Chapitre 5 Relation entre organisation et mode de vie des plantes à fleur
INTRODUCTION: La vie fixée chez les plantes entraine la contrainte de vivre dans un milieu de vie variable : climat, prédateur.. Elle doit assurer ses besoins de nutrition et de reproduction. Comment la plante surmonte-telle les contraintes de la vie fixée?
I) L organisation de la plante à fleur et la vie fixée - Annote sur le schéma les échanges réalisés avec l environnement Absorption des photons par les pigments chlorophylliens Echanges gazeux de la respiration et de la photosynthèse Absorption d eau et de sels minéraux
Comment la plante s organise-t-elle pour réaliser au mieux ces échanges? Hypothèse: La plante s est adaptée en ayant des surfaces performantes pour les échanges qu elle réalise Conséquences vérifiables: Je dois trouver des innovations particulières par rapport aux échanges permettant une adaptation à la vie fixée.
TP 10: Organisation de la plante à fleur Activité 1 :Les surfaces d échanges chez une plante à fleur Description sommaire du travail à réaliser: Surface foliaire échange avec l atmosphère Surface racinaire échange avec le sol Structures à observer ( légendes livre page 104, 105) Les stomates: Préparation à partir de feuille de polypode Une feuille: Observation d une coupe de limbe de feuille ( Lame feuille Iris CT) Le radis: Observer des poils absorbants de racine de radis
Activité 2: L organisation interne et la circulation de sève - Retrouve ce qui circule dans la plante à partir du livre page 106 Travail à faire La circulation interne: Les vaisseaux Le cèleri: Montage et observation des vaisseaux conducteurs au microscope Lame de CT de tige de renoncule : observation microscopique Lame de racine d IRIS: observation microscopique Activité Complémentaire: Capturer une image de Lame de feuille de nénuphar et de lame de feuille d oyat, enregistrer, titrer et imprimer pour la suite du cours
CORRECTION TP «L énergie lumineuse est absorbée par les pigments chlorophylliens donc la surface d absorption de l énergie lumineuse correspond à la surface des parties chlorophylliennes mesurée X2. Les gaz sont échangés au niveau entre les cellules chlorophylliennes et les chambres sous stomatiques donc la surface estimée est celle des feuilles X2 puis X30» Plante Euphorbe Violette Masse en KG 0,009 0,006 0,0067 0,01525 Surface mesurée des parties chlorophylliennes en m² Surface d absorption des parties chlorophylliennes en m² Surface d absorption des parties chlorophylliennes en m²/kg Estimation de la surface foliaire d absorption des gaz ( m²) Estimation de la surface foliaire d absorption des gaz ( m²/kg) 0,0134 0,0305 1,48 5,08 0,402 0,915 44,66 152,5
Le fonctionnement des stomates A partir du doc 3 page 104, montre que les stomates et la cuticule permettent une adaptation de la plante aux variations du milieu - Présentation du doc - Mise en évidence de la corrélation entre intensité d ensoleillement et ouverture des stomates - Mise en évidence de la relation de cause à effet ouverture des stomates et entrée de Co2 donc incorporation de CO2 dans la matière organique
Surface racinaire: Echange avec le sol Plante Euphorbe Violette Masse en KG 0,009 0,006 Estimation de la surface d absorption de l eau et des sels minéraux (m²) 1,742 3,965 Estimation de la surface d absorption de l eau et des sels minéraux (m²/kg) 193,55 660,83 «L eau et les sels minéraux sont échangés au niveau des racines mais on observe sur les racines des poils absorbants ou des mycorhizes (symbiose entre un champignon et des racines) qui augmentent considérablement cette surface d échange donc la surface d échange est estimée selon HALLE à la surface aérienne x 130» (prendre en compte la surface d absorption)
Le rôle des poils absorbants A partir des documents 5 et 6 du livre page 105, montre comment le système racinaire peut s adapter aux variations des conditions du milieu - Description des documents - Mise en évidence d une relation de cause à effet entre la propagation et la ramification du système racinaire et la richesse disponible du sol
Feuille d iris en coupe au microscope optique Racine d irisx40 Tige de renoncule X40
CO2 Feuilles Photosynthèse Eau et sels minéraux Molécules organiques Vaisseaux du Xylème Vaisseaux du phloème Sève brute Sève elaborée Racines Eau et sels minéraux La circulation des sèves
Activité 3: Comparaison des surfaces d échange entre une plante et un mammifère
Correction: Analogies et différences mammifères /végétaux Pour l entrée d énergie: Surfaces importantes mais la surface externe de la plante(captant l énergie solaire) est 100 fois supérieure à celle de la peau et l énergie présente dans les nutriments entre par des surfaces internes. Pour les échanges gazeux: Entre l atmosphère et l intérieur de l organisme par l intermédiaire d orifices ( stomates, nez) mais les stomates sont plus nombreux et les échanges se font directement avec les cellules, chez l homme les gaz sont d abord transportés par le sang.
