Thème : Génétique et évolution. Chapitre 4 : Adaptations des plantes à fleurs à leur vie fixée : résultat de l évolution

Thème : Génétique et évolution. Chapitre 4 : Adaptations des plantes à fleurs à leur vie fixée : résultat de l évolution

Organisation d une plante à fleurs Partie aérienne Quelles sont les adaptations qui ont été sélectionnées au cours de l évolution et qui permettent au végétal d assurer toutes ses fonctions tout en étant enraciné dans le sol? Partie souterraine

Thème : Génétique et évolution. Adaptations des plantes à fleurs à leur vie fixée : résultat de l évolution I. Vie fixée et nutrition de la plante A. Les besoins nutritifs d une plante à fleurs.

Les plantes à fleurs sont des organismes autotrophes La photosynthèse Energie lumineuse

Thème :Génétique et évolution. Adaptations des plantes à fleurs à leur vie fixée : résultat de l évolution I. Vie fixée et nutrition de la plante. A. Les besoins alimentaires d une plante à fleurs. B. Organisation de la plante et approvisionnement de la feuille en éléments indispensables à la photosynthèse.

Organisation d une plante à fleurs capte la lumière, Approvisionnement en CO 2. L'appareil aérien L'appareil racinaire absorbe l eau et les ions minéraux

Thème :Génétique et évolution. Adaptations des plantes à fleurs à leur vie fixée : résultat de l évolution I. Vie fixée et nutrition de la plante. A. Les besoins alimentaires d une plante à fleurs. B. Organisation de la plante et approvisionnement de la feuille en éléments indispensables à la photosynthèse. milieu. 1. De vastes surfaces d échanges entre la plante et son a. Adaptations du système racinaire.

Le système racinaire nombreuses longues ramifiées grande surface de contact avec le sol

Zone pilifère

Eau et ions minéraux Poils absorbants nombreux, longs et fins = surface de contacts très importante avec le sol

Surface d absorption (m2/kg) comparée/plante animal Surface d absorption (m2/kg) petit appareil racinaire grand appareil racinaire Surface digestive d un mammifère Très grande surface d échange par rapport à la masse de la plante

nutrition Organe concerné Feuille Caractéristiques (adaptations) plate fine Cuticule transparente Epiderme transparent Avantage Grande surface de contact avec l air => - captation de la lumière - approvisionnement en CO 2 - captation de la lumière approvisionnement en lumière captation de la lumière stomate - approvisionnement en CO 2 Racine Racine, tige, feuille Parenchyme lacuneux Circulation du CO 2 Nombreuses Longues ramifiées Présence de poils absorbants Systèmes de distribution : Xylème phloème Grande surface de contact avec le sol => approvisionnement en eau et ions minéraux - approvisionnement des feuilles en eau et ions minéraux - distribution des produits de la photosynthèse à toutes les cellules du végétal

Thème :Génétique et évolution. Adaptations des plantes à fleurs à leur vie fixée : résultat de l évolution I. Vie fixée et nutrition de la plante. A. Les besoins alimentaires d une plante à fleurs. B. Organisation de la plante et approvisionnement de la feuille en éléments indispensables à la photosynthèse. 1. De vastes surfaces d échanges permettent l approvisionnement en substances nutritives et la captation de lumière. a. Adaptations du système racinaire. b. Adaptations des feuilles.

Les feuilles sont plates Très grande surface exposée aux rayons solaires et au contact de l air.

Coupe transversale de feuille limbe nervure Les feuilles sont fines La lumière parvient à toutes les cellules.

Surface d absorption (m2/kg) comparée/plante animal feuille = 6 Très grande surface d échange par rapport à la masse de la plante

L organisation de la feuille favorise l approvisionnement en CO 2 et la captation de la lumière Énergie lumineuse cuticule Épiderme> stomate lacune Parenchyme palissadique Photosynthèse Parenchyme lacuneux Circulation des gaz Épiderme < cuticule Pénétration du CO 2

deux cellules stomatiques l ostiole

nutrition Organe concerné Feuille Caractéristiques (adaptations) plate fine Cuticule transparente Epiderme transparent Avantage Grande surface de contact avec l air => - captation de la lumière - approvisionnement en CO 2 - captation de la lumière - captation de la lumière stomate - approvisionnement en CO 2 Racine Racine, tige, feuille Parenchyme lacuneux Circulation du CO 2 Nombreuses Longues ramifiées Présence de poils absorbants Systèmes de distribution : Xylème phloème Grande surface de contact avec le sol => approvisionnement en eau et ions minéraux - approvisionnement des feuilles en eau et ions minéraux - distribution des produits de la photosynthèse à toutes les cellules du végétal

