Activité 1 : Le règne végétal

Livre Campbell (plante verte) : dès 695. Livre Campbell (orange) : dès 621. Introduction : Par l observation des caractéristiques principales de diverses plantes, on peut mettre en évidence les différences entre les grands groupes de végétaux. Matériel vivant : mousses si possible avec capsules (vertes et marrons), et quelques mousses de «grandes tailles», 1 pot avec une fougère spéciale pour voir les vaisseaux, des «branches» fougères avec sporanges, fleurs des champs et vertes d herbacées (si possible). Matériel par groupe de 2 élèves : 1 loupe, 1 microscope, 1 panier avec : lames et lamelles, 1 pince fine, 1 boïte de pétri en plastique et pisette avec eau. Matériel pour l enseignant : 1 pince et un ciseau. Autre Matériel : un classeur avec fougères sèches, snaps avec cônes mâles (et pollen) et cônes femelles, grands cônes de pin femelle, graines de pin, coupes microscopiques d aiguilles de pin, 1 modèle plastique de fleur géante coupée. Activité 1 : Le règne végétal Le règne végétal comprend toutes les plantes terrestres et ne comprend plus les Algues (celles-ci forment, actuellement, un règne à part). Les végétaux ont évolué à partir d une algue verte ancestrale. Les premiers végétaux terrestres ressembleraient à des mousses. Comment s est fait cette adaptation du milieu aquatique eu milieu terrestre? ADAPTATION A LA TERRE FERME Le passage de l eau à la terre s est réalisé en plusieurs étapes: certains végétaux ne présentent du reste qu une adaptation incomplète au milieu terrestre. Les Végétaux ont commencé à coloniser le milieu terrestre il y a 435 millions (au Paléozoïque). Comparaison entre les conditions de vie des Algues et les Végétaux terrestres : Le milieu (eau) soutient l Algue. Toutes les parties de l Algue sont en contact avec l eau et les minéraux du milieu. Le milieu (air) ne soutient pas la Plante. Les parties aériennes ne sont pas en contact direct avec l eau et les minéraux; elles perdent de l eau par évapotranspiration. La photosynthèse a lieu dans la plupart des cellules de l Algue. La photosynthèse a lieu seulement dans les parties aériennes de la Plante. 1

La vie aérienne offre de multiples avantages pour les plantes; non seulement la lumière nécessaire à la photosynthèse est plus disponible, mais le gaz carbonique et le dioxygène qui sont plus concentrés dans l air diffusent mieux que dans l eau. Le succès des plantes terrestres fut assuré par de nombreuses adaptations. Il leur est nécessaire d avoir une charpente interne (un squelette de paroi lignifiée ou bois) pour vaincre la gravité et pour présenter leurs feuilles au soleil. Car si les petites plantes tiennent debout grâce à la turgescence (pression osmotique), les grandes espèces ont besoin d une structure de soutien (la lignine) pour tenir en position verticale. Les racines permettent au végétal de s ancrer dans le sol et d absorber, du sol, l eau et les sels minéraux nécessaires. De plus, l eau doit pouvoir être pompée jusqu aux feuilles, de même que la nourriture fabriquée doit pouvoir circuler partout. Ce transport de la sève brute et de la sève élaborée est assuré par des vaisseaux conducteurs (chez plantes vasculaires). Les Mousses n ont pas de vaisseaux conducteurs (plantes avasculaires). Schéma simplifié montrant les deux principales voies par lesquelles l'eau et les solutés sont transportés dans un végétal vasculaire : le xylème (transporteur de la sève brute) et le phloème (transporteur de la sève élaborée). 2

