Ch 5: 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 Thème 1-A Génétique et évolution Ch 5: Les relations entre organisation et mode de vie, résultat de l'évolution : l'exemple de la vie fixée chez les plantes

2 En quoi l organisation des plantes à fleurs est-elle adaptée à leur vie fixée à l interface entre le sol et l atmosphère?

3 I- une structure entre sol et air Une plante se définit comme des êtres vivants fixés pourvus d un appareil végétatif, composé de racine, de tige et de feuille. L appareil végétatif est composé de l appareil racinaire qui est en contact avec le sol et de l appareil aérien qui est en contact avec l atmosphère.

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5 Les racines permettent leur fixation au sol et le prélèvement de l eau et des sels minéraux Les tiges et les feuilles se positionnent au-dessus du sol pour capter l énergie lumineuse et échanger les gaz intervenant dans la photosynthèse.( organisme autotrophe) Les fleurs assurent la reproduction sexuée de la plante et permettent de coloniser de nouveaux milieux grâce à la dispersion des graines.

6 II- des surfaces d échanges de grande dimension Les racines

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9 Les racines sont des structures cylindriques longues et fines capables de puiser les matières minérales du sol. Les jeunes plantes présentent une zone pilifère très développée, comportant de nombreux poils absorbants (de 200 à 2000/cm2) spécialisés dans le prélèvement de l eau et des ions du sol. Les poils absorbants sont des cellules différenciées de la racine, très longues (0.7 à quelques mm) et fines (12 à 15 µm de diamètre). L ensemble des poils absorbants constitue une énorme surface d échanges avec le sol, qui peut être amplifiée par les mycorhizes La symbiose, une amélioration du système d échanges

10 Les feuilles

11 Coupe transversale de Houx

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16 Des systèmes d échanges performants

17 III- Des systèmes conducteurs entre les organes souterrains et aériens 1) Sève brute et sève élaborée

18 L eau et les ions absorbés par les racines constituent la sève brute de la plante. Elle circule des racines vers les feuilles la sève élaborée, riche en sucres dont le saccharose, circule depuis les feuilles vers tous les organes de la plante, surtout ceux qui ne font pas la photosynthèse (racines, bourgeons, ).

19 2) Les vaisseaux conducteurs de la sève Le xylème véhicule la sève brute: il est constitué de cellules mortes recouvertes de lignine.

20 Le phloème véhicule la sève élaborée; il est constitué de cellules vivantes, au paroi cellulosique

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23 La plante vit à l'interface de deux milieux : le sol et l'atmosphère. Cette situation implique des échanges de matières entre les organes. Ces échanges sont assurés par un double réseau de tubes : - L'eau et les sels minéraux (sève brute) sont transportés des racines vers les organes chlorophylliens par le xylème (files de cellules mortes aux parois renforcées par des dépôts de lignine) - Les produits de la photosynthèse sont redistribués vers l'ensemble de la plante par le phloème (files de cellules vivantes allongées)

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25 IV) DES MODES DE PROTECTION CONTRE LES AGRESSIONS DU MILIEU OU LES AUTRES ETRES VIVANTS 1) Cycle de vie et variations saisonnières Un cycle de vie ou de développement adapté aux variations saisonnières => Plantes annuelles et plantes vivaces

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28 2) l adaptation au froid Au cours de leur évolution, les végétaux ont développé de nombreuses adaptations aux conditions extrêmes de température et d humidité, quelles soient journalières ou saisonnières. Les arbres présentent des tiges très épaissies (troncs et branches) présentant des couches concentriques de bois(les cernes). Ces couches sont formées de cellules creuses (bon isolant thermique) Bois vu au microscope électronique à balayage -Lors de l hiver, les feuilles tombent et évitent le gel des feuilles et la désorganisation du végétal. La circulation des sèves est alors fortement ralentie.

29 Les bourgeons sont protégées par des écailles épaisses et recouvertes de cires (et de propolis) (Doc1b p.96)

30 Les plantes ont une vie fixée et doivent s adapter aux conditions fluctuantes du milieu (variations journalières, saisonnières...). 1) l adaptation au stress hydrique L orpin blanc (Sedum album), une crassulacée de notre région qui résiste au sec grâce à ses feuilles succulentes possédant une cuticule épaisse et un parenchyme aquifère qui stocke l eau L oyat (plante des dunes) possède des poils et une épaisse cuticule sur les feuilles, qui s enroulent sur ellesmêmes quand l air est sec.

31 Feuille d oyat en atmosphère sèche (à gauche) ou humide (à droite

32 La transpiration est réduite grâce au revêtement de poils épidermiques, à l'enfoncement des stomates dans les cryptes et à l'enroulement des feuilles sur leur face ventrale. Cet enroulement intervient dès que la teneur en eau de la feuille s'abaisse au-dessous d'un certain minimum caractéristique de chaque espèce. Les plantes peuvent réduire leurs pertes d'eau en : - diminuant leur surface d'évaporation, - protégeant ces surfaces (cuticule épaisse, souvent recouverte d'un dépôt cireux, épiderme doublé d'un hypoderme), - réduisant les mouvements d'air (présence de poils), - réduisant le nombre de stomates.

