent d’un processus de sélection variétale seule.

3. Les plantes OGM sont le résultat :

a) de mutations d’espèces cultivées.

b) d’hybridations d’espèces cultivées.

c) de sélections variétales.

d) de génie génétique.

Les clés du sujet

Le sujet est proposé en deux parties : une question de synthèse et un QCM portant sur deux aspects différents de la vie des plantes. Le QCM est centré sur la reproduction des plantes et la plante cultivée alors que la synthèse traite des structures en rapport avec la nutrition de la plante.

Question de synthèse

Comprendre le sujet

Le texte introductif incite à considérer l’appareil aérien de la plante d’une part, et l’appareil souterrain d’autre part, puis à montrer comment leur organisation assure une grande surface d’échanges avec leur environnement.

Cette étude doit être associée aux rôles distincts de ces deux appareils dans la nutrition de la plante.

Le sujet évoque notamment les échanges nutritifs « internes » et conduit donc à l’étude des structures les assurant. Cela implique l’étude des structures qui permettent les échanges nutritifs entre l’appareil racinaire et l’appareil aérien.

N’oubliez pas de relier ces différents aspects aux contraintes de la vie fixée.

Mobiliser ses connaissances

Les plantes développent de grandes surfaces d’échanges avec l’atmosphère et le sol. Des vaisseaux conducteurs permettent les circulations de matières dans la plante, notamment entre systèmes aérien et souterrain. Cette organisation fonctionnelle est en rapport avec la vie fixée.

QCM

Les techniques de croisement permettent d’obtenir de nouvelles plantes qui n’existaient pas dans la nature (nouvelles variétés, hybrides).

Les techniques du génie génétique permettent d’agir directement sur le génome des plantes cultivées.

Corrigé

Corrigé

Question de synthèse

Introduction

La plante est fixée au sol par son appareil racinaire. En conséquence, elle ne peut pas se déplacer pour aller chercher sa nourriture comme le ferait un animal. Elle doit donc puiser dans son environnement immédiat les nutriments qui lui sont nécessaires.

Nous allons envisager les structures d’échanges avec l’atmosphère et le sol qui lui permettent d’assurer ces prélèvements, et voir en quoi elles sont en rapport avec la vie fixée.

Les rôles différents de l’appareil racinaire et de l’appareil aérien nécessitent des échanges nutritifs entre ces deux régions d’une plante, et nous en étudierons les modalités.

I. L’autotrophie et les rôles respectifs des appareils aérien et racinaire

La plante est autotrophe, c’est-à-dire qu’elle est capable de synthétiser ses matières organiques à partir des nutriments : dioxyde de carbone, eau et ions minéraux.

Cette autotrophie est réalisée grâce à la photosynthèse qui exige l’énergie lumineuse pour se dérouler.

Un bilan très simplifié de la photosynthèse, illustré par la synthèse d’une molécule de glucose, est traduit par l’équation :

6 CO2 + 12 H2O svtT_1606_07_00C_eqn1 C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

L’appareil aérien, et notamment le système foliaire, exposé à la lumière, est le lieu où le dioxyde de carbone est prélevé dans l’atmosphère et où la photosynthèse est réalisée.

L’appareil racinaire souterrain est la zone de prélèvement de l’eau et des ions minéraux dans le sol.

II. Les structures impliquées dans les échanges gazeux photosynthétiques

Les feuilles sont les organes photosynthétiques. La surface de l’appareil foliaire en contact avec l’atmosphère est considérable (1 ha pour un arbre de 40 m de haut, par exemple). Mais la surface d’échanges gazeux entre l’atmosphère et les cellules chlorophylliennes photosynthétiques est encore plus importante. Cela est dû à l’organisation de la feuille.

La feuille présente des épidermes plus ou moins imperméables aux gaz. L’entrée de ces derniers dans la feuille se fait par l’intermédiaire des orifices stomatiques (ostioles des stomates). Ces orifices mettent en relation l’atmosphère et de très nombreuses lacunes internes à la feuille, dues au fait que les cellules chlorophylliennes ne sont pas jointives.

La surface entre l’atmosphère interne et les cellules chlorophylliennes est 30 fois plus grande que la surface externe (30 ha dans l’exemple donné). Cette énorme surface assure le prélèvement efficace du dioxyde de carbone, nutriment qui se trouve en faible concentration dans l’atmosphère.

Les échanges gazeux entre l’atmosphère externe et l’atmosphère interne se font par diffusion et assurent ainsi le renouvellement du CO2 de l’atmosphère interne.

La grande surface foliaire permet une exploitation maximale de l’énergie solaire par les chloroplastes des cellules chlorophylliennes.

III. Les structures impliquées dans le prélèvement de l’eau et des ions minéraux

Le système souterrain est constitué d’un chevelu de racines s’allongeant constamment. Au voisinage de leur extrémité, se trouve une zone présentant de très nombreux poils absorbants qui sont des expansions des cellules de la couche épidermique des racines. Cette zone pilifère est la principale région d’absorption de l’eau et des ions minéraux ; elle réalise une très grande surface de contact avec la solution minérale du sol.

