Biologie 20 Unité 4 Botanique agricole de la Saskatchewan

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1 1 Biologie 20 Unité 4 Botanique agricole de la Saskatchewan Cette unité couvre les chapitre 14, 15 et 16 du livre Biologie 11, p. 522 à 608. Plantes vasculaires et avasculaires Référence : Section 14.1 p.522 à 530 du livre Biologie 11 Dans l unité 3, section 15 nous avons parlé brièvement des plantes vasculaires et avasculaires. 1. Plantes avasculaires : Les plantes sans système vasculaire s appellent «avasculaires» et comprennent les mousses, les hépatiques et les cornifles nageantes. Les plantes avasculaires n ont pas de racines, de feuilles ni de tiges. Si elles en ont, elles sont très peu développées. Elles n ont pas de vaisseaux pour faire circuler l eau et les substances nutritives. Si elles possèdent des racines, celles-ci servent à retenir la plante au sol (rôle de support) mais ne font pas circuler d eau dans la plante. Les plantes avasculaires font la photosynthèse et sont généralement de très petite taille. Elles ne sont pas des sources de nourriture et de matériaux pour les humains comme le sont les plantes vasculaires. La mousse de sphaigne est un exemple de plante avasculaire qui est utilisée dans les arrangements de fleurs par les fleuristes. 2. Plantes vasculaires : La plupart des plantes possèdent trois parties principales : racines, tige et feuilles. (fig 13.3 p. 465). Les racines se retrouvent dans le sol et permettent à la plante d aller chercher les nutriments du sol, de l eau, en plus de lui fournir un ancrage qui solidifie la plante. Les tiges sont rigides pour soutenir les feuilles. Les feuilles

2 2 contiennent la chlorophylle qui sert à faire la photosynthèse. Les plantes possèdent un système vasculaire qui permet la circulation des nutriments, de l eau et de l énergie dans toute la plante pour lui assurer sa survie. On peut comparer ce système aux vaisseaux sanguins de l humain. «Les plantes vasculaires comprennent la majorité des groupes de plantes familières comme les plantes à fruits, les arbres, les arbustes, les herbes et les fougères. Il y a environ espèces de plantes vasculaires dans le monde, dont sont présentes au Canada.» 1.html 2.1. Gymnosperme On divise les plantes vasculaires en 2 catégories : les gymnospermes et les angiospermes. Les gymnospermes comprennent tous les arbres de type conifères qui comptent pour 67% des forêts canadiennes. La terminaison «sperme» signifie que ces arbres se développent à partir d une graine. Les graines n ont pas de tégument et sont attachées aux écailles des cônes. Une graine est une structure pluricellulaire complexe qui contient un embryon et une réserve de nourriture que l on appelle albumen. (Voir fig p. 524) L embryon contient une racine immature, un rejet immature et une à deux feuilles primordiales, appelées cotylédons. Les gymnospermes sont les conifères, arbres dont les feuilles sont des aiguilles et qui produisent des cônes comme graines ne perdent pas leurs feuilles l hiver. En Saskatchewan, la forêt boréale est constituée principalement de gymnospermes ou conifères. On les appelle aussi des résineux et le bois de ces arbres est utilisé dans la construction ou pour faire du papier (grâce à l a fibre du bois) Angiospermes Il existe beaucoup plus d espèces d angiospermes que de gymnospermes. Les angiospermes sont aussi appelées plantes à fleurs. Tous les fruits sont des angiospermes et les graines qu ils contiennent sont les organes reproducteurs. Les graines sont protégées par la chair du fruit et peuvent atteindre la maturité. Les fruits permettent aux graines de se développer plus loin de leur source d origine car ils peuvent être mangé par d autres animaux et les graines non digérées sont disséminées à d autres endroits. Les angiospermes comprennent des graminées, des fleurs, des arbres, des légumes et des herbes. Ils produisent tous des fruits et la plupart sont comestibles. Les tiges,