Collège de Genève - Laboratoire de biologie Stomates de feuille de tabac A cause de l air ambiant, la déshydratation est une menace non seulement pour l appareil végétatif mais aussi pour les gamètes (cellules reproductrices) et l embryon. Les plantes terrestres ont donc les parties aériennes (tiges, feuilles) qui sont recouvertes d une cuticule cireuse qui empêche le dessèchement. Mais cette cuticule pose un problème : elle empêche également les échanges gazeux! Ce sont les stomates, pores microscopiques, qui restaurent ces échanges (ci-contre fortement grossi). De plus, afin d'éviter la déshydratation (qui pourrait entraîner la mort du végétal), les stomates se ferment aux moments les plus chauds de la journée. Questions : 1. Comment se nomme la couche cireuse? 2. De quels gaz parle-t-on? 1.1. Nous n allons étudier que les 4 embranchements végétaux suivants: les Bryophythes (ou mousses), les Ptérydophytes (ou fougères), les Gymnospermes (ou Conifères) les Anthophythes (ou les Plantes à fleurs, classe desangiospermes). Quel groupe est constitué du plus grand nombre d'espèces?... Pour chaque question, choisissez la bonne réponse parmi les propositions suivantes : possèdent des cônes et des feuilles en forme d aiguille; ne mesurent que quelques millimètres; possèdent des fleurs et souvent des feuilles plates; ont des feuilles caractéristiques très découpées. 1.2. Quelle particularité caractérise les Mousses? 1.3. Quelle particularité caractérise les Fougères? 1.4. Quelle particularité caractérise les Conifères? 1.5. Quelle particularité caractérise les Plantes à fleurs? 3

Collège de Genève - Laboratoire de biologie Activité 2 : Les Mousses, les Fougères, les Conifères et la Plantes à fleurs 2.1. A coté de chaque schéma ci-dessous, veuillez écrire M, F, C ou P. 2.2. Expliquez vos choix (simplement selon les caractéristiques citées à la page précédente). Attention : Les schémas ne sont pas à l échelle. 4

Activité 3 : Observation des Bryophythes ou mousses Fig.3.1. Quelques pieds de Mousse Polytric et ses sporanges (image agrandie). 3.1. Sur le chariot mis à votre disposition, observez, à l oeil nu, un tapis de Mousses (Fig.3.1). Prenez votre boite de Pétri et demandez à votre maître quelques «pieds» de mousses. Les petites capsules brunes (ou vertes) qui se dressent au-dessus de ce tapis vert sont des sporanges (parfois le tapis de Mousse n en comporte pas!!). Attention les Mousses n ont ni fleurs, ni fruits!! Sporange immature Sporange mature de la taille des sporanges de Fig.3.2. Quelques sporanges et une coccinelle (donnant ainsi une idée mousse) Faussesfeuilles Faussestiges Rhizoïdes Fig.3.3. Schéma de pieds de Bryophythe. 3.2. Observez, à la loupe, la structure d un seul pied de mousse (Fig.3.3). Lisez la légende de la fig. 3.3. Les Bryophythes n ont pas de vaisseaux conducteurs de sève. Pour cette raison anatomique on les différencie des autres végétaux qui eux, possèdent des vaisseaux (nervures). Les structures feuillées des Mousses se nomment ainsi faussesfeuilles et de même pour la fausse-tige car les mousses de possèdent pas de vaisseaux. Pourquoi chez les Bryophythes, les structures racinaires se nomment rhizoïdes et non pas racines comme chez les autres Végétaux? 3.3. Observez à la loupe un de ces sporanges (=capsule). Si possible, un vert et un marron. 3.4. Faites un rapide dessin du sporange marron, si possible, (sinon du vert!) et de ces dents s ils sont visibles (c est à dire si le sporange est ouvert). Si le sporange est vert, on ne verra pas les dents. N oubliez pas de légendez votre dessin (sporange, dents, pédicelle) et d indiquez le grossissement utilisé. 5

Collège de Genève - Laboratoire de biologie Parfois on peut encore observer les petites sphères qui sont contenues dans le sporange quand il est vert (ou marron mais pas encore ouvert). Votre sporange en contient-il?... (Quand le sporange est marron, il est souvent sec et donc ne contient plus de sphères ) Ne rangez pas votre loupe, vous en aurez encore besoin! Gardez aussi votre pied de mousse! Fig.3.4. Schéma d'un sporange avec dents : 3.5. Les petites sphères qui étaient contenues dans le sporange peuvent germer et donner, tout d abord, un protonéma puis un pied de Mousse! (Fig.3.5) Comment nomme-t-on ces petites sphères (contenues dans le sporange)?... Activité 4 : Observation des Ptérydophythes ou fougères 4.1. Les Fougères sont des végétaux qui n ont ni fleurs, ni graines. Sur le chariot mis à votre disposition, observez à l oeil nu une grande feuille de fougère dans un des pots ou alors une sèche dans le classeur à fougères 4.2. Demandez à votre maître un petit bout de la feuille de fougère spéciale (extrémité de la feuille). Faites une préparation microscopique en plaçant un petit morceau de la feuille sur une lame (attention : le dessous de la feuille vers le haut), ajoutez UNE goutte d eau et déposez une lamelle pour observez au microscope au petit grossissement (mais ne ranger pas la loupe!). Voyez-vous des nervures sur la feuille de fougères (oui/non)?... 4.3. Passez au moyen puis au gros grossissement. Essayez de distinguez les pores des feuilles (les stomates) comme le montre la fig.4.1. Demandez confirmation à votre maître. Fig.4.1. Vue de dessous d une feuille de Fougère où l on distingue les stomates. 6