Ainsi, la surface racinaire responsable de l’absorption de l’eau et des ions minéraux est plus importante que la surface aérienne (130 fois plus pour un plan de seigle, par exemple).

En outre, chez beaucoup de plantes, le système racinaire présente des mycorhizes qui résultent d’une association intime entre les filaments d’un champignon et les racines de la plante. Les filaments du champignon prélèvent de l’eau et des ions minéraux dans une grande surface du sol autour de la plante, qu’ils transmettent finalement aux racines. La surface d’échanges entre la plante et la solution minérale du sol est ainsi considérablement augmentée.

IV. Les structures assurant les échanges internes de la plante

A. Sève brute et sève élaborée

Les feuilles, en particulier pour la photosynthèse, ont besoin d’eau et d’ions minéraux. Cela implique un transfert d’eau et d’ions, sous forme de sève brute, des racines jusqu’aux feuilles.

Les organes hétérotrophes, non chlorophylliens, de la plante, notamment des racines, ont besoin de recevoir des matières organiques qu’elles sont incapables de prélever dans le sol.

Leurs besoins en matières organiques sont satisfaits grâce au transport de ces matières par la sève élaborée, depuis les organes chlorophylliens photosynthétiques, qui les élaborent, jusqu’à eux.

B. Les structures assurant le transport de la sève brute

Le transfert de la sève brute est assuré par des vaisseaux du xylème. Ce sont des tubes constitués de files de cellules allongées, mortes, réduites à leurs parois latérales. La paroi de ces tubes est renforcée par une substance, la lignine, qui maintient ces tubes constamment béants.

Ces tubes vont des racines jusqu’aux feuilles en passant par les tiges.

C. Les structures assurant le transport de la sève élaborée

Le transfert de la sève élaborée est assuré par des vaisseaux du phloème (tubes criblés). Ces vaisseaux sont formés de cellules vivantes placées bout à bout ; les parois transversales entre des cellules successives sont perforées, d’où le nom de « tubes criblés ». La sève élaborée circule d’une cellule à l’autre à travers les cribles.

Les tubes criblés vont des feuilles jusqu’aux organes non chlorophylliens, en particulier les racines.

Conclusion

Les caractéristiques fonctionnelles des appareils aérien et souterrain de la plante, rappelées sur le schéma de synthèse (voir figure) assurent une très grande surface de contact avec l’atmosphère d’une part et la solution minérale du sol d’autre part. Cela facilite le prélèvement des nutriments dans ces milieux où leur concentration est faible (dioxyde de carbone de l’atmosphère) et variable (solution minérale du sol). Puisque la plante dépend, pour sa nutrition, de ce qu’elle trouve dans son environnement immédiat, ces caractéristiques représentent une adaptation à la vie fixée.

La vie fixée de la plante est associée à des rôles nutritifs différents mais complémentaires de l’appareil aérien et de l’appareil souterrain. L’unité fonctionnelle de la plante est, malgré tout, réalisée par des échanges nutritifs entre ces deux appareils et sont assurés par les structures conductrices des sèves.

svtT_1606_07_00C_01

Figure. Schéma fonctionnel d’une plante

QCM

1. c) Exact.

a) et d) Faux. À cause de l’adverbe « exclusivement ».

b) Faux. Le seul rôle des animaux (en particulier les insectes) est de transporter le pollen des étamines jusqu’au pistil (stigmate) mais ils ne jouent aucun rôle dans les étapes suivantes de la reproduction et notamment la fécondation.

2. b) Exact. Un hybride résulte d’un croisement réalisé par l’Homme entre deux variétés et présente donc une combinaison des caractères des deux parents.

a) Faux. Un organisme obtenu par transgenèse présente bien les caractères de l’organisme chez lequel on a introduit un gène étranger et au moins un caractère lié à l’expression de ce gène. Cependant, ce n’est pas un hybride car il ne résulte pas d’un croisement entre deux variétés.

c) Faux. Un autocroisement ne fait que maintenir les caractères de la variété considérée. Il permet d’aboutir à des lignées pures.

d) Faux. La sélection d’une variété implique la sélection de plants présentant les mêmes caractères : il n’y a pas combinaison de caractères appartenant à des variétés différentes.

3. d) Exact. Un OGM est un être vivant dont l’ADN a été modifié par l’Homme et seulement par lui (génie génétique) ; c’est un organisme artificiel car la nature n’aurait pu le faire apparaître.

a) Faux. La mutation est un processus naturel (voir d)).

b) Faux. L’hybridation de plantes cultivées fait bien intervenir l’Homme mais celui-ci n’utilise que les processus de reproduction naturelle de la plante.

c) Faux. Une sélection ne crée pas un OGM mais utilise la diversité naturelle de la variété concernée.