L A TEX Terminale S - SVT : Génétique et Évolution 2015/2016. Racil Kacem et Franck Ku. Figure 1 Morphologie simplifiée d une plante commune

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1 Racil Kacem et Franck Ku L A TEX Terminale S - SVT : Génétique et Évolution 2015/2016 Chapitre 5 - Organisation et mode de vie chez les plantes Les plantes, fixées au sol par leurs racines, ne peuvent se déplacer ni pour rechercher des substances nutritives ni pour se mettre à l abri... Au cours de leur évolution, des caractères sont apparus et ont été sélectionnés permettant une adaptation à cette vie fixée. 6CO 2 + 6H 2 O Énergie lumineuse convertie en énergie chimique C 6 H 12 O 6 + 6O 2 La fine épaisseur des feuilles permet aux rayons solaires d atteindre toutes les cellules. Le rapport surface est très élevé : la surface est maximale et le volume est minimal grâce à une structure volume plate. Allongées, accolées les unes aux autres et riches en chloroplastes, celles-ci constituent un tissu spécialisé dans la photosynthèse : le parenchyme cholorophyllien palissadique. La forme et la disposition des cellules du parenchyme palissadique offrent une vaste surface qui augmente le rendement de la capture lumineuse. Les feuilles présentent aussi de très nombreux petits orifices à la surface de leur épiderme, le plus souvent sur leur face inférieure : ce sont les stomates, délimités par deux cellules stomatiques encadrant un orifice, l ostiole. Les échanges gazeux avec l atmosphère se réalisent avec l ostiole. Le jour, une absorption nette de CO 2 se produit, tandis que de l eau et de l O 2 sont rejetés. Ce dispositif, ainsi que la répartition des stomates sur la face inférieure des feuilles, limitent les pertes d eau. Sus l ostiole, une chambre communique avec l atmosphère. La feuille comporte donc une atmosphère interne contenue dans tous les espaces entre cellules et cavités sous-stomatiques : c est le parenchyme lacuneux. La surface d échanges gazeux correspond donc en fait à toutes les surfaces exposées à cette atmosphère interne, ce qui correspond à une très grande surface. Figure 1 Morphologie simplifiée d une plante commune 1 Les surfaces d échange de la plante avec son milieu Une plante est constituée d un appareil végétatif (ensemble des organes de la plante à l exception de ceux liés à la reproduction) comprenant des racines ancrées dans le sol et des tiges feuillées se développant en milieu aérien. Cet organisme colonise donc deux milieux : le sol et l air. L appareil reproducteur est quant à lui constitué de la fleur. 1.1 Échanges avec l atmosphère : la feuille Une plante est un organisme autotrophe : elle prélève des substances minérales dans son milieu et, grâce à celles-ci et à l énergie lumineuse, elle réalise la photosynthèse, ie la synthèse de ses propres molécules organiques. Les feuilles constituent une vaste surface d échange. Leur structure aplanie favorise la capture de la lumière et du dioxyde de carbone, nécessaires à la phtosynthèse. La photosynthèse permet, grâce à l énergie lumineuse, la synthèse de la matière organique (glucose, acides aminés) à partir de matière minérale (eau, CO 2, ions minéraux). Elle se déroule à l intérieur des chloroplastes présents dans les cellules cholorophylliennes. L équation de la photosynthèse est la suivante : 1.2 Échanges avec le sol : la racine Les racines fixent la plante dans le sol et développent des racines secondaires ramifiées. Les racines permettent à la plante d absorber l eau et les sels minéraux présents dans le sol grâce aux poils absorbants de la zone pilifère. Celle-ci est renouvelée au fur et à mesure que la racine s allonge : les poils supérieurs disparaissent et de nouveaux apparaissent à une distance constante de l extrémité de la racine. Chaque poil absorbant est constitué d une seule cellule allongée, limitée par une fine paroi. Nombreux, ces poils constituent une énorme surface d échange, parfois de plusieurs centaines de m 2 pour une seule plante.

