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Le contournement des contraintes de la vie fixée des plantes

Asie • Juin 2017

restitution des connaissances • 8 points

Le contournement des contraintes de la vie fixée des plantes

Les végétaux terrestres sont pour la plupart des êtres vivants fixés. La vie fixée impose des contraintes.

Expliquez comment l'organisation d'une plante à fleurs ainsi que sa collaboration avec d'autres espèces permettent de répondre aux contraintes de la vie fixée.

L'exposé devra comporter une introduction, un développement structuré, une conclusion et sera illustré par un schéma au choix du candidat.

Les clés du sujet

Comprendre le sujet

C'est un sujet très vaste car les connaissances à mobiliser portent sur l'ensemble du thème de la vie fixée des plantes. Il ne faut donc pas se limiter à l'organisation de l'appareil végétatif en rapport avec la nutrition de la plante, mais envisager aussi les modalités de la reproduction sexuée qui permettent la rencontre des gamètes alors que la plante ne se déplace pas.

Il faut en outre indiquer, tant en ce qui concerne la nutrition que la reproduction, comment les relations avec d'autres êtres vivants aident à surmonter les contraintes de la vie fixée.

Enfin, le dernier point à aborder est la façon dont les plantes résistent aux agressions de l'environnement qu'elles ne peuvent éviter puisque fixées.

La variété des connaissances à exposer oblige à ne pas être exhaustif sur chacun des points et à cibler les données pour lesquelles la relation avec les contraintes de la vie fixée est nette. Le sujet ayant trait aux plantes à fleurs en général, il suffit d'indiquer les caractéristiques communes à toutes les plantes. Dans votre conclusion, vous pouvez cependant évoquer les adaptations qui permettent à certaines espèces de vivre dans des milieux où les contraintes sont très fortes : sécheresse, températures très élevées ou très faibles, etc.

Mobiliser ses connaissances

La plante développe des surfaces d'échanges de grande dimension avec l'atmosphère et avec le sol.

L'organisation florale et le fonctionnement de la fleur permettent le rapprochement des gamètes entre plantes fixées. La pollinisation de nombreuses plantes et la dispersion des graines reposent souvent sur une collaboration animal pollinisateur-plante, produit d'une coévolution.

La plante possède des structures et des mécanismes de défense contre les agressions du milieu.

Corrigé

Introduction

Comme tous les êtres vivants, les végétaux doivent se nourrir, se reproduire et se défendre vis-à-vis d'agressions extérieures diverses (climatiques, biologiques…). Dans le cas d'une plante fixée, ces fonctions doivent être assurées alors qu'il lui est impossible de se déplacer pour rechercher la nourriture, trouver un partenaire pour se reproduire ou encore fuir une agression.

Nous allons envisager les caractéristiques de ce type de plantes qui, malgré leurs contraintes, leur permettent d'assurer les fonctions nécessaires à leur survie.

I. Se nourrir tout en étant fixée

La plante chlorophyllienne est autotrophe grâce à sa capacité de photo­synthèse. Pour assurer son bon déroulement, la plante doit trouver dans son environnement l'eau, les ions minéraux et le dioxyde de carbone nécessaires (figure 1). Les organes photosynthétiques doivent de plus être en mesure de capter l'énergie lumineuse indispensable à la photosynthèse.

A. L'eau et les ions minéraux

Ces nutriments sont captés par l'appareil racinaire. Les ramifications de la racine, garnies à leur extrémité de poils absorbants extrêmement nombreux, constituent une surface de contact considérable entre les racines et le sol  cela favorise l'absorption de l'eau et des ions minéraux par la plante.

En outre, beaucoup de plantes présentent un système racinaire doté de mycorhizes qui résultent d'une association intime entre les filaments d'un champignon et les racines de la plante (figure 1). Les filaments du champignon permettent le prélèvement d'eau et d'ions minéraux sur une surface très agrandie du sol avant de les transmettre aux racines de la plante.

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Figure 1. Organisation fonctionnelle d'une plante chlorophyllienne

B. Le dioxyde de carbone et l'énergie lumineuse

Le dioxyde de carbone est puisé dans l'air environnant. La surface d'échanges gazeux entre l'atmosphère et l'appareil foliaire est considérable. Elle est encore énormément augmentée par l'existence de lacunes internes dont l'atmosphère est sans cesse renouvelée grâce à des orifices ouverts sur l'extérieur : les stomates (figure 1).

Cette énorme surface assure le prélèvement efficace du dioxyde de carbone, nutriment indispensable à la photosynthèse.

L'énergie lumineuse, quant à elle, est captée par les chloroplastes des cellules foliaires. Chez beaucoup de plantes, les cellules les plus riches en chlorophylle constituent un tissu dense, situé sur la face supérieure la plus exposée à l'énergie lumineuse.

C. Les relations entre racines et feuilles

Celles-ci sont indispensables car les fonctions différentes des appareils souterrain et aérien nécessitent l'existence de relations nutritives.

Elles sont assurées :

par un tissu conducteur (vaisseaux du xylème), qui effectue le transport de l'eau et des ions minéraux (sève brute) du sol vers l'appareil aérien 

par un système conducteur (tubes criblés éléments du phloème), qui assure le transport des matières organiques synthétisées dans les feuilles (sève élaborée), vers l'ensemble des organes de la plante, en particulier vers les organes souterrains.

II. Se reproduire tout en étant fixée

A. La survie des gamètes

Le milieu aérien est défavorable à la survie des gamètes  en relation avec cela, les gamètes des végétaux aériens ne sont pas libérés dans le milieu extérieur.

Les gamètes femelles sont situés dans l'ovaire du pistil des fleurs. Les gamètes mâles sont contenus dans les grains de pollen produits par les étamines. Libérés dans le milieu aérien, les grains de pollen protègent ainsi les gamètes mâles.

