Introduction (10pts) Un être vivant, quel qu il soit, a besoin d énergie pour assurer son fonctionnement et son développement. Les végétaux terrestres utilisent la matière minérale dans leur environnement et de l énergie lumineuse pour réaliser la photosynthèse (métabolisme autotrophe). L approvisionnement en carbone (sous forme de dioxyde de carbone atmosphérique) et en eau et sels minéraux au niveau du sol induisent des contraintes entrainant un mode de vie fixée. Nous allons voir, dans le tableau qui suit, les contraintes liées à ce mode de vie et les stratégies mises en place par les végétaux terrestres Contraintes vitales des êtres vivants Contraintes du végétal terrestre Stratégies mises en place par les végétaux terrestres Se nourrir Se protéger Teneur en CO 2 atmosphérique de 0,038%. Le CO 2 est très dilué dans le milieu Nécessité de capter de l'énergie lumineuse pour réaliser la photosynthèse Prélèvement d'eau et de sels minéraux dans le sol (milieu très dilué) Augmentation de la surface d'échanges au niveau des feuilles Augmentation de la surface racinaire Augmentation de la surface d'échanges foliaire au niveau des stomates et des chambres sousstomatiques (30 fois supérieure à la surface foliaire externe). Surface foliaire importante et présence de chloroplastes avec chlorophylle pour capter l'énergie lumineuse. Développement de racines pivotantes pour aller capter l'eau en profondeur ou de racines superficielles pour récupérer l'eau de pluie en surface. Ces vastes surfaces d'échanges aussi bien en milieu aérien qu'en milieu souterrain sont incompatibles avec une mobilité active et entrainent un mode de vie fixée pour le végétal terrestre. De nouvelles contraintes apparaissent alors liées à la vie fixée des végétaux. Le végétal vit à l'interface de deux milieux (air/sol). Les apports de carbone et d'énergie lumineuse se réalisent dans l'air et les apports d'eau et de sels minéraux se déroulent dans le sol. Le végétal terrestre doit se protéger des prédateurs car impossibilité de fuite. Nécessité d'un système de conduction entre les racines et les feuilles. défenses mécaniques défenses chimiques. défenses biologiques. Le xylème lignifié transporte la sève brute (eau et sels minéraux) des racines vers les feuilles. Le phloème transporte la sève élaborée (eau et matière organique) dans tous les organes de la plante. Développement de cuticule sur les feuilles, présence d'une paroi cellulaire, richesse en silice des cellules, transformation des feuilles en épines, présence de poils urticants ou non sur les feuilles. Synthèse de tanins au cours du broutage, ce qui rend la feuille plus indigeste ou plus amère. Libération de gaz (éthylène) pour la communication avec les autres végétaux. Synthèse de nectar pour attirer les fourmis sur le végétal. Ces fourmis gênent les herbivores durant le broutage.
Contraintes vitales des êtres vivants Contraintes du végétal terrestre Stratégies mises en place par les végétaux terrestres Se protéger Le végétal terrestre doit se protéger de conditions Protection contre le stress hydrique (dessèchement. Déshydratation) lié au vent, au soleil, au sel (bord de mer). Développement de cuticule épaisse imperméable, d épines ou d aiguilles, présences de stomates uniquement sur la face inferieure de la feuille, fermeture des stomates (pour éviter l évapotranspiration), présence de poils, de cryptes, ou repliement de la feuille pour limiter les pertes hydriques. Développement d organes charnus au niveau des feuilles pour mettre l eau en réserve. atmosphériques ou climatiques défavorables. Protection contre la mauvaise saison Mise en vie ralentie des arbres à feuilles caduques avec perte des feuilles à l automne. Mise en place d organes spécialises assurant le passage de la mauvaise saison (bourgeon, bulbe) Se reproduire (pour assurer la survie et l occupation du milieu par la descendance) Le végétal doit réaliser une reproduction sexuée tout en étant fixé. La fleur est l organe reproducteur des végétaux terrestres. La fleur émet des signaux visuels (pétales et sépales colorés), des signaux olfactifs (molécules libérées par la plante), des signaux gustatifs (fabrication de nectar) pour attirer des pollinisateurs. Il peut y avoir coévolution entre certains végétaux et certains pollinisateurs. La fleur peut favoriser la libération des grains de pollen (cellules reproductrices males) : - En laissant le vent ou les animaux propager le pollen ; - en libérant une très grande quantité de pollen pour compenser le caractère aléatoire de la pollinisation. Le fruit peut être consommé par Le végétal doit favoriser l occupation du milieu en propageant sa descendance. Le végétal utilise le fruit comme mode de des animaux, ce qui va faciliter la propagation de la graine. Le fruit peut être transporté par le vent ou propagation. par l eau.