Thème :Génétique et évolution. Adaptations des plantes à fleurs à leur vie fixée : résultat de l évolution I. Vie fixée et nutrition de la plante. A. Les besoins alimentaires d une plante à fleurs. B. Organisation de la plante et approvisionnement de la feuille en éléments indispensables à la photosynthèse. 1. De vastes surfaces d échanges permettent l approvisionnement en substances nutritives et la captation de lumière. a. Le système racinaire. b. Les feuilles. 2. La circulation de matières entre les parties aériennes et souterraines.

Acheminement de l eau et des ions minéraux vers les feuilles Vaisseau du xylème Transport de l eau et des ions minéraux des racines vers les feuilles

Coupe transversale de racine Xylème

L eau et les ions minéraux (sève brute) gagnent les vaisseaux du xylème xylème Circulation de l eau et des ions minéraux = sève brute

Coupe transversale de tige Xylème Xylème

Coupe transversale de feuille Approvisionnement des cellules chlorophylliennes en eau et ions minéraux Xylème limbe nervure

Les vaisseaux forment un réseau continu des racines jusqu aux feuilles

Approvisionnement de la feuille photosynthèse

Coupe transversale de feuille Xylème limbe Produits de la photosynthèse Sève élaborée nervure Phloème

Coupe transversale de tige Phloème Xylème phloème

Coupe transversale de racine Xylème Phloème

nutrition Organe concerné Feuille Caractéristiques (adaptations) plate fine Cuticule transparente Epiderme transparent Avantage Grande surface de contact avec l air => - captation de la lumière - approvisionnement en CO 2 - captation de la lumière approvisionnement en lumière captation de la lumière stomate - approvisionnement en CO 2 Racine Racine, tige, feuille Parenchyme lacuneux Circulation du CO 2 Nombreuses Longues ramifiées Présence de poils absorbants Systèmes de distribution : Xylème phloème Grande surface de contact avec le sol => approvisionnement en eau et ions minéraux - approvisionnement des feuilles en eau et ions minéraux - distribution des produits de la photosynthèse à toutes les cellules du végétal

Poil absorbant Énergie lumineuse Sève élaborée (phloème) Sève brute (xylème) Co2 stomate Photosynthèse molécules organiques Eau + ions minéraux

Thème : Génétique et évolution. Adaptations des plantes à fleurs à leur vie fixée : résultat de l évolution I. Vie fixée et nutrition de la plante. II. Vie fixée et reproduction des plantes à fleurs. A. Organisation de la fleur.

Les sépales

Les pétales

Les étamines

Grains de pollens Coupe transversale

La partie femelle

Exercice type 2a Introduction : Dans cet exercice, il s agit, en utilisant les documents proposés, d expliquer les modifications de l organisation de la fleur chez différents mutants d une plante : l arabette des dames. Nous utiliserons les docs 1 et 3 pour identifier les modifications dans l organisation de la fleur chez 3 mutants et les docs 2 et 4 pour expliquer ces modifications.

Identification des modifications chez 3 mutants à partir des docs 1 et 3 : - mutant pistillata n a pas de pétale ni d étamine et possède 2 verticilles de sépales et 2 verticilles de carpelles - mutant apetala2 : pas de sepale ni pétale mais 2 verticilles de C et 2 de E - mutant agamous : ni E ni C mais 2 verticilles de S et 2 de P

Doc 3 : Contrôle génétique de la morphogénèse florale chez Arabidopsis thaliana A gauche figurent, dans les boites, les protéines produites par les gènes homéotiques. Ces protéines déterminent l'identité de chaque verticille : sépales (S), pétales (P), étamines (E) et carpelles (C). La plante sauvage est comparée aux mutants pistillata, apetala2 et agamous. ce sont des protéines qui déterminent l identité des différents verticilles. Ces protéines sont codées par des gènes homéotiques - les gènes de classe A déterminent la mise en place des sépales sur le 1er verticille. - l expression simultanée des gènes de la classe A et B, déterminent la mise en place des pétales sur le 2ème verticille. - l expression simultanée des gènes de la classe B et C, déterminent la mise en place des étamines sur le 3ème verticille. - l expression seule du gène de la classe C est responsable de la mise en place des carpelles sur le 4ème verticille