3 3 racines et feuilles sont consommées comme légumes par les humains. On subdivise les angiospermes en deux sous- catégories que l on appelle monocotylédones et dicotylédones. Le cotylédon est la feuille attachée à l embryon de la graine. S il y en a une, c est une monocotylédone, s il y en a deux, c est une dicotylédone Les monocotylédones Voyons quelques caractéristiques de ce groupe : -10% sont des plantes ligneuses (rigides et résistantes) Ex : pousse de bambous, dattes, noix de coco, bananes, huile de palme et le sucre sont tous des aliments provenant d une plante monocotylédone. Les bananes sont une source alimentaire importante pour de nombreuses cultures. Le bambou est utilisé pour faire des planchers et des meubles car il pousse très vite. Le palmier n est pas utilisé en construction car il se brise facilement. -90% sont des plantes herbacées (souples et charnues) Ex : fleurs ornementales (orchidées, lys, tulipes et fleurs printanières à bulbes) ; graminées (les feuilles sont une source de nourriture pour les animaux et les graines pour les humains blé, riz et maïs) ; Les dicotylédones -Ils comprennent tous les arbres feuillus qui composent 15% des forêts canadiennes. On les appelle aussi arbres à feuilles caduques, car ils perdent leurs feuilles l hiver. -Toutes les plantes à fleurs indigènes -Tous les légumes (ex : laitue, tomate, radis, pomme de terre, chou, etc.) Les dicotylédones sont utilisés comme aliments de base pour les humains car ils apportent des sources d amidons, de protéines ou de vitamines. L image ci-contre montre la différence entre une feuille d une plante dicotylédone à gauche et une plante monocotylédone à droite. Source de l image : Biodidac

4 4 L image ci-dessous montre la structure d un grain de blé et de maïs qui sont deux graines d une plante dicotylédone. Source : Voir le tableau 14.7 p. 525 qui résume comment identifier une plante monocotylédone et dicotylédone. Tu en auras besoin pour réaliser l expérience 14- A.

5 5 Révision de la section p. 530 complétez les no. 1, 3, 4 et 5. Expérience 14-A p Les systèmes vasculaires Référence : Section 14.2 Biologie 11 p. 531 à 534 Les plantes vasculaires possèdent un système vasculaire qui permet la circulation de l eau et des substances nutritives à l intérieur de la plante. Le système vasculaire est un réseau de canalisation à l intérieur de la plante. L humain possède un système semblable par la circulation sanguine où le sang circule grâce à l action d une pompe appelée cœur. Malheureusement, les plantes n ont pas de cœur, elles possèdent un autre système qui permet la circulation des liquides. 3.1 Les faisceaux vasculaires Les faisceaux vasculaires servent au transport des différentes substances utiles à la plante. Dans une tige de plante dicotylédone, les faisceaux vasculaires ont la forme d un anneau non continu. Tandis que dans la tige d une plante monocotylédone, les faisceaux vasculaires sont dispersés (éparpillés). (Voir fig p. 531) À l intérieur d une tige, les faisceaux vasculaires ressemblent à des tubes qui relient les racines à la tige et la tige aux feuilles. Il existe deux types de tissus à l intérieur des tiges, des feuilles et des fruits des végétaux (les deux se retrouvent dans les faisceaux vasculaires): -Xylème : sert au transport de l eau et des minéraux (sève brute) -Phloème : sert au transport de sève plus élaborée (contenant des sucres et autres matières organiques) vers les endroits où il n y a pas de photosynthèse. **Rappel : une plante produit différents sucres grâce à la photosynthèse. Ces sucres sont stockés sous forme d amidon et sont retransformés en sucres plus simples lorsque la plante en a besoin.

6 6 L image ci-dessus représente les différents types de vaisseaux primaires du xylème. Source : Biodidac 3.2 Les sucres à l intérieur d une plante Les plantes emmagasinent l amidon produit lors de la photosynthèse dans leurs racines. L amidon est un sucre complexe (polysaccharide) qui ne se dissout pas dans l eau. Il doit donc être transformé en sucres plus petits comme le saccharose qui lui est soluble dans l eau. Au printemps, lorsque la sève monte à l intérieur d une plante, elle contient beaucoup de saccharose (un sucre double). Le saccharose est décomposé en sucre plue simple, le glucose lorsqu il atteint les bourgeons immatures. Le glucose est une source d énergie pour les cellules des bourgeons qui vont produire des feuilles adultes. Pendant leur croissance, les feuilles commencent à faire la photosynthèse qui permet d obtenir le glucose qu elles ont besoin. Lorsque les feuilles produisent un surplus de glucose, le surplus est transformé en amidon et emmagasiné dans les chloroplastes (une structure à l intérieur des feuilles). Cet amidon est par la suite décomposé en saccharose, un sucre soluble dans l eau de la sève, qui se déplace vers les racines de la plante. Il est retransformé en amidon dans les racines et y reste emmagasiné pour usage futur. Bref, la circulation de la sève au printemps part des racines vers le haut et lorsque

7 7 les feuilles sont formées et qu il y a photosynthèse, la translocation part du haut vers le bas. Il y a stockage de l amidon dans les racines le reste de l été pour avoir des réserves le printemps suivant. (Voir Fig p. 534) Image montrant l organisation des vaisseaux à l intérieur d une tige d une plante dicotylédone. Source : Biodidac 4. Le transport chez les plantes vasculaires Section 9.5 p. 320 à 326 Nous avons vu à la section précédente que les tissus vasculaires des plantes sont faits de 2 types de vaisseaux. Le xylème et le phloème.

