Nutrition, stockage et organisation des plantes

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1 II2 Activité 1 Nutrition, stockage et organisation des plantes Problème : Comment fonctionnent et Appréhender, explorer et expliquer des notions en Sciences Co.3 de la vie et de la Terre : le vivant et son évolution. se nourrissent les plantes? Situation de départ : Après avoir vu une émission à la télé, Axel se demande comment les gens arrivent à faire pousser des plantes sans terre! Elle veut essayer de trouver des informations sur ce type de culture, appelé culture hors-sol. Elle découvre que cette culture se réalise sous serre avec tous les éléments indispensables à la croissance des plantes. Elle se demande si les plantes fonctionnent comme les animaux et se nourrissent comme eux. Consignes Compétences Exigences Conseils 1 A partir du fonctionnement des animaux, formuler des hypothèses pour expliquer le fonctionnement des plantes et notamment comment elles se nourrissent. (Dé.2) Penser au fonctionnement des animaux comme l'espèce humaine (la respiration, la digestion, la circulation sanguine, l'excrétion, etc.). Analyser chaque document afin d'expliquer le fonctionnement d'une plante : (La.1) - Atelier 1 : expliquer les besoins des plantes et comment est stockée la matière organique. - Atelier 2 : expliquer le fonctionnement de la photosynthèse et les échanges de gaz au niveau des 2 A partir de chaque atelier, feuilles. expliquer le fonctionnement d'une - Atelier 3 : expliquer le fonctionnement des racines et plante et valider ou invalider les leur rôle. hypothèses. - Atelier 4 : expliquer la circulation des éléments dans la plante. - Réaliser l'observation microscopique et réaliser un dessin d'observation. (Dé.3 Dé.4) - Valider ou invalider alors l'hypothèse formulée pour conclure. (Dé.5) 3 A partir de l'ensemble atelier, (La.6) réaliser un schéma-bilan du fonctionnement d'une plante.

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3 Atelier n 1 : Besoins nutritifs des végétaux et stockage Document 1 : Énergie et besoins des plantes Comme pour les animaux, les plantes ont besoin d'énergie pour fonctionner. Cette énergie permet plusieurs actions au sein de la plante : la croissance des organes de la plante comme les feuilles, les différentes partie de la fleur, la tige, les racines, etc. (voir schéma ci contre). les divisions des cellules dans certaines parties de la plante qui permettent la croissance en largeur et en longueur. le développement de certaines parties de la plante (la germination des graines, la formation des fleurs, le développement des feuilles aux printemps, etc.). le fonctionnement interne des cellules végétales. Pour produire de l'énergie, la cellule a deux façons de faire : réaliser des réactions chimiques comme les animaux à partir de matière organique comme les sucres et le O 2 ou alors la photosynthèse (voir atelier 2). Matière organique + Dioxygène Énergie Fonctionnement et croissance des organes + déchets Document 2 : Évolution de la quantité d'amidon dans les cellules de feuilles Un plant de pomme de terre a été éclairé plusieurs heures. On mesure la quantité d'amidon dans les cellules de ses feuilles à deux moments : juste à la fin de l'éclairement ou 8h après. L'amidon fait partie du groupe de nutriments des glucides. Ainsi l'amidon est un sucre de très grosse taille qui sert de matière organique de réserve pour les plantes. Document 3 : Observation des réserves d'amidon Prélever une partie de l'intérieur de la pomme de terre (appeler aussi tubercule de pomme de terre). Procéder à des coupes transversales très fines avec un scalpel et une pince fine. Déposer ce matériel dans une tasse ou un verre de montre avec quelques gouttes d eau iodée. Laisser 2 minutes. Monter entre lame et lamelle dans une goutte d eau iodée. Observer au microscope optique, la coloration brune mettant en évidence la présence

4 d amidon : Grain d'amidon, 2 : membrane, 3 : cytoplasme Document de secours : Observation de grain d'amidon dans les cellules de tubercules de pomme de terre grâce au microscope optique Document 4 : Cycle de vie de la pomme de terre

5 Atelier n 2 : Production de matière organique et photosynthèse Document 1 : Synthèse de matière organique L'expérience est réalisée avec une feuille normale, une feuille dont une partie a été cachée par du papier noir ou une feuille panachée. Ce sont des feuilles de pélargonium (une espèce très proche du géranium). On laisse ces feuilles pendant au moins 2 semaines en présence de lumière. Après on détache ces feuilles, on réalise un traitement de décoloration puis on observe la présence de matière organique dans les feuilles grâce à de l'eau iodée. Voir les résultats : Remarque : L'eau iodée est un colorant qui change de couleur en présence d'amidon (il passe de brun à violet foncé). L'amidon fait partie du groupe de nutriments des glucides. Ainsi l'amidon est un sucre de très grosse taille qui sert de matière organique de réserve pour les plantes. Taux de dioxygène (O2) Document 2 : Enregistrement des taux de O2 et de CO2 par de l'élodée (une plante verte aquatique) Taux de dioxyde de carbone (CO2) Grâce à un dispositif ExAO (Expérimentation assistée par ordinateur), on a enregistré avec deux sondes le taux de O2 et le taux de CO2 présent dans l'eau autour de la plante. On a aussi, toutes les 5 min, mis la plante soit à la lumière, soit à l'obscurité. Document 3 : Les feuilles, des zones d'échanges Afin d'observer les structures d'une feuille qui permettent le passage de dioxyde de carbone (CO2) et de dioxygène (O2) dans la plante, il est possible de prendre de l'épiderme d'une feuille d'une plante (exemple : le poireau) :