Conclusion : Les végétaux terrestres ont un mode de vie fixée. Ceci induit un certain nombre de contraintes qui nécessitent la mise en place de stratégies spécifiques par le végétal. -Pour se nourrir, le végétal développe des grandes surfaces d échanges dans l air et dans le sol, ce qui implique le mode de vie fixée de la plante. Dans l impossibilité de se déplacer, le végétal doit développer des stratégies pour se protéger et se reproduire. -Pour se protéger, il développe des défenses mécaniques, chimiques contre des agresseurs, des mécanismes de vie ralentie pour passer la mauvaise saison ou des mécanismes limitant la perte d eau. -Pour se reproduire, il développe un organe reproducteur spécifique (la fleur) pour faciliter la reproduction sexuée et des mécanismes de dispersion des graines pour occuper son milieu de vie. II-A (4pts) On cherche à comprendre comment se créent les huîtres triploïdes, ainsi que l intérêt d avoir de telles huitres pour les ostréiculteurs. A partir du document 2, on peut réaliser le schéma (doc annexe)
D après ce schéma, on constate que les huîtres triploïdes sont constituées de triplets de chromosomes homologues. Durant la méiose, l appariement des chromosomes ne peut donc pas se réaliser au cours de la première division. La formation de gamètes ne peut pas se réaliser, les huîtres triploïdes sont donc stériles. Le document 1 permet de faire une comparaison entre les huîtres triploïdes et les huîtres diploïdes. Les huîtres triploïdes étant stériles, elles n ont jamais de laitance, à la différence des huîtres diploïdes qui fabriquent des gamètes les mois «sans r» (mai, juin, juillet, août). Les consommateurs apprécient moins les huîtres avec cet aspect laiteux donc les huitres diploïdes se vendent moins bien au cours de la saison estivale. Si on compare la masse des huîtres triploïdes et celle des huîtres diploïdes, on constate que pour Porten-Bessin, le pourcentage de masse des triploïdes sur la masse des diploïdes est de 120% et qu à l étang de Thau, ce rapport est de 135%. Les huîtres triploïdes grossissent plus vite que les huîtres diploïdes, Ceci vient du fait que les huîtres diploïdes utilisent de l énergie pour produire des gamètes et se reproduire. Les huîtres triploïdes étant stériles, elles utilisent cette énergie pour d autres fonctions et notamment la croissance. Ainsi les ostréiculteurs, en utilisant les huîtres triploïdes. peuvent vendre des huîtres sans laitance (préférées par les consommateurs) toute l année et celles-ci grossissent plus rapidement que les huîtres diploïdes. L ostréiculteur pourra donc réaliser un bénéfice plus important sur l année. II-B(6pts) L Elysie est une limace, mais c est un animal très particulier car il est capable d utiliser l énergie lumineuse (d où son nom de «limace solaire») et de synthétiser des molécules organiques par photosynthèse. Cette particularité lui permet de ne prendre qu un seul repas en quelques mois. On cherche donc a comprendre comment cet animal peut vivre de cette façon. Le document 1 est une électronographie d une portion de cellule intestinale de l Elysie. On observe que cette cellule contient des mitochondries, organites sièges de la respiration cellulaire, mais aussi des chloroplastes. Or les chloroplastes sont des organites spécifiques des cellules végétales chlorophylliennes. La présence de ces chloroplastes est donc étonnante mais on peut en déduire que les cellules intestinales seraient capables d effectuer la photosynthèse. On comprend dès lors pourquoi cette espèce de limace est appelée Elysia Chlototica et pourquoi elle a un corps de couleur verte puisque les chloroplastes contiennent un pigment vert, la chlorophylle. D autre part ces chloroplastes ont une taille de l ordre de 5 à 6 μm avec une structure présentant des thylakoïdes. On peut donc penser que ces chloroplastes sont parfaitement fonctionnels. Le document 2 montre les variations du dégagement de dioxygène de l Elysie en fonction de l intensité lumineuse. On observe que ce dégagement est important lorsque l intensité lumineuse est de 100% puis diminue lorsque cette intensité n est plus que de 10% : On passe ainsi de 17 à 0.5 μl d O 2 /h. On peut en déduire que ce dégagement de O 2 dépend de l intensité lumineuse et permet ainsi d estimer l activité photosynthétique de l Elysie. L Elysie est donc capable de capter de l énergie lumineuse grâce à la chlorophylle. Enfin, en absence de lumière, on note une absorption de 7 μl d O 2 /h. La photosynthèse ne peut plus se dérouler et les seuls échanges gazeux encore possibles sont ceux de la respiration cellulaire au cours de laquelle le dioxygène est consommé et les molécules organiques oxydées.
