REPRODUCTION ET DEVELOPPEMENT VEGETAL TD N 4 - CORRIGE

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1 REPRODUCTION ET DEVELOPPEMENT VEGETAL TD N 4 - CORRIGE Première partie 1) a) Principales étapes théoriques de la démarche expérimentale a. Emettre des hypothèses concernant les facteurs du milieu intervenant dans la croissance et le développement de la fougère aigle à partir des observations de terrain. b. Vérifier chaque hypothèse en réalisant une série d'expériences où seul le facteur considéré varie : humidité du sol (document 2), éclairement (document 3), les autres conditions expérimentales étant identiques. c. Confirmer ou infirmer les hypothèses émises ; les deux expériences proposées permettent de confirmer celles-ci et de déterminer les valeurs optimales des facteurs considérés pour obtenir le meilleur rendement. Importance de la démarche expérimentale en biologie La, démarche expérimentale est importante en biologie, car elle permet de connaître le rôle de chaque facteur dans les variations d'un phénomène, mais aussi d'en élucider le mécanisme. A l'opposé, cette méthode est peu utilisée en géologie, car le facteur temps, qui est souvent de l'ordre de plusieurs millions d'années, ne peut être reproduit. b) Graphes Le tableau de chiffres du document 2 comporte plusieurs valeurs de la hauteur des frondes de fougère aigle en fonction de la même humidité du sol. La valeur moyenne est utilisée pour construire le graphe, on peut l'encadrer par les valeurs expérimentales. Ces variations correspondent à des caractéristiques individuelles des plantes, à l'approximation des mesures ou aux conditions du test qui sont moins rigoureuses que celles du document 3. Interprétation L'humidité du sol intervient dans la croissance des frondes de fougère aigle : un sol trop sec ou trop humide ralentit celle-ci. L'humidité optimale du sol, prélevé à 50 cm de profondeur, est de 3,5 %. L'éclairement optimum pour obtenir une croissance et un développement maximum de la fougère aigle est assez fort. La comparaison avec le polypode montre que toutes les fougères n'ont pas les mêmes préférences du point de vue éclairement, ce qui explique, en partie, leurs habitats préférentiels. La notion de valeur optimale d'un facteur est importante en biologie appliquée, particulièrement en agriculture. Reproduction et développement végétal TD n 4 - Corrigé 1 / 8

2 Graphe 1 : hauteur des frondes de fougère aigle en fonction de l humidité du sol à 50 cm de profondeur Reproduction et développement végétal TD n 4 - Corrigé 2 / 8

3 Graphe 2 : hauteur des frondes de fougère aigle en fonction de l éclairement Reproduction et développement végétal TD n 4 - Corrigé 3 / 8

4 Graphe 3 : nouvelles frondes de fougère aigle en fonction de l éclairement c) Influence de la composition chimique du sol Pour cette plante, qui se plaît en terrain siliceux, il est important de savoir si elle tolère ou non le calcaire. On cultivera des plants de fougère aigle dans des conditions identiques de température (18 C), d'éclairement (assez fort), d'humidité du sol (3,5 %), pendant la même durée de temps. Ces plants seront cultivés sur du sable entièrement siliceux, tel que le sable de Fontainebleau, auquel on ajoutera 0, 10, 20, 30,40 %... de calcaire broyé de façon à ce qu'il n'y ait pas de différence de granulométrie avec le sable siliceux. d) Application des données La fougère aigle ne peut s'implanter et avoir un développement maximum sous la hêtraie, car le couvert est dense et l'éclairement insuffisant. Elle ne peut s'implanter sur la lande marécageuse ou sur les berges du cours d'eau car, à 50 cm de profondeur, le terrain est complètement imbibé d'eau (nappe). Reproduction et développement végétal TD n 4 - Corrigé 4 / 8

5 Elle peut s'implanter au sommet de la butte couverte de chênes, le couvert est peu dense et l'éclairement suffisant, mais le développement ne sera maximum que dans les zones où l'humidité du sol à 50 cm de profondeur sera de 315 %. La lande sèche en pente comporte certainement une zone où l'humidité est optimum pour la fougère aigle, mais l'éclairement y est très fort en juillet. La fougère aigle pourra donc s'y implanter, mais elle n'aura pas son développement optimal. 2) Principales modalités de reproduction chez les végétaux Il existe deux types principaux de reproduction. 1. La reproduction asexuée ne fait pas intervenir de gamètes. Elle est dite aussi multiplication végétative, car elle est réalisée à partir d'organes végétatifs, tels que tubercules, bulbes, rhizomes, stolons, fragments de rameaux feuillés (boutures),..., ou même à partir de cellules qui se multiplient. Ce type de reproduction donne naissance à des individus identiques entre eux et à leurs parents (reproduction conforme). Ce procédé facilite la conquête d'un milieu : envahissement d'une clairière ou d'une prairie par prolifération du rhizome de fougère aigle ou marcottage des tiges de ronce, La reproduction sexuée est caractérisée par deux phénomènes importants : la gamétogenèse ou formation de gamètes haploïdes (n chromosomes) et la fécondation ; les deux gamètes haploïdes fusionnent et donnent un œuf diploïde (2 n chromosomes), à l'origine d'un nouvel individu, fruit de la recombinaison aléatoire de la moitié des patrimoines héréditaires des deux parents (reproduction non conforme). Reproduction et développement végétal TD n 4 - Corrigé 5 / 8