6 Réaliser une incision dans la feuille d'un poireau A l'aide d'une pince fine, prélever une couche très fine de l'épiderme de la feuille, en commençant à l'endroit de l'incision. Déposer le fragment d'épiderme sur une lame (face supérieure sur le dessus) et ajouter une goutte d'eau. Recouvrir d'une lamelle et observer au microscope. Cellule de garde Ostiole Stomate Cellule d'épiderme Document de secours : Observation de la face supérieur de l'épiderme d'une feuille de poireau (x400) Document 4 : Structure interne d'une feuille et photosynthèse Remarque : La chlorophylle se situe dans des petites structures appelées chloroplastes. Ces chloroplastes se situent dans le cytoplasme des cellules végétales (ici du parenchyme). Le rôle de la chlorophylle est très important : c'est un pigment vert qui est capable d'absorber la lumière du soleil (à part la lumière verte). Ce pigment en absorbant la lumière et donc de l'énergie aide à la mise en route de la photosynthèse qui permet de produire de la matière organique (comme l'amidon). Cependant la photosynthèse a besoin aussi du CO 2 et rejette de l'o2 et de l'eau.

7 Atelier n 3 : Rôle et fonctionnement des racines Document 1 : Les sels minéraux Les sels minéraux sont dissous dans l eau (= présents mais non visibles). Une plante qui prélève de l eau prélève également des sels minéraux (du phosphore, de l azote, du potassium, etc.). La terre du sol est en général gorgée d'eau (à part les sols naturellement secs et les cas de sécheresse). Ainsi certains sols comportent des sels minéraux et de l eau. Rappel : L'huile est non miscible à l'eau, donc pas d'échanges possibles. Document 2 : Une jeune plantule de radis Document 3 : Expérience de Rosène Document 4 : Quelques caractéristiques racinaires d un plant de seigle Longueur totale des racines mises bout à bout Nombre de poils absorbants Longueur totale des poils absorbants et le sol Surface de contact entre poils absorbants et le sol Épaisseur de la paroi et de la membrane d'un poil absorbant Remarque : Un terrain de tennis = environ 200 m² 622 km km 400 m2 0,0001 mm Document 5 : Les surfaces d échanges (rappel) Une paroi qui a les propriétés d une surface d échanges est une paroi fine, avec une grande surface (grâce à de nombreux vaisseaux sanguins, des poils, des replis, etc.). Elle permet des échanges entre deux milieux. Exemple déjà travaillé : les villosités intestinales. Document 6 : Observation d'une coupe de racine au microscope

8 Prélever une portion transversale très fine de racine au niveau de la zone pilifère avec un scalpel et une pince fine. Déposer cette portion dans un verre de montre ou sur une lame mince. Déposer votre préparation entre lame et lamelle dans une goutte de rouge neutre. Écraser légèrement et observer au microscope. Document de secours : Croquis d'une coupe de racine de radis vue au microscope optique (x400)

9 Atelier n 4 : Transport et circulation au sein d une plante Si l'on élimine le corps de l'insecte en laissant le Après la taille de printemps, on observe un stylet en place, du liquide s'écoule par ce suintement de liquide au niveau des sections : dernier : c'est la sève élaborée de la plante. c'est la sève brute. Document 1 : Des pucerons se nourrissant sur la tige d'une plante dans laquelle ils enfoncent leur stylet Document 2 : Les «pleurs de vigne» Document 3 : Composition des 2 types de sève Constituant Type de sève Brute Élaborée Eau 99 % 80 % Sels minéraux 1% 5% Matière organique Rare 15 % Document 4 : Observation de vaisseaux conducteurs Une tige de céleri a été placée, pendant 2-3 jours, dans une éprouvette contenant de l'eau colorée au bleu de méthylène. Couper transversalement un fragment de tige de longueur 1 cm. Observer les structures colorées. A l aide d un scalpel inciser ce fragment dans sa longueur au niveau d'une structure colorée. Placer cette structure entre lame et lamelle dans une goutte d eau Observer au microscope.

10 Document de secours : Céleri coupé après traitement dans un colorant Document 5 : Circulation des sèves dans une plante Remarque : On constate que la plante est constituée de tissus différents au sein des tiges et des racines où on trouve des cellules spécialisées (soit dans le transport de sève élaborée ou soit dans le transport de sève brute). Ces cellules spécialisées forment des vaisseaux conducteurs appelés vaisseaux du xylème pour la circulation de la sève brute et vaisseaux du phloème pour la circulation de la sève élaborée.

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