Mutation gène B Mutation gène A Mutation gène C

Mutation gène B => Du fait de la mutation du gène B, le mutant pistillata ne produit pas la protéine B or cette protéine est nécessaire pour former les P et les E. En absence de B, c est seulement le gène A qui s exprime sur les 2 1ers verticilles => formation de 2 verticilles de sépales De la même manière, le gène C s exprime seul sur les 2 derniers verticilles => formation de 2 verticilles de carpelles

Mutation gène A => Du fait de la mutation du gène A, le mutant Apetalata2 ne produit pas la protéine A or cette protéine est nécessaire pour former les S sur le 1 er verticille. En absence de A, c est le gène C qui s exprime sur les 4 verticilles : => Il s exprime seul sur le 1 er verticille et le 4 ème => formation de Carpelles => Il s exprime avec B sur les 2 verticilles suivants => formation de 2 verticilles d étamines

Mutation gène C => Du fait de la mutation du gène C, le mutant agamous ne produit pas la protéine C or cette protéine est nécessaire pour former les E et les C sur les verticilles 3 et 4. En absence de C. Les gènes A et B s expriment sur le 3 ème verticille => formation de Pétales, A s exprime seul sur le 4 ème => formation de Sépales,

Conclusion : Ce sont des mutations de gènes du développement impliqués dans la mise en place des P, S, E et C qui sont responsables des modifications dans l organisation de la fleur des mutants.

Thème : Génétique et évolution. Adaptations des plantes à fleurs à leur vie fixée : résultat de l évolution I. Vie fixée et nutrition de la plante. II. Vie fixée et reproduction des plantes à fleurs. A. Organisation de la fleur. B. La dispersion des cellules reproductrices.

Fécondation entre un grain de pollen et un ovule Pollen Tube pollinique Ovaires Ovule

La rencontre des gamètes

Exemple d une fleur anémogame : l épillet des poacées Longs et plumeux Périanthe (pétales et sépales) très réduit Grains de pollen très petits, légers, très nombreux et peu ornementés Libres et très mobiles

Exemple d une fleur entomogame : le lys Grains de pollen très ornementés, petits, nombreux, légers Mais moins que chez anémogames Stigmate gluant Couleur et motifs Présence de nectar Odeur

Exemple de coévolution Glande nectarifère Les deux mâchoires et la langue peuvent se refermer pour former un tube

Exemple de coévolution

SELECTION NATURELLE des insectes avec des trompes longues favorisent les plantes avec des éperons encore plus longs Coévolution SELECTION NATURELLE des fleurs avec des éperons longs favorisent les insectes avec des trompes longues

Exemple de coévolution

reproduction Fleur Organes reproducteurs (étamine et ovaire) situés au centre de la fleur autofécondation Grains de pollen petits et légers Grains de pollen nombreux Formation d un tube pollinique Production de nectar Formes, couleurs, odeurs attractives Protection des organes reproducteurs et des cellules reproductrices (grains de pollen et ovules) Pas de transport des cellules reproductrices Pollinisation par le vent (anémogamie) ou par l eau (hydrogamie) Compense les pertes fécondation Pollinisation par les animaux (zoogamie) Graine

Thème : Génétique et évolution. Adaptations des plantes à fleurs à leur vie fixée : résultat de l évolution I. Vie fixée et nutrition de la plante. II. Vie fixée et reproduction des plantes à fleurs. A. Organisation de la fleur. B. La dispersion des cellules reproductrices. C. La dispersion des graines. 1. La transformation de la fleur en fruit

Fruit Graine ovaire Ovule fécondé Ovule fécondé Graine Ovaire Fruit

Thème : Génétique et évolution. Adaptations des plantes à fleurs à leur vie fixée : résultat de l évolution I. Vie fixée et nutrition de la plante. II. Vie fixée et reproduction des plantes à fleurs. A. Organisation de la fleur. B. La dispersion des cellules reproductrices. C. La dispersion des graines. 1. La transformation de la fleur en fruit 2. Les adaptations favorisant la dissémination des graines