Le document 3 montre le cycle de vie de l Elysie. On peut noter que les œufs d Elysie sont incolores et que la très jeune limace est de couleur brune. On peut en déduire que durant cette période de sa vie l Elysie ne possède pas de chloroplastes. Par contre, on observe qu après s être nourrie d algue Vaucheria, la jeune limace devient verte et conserve cette couleur à l âge adulte.on peut en déduire que l Elysie ne produit pas elle-même ses chloroplastes mais que ces derniers proviennent des algues dont elle se nourrit. Le document 4 présente des résultats obtenus avec des limaces, soumises à un jeûne prolongé de sept mois après avoir été nourries au début avec des algues. Pour évaluer leur activité photosynthétique et respiratoire, on mesure les quantités de dioxygène produit en pleine lumière mais aussi les quantités de dioxygène absorbé à l obscurité. Cela permet d évaluer l activité photosynthétique seule à la lumière puisqu on peut tenir compte du bilan production d O 2 et consommation d O 2. On observe que chez les limaces, les échanges de dioxygène sont importants pendant les cinq premiers mois. Le bilan respiratoire par rapport à la photosynthèse passe ainsi de 4,7 à 6 puis 5 μmol de O 2 /mg/h alors que la suite on observe un échange moins important (0.2 μmol de O 2 /mg/h au bout de sept mois)on peut déduire que le métabolisme de l Elysie fonctionne à plein régime pendant cette période alors que l Elysie n est plus nourrie. La production de O 2 par photosynthèse est importante également jusqu au cinquième mois de jeûne puisqu elle passe de 8,7 à 10,2 μmol/mg/h. De même, la consommation en O 2 est élevée pendant cette période (4 à 6,2 μmol/mg/h). On peut déduire que pendant toute cette période, l Elysie est capable d avoir une activité photosynthétique. Cette activité produit des molécules organiques (comme du glucose) qui sont ensuite utilisées par les cellules de l Elysie : ces molécules sont oxydées au cours de la respiration cellulaire. L activité respiratoire est donc importante tant que des molécules organiques sont synthétisées grâce à la photosynthèse qui se déroule au niveau des chloroplastes présents dans les cellules intestinales de l Elysie. On constate que les échanges gazeux diminuent par la suite : on peut alors supposer que l activité photosynthétique étant moins importante, la production de molécules organiques aussi. Ainsi, l activité respiratoire diminue en raison d une diminution de substrat organique à oxyder. On constate en effet qu à partir du sixième mois, la consommation en O 2 a fortement diminué car elle est passée de 6,2 à 2,8 μmol/mg/h. Bilan : L Elysie est un animal qui acquiert une activité photosynthétique lorsqu elle consomme des algues vertes (document 3). Cette consommation lui permet d avoir des chloroplastes dans ses cellules intestinales (document 1). La présence de ces chloroplastes permet à l Elysie de capter, grâce à la chlorophylle, de l énergie lumineuse. Cette énergie lumineuse va fournir l énergie nécessaire à la synthèse de matière organique à partir de matière exclusivement minérale.il y a donc photosynthèse et production de dioxygène. Cette production de dioxygène permet de mesurer l activité photosynthétique de l Elysie et de montrer l importance de la lumière, condition indispensable (document 2). La photosynthèse permet à l Elysie d être autonome pendant quelques mois : le fort dégagement de dioxygène montre que l activité photosynthétique est importante (document 4). La synthèse de matière organique permet d alimenter le métabolisme respiratoire qui se déroule au niveau des mitochondries (document 1). La consommation élevée de dioxygène (document 4) prouve que l Elysie oxyde la matière organique, ce qui lui permet de se fournir en énergie pendant plusieurs mois sans s alimenter.