6 Cycle de reproduction d une fougère Cycle de reproduction simplifié d une plante à fleurs Reproduction et développement végétal TD n 4 - Corrigé 6 / 8

7 Deuxième partie 1) Analyse de la situation d entrée La situation d'entrée, «exprimer les différences d'aspect d'une chênaie en automne et en hiver», pourrait aboutir aux objectifs notionnels suivants : - pour les CP, la modification de l'aspect des végétaux (chêne, fougère aigle, etc.) en fonction du cycle des saisons ; - pour les CE, l'observation des transformations de la forêt permet de commencer à établir le cycle saisonnier du chêne en insistant sur la chute des feuilles jaunes et desséchées, l'existence des bourgeons et la pérennité du chêne pendant l'hiver. Les enfants doivent aussi prendre conscience de la disparition apparente ou totale des plantes de la strate herbacée, ce qui pose le problème de leur réapparition au printemps et donc de leur reproduction. Intentions et objectifs de l enseignant. Analyse de la conduite du dialogue Finalement, l enseignant a l'intention de faire découvrir aux enfants le rôle des graines et de les initier à la démarche expérimentale à propos de la germination. Ses objectifs cognitifs peuvent se résumer ainsi : si les conditions de germination sont satisfaisantes, une graine donne naissance à une nouvelle plante. Ses objectifs de savoir-faire sont l'acquisition d'un savoir-faire technique, la réalisation des semis, et ses objectifs méthodologiques (CE), la mise en pratique et une première appropriation par les enfants de la démarche expérimentale. Les interventions de l enseignant sont peut-être un peu trop imprécises ou globales. Il est difficile pour des enfants de CP-CE1 de répondre à la question : «Comment va évoluer la forêt?». Il serait préférable, après avoir évoqué le cas des chênes, de focaliser l'attention des élèves sur une plante à fleurs annuelle trouvée en octobre et disparue en février. De même, la question sur le rôle du soleil est trop imprécise et vaste. Il faudrait, d'autre part, faire en C, avec les enfants, la liste des hypothèses à vérifier. 2) Difficultés des élèves et initiation à la démarche expérimentale Les difficultés des enfants viennent du fait qu'ils ne sont pas dégagés du contexte précédent, la forêt, et que le problème à résoudre n'a pas été posé clairement : «Que devons-nous faire pour qu'une graine donne naissance à une nouvelle plante?» - Première étape de l'initiation à la démarche expérimentale Alors que certains enfants dans le dialogue avaient évoqué l'intervention du soleil et de la pluie, ils ont, en conclusion de la situation C, émis l'hypothèse «On a besoin de graines, de terre et de pots.» On peut donc leur demander de mettre en œuvre ce qu'ils ont proposé. Le résultat négatif de cette première expérience conduira l enseignant à demander si les graines, pour germer, n'ont pas d'autres besoins. La confrontation de leurs points de vue permettra certainement de retenir Reproduction et développement végétal TD n 4 - Corrigé 7 / 8

8 l'influence de l'eau et du soleil, hypothèses à vérifier. - Deuxième étape : influence de l'eau A nouveau, la confrontation des propositions permettra d'aboutir au protocole suivant. Chaque groupe de deux enfants sèmera trois graines de haricot, par exemple, dans un pot ou un récipient plastique garni de terre, les graines étant légèrement recouvertes de terre. Un groupe sur deux arrosera le pot ; aussitôt que la terre apparaîtra sèche. Au bout d'une huitaine de jours, seules les graines des pots arrosés se développeront. Il sera possible de faire une deuxième vérification de l'intervention du facteur eau, il suffira d'arroser régulièrement les graines sèches, qui se développeront. - Troisième étape : «Le soleil est-il indispensable à la germination?» Il faudra rappeler aux enfants que le soleil nous apporte lumière et chaleur. Comme les expériences précédentes ont été réalisées dans la classe, il est possible de placer l'un des pots arrosés dans un placard, à l'abri de la lumière. Les graines, arrosées comme les autres et à la température de la classe, germeront, mais ensuite la plante s'étiolera. D'autres pots placés dehors (température basse en février) et arrosés permettront aux enfants de comprendre pourquoi les agriculteurs et les jardiniers ne sèment qu'aux beaux jours. Lors de chaque expérience, l enseignant fera remarquer qu'un seul facteur est testé, les autres conditions étant identiques. En conclusion, cette étude montrera aux enfants de CP-CE1 que les graines, pour germer, ont essentiellement besoin d'eau et d'une température suffisante. Elle sera pour les CE1 une première approche de la démarche expérimentale. Reproduction et développement végétal TD n 4 - Corrigé 8 / 8

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