Collège de Genève - Laboratoire de biologie Fig.4.2. Un agrandissement d un seul stomate. A quoi servent ces stomates (trous)? Citez deux fonctions différentes. SI besoin relisez les premières pages 4.4. Sur la face inférieure de certaines feuilles de fougères, nous trouvons également des amas de sporanges (=sores) de couleur brune ou orangée (Fig.4.3.). Fig.4.3. Vue de dessous d une feuille de Fougère où l on distingue les sores (=amas de sporanges) Fig.4.4. Un seul sore comprenant une multitude de sporanges Entourez un seul sore sur l image de la Fig.4.3. Fig.4.5. Dessin d un lobe de feuille de Fougère (face inférieure) 7

Sporanges Collège de Genève - Laboratoire de biologie La fig.4.6. montre une coupe transversale d un sore et la disposition des sporanges. Spores 4.5. Demandez à votre maître un petit bout Lame de de feuille fraîche (avec sporanges) ou d une la feuille feuille sèche. Observez à la loupe les amas de sporanges de fougères. Que contiennent les sporanges de fougère?... Vous pouvez ranger la loupe. Activité 5 : Observation de cellules végétales 5.1. Revenons aux Mousses. 5.2. Faites une préparation microscopique (n oubliez pas la lamelle!!!!) d UNE faussefeuille de mousse et pas du pied de mousse entier!! Essayez de prendre une seule des petites feuilles avec la pince fine (si cela n est pas possible prenez le moins de fausse-feuilles possible 5.3. Au microscope, observez la fausse-feuille dans son ensemble. Voyez-vous des nervures comme sur la feuille de fougère?... Pourquoi parle-t-on de fausse-feuille et pas de feuille tout court? (si besoin revoir point 3.2) Fig.5.1. Cellules de Mousse (microscope optique). Certaines M o u s s e s o n t des cellules allongées, d autres plus rectangulaires. 5.4. Observez, au moyen puis au fort grossissement, les cellules végétales de la faussefeuille. Demandez confirmation à votre maître, pour savoir si la préparation est bonne. Si les cellules ne sont pas bien visibles, faites une préparation d un sporange vert : sur une lame déposez le sporange, déposez une lamelle et écrasez bien (mais délicatement pour ne pas casser la lamelle). 8

Comment se nomment les organites verts que l on observe à l intérieur de la cellule?... (visibles sur la fig.5.1). A quoi servent-ils? Quel gaz est indispensable à la photosynthèse?... Si ce n est pas déjà fait, écrivez l équation correspondante : Par ailleurs, comme nous, les plantes respirent du dioxygène! Pourquoi ont-elles besoin de dioxygène? Fig.5.2. Cellules de feuille d Elodée - plante aquatique, observées au 5.5. Observez la fig.5.2. Légendez-le à l aide des mots suivants : paroi, membrane cellulaire, chloroplaste, cytoplasme. Deux organites de la cellule végétale ne sont pas visibles sur ce schéma. Nommez-les. (si besoin, voir le schéma de la cellule végétale à la dernière pages) 9