8 8 Image montrant les vaisseaux à l intérieur d une tige de plante. Source Biodidac. 4.1 Le transport qui s effectue dans le xylème Il sert au transport de l eau et des minéraux (sève brute) Source Biodidac L eau est absorbée par les racines de la plante qui contiennent des poils absorbants. L eau se retrouve ensuite dans le xylème et est transportée de la racine à la tige. À l intérieur de la tige, l eau se déplace par diffusion vers les autres tissus de la plante. Au niveau des feuilles, les vaisseaux conducteurs se ramifient en plusieurs veines (que l on voit sur la feuille) et l eau et les minéraux diffusent dans les

9 9 cellules de la feuille. Il existe 3 modèles qui expliquent le mouvement de l eau et des minéraux dans les plantes que l on appelle translocation. *La diffusion est un mode de transport ne nécessitant pas d énergie et qui passe d un milieu très concentré à moins concentré. -La poussée radiculaire : l eau qui s accumule dans le xylème exerce une pression qui pousse l eau vers le haut. Cette explication fonctionne pour les petites plantes mais pas pour un arbre. -La succion capillaire : autre explication de la translocation à partir des propriétés adhésives de l eau. Fonctionne pour les plantes ne dépassant pas 90cm de haut et ayant une tige très mince (principe du capillaire). -Le modèle de la cohésion-succion ou transpiration: explication la plus probable qui combine les 2 premières. Les feuilles des plantes perdent de l eau par transpiration. Chaque molécule d eau qui s évapore est remplacée par une autre, car l eau se déplace selon le produit des forces de cohésion et d adhésion qui attire les molécules d eau entre-elles. Il se produit un phénomène de succion qui amène l eau vers le haut de la plante. Ce modèle n explique pas tout car on ne sait toujours pas ce qui déclenche le mouvement de l eau (ou sève) au printemps. -Le transport des minéraux : il n y a pas que l eau qui se déplace à l intérieur d une plante. Les minéraux se déplacent contre le gradient de concentration par transport actif et doivent être dissous dans l eau du sol pour pouvoir se déplacer dans les racines et atteindre le xylème. Ils se déplacent avec l eau dans le xylème. *Le transport actif va dans le sens contraire du gradient de concentration normal. Il nécessite de l énergie. 4.2 Le transport qui s effectue dans le phloème Il sert au transport de sève plus élaborée (contenant des sucres et autres matières organiques) vers les endroits où il n y a pas de photosynthèse. -Modèle du débit massique : le mouvement des substances comme le saccharose dans le phloème se produit par osmose et par pression. Le saccharose est produit par les feuilles de la plante lors de la photosynthèse. C est le mouvement de l eau qui permet le déplacement du saccharose des feuilles vers les racines où il est emmagasiné sous forme d amidon ou utilisé par la plante comme nourriture. **L osmose est le déplacement de l eau d une zone de forte concentration à une faible concentration à travers une membrane.

10 10 Image montrant la coupe d un chêne (arbre) et vue du xylème et du phloème. Source : Biodidac. Lorsqu on veut récolter la sève d érable à sucre pour faire du sirop, on perce un trou dans l écorce pour atteindre le phloème. On insère un tube que l on appelle chalumeau et l on ramasse l eau sucrée qui sort de ce tube. Révision de la section p. 534 Réponds aux questions no. 1, 3, 4, 5 et 7.

11 11 5. La structure d une plante et ses fonctions Référence : Section 14.3 Biologie 11 p. 535 à 548 Voyons les principales parties que l on retrouve chez toutes les plantes vasculaires. Il y a trois parties principales : les feuilles, la tige et les racines. 5.1 Les feuilles Les feuilles servent à faire la photosynthèse en captant l énergie lumineuse du soleil. Elles peuvent avoir différentes formes et grosseurs. Peu importe le type de plante (angiosperme ou gymnosperme), elles font toutes de la photosynthèse. Les feuilles ont plusieurs autres rôles en plus de la photosynthèse : habitat pour certains animaux, apporte de l ombre et de la fraîcheur, beauté.les feuilles mortes des feuillus sont l habitat des décomposeurs et leur servent de nourriture. L image ci-dessous montre différentes formes de feuilles.