B. La rencontre des gamètes et la fécondation (figure 2)

La rencontre des gamètes est assurée par le transport des grains de pollen jusqu'au pistil : c'est la pollinisation. Elle se poursuit par la formation du tube pollinique issu du grain de pollen et qui conduit un gamète mâle jusqu'au gamète femelle : la fécondation est donc interne. L'œuf formé dans la plante mère est ainsi lui aussi protégé du milieu extérieur.

Le développement de l'œuf dans l'ovaire donne finalement une graine qui sera libérée dans le milieu extérieur. L'une des propriétés de la graine est sa capacité à mener une vie ralentie et à résister aux contraintes du milieu.

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Figure 2. La pollinisation

C. La reproduction et la collaboration avec d'autres êtres vivants

Les animaux interviennent à deux moments distincts dans la reproduction des végétaux :

Lors de la pollinisation  chez de nombreuses plantes, la pollinisation est assurée par les insectes qui recherchent, dans la fleur, une source de nourriture : le nectar (liquide sucré sécrété par de petites glandes, les nectaires, situées à la base des pièces florales) et le pollen (notamment les abeilles).

Lorsqu'un insecte visite une fleur, le pollen se fixe aux soies de son corps. En pénétrant dans d'autres fleurs, l'insecte abandonne involontairement quelques grains de pollen sur les stigmates gluants.

Lors de la dispersion des graines, laquelle permet à la plante de conquérir de nouveaux milieux.

La semence peut être dispersée en s'attachant aux poils, plumes ou autres parties du corps d'un animal, mais aussi par la consommation, après passage dans le tube digestif de l'animal puis rejet par les excréments. Les fruits charnus font ainsi partie des stratégies facilitant la dissémination des graines.

On observe parfois une relation entre les caractéristiques des plantes et celles des animaux qui assurent la dissémination en consommant leurs fruits. On parle alors de coadaptation : la morphologie des fruits est fréquemment adaptée aux caractéristiques morphologiques générales des animaux frugivores. Comme dans le cas de la pollinisation, on l'interprète comme une coévolution, c'est-à-dire que l'on suppose qu'au cours de l'histoire évolutive de la plante, les animaux ont exercé une pression sélective qui a favorisé les phénotypes attractifs des plantes pour les animaux. Inversement, les plantes ont ensuite exercé une pression sélective sur les animaux.

III. Se défendre tout en étant fixée

A. Les facteurs physiques

Les plantes fixées doivent répondre aux pressions du milieu extérieur dont font partie les variations de températures. Elles ont ainsi développé diverses stratégies selon les contraintes.

Résister aux basses températures

Les plantes entrent en vie ralentie pendant la période froide, durant laquelle les activités sont réduites au minimum et où le développement est interrompu.

Les organes assurant la permanence de la plante sont alors protégés afin de réduire l'impact des basses températures :

seule la partie souterraine persiste (bulbes, tubercules, rhizomes…) 

un système de protection (écailles) est développé au niveau des bourgeons 

les graines entrent en vie ralentie, en particulier chez les plantes annuelles, protégeant ainsi la descendance.

Résister à la sécheresse

Lorsque les températures sont élevées, la réponse sera en particulier de réduire les pertes d'eau par fermeture des stomates.

Des caractéristiques anatomiques spécifiques favorisent également la résistance à la sécheresse : présence de cryptes sur les feuilles pour la protection des stomates, morphologie à feuilles réduites limitant les surfaces d'échange, accumulation et stockage d'eau (plantes grasses), etc.

B. Les facteurs biologiques

Il s'agira alors pour la plante de développer des systèmes de défense afin de résister aux prédateurs et aux parasites. Deux types de défense sont ainsi observées :

des défenses constitutives (passives) de nature mécanique (cuticules épaisses rendant les feuilles coriaces, écorce épaisse et dure, épines, poils urticants, etc.) ou chimique (sécrétion passive de substances toxiques et mortelles pour les agresseurs) 

des défenses induites (actives), qui se développent en réponse à l'agression. La plante réagit en diffusant des substances volatiles odorantes qui attirent des prédateurs de l'agresseur et augmentent les capacités de défense des plantes voisines saines. La plante peut également répondre directement à l'agression en sécrétant des substances chimiques toxiques pour l'agresseur (Psl, nicotine, etc.).

Conclusion

La plante fixée possède des singularités qui concernent à la fois son appareil végétatif et son appareil reproducteur.

L'appareil végétatif est caractérisé par de vastes surfaces d'échanges avec l'environnement (sol, atmosphère) où les nutriments nécessaires à la plante sont en faible concentration. En outre, cet appareil végétatif peut subir des modifications pour résister aux agressions du milieu.

L'appareil reproducteur est marqué par la production et la libération d'un très grand nombre de grains de pollen vecteurs et protecteurs de gamètes mâles qui peuvent ainsi atteindre les organes femelles distants où se trouvent les gamètes femelles. La fécondation est ensuite interne, et le développement de l'œuf à l'intérieur de l'ovaire du pistil conduit à une graine.

La graine, qui contient un embryon de plante, peut ensuite être disséminée, tout en étant capable de mener une vie au ralenti lorsque les conditions sont défavorables.

Tant en ce qui concerne la pollinisation que la dispersion des graines, la collaboration avec les animaux contribue à la réussite de la reproduction et la conquête de nouveaux milieux.

Ce sont des propriétés générales des plantes terrestres fixées mais elles peuvent parfois être accentuées chez certaines d'entre elles, leur permettant de s'adapter pour vivre dans des milieux aux conditions physiques sévères (déserts, altitudes élevées, etc.).

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