La dispersion de graines peut être assurée par le vent

La dispersion de graines peut être assurée par les animaux

Coévolution

reproduction Fleur Organes reproducteurs (étamine et ovaire) situés au centre de la fleur autofécondation Grains de pollen petits et légers Grains de pollen nombreux Formation d un tube pollinique Production de nectar Formes, couleurs, odeurs attractives Protection des organes reproducteurs et des cellules reproductrices (grains de pollen et ovules) Pas de transport des cellules reproductrices Pollinisation par le vent (anémogamie) ou par l eau (hydrogamie) Compense les pertes fécondation Pollinisation par les animaux (zoogamie) Graine - Graine petite et légère - Graine surmontée d une aigrette plumeuse (pissenlit) - Graine prolongée d une petite aile - Explosion du fruit Dispersion des graines par le vent - Graine munie de petits crochets - Graine dure résistante à la digestion + fruit gouteux Dispersion des graines par les animaux

Thème :Génétique et évolution. Adaptations des plantes à fleurs à leur vie fixée : résultat de l évolution I. Vie fixée et nutrition de la plante. II. Vie fixée et reproduction des plantes à fleurs. III. Vie fixée et protection contre les agressions extérieures. A. La protection contre les agressions physiques du milieu. Protection contre la déshydratation

Adaptation permettant de luter contre la déshydratation Oyat des dunes Atmosphère de plus en plus sèche Atmosphère humide : feuille étalée Les cellules chlorophylliennes peuvent échanger

Cuticule imperméable peu de stomates et lisse Pertes d eau faibles Face interne : -Replis -poils Réduisent la vitesse du vent maintiennent une atmosphère plus humide que l air ambiant

Présence d une cuticule Cuticule épaisse et imperméable stomate

Les stomates sont principalement répartis sur la face inférieure des feuilles

L ouverture des stomates varie au cours de la journée Ouverture aux heures les plus favorables => Limite la déshydratation

Thème :Génétique et évolution. Adaptations des plantes à fleurs à leur vie fixée : résultat de l évolution I. Vie fixée et nutrition de la plante. II. Vie fixée et reproduction des plantes à fleurs. III. Vie fixée et protection contre les agressions extérieures. A. La protection contre les agressions physiques du milieu. Protection contre la déshydratation Protection contre les variations saisonnières de température

Perte des feuilles

Présence de bourgeons

Autres protections contre les êtres vivants Protection contre les agressions physiques du milieu Cuticule imperméable Feuille Parties aériennes du végétal Tout le végétal Stomates sur la face inférieure des feuilles Fermeture des stomates aux heures les plus chaudes de la journée Poils sur les feuilles Repli des feuilles Réduction des parties aériennes (feuilles, ) Bourgeon qui protègent les jeunes pousses Passage de la mauvaise saison sous forme de graine Protection contre la déshydratation Protection contre les faibles températures Parties aériennes

Thème :Génétique et évolution. Adaptations des plantes à fleurs à leur vie fixée : résultat de l évolution I. Vie fixée et nutrition de la plante. II. Vie fixée et reproduction des plantes à fleurs. III. Vie fixée et protection contre les agressions extérieures. A. La protection contre les agressions physiques du milieu. B. La protection contre les autres êtres vivants.

Présence d épines protectrices

Production de molécules répulsives ou toxiques Les tanins de l écorce et des feuilles provoquent la précipitation des enzymes digestives qui sont moins efficaces pour la digestion. Les acacias broutés libèrent de l éthylène: un signal pour les autres arbres qui fabriquent plus de tanins.

Association symbiotique entre une fourmi et un acacia

Association symbiotique entre une fourmi et un acacia

Autres protections contre les êtres vivants Protection contre les agressions physiques du milieu Cuticule imperméable Feuille Parties aériennes du végétal Tout le végétal Stomates sur la face inférieure des feuilles Fermeture des stomates aux heures les plus chaudes de la journée Poils sur les feuilles Repli des feuilles Réduction des parties aériennes (feuilles, ) Bourgeon qui protègent les jeunes pousses Passage de la mauvaise saison sous forme de graine Protection contre la déshydratation Protection contre les faibles températures Épine Parties aériennes Production de molécules Répulsives (mauvaise odeur, mauvais goût) Production de molécules toxiques Symbiose (ex : fourmi / acacia) Protection contre les prédateurs