12 12 -L intérieur des feuilles est protégé par une couche extérieure appelée épiderme. -La feuille possède une protection contre l eau sous forme de membrane cireuse qui s appelle cuticule. -La feuille possède des ouvertures naturelles comparables à des pores appelées stomates. Ils ont pour rôles de faire l échange gazeux entre le milieu extérieur (CO 2 ) et le milieu intérieur de la feuille (O 2 ). (Voir Fig et p Biologie 11). Les stomates sont entourés de cellules de garde qui ouvrent ou ferment les stomates. Schéma de l intérieur d une feuille. Source Biodidac.

13 13 Image montrant un stomate de l épiderme d une feuille. Source Biodidac. -Les feuilles possèdent aussi des nervures faites de tissus vasculaires (xylèmes et phloème) sous forme de filaments. Chez une feuille monocotylédone, les nervures sont parallèles et elles sont comme des mailles de filet pour une feuille dicotylédone. Les nervures apportent l eau, les minéraux vers la feuille et déplacent le glucose produit par la feuille vers d autres parties de la plante. 5.2 La tige Il existe deux types de tiges : herbacées ou ligneuses. Les tiges herbacées sont vertes et souples et doivent être semées chaque printemps. Si la tige est brunâtre, elle vit plus longtemps et sera ligneuse. Exemple - un arbre. Il y a plusieurs sortes de tiges (voir Fig p. 540) : -Horizontales stolons (Ex : fraisiers) ; rhizomes (ex : Herbe, Iris) peuvent avoir des protubérances appelées tubercules (Ex : pomme de terre). -Verticales - vrilles (ex : vigne s enroule autour d un treillis) ; structure épaisse (ex : cactus pour avoir une réserve d eau) -Bulbe souterrain appelé cormus (Ex : glaieul, oignon) La tige a le même rôle que la racine qui est de soutenir et nourrir la plante en permettant le support des feuilles vers le soleil. La tige permet le transport de l eau, des minéraux (racines vers feuilles) et des sucres (feuilles vers racines pour entreposage ou racines vers feuilles selon les besoins).

14 14 Rhizome Source : Biodidac Stolon Vigne la tige s enroule sur un support. Source : Biodidac La tige peut faire la photosynthèse tout comme les feuilles à cause de la présence de chloroplastes. La tige contient des vaisseaux vasculaires, le xylème et le phloème où circule la sève. Le centre de la tige s appelle la moelle et est plus spongieux que les tissus vasculaires (xylème et phloème) car il y a des espaces pour l air. La zone appelée cortex sert à emmagasiner l amidon (réserve de nourriture). L eau à l intérieur de la tige exerce une pression de turgescence qui permet de garder la tige verticale.

15 15 Image montrant l organisation des vaisseaux à l intérieur d une tige d une plante dicotylédone. Source : Biodidac 5.3 Les racines Les racines ont un rôle de support pour maintenir la plante dans le sol. Elles retiennent aussi le sol et empêche l érosion. Il existe deux types de racines (voir Fig p. 543) : -Racine fasciculée contient plusieurs racines très fines. -Racine pivotante est une grosse racine principale. Ce type de racine est une réserve de substances nutritives et on les mange (légumes). Racine type Poils absorbants racines de plantes dicotylédones exemples de racines pivotantes. Source : Biodidac

16 16 Racine d une plante monocotylédone exemple de racine fasciculée Source : Biodidac En plus du rôle de support, les racines servent au transport de l eau qu elles absorbent du sol, elles transportent les minéraux qu elles prennent du sol et emmagasinent l amidon produit par la plante (réserve de nourriture pour la plante). Les racines possèdent des poils absorbants qui servent à absorber le plus d eau possible. Expérience 14-B p. 538 Expérience 14-C p. 546 Révision de la section p. 548 Répondez aux questions no. 1, 3 et 5. Télécharger un Power Point qui résume le transport des nutriments dans le xylème et le phloème. Aller à la section 4. Transport des nutriments L émission fait un résumé de l apparition des plantes, leur évolution jusqu aux plantes actuelles (tige, racine, feuilles)