Pour l eau et les sels minéraux: Surfaces importantes mais la surface racinaire est beaucoup plus importante, elle est externe chez les plantes et interne chez les mammifères La plante utilisant une énergie ubiquiste n a pas besoin de se déplacer à sa recherche, par ailleurs les racines assurent le maintient de la plante
Activité 4: Les plantes se protègent contre les agressions A partir des captures d image de feuille d oyat et de feuille de nénuphar, et des documents suivants, retrouve comment les plantes peuvent se protéger des agressions
COUPE TRANSVERSALE DE LA FEUILLE DE NÉNUPHAR
Reconstitue le scénario d enchaînement des faits ayant conduit à la surmortalité des koudous ( Livre page 108)
BILAN: En cherchant comment la plante a pu s adapter à la vie fixée nous avons effectivement observé des structures particulièrement performantes permettant de réaliser des échanges divers: Les feuilles sont pourvue d une cuticule à leur face supérieure pour limiter les pertes d eau. A la face inférieure se trouvent de très nombreux stomates permettant les échanges gazeux mais tout en limitant les pertes d eau grâce à un système d ouverture variable qui s adapte aux conditions externes Les racines sont pourvues de poils absorbants augmentant beaucoup la surface d absorption. Ces structures étant capables d adapter leur densité et leur longueur en fonction des ressources du sol Les matières prélevées circulent dans des vaisseaux spécialisés formant un réseau continue dans toute la plante
BILAN : LES ADAPTATIONS AUX VARIATIONS DE L ENVIRONNEMENT La plante a développé des mécanismes de défenses contre les agressions du milieu: Face aux prédateurs ou pathogènes la plante se défends par des adaptations morpho-anatomiques ou chimiques. Ces défenses peuvent être présentes naturellement chez la plante (poils, épines, cuticules, tanins) ou induite par l action du prédateur (signaux d alertes émis). Certaines plantes peuvent se défendre indirectement en attirant les prédateurs des herbivores. La plante fait face à des variations climatiques. Elles peuvent calquer leur rythme biologique sur celui des saisons. Ainsi les arbres passent en vie ralentie en automne et des organes de protections tels que les bourgeons se développent. Nous avons aussi observé que les feuilles des plantes telle que l Oyat présentait des adaptations à la sécheresse ou le nénuphar à la vie aquatique. Les exemples sont très nombreux et très divers.
II) La reproduction de la plante à fleur et la vie fixée Comment la plante assure-t-elle le succès de sa reproduction en étant fixée? TP 11 : L organisation florale et sa morphogénèse Activité 1: L organisation des reproducteurs des angiospermes Réalise une dissection de fleur, colle les pièces et dessine le diagramme floral à partir des documents d aides.( doc ci-dessous,pdf méthode dissection et méthode diagramme et http://espace-svt.ac-rennes.fr/applic/fleur/fleur.htm )
Activité 2: Morphogénèse florale Les gènes homéotiques déterminent le plan d organisation chez les êtres vivants. Chez les animaux un gène s exprime dans un segment de l organisme où il participe à la mise en place d un organe. On cherche à déterminer comment ces gènes interviennent dans la mise en place de chaque verticille des pièces florales de la fleur sauvage «Arabidopsis Thaliana» 4 cercles concentriques de verticilles. V1: 4 sépales V2: 4 pétales V3: 6 étamines V4: 2 carpelles Soudés Ressources Doc 1: Présentation de la Fleur d Abidopsis Thaliana Doc 2: Modèle ABC permettant d expliquer la morphogénèse florale A,B et C étant 3 gènes homéotiques et S les sépales, P les pétales, E les étamines et C les carpelles Etape 1 : Concevoir une stratégie pour résoudre un problème scientifique Proposer une démarche d investigation permettant de déterminer comment les gènes homéotiques interviennent dans la mise en place des pièces florales
Etape 2 : Mettre en œuvre un protocole de résolution pour obtenir des résultats exploitables Utilise les fonctionnalités de l'animation et la plaque à ta disposition afin d expliquer l origine des fleurs mutantes de la plaque à ta disposition. 4 cercles concentriques de verticilles. V1: 4 sépales V2: 4 pétales V3: 6 étamines (organes mâles) V4: 2 carpelles soudés (organes femelles ou pistil) Les sépales ont des caractéristiques carpellaires (présence de stigmates à l'apex, présence éventuelle d'ovules sur les bords). Les pétales sont également anormaux et présentent des caractéristiques d'étamines (filet à la base et parfois des anthères au sommet). Les pétales sont remplacés par des sépales. Les étamines sont remplacées par des carpelles. De ce fait, le centre de la fleur est constitué de deux verticilles de carpelles mal fusionnés du fait de la gêne stérique. Le "pistil" est ainsi de grande taille et de forme irrégulière. Le premier verticille est constitué de sépales, le seconde de pétales. Au niveau du troisième verticille, on observe des pétales à la place des étamines et au niveau du quatrième verticille on observe des sépales à la place des carpelles. Par ailleurs, au centre de la fleur, de nouveaux verticilles continuent à se mettre en place indéfiniment dans un ordre toujours identique (sépales/pétales/pétales)