2 1.3 De vastes surfaces d échanges Ainsi, on peut voir qu une caractéristique structurale (la présence de vastes surfaces d échanges et de capture de lumière) mais aussi de la croissance permanente de la plante lui permettent de vivre fixée dans un milieu pauvre en substances nutritives. L appareil racinaire et l appareil aérien possèdent de très vastes surfaces d échanges : leur surface est de l ordre de 100 à 1000 fois plus vastes que celles des animaux. Pour un grand arbre, on estime que la surface d échange de l appareil aérien pourrait être de l ordre de 200 à 500 m 2 mais si on prend en compte les surfaces internes (chambre sous-stomatique), elle s élèverait à plus de 6000 m 2. Pour les racines, il serait encore plus important (généralement 30 fois plus que l appareil aérien!). 2 La circulation de matière dans une plante à fleurs : les systèmes conducteurs 2.1 Le transport de la sève brute Une fois absorbés par les racines, l eau et les sels minéraux sont distribués à l ensemble de la plante sous forme de sève brute. Une partie de l eau s évapore par les stomates des feuilles. Cette transpiration crée un appel d eau et entretient la montée de sève brute vers les organes aériens. La sève brute circule donc de manière ascendante, des racines jusqu aux feuilles, canalisée dans des conduits appelés vaisseaux du xylème. Ils sont constitués de cellules de gros diamètre, alignées verticalement, aux parois imprégnées d une substance rigide, la lignine. Ces colonnes de cellules ne comportent pas de cloisons transversales et sont vides de leur contenu cellulaire (cellules mortes), ce qui favorise une circulation rapide de sève brute. Ces vaisseaux participent également au maintien vertical de la plante. 2.2 Le transport de la sève élaborée Les molécules organiques élaborées par la feuille au cours de la photosynthèse sont distribuées à l ensemble des organes. La sève élaborée emprunte les tubes criblés du phloème constitués par un empilement de cellules vivantes séparées par des parois transversales criblées de pores. Tous les organes se développent grâce à la sève élaborée qu ils reçoivent. La sève élaborée est donc riche en molécules organiques, surtout en glucides, et ne contient plus de nitrates et est redistribuée à l ensemble de la plante pour assurer son développement. 3 Des modes de protection 3.1 Les agressions du milieu La vie fixée de la plante l empêche de se soustraire aux conditions défavorables du milieu (déshydratation, froid, gel,...). La plante se protège contre la déshydratation grâce à la cuticule imperméable qui recouvre les cellules épidermiques de la feuille, ce qui permet de diminuer les pertes hydriques. De plus, l ouverture des stomates est contrôlée : on constate une ouverture plus faible aux heures les plus chaudes, et une fermeture complète en cas de sécheresse pour éviter la déshydratation. Certains végétaux (comme l oyat) présentent une feuille repliée sur elle-même qui permet de piéger la vapeur d eau et favoriser la formation d une couche d air limite (CAL). En hiver, les arbres perdent leurs feuilles et évitent ainsi le risque de déshydratation. Incapables alors de réaliser la photosynthèse, ils sont en vie ralentie, de même que les plantes herbacées qui passent l hiver sous forme d organes de réserves (tubercules, bulbes, rhizomes). Pour le retour à la vie active, les réserves produites l année précédente par la photosynthèse sont utilisées. 3.2 Protection contre les divers prédateurs Fixée dans le sol, la plante est vulnérable aux prédateurs. Des dispositifs physiques, feuilles transformées en aiguilles par exemple, assurent une protection passive.

3 Des substances protectrices sont synthétisées en permanence ou au moment de l attaque par un herbivore. Elles sont répulsives ou toxiques. D autres substances attirent les prédateurs ou les parasites de l agresseur et limitent son attaque. On peut citer l exemple de l acacia en Afrique du Sud contre les antilopes. 4 Reproduction des plantes à fleurs et vie fixée 4.1 L organisation des plantes à fleurs et la mise en place de la morphogenèse Figure 2 L organisation de la fleur 4.2 La pollinisation Chez la plupart des plantes, même si la fleur porte les organes reproducteurs mâles et femelles, la fécondation se réalise entre des fleurs portées par des pieds différents. Le pollen est transporté jusqu à l appareil reproducteur femelle par le vent et l eau mais surtout par les animaux, les insectes pollinisateurs, attirés par les couleurs, les formes, et les substances odorantes des fleurs. Pour atteindre le nectar, liquide riche en glucose enfoui dans la fleur, l insecte se frotte contre les anthères et accroche des grains de pollen à son corps. En butinant, il les transportera de fleurs en fleurs. Insectes et fleurs se sont transformés et ont coévolué : une espèce d insecte est souvent spécialisée pour atteindre le nectar d une fleur. 4.3 De l ovule à la graine, de la fleur au fruit Le pollen déposé sur le pistil germe : un long tube pollinique contenant le gamète mâle pousse dans le pistil jusqu à un ovule contenant le gamète femelle. La fleur constitue donc l organe reproducteur de la plante. Comme décrit précédemment, plusieurs pièces florales stériles, sépales et pétales organisées en verticilles (couronnes) emboîtées les unes dans les autres protègent les éléments fertiles, étamines et pistil. Le plus souvent, une même fleur porte des organes mâles et des organes femelles. Les grains de pollens, à l extrémité des étamines, renferment les gamètes mâles. Une étamine est constituée d un filet et d une anthère. L organe sexuel femelle ou pistil renferme l ovaire qui porte les ovules avec les gamètes femelles. Un filament, le style, le prolonge et son extrémité ou stigmate reçoit les grains de pollen. Des gènes homéotiques (gènes qui déterminent le plan d organisation) contrôlent la mise en place du plan d organisation de la fleur. Des gènes spécifiques s expriment dans chaque pièce florale (cf en haut). Après la fécondation, les ovules se transforment en graines et les fleurs en fruits : les pétales flétrissent, le pistil grossit et le plus souvent, c est lui qui engendre le fruit contenant les graines.

4 4.4 La dispersion des graines Apre s la fe condation les se pales, pe tales, et e tamines fanent. Le pistil se transforme en fruit et les ovules fe conde es deviennent des graines. Les principaux vecteurs de dispersion des graines sont l eau, le vent, et les animaux. La structure de la graine favorise sa dispersion. Les graines disperse es par les animaux sont munies de dispositifs d accrochage aux poils ou aux plumes, crochets ou aiguillons. Comme pour le pollen, une coe volution a eu lieu entre l animal et le ve ge tal. Cette dispersion favorise la survie et la dispersion de la descendance. 5 Sche ma bilan et autres sche mas

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