Étude de l influence des facteurs écologiques sur la croissance d une espèce végétale : exemple du radis

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1 TP n Étude de l influence des facteurs écologiques sur la croissance d une espèce végétale : exemple du radis Les végétaux sont autotrophes, ils ont notamment besoin de dioxyde de carbone, d eau et de lumière pour croître. Dans leur milieu naturel, ils doivent se procurer ces divers éléments et sont aussi soumis à la variation d autres facteurs abiotiques tels que la température. Comment la production primaire, c est-à-dire la biomasse produite par les végétaux par unité de temps, est-elle influencée par la variation de ces facteurs abiotiques et lequel de ces facteurs est le plus limitant? Trois facteurs abiotiques susceptibles de varier spatialement ou temporellement chez les espèces sauvages sont abordés : l eau, la lumière et la température. Objectifs Mettre en évidence l influence de facteurs écologiques abiotiques (, luminosité, température) sur la production primaire du radis. Mettre en évidence les facteurs limitant la production primaire. Concevoir et gérer une expérience. Analyser des résultats expérimentaux et rédiger un rapport pour communiquer ces résultats. Type Laboratoire Durée Mise en place avec les apprenants : 1 heure Temps d analyse : 2 heures, une semaine plus tard Organisation Chaque binôme teste les effets de la variation d un seul facteur (la par exemple) sur la croissance, les autres facteurs étant maintenus constants. Les résultats sont mis en commun à l issue du TP.

2 2 Section 1 Allocation des ressources et traits d histoire de vie Période propice à la manipulation Toute l année Document disponible sur le site compagnon Tableur «Facteurs limitant la production primaire» Matériel. Graines de radis. 36 petits pots de fleur en plastique (diamètre 8 à 10 cm). Terreau. Balance de précision. Lampe (qui ne provoque pas ou peu d échauffement). Bécher. Eau Protocole 1. La mise en culture 1/ Placer du terreau dans les pots en le tassant un peu. 2/ Peser 10 graines de radis grâce à une balance de précision : c est la biomasse initiale (en g/pot) de chaque culture (cf. figure 1). 3/ Dans chaque pot, ajouter 10 graines de radis régulièrement espacées et les enfoncer dans la terre sur 1 cm. Les recouvrir de terreau. Figure 1 : Mesure de la biomasse initiale et mise en culture de 10 graines de radis 10 graines peser espacer les graines pot + terreau

3 TP n Étude de l influence des facteurs écologiques sur la croissance d une espèce végétale : exemple du radis 3 4/ Placer les pots dans les conditions adéquates deux pots par condition (réplicat) (cf. figure 2 et tableau 1). Figure 2 : Conditions de culture et mesure de la biomasse finale T > 20 C ou T < 15 C éclairage arrosage +/- carton percé carton réplicats n 1 1 semaine peser nettoyer Tableau 1 : Répartition des pots (facteurs testés) ambiante T1 < 15 C ambiante T2 > 20 C Intensité lumineuse Intensité lumineuse Quantité d eau Faible (E1) Moyenne (E2) Élevée (E3) Faible (L1) Lot T1 L1 E1 Lot T1 L1 E2 Lot T1 L1 E3 Moyenne (L2) Lot T1 L2 E1 Lot T1 L2 E2 Lot T1 L2 E3 Élevée (L3) Lot T1 L3 E1 Lot T1 L3 E2 Lot T1 L3 E3 Faible (L1) Lot T2 L1 E1 Lot T2 L1 E2 Lot T2 L1 E3 Moyenne (L2) Lot T2 L2 E1 Lot T2 L2 E2 Lot T2 L2 E3 Élevée (L3) Lot T2 L3 E1 Lot T2 L3 E2 Lot T2 L3 E3 Exemple : le lot T2 L3 E1 est cultivé à plus de 20 C avec une forte luminosité et une faible.

4 4 Section 1 Allocation des ressources et traits d histoire de vie T1 : dans une pièce fraîche, non chauffée. T2 : à température ambiante (dans une pièce chauffée par exemple ou dans une serre). Lumière L1 : à la semi-obscurité (sous un carton troué). L2 : à la lumière ambiante (lumière naturelle ou éclairage artificiel de la salle). L3 : sous une rampe de néon (lumière «froide» de préférence). Conditions en eau E1 : ajouter 15 ml d eau sur toute la surface de la terre. E2 : ajouter 30 ml d eau. E3 : arroser à capacité au champ c est-à-dire de façon à ce que le surplus d eau ressorte par les trous au fond du pot. Laisser s égoutter. 5/ Au bout de quatre jours et selon les conditions de température, procéder à un nouvel arrosage des pots dans les conditions correspondantes (E1, E2, E3). 6/ Laisser les cultures dans les mêmes conditions jusqu au jour La mesure de la variation de biomasse 1/ Au bout d une semaine, récupérer les pots. 2/ Pour chaque pot (cf. figure 2) : prélever délicatement chaque plantule de radis (feuilles + tige + racines) ; enlever le plus de terre possible au niveau des racines sans les casser ; peser l ensemble des plantules d un pot à l aide d une balance de précision. Vous obtenez la biomasse finale (en g/pot). 3/ Noter le résultat dans le tableau de résultats bruts (cf. tableau 2). Exploitation des données ➀ Pour chaque pot, déterminer la production primaire, soit la quantité de matière végétale produite par pot et par jour : Biomasse finale - Biomasse initiale Production primaire = Nombre de jours écoulés

