Les relations entre organisation et mode de vie, résultat de l évolution : l exemple de la vie fixée chez les plantes

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1 Les relations entre organisation et mode de vie, résultat de l évolution : l exemple de la vie fixée chez les plantes soleil énergie lumineuse O2 chloroplastes (chlorophylle photocaptrice) CO2 végétal chlorophyllien cellule chlorophyllienne amidon dans les chloroplastes feuille H2 O sels minéraux (N, P, K, S,...) consommation rejet matière minérale Rappels : Les végétaux chlorophylliens sont autotrophes, il synthétisent leur matière organique à partir de substances minérales. Cette synthèse lieu dans les chloroplastes, organites cellulaire contenant la chlorphylle qui capte et convertie l'energie lumineuse en énergie chimique.

2 B - La feuille, interface avec l'atmosphère eau Dioxyde de carbone doxygène

3 Évaluation de la surface foliaire d'une plante Plante de la famille de l'arabette Feuille de cette plante, masse =1,5g

4 Forme des feuilles et surface Surface mesurée avec le logiciel mesurim = 60 cm² soit 40 cm² pour 1g de matière végétale formant les feuilles Feuilles : 40 cm² pour un gramme Le volume des feuille est environ de 1 cm3 La surface des faces d'un cube de ce volume reprénterait 6 cm² Cube de 1cm3 faces déplié du cube = 6 cm² La forme des feuilles permet d'obtenir une grande surface par rapport à la masse de matière qu'elle représentent.

5 Organisation de la feuille à l'echelle microscopique Coupe de feuille de houx (X40) Parenchyme palissadique Parenchyme lacuneux épiderme cuticule stomate Les cellules chlorophylliennes se trouvent dans les parenchymes. L'épiderme est une couche de cellules qui recouvre la feuille. Les stomates forment des ouverture dans la cuticule imperméable qui recouvre l'épiderme

6 Les stomates : ouvertures modulable stomate Épiderme de la face inférieure d'une feuille de poireau

7 2) échange gazeux les feuilles sont recouvertes d'une cuticule imperméable qui permet d'éviter la déshydratation de la plante. les échanges gazeux sont rendus possible par des ouvertures contrôlables : les stomates.

8 Échanges gazeux entre atmosphère interne de la feuille et les cellules lacune CO2 stomate CO2 Les échanges gazeux ont lieu entre les cellules et l atmosphère interne de la feuille. L organisation du parenchyme lacuneux permet d augmenter la surface d'échange cellules atmosphère

9 Structure schématique d'une feuille de Houx. La nervure médiane, très en relief comme chez beaucoup de dicotylédones contient principalement des tissus conducteurs de la sève brute (xylème) et de la sève élaborée (phloème). Ces tissus sont protégés par des tissus de soutien. De part et d'autre de cette nervure, le limbe est formé par du parenchyme palissadique (face supérieure) et du parenchyme lacuneux (face inférieure). La feuille est protégée des pertes d'eau par deux épidermes, recouverts d'une cuticule imperméable. Les échanges de gaz sont assurés par les stomates.

10 En bilan : Les documents précédents montrent que la forme des feuilles permet d'obtenir une grande surface par rapport à leur volume. La structure des feuilles permet d'augmenter encore la surface d'échange : les feuilles sont recouverte d'une cuticule imperméable qui permet d'évité la déshydratation de la plante. les échanges gazeux sont rendu possible par des ouvertures contrôlables : les stomates. Ils sont formés par deux cellules dont les variations de forme ouvre ou ferme l ouverture. Les échanges gazeux ont lieu entre les cellules et l atmosphère interne de la feuille. L organisation du parenchyme lacuneux permet d augmenter la surface d échange cellules atmosphère (X30)

11 2) capter la lumière l interception de la lumière est optimisée par :

12 leur forme plate qui permet d obtenir une grande surface de réception. Elles sont en générale formées d un limbe, mince couche de cellules dont celles qui réalisent la photosynthèse.

13 De nombreux chloroplastes dans les cellules chlorophyliennes, structure des chloroplastes qui optimisent la reception de la lumière sur les thylacoïdes Chloroplastes. Cellules d'élodées (microscopie optique X400) Microscopie electronique. La chlorophyle qui capte la lumière se trouve dans les membranes formant les thylacoïdes Source pour microscopie electronique thylacoïdes

14 la disposition des feuilles face à la lumière Ici on voit des feuilles qui captent la lumière. Pourtant situées dans un sous bois elles s'orientent de façon à capter la lumière.