Collège de Genève - Laboratoire de biologie Activité 6 : Observation des plantes mises à votre disposition (Gymnospermes ou Conifères) Cône,,,,,,,,,,,,,,,,, 6.1. Demandez à votre maître un cône de pin (femelle) et observez-le. Les écailles sont-elles ouvertes ou fermées? 6.2. Il existe des cônes mâles et des cônes femelles (image ci-contre). Les cônes mâles contiennent du pollen et les cônes femelles des ovules contenant l oosphère. Indiquez sur le schéma un cône mâle et un cône femelle. Quelle différence de taille, voyez-vous? Cône,,,,,,,,,,,,,,,,, 6.3. Demandez à votre maître un bocal avec des cônes mâles. Observez-les. Ne l'ouvrez pas (à cause des personnes qui peuvent y être allergique!) Qu'est ce la «poussière»jaune que l'on voit dans le bocal? 6.4. Demandez à votre maître une graine (issu de la fécondation, Un cône femelle de l'oosphère par le pollen) de pin et dessinez-la à l'oeil nu. Une écaille du cône avec deux graines ---------------- Deux graines libérées de l écaille ------------------------ Sur votre dessin, localisez, à l aide d une flèche, l embryon contenu dans la graine. NE JETEZ PAS LA GRAINE! La ranger à sa place. 6.5. Que contiennent les cônes mâles?... 6.6. Que contiennent les cônes femelles?... 10

6.7. Demandez à votre maître une coupe microscopique d une aiguille de pin (coupe longitudinale ou transversale). Attention une coupe microscopique ne se prend jamais à plat avec les doigts mais sur la tranche (ainsi on laisse la coupe propre, sans traces de doigts)! Observez-la au microscope. Observez le vaisseau central. Vous pouvez ranger votre microscope. Que transportent les vaisseaux des végétaux? Soyez précis (dans leurs contenus mais aussi dans le sens de la circulation). Activité 7 : Observation des plantes mises à votre disposition (Angiospermes ou Plantes à fleurs) 7.1. Observez une vraie fleur (s'il y en a à votre disposition) ou le modèle plastique en coupe. Repérez les pétales colorées et en dessous, les sépales vertes. Souvent les étamines entourent le pistil =carpelle. Retrouvez ces organes sur votre fleur (demandez confirmation à votre maître) 7.2. Observez le schéma de fleur cicontre....... 7.3. Légendez le schéma (sépales, pétales, étamines, pistil=carpelle). Remarque: les sépales sont souvent de couleur vertes et protègent le bourgeon floral....... Le pistil ou carpelle est composé de 3 parties : stigmate, style et ovaire (ce dernier contient les ovules et oosphères). 7.4. Indiquez sur le schéma de fleur, où se trouvent le pollen et les oosphères. 11

Chez les Plantes à fleur, les ovules sont protégées par l ovaire (indiquez-le sur le schéma); chez le cône femelle des Conifères, l ovaire n existe pas. Attention : du point de vue botanique, c est l ovaire qui en se transformant donne ce que l on nomme le fruit!! Quelle différence fondamentale existe-t-il entre les conifères et les plantes à fleurs au niveau de l organe reproducteur femelle? 7.5. Dessinez un pistil : 7.6. Dessinez une étamine : Légendez : ovaire, style et stigmate Légendez : filet et anthère Indiquez quel est l'organe mâle et l'organe femelle chez une fleur. 12

Activité 8 : Synthèse des observations Sur la base de toutes vos observations et de vos connaissances : complétez le tableau récapitulatif (ci-dessous) en plaçant oui ou non dans chacune des cases. Tableau récapitulatif Présence de chlorophylle Mousses Fougères Conifères Plantes à fleurs Présence de chloroplastes Présence de spores Présence d'ovules et de graines Présence de fleurs Présence de fruits (=ovaire transformé) Présence de pollen Présence de vaisseaux conducteurs Présence de rhizoïdes (donc pas de vaisseaux) Présence de racines 13

Collège de Genève - Laboratoire de biologie Synthèse (évolution) Après lecture du schéma évolutif ci-dessous (et de vos connaissances), répondez aux questions : 1. A quelle date apparaissent les Mousses?... et des Fougères?... et des Conifères?... et des Plantes à Fleurs?... 2. Quel est l ancêtre des végétaux terrestres? 3. Quelle(s) plante(s) ne possèdent pas de vaisseaux? 4. Quel est le groupe le plus jeune (le plus récent)? 5. Les vaisseaux servent à transporter la sève brute et la sève élaborée. Que contient la sève brute? Dans quel sens va-t-elle? Que contient surtout la sève élaborée? Dans quel sens général va-t-elle? Attention : la sève élaborée peut aller vers le haut, par exemple vers les fruits! Evolution des principaux embranchements végétaux (d après Campbell) 14

LA CELLULE VEGETALE LA CELLULE ANIMALE 15