5 TP n Étude de l influence des facteurs écologiques sur la croissance d une espèce végétale : exemple du radis 5 ➁ Compléter le tableau de résultats bruts ci-dessous. Tableau 2 : Relevés des biomasses et de la production primaire Nom des pots Biomasse initiale (g/pot) Biomasse finale (g/pot) Production primaire (g/pot/jour) ➂ Pour chaque lot, calculer la moyenne de la production primaire (moyenne des deux réplicats). Avec les résultats de l ensemble du groupe, compléter le tableau des productions primaires (cf. tableau 3) sur un fichier tableur. Télécharger le tableur «Facteurs limitant la production primaire» sur le site compagnon : Clé d accès : 2015ST1508 Site compagnon Web Tableau 3 : Productions primaires en fonction des conditions Quantité d eau Faible (E1) Moyenne (E2) Élevée (E3) ambiante T1 < 15 C Intensité lumineuse Faible (L1) Moyenne (L2) Élevée (L3) ambiante T2 > 20 C Intensité lumineuse Faible (L1) Moyenne (L2) Élevée (L3) ➃ Réaliser deux graphiques illustrant les résultats (un graphique par condition de température). Sur un même graphique, représenter l évolution de la production primaire en fonction de la (en abscisse, trois modalités) et selon les conditions de luminosité. ➄ Montrer l influence des facteurs abiotiques sur la production primaire. ➅ Montrer que l eau, la température ou la lumière peuvent être des facteurs limitants.

6 6 Section 1 Allocation des ressources et traits d histoire de vie Exemple de résultats Ici, seules deux conditions de luminosité ont été testées à la température T1. Chaque condition a été répliquée trois fois. Les valeurs de production primaire correspondent à la moyenne des productions obtenues dans ces trois pots. Figure 3 : Productions primaires obtenues sur les lots de cultures de radis maintenus à température T1 < 15 C production primaire (g/pot/j) 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0 faible (E1) moyenne (E2) élevée (E3) intensité lumineuse faible (L1) intensité lumineuse moyenne (L2) Figure 4 : Productions primaires obtenues sur les lots de cultures de radis maintenus à température T2 > 20 C production primaire (g/pot/j) 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0 faible (E1) moyenne (E2) élevée (E3) intensité lumineuse faible (L1) intensité lumineuse moyenne (L2) intensité lumineuse élevée (L3)

7 TP n Étude de l influence des facteurs écologiques sur la croissance d une espèce végétale : exemple du radis 7 Les facteurs écologiques abiotiques influencent bien la production primaire d une culture de radis. Effet de la teneur en eau : à température ambiante, la production primaire est plus importante avec une forte (E3) qu avec une moyenne (E2) pour toutes les conditions de lumière. Effet de la lumière : à température fraîche, la production primaire est globalement plus importante à la semi-obscurité qu à lumière ambiante. Effet de la température : pour une importante, les lots cultivés à température fraîche ont une production primaire faible. L eau peut être un facteur limitant tant par défaut que par excès. On augmente la production primaire quand on augmente la de E1 à E2 pour toutes les conditions de luminosité (sauf T2 L1) et de température. En revanche, à température fraîche, un excès d eau (E3) fait chuter la production primaire pour les deux conditions de luminosité. Pour aller plus loin Plutôt que de mesurer les biomasses fraîches des différents lots, les mesures des biomasses sèches obtenues après passage des lots à l étuve permettraient une analyse plus fine des différences constatées. L influence d autres facteurs abiotiques peut aussi être testée : teneur en éléments minéraux, teneur en dioxyde de carbone, qualité de la lumière. L influence de facteurs écologiques biotiques pourrait être testée sur des cultures de luzerne en comparant la production primaire de lots dont les graines ont été inoculées avec des bactéries fixatrices de diazote atmosphérique avec celles de lots non inoculés. Bibliographie Faurie C. (coord.) et al., Écologie : approche scientifique et pratique (6 e éd.), Tec & Doc Lavoisier, 2011

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