15 En guise de bilan : Document : Extrait du livre : Éloge de la plante de F HALLE La plante, une vaste surface fixe (p 42 à 44) Chacun sait que l énergie qu elle utilise provient directement du Soleil. C est une énergie véhiculée par des photons, une énergie rayonnante et de haute qualité ; mais son flux est faible seulement 1 kilowatt par mètre carré en moyenne, sur la moitié éclairée de la Terre. Une conséquence de la faiblesse relative de ce flux est que la plante, comme tout capteur solaire, doit privilégier ses dimensions linéaires et sa surface au détriment de son volume, une autre conséquence est que le capteur, doit fonctionner aussi fréquemment que possible, et de ce fait, il ne s arrête que la nuit. Puisque l énergie rayonnante arrive directement jusqu au capteur et quelle est pratiquement ubiquiste (présent partout), un déplacement n en garantirait pas une meilleure appropriation et, en d autres termes, la fixation du capteur ne présente pas d inconvénient. Au demeurant, la mobilité active d une vaste surface soulèverait d insolubles problèmes de fardage (prise au vent) et la fixation a l avantage supplémentaire de permettre l alimentation en eau à partir du sol par les racines; toutefois, là aussi, la ressource étant faible, la surface de captation doit être très importante. Une plante est donc essentiellement un volume modeste, une vaste surface aérienne et souterraine, portée par une infrastructure linéaire de très grande dimensions. Arbre de 40 m de haut Feuilles m2 soit 115 terrains de tennis Racines m2 soit 500 terrains de tennis

16 Germination d'une graine de haricot observée à la loupe binoculaire. Zone de la racine portant des poils absorbants Jeune racine

17 Surfaces d échange avec le sol et l hydrosphère Moutarde des champs Source : wikipedia Classification phylogénétique Ordre Brassicales Famille Brassicaceae

18 Principaux types de racines («pivot», «en chevelu»..)

19 Les poile absorbant : surface d'échange avec le sol Trajet de l'eau des poils vers les vaisseaux Coupe de racine observée au microscope (X100 et X40 Poils aborbants sur une racine de haricot en germination Les poils absorbants sont des cellules dont la forme allongée permet d agrandir leur surface à travers laquelle la solution du sol passe. Vaisseaux conducteurs Poils absorbants

20 Les poils absorbants Diamètre : 12 à 15 μm Longueur : 0.1 à 10 mm Nombre: jusqu à 2500 par cm2 X 1.5 à 20 surface racinaire Ex : Plant de seigle de 4 mois : 14 milliards de poils absorbants

21 3) les mycorhises Voire activité dans la partie diversification du vivant. L 'association avec les champignon représentent une proportion très importante de plantes. Elle permet d'obtenir une surface d'échange encore plus importante qu'avec les structures propre à la plante.

22 A circulation de matière dans la plante. L'eau et les ions minéraux sont acheminées des racines vers les feuilles dans des vaisseaux spécialisés : Ce sont les vaisseaux formant le tissus appelé xylème, la solution qu'ils transportent sève brute La matière organique produite dans les cellules chlorophyllienne circulent des feuilles vers les autres organes sous la forme de sève élaborée dans des vaisseaux spécialisés appelés phloème La sève élaborées contient la matière organique sous la forme de glucide soluble comme le saccharose

23 Observation microscopique d une coupe de tige de vigne, colorée au carmino-vert (vue générale) Vaisseaux conducteurs

24 vaisseaux conducteurs Coupe transversale Coupe longitudinale Vaisseaux du Xylème (colorés en vert) 2- Vaisseaux du Phloème (colorés en rose)

25 Le tissu conducteur responsable du transport de la sève brute est appelé XYLEME. Le xylème est constitué de cellules mortes très allongées présentant des parois cellulosiques épaissies par desdépôts de lignine. Les dépôts de lignine permettent également au xylème d assurer un rôle de soutien. Ces épaississements de lignine peuvent prendre des formes différentes.(voir ci-dessous). Les parois enrichies en lignine sont colorées en vert par le colorant vert d iode. Différents types d épaississements visibles sur les parois des vaisseaux du xylème

26 Les parois cellulosiques de ces tubes criblés sont colorées en rose par le colorant carmin vert d iode.

27 Dans les vaisseaux du xylème circule la sève brute, depuis les racines vers le reste de la plante 2 1 Dans les vaisseaux du phloème circule la sève élaborée, depuis les zones photosynthétiques (feuilles) vers le reste de la plante

28 reproduction sexuée et vie fixée chez les plantes à fleur

29 Diplotaxis fausse roquette

30 Diplotaxis fausse roquette

31 Reproduction sexuée chez les plantes à fleur fleur Fruit contenant de nombreuses graines Graine : Coupe de l'ovaire (X40)

32 Reproduction sexuée chez les plantes à fleur

33 Mise en place de la fleur L'organisation de la fleur d'arabidopsis thaliana présente quatre anneaux concentriques ou verticilles, chacun étant caractérisé par un type de pièces florales: verticille 1, périphérique: 4 sépales verts; verticille 2, plus interne: 4 pétales blancs; verticille 3, entouré par le précédent: six étamines, 4 longues et 2 courtes; verticille 4, au centre de la fleur: deux carpelles soudés constituant le pistil. modèle ABC : c est la combinaison de trois classes de gènes A, B, et C qui est responsable de la disposition des différents verticilles. Le tableau ci-dessous représente le niveau d activité des différentes classes de gènes impliqués dans le cas de la fleur sauvage (non mutée) d Arabidopsis thaliana. Organisation de la fleur d'arabidopsis thaliana (Arabette des dames)