33 3) l adaptation aux prédateurs Une protection mécanique Pendant la saison sèche les arbres sont intensément broutés: ils survivent grâce à diverses adaptations évolutives leur permettant de limiter le prélèvement de leurs feuilles. Ex: les aiguilles longues et pointues de l acacia

34 Une protection chimique Alcaloïdes goût amer, ils hydrolysent les liaisons phosphodiester : ex nicotine, dégradation des lipides et glucides Glucosides cyanogénétiques = hétérosides libèrent l'ion CN-, ion cyanure, qui en interférant avec les cytochromes empêche l'utilisation de O2 par les cellules: difficultés à respirer faiblesse musculaire perte de connaissance Les feuilles d acacia sont riches en Tanins: ces molécules organiques sont capables de provoquer des précipitations de protéines; leur effet sur les enzymes digestives diminuent la digestibilité des organes végetaux ainsi que l appétence des herbivores.

35 Protection biologique. Les fourmis vivent à l intérieur de structures spéciales, appelées domaties, les renflements surmontés d une épine ou près de la plante et garde les herbivores loin de leur bercail. = mutualisme

36 V- la reproduction des plantes à fleurs et la vie fixée. 1) La fleur, une structure en couronne.

37 Pièces florales d une tulipe.

38 Dissection de la tulipe (Liliacée) Sépales + Pétales identiques = Tépales Diagramme floral de la Tulipe

39 Organisation florale d Arabidopsis thaliana

40 2) Le contrôle génétique de l organisation florale

41 LEXIQUE Tépales sépaloïdes = les pétales et les sépales sont identiques, et ressemblent à des sépales. Tépales pétaloïdes = les pétales et les sépales sont identiques, et ressemblent à des pétales. Glumelles = paire de pièces foliacées qui se trouvent à la base des axes floraux des épis de blé (Poacées). Elles ont pour fonction de protéger la fleur. Lodicules = enveloppe intérieure de la fleur de Graminées. Pétales sépaloïdes = les pétales ressemblent à des sépales par la forme ou la couleur

42 Des individus mutants présentent des différences de couronne des pièces florales. Les gènes impliqués représentent les gènes du développement floral (ex : agamous, apetala ). Ils s expriment à l intérieur des boutons floraux dans les ébauches de pièces florales, afin de former les sépales, pétales, étamines et pistils (gènes de classe A, B, C).

43 3) UNE DISPERSION DU POLLEN ET DES GRAINES POUR COMPENSER LA VIE FIXEE Les pollens sont très petits : ils mesurent de 7 à 150 µm et peuvent être facilement transportés par le vent ou les insectes. L ornementation de l exine permet au pollen de s accrocher à l insecte

44 Une coévolution performante Le nectar produit par les glandes nectarifères à la base de la fleur, attire des animaux qui, en le prélevant, fécondent ses fleurs

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46 BILAN : Les fleurs sont souvent hermaphrodites et portent les organes reproducteurs et. Le grain de pollen renferme le gamète. S il se dépose sur le pistil d une fleur de la même espèce, il peut germer et féconder l ovule qui contient le gamète. L autofécondation est possible pour de nombreuses espèces de fleurs mais la fécondation croisée a l avantage de créer une diversité génétique et est favorisée par l évolution. Elle peut être réalisée par le vent (anémogamie) ou le plus souvent par les insectes ou même les oiseaux (zoogamie), grâce à la petite taille du pollen et des mécanismes d attirance des animaux par les fleurs (couleur, odeur, forme des fleurs, présence de nectar) ou d accrochage du pollen par l animal (poils, peignes). Il y a donc une collaboration entre fleurs et pollinisateurs : la fleur fournit un liquide nutritif à l animal, qui assure la pollinisation et donc la reproduction de la plante. On parle de coévolution entre la plante et son pollinisateur car ils évoluent conjointement grâce à des interactions spécifiques

47 Dispersion des graines et coévolution Sans transport, la graine ne peut germer qu au pied de la plante mère et il ne peut pas y avoir colonisation de nouveaux milieux. De plus, il s établit une concurrence (pour la lumière, les matières minérales) entre les plantules issues des graines et la plante mère. La survie de la descendance est alors menacée. L évolution a permis aux végétaux de disséminer leurs graines par divers procédés. 1)Transport par l eau (noix de coco) 2)Transport par le vent (pissenlit)

48 La grive et le gui

49 BILAN : L'organisation florale, contrôlée par des gènes de développement, et le fonctionnement de la fleur permettent le rapprochement des gamètes entre plantes fixées. La pollinisation de nombreuses plantes repose sur une collaboration animal pollinisateur/plante produit d'une coévolution. À l'issue de la fécondation, la fleur se transforme en fruits contenant des graines. La dispersion des graines est nécessaire à la survie et à la dispersion de la descendance. Elle repose souvent sur une collaboration animal disséminateur/plante produit d'une coévolution.