Etape 3 : Présenter les résultats pour les communiquer
Correction A seul:sépales A et B:pétales B et C: Étamines C seul: Pistil Ca Et Et Ca C B C A est muté, C s exprime à sa place V1 et V2 modifiés S S C C A C B est muté, et ne s exprime pas V2 et V3 modifiés S P P S A B A C est muté et A s exprime à sa place V3 et V4 modifiés
III) Assurer le succès de la reproduction a) La pollinisation Les scientifiques émettent l hypothèse d une coévolution entre plantes et insectes pollinisateurs. Introduis pour la première fois en 1964 par Ehrlich et Raven dans une étude basée sur l interaction entre les plantes et les papillons, elle émet l hypothèse qu il existe une sélection réciproque permettant l évolution de ces deux espèces. Plus tard, L Van Valen (1973)établit «la théorie de la reine rouge» qui dit que «l évolution permanente d une espèce est nécessaire pour maintenir son aptitude suite aux évolutions des espèces avec lesquelles elle co évolue» A partir des documents et du matériel concernant la coévolution plante/insecte, justifie l hypothèse de coévolution.
Correction: La fleur présente une différence de coloration des pétales mettant en évidence la zone où se trouvent le pollen des étamines qui doit être transporté. L abeille a un spectre lumineux visible lui permettant de détecter facilement cette zone alors qu à vue humaine on ne distingue pas de zone différente
On suppose donc que les fleurs les plus marquées au niveau de la coloration des pétales ont été sélectionnées au fur et à mesure de l évolution par les abeilles ( meilleure chance de pollinisation donc de survie ) et que les abeilles dont le spectre de la lumière visible leur permet de mieux voir cette zone se nourrissent mieux donc ont aussi une meilleure chance de survie. Les deux espèces ont donc co-évolué
DOC 6 PAGE 123 DE TON LIVRE
Correction: On constate que la fleur possède un éperon nectarifère plus ou moins profond On voit également que les mouches possède un proboscis destiné à prélever le nectar de la fleur afin de se nourrir. Selon la région, le proboscis est d autant plus grand que la profondeur de l éperon l est aussi.
On suppose donc que les fleurs possédant un éperon nectarifère profond ont été le mieux pollinisées ( meilleure reproduction) et les mouches qui possédaient le proboscis le plus long se nourrissaient le mieux ( meilleure chance de survie) Le fait de trouver 16 régions dont les longueurs respectives du pétale modifié et de l organe de succion coïncident nous fait penser à une coévolution
b) La dissémination des graines A partir des informations du document ci-dessous, explique les documents de la page 125 et retrouve en quoi on peut dire que cette collaboration est le fruit d une coévolution. La dissémination par les animaux (la zoochorie) Cela fait longtemps que les végétaux ont appris à tirer parti de la mobilité incessante des animaux en usant de la zoochorie. Cette méthode est très utilisée par les végétaux qui savent entretenir des relations plus ou moins étroites avec certains animaux, et qui n'hésitent pas à les manipuler sans scrupule s'il le faut! On peut distinguer deux sortes de zoochorie : l'épizoochorie et l'endozoochorie.
BILAN Les plantes à fleurs peuvent être pollinisées par les insectes ou le vent. Lorsque la pollinisation se fait par les insectes on retrouve différents signaux attirants, les grains de pollens sont gros et ornementés. En retour, les insectes trouvent des ressources nutritives (nectar, pollen) et transportent alors le pollen d une fleur à une autre. On constate une coévolution entre les plantes et les insectes. Cela signifie que l organisation des fleurs a évolué conjointement avec les organes des insectes.
La dispersion des graines doit se faire également sur une large distance pour permettre la pérennité des espèces végétales. Cette dispersion fait également intervenir les animaux et le vent. Les fruits dispersés par les animaux sont généralement attractifs, il existe une dissémination passive ( à l insu de l animal) ou active ( excrément ou crachat) marquée par une collaboration( accès aux ressources nutritives pour les animaux et meilleure dispersion pour les graines) On note donc aussi une coévolution entre animaux disséminateurs et les plantes Schéma bilan à coller et compléter