1 CORRECTION DU SUJET TP : LA MULTIPLICATION CELLULAIRE DANS LA MORPHOGENESE VEGETALE. EN 1 ère S. (rapporteur I. Trellu) PLAN I. Croissance et multiplication cellulaire. POSTE 1 : Mise en évidence des zones de croissances dans la tige et la racine et des méristèmes qui s y rapportent. 1 Localisation des zones de croissance spécialisées dans la tige et dans la racine. Mise en évidence de zones de croissance dans un rameau feuillé et dans une racine Expériences de marquage sur les racines de pois. 2) Des zones méristématiques au niveau des apex caulinaires et racinaires. Objectif méthodologique Mettre en relation logique des informations pour mettre en évidence des zones de croissance. Il existe chez le végétal des zones de croissance privilégiées qui sont à l origine de la morphologie du végétal et donc du port de la plante. Ces zones de croissance sont localisées à l extrémité des tiges et des racines et assurent leur croissance en longueur. Ces zones sont formées de cellules indifférenciées qui se multiplient activement par mitose et forme des méristèmes. Dans les racines comme dans les tiges, la mitose localisée au niveau des méristèmes est un processus biologique fondamental de la croissance racinaire et de la morphogénèse. II. La mitose un processus biologique fondamental de la croissance. POSTE 2 : Mise en évidence des figures de mitose dans un méristème Objectifs méthodologiques Mettre en œuvre un protocole expérimental et réaliser une préparation microscopique de racine d ail colorée au carmin acétique. Savoir utiliser les fonctionnalités du microscope pour visualiser une préparation microscopique. La division cellulaire comprend 4 phases successives et distinctes : prophase, métaphase, anaphase et télophase pendant lesquelles les chromosomes présentent des comportements différents. POSTE 3 : Mise en évidence de la répartition et de la conservation des chromosomes entre les cellules filles. Objectifs méthodologiques Utiliser des modes de représentation expérimentale : réaliser un dessin ou un schéma pour mettre en évidence le comportement des chromosomes lors de la mitose. Appliquer une démarche explicative : mettre en relation logique les résultats obtenus pour mettre en évidence la reproduction conforme de la cellule. Les cellules filles obtenues par mitoses ont le même nombre de chromosomes. Il y a eu reproduction conforme. Ont-elle la même information génétique?
III. La synthèse d ADN 2 POSTE 4: Evolution de la quantité d ADN au cours du temps. Objectif méthodologique : Appliquer une démarche explicative : Mettre en relation des informations pour mettre en évidence le maintien de la quantité d ADN au cours du cycle cellulaire. Le cycle cellulaire comporte deux phases principales : l interphase et la mitose. C est pendant la phase S de l interphase qu a lieu la synthèse d ADN qui entraîne un doublement de la quantité d ADN par cellule avant chaque division. La mitose permet de répartir équitablement le matériel génétique. Il y a donc maintien de la quantité d ADN à chaque génération. POSTE 5: La Réplication de l ADN Objectif méthodologique : Appliquer une démarche explicative : Analyser des résultats expérimentaux pour montrer la réplication de l ADN. Expérience de Meselson et Stahl. La réplication s effectue selon un mode semi conservatif. Chaque brin sert de matrice pour la synthèse d un brin complémentaire, la moitié de la molécule de départ est ainsi conservée. Deux molécules d ADN identiques entre elles et à la molécule de départ sont ainsi obtenues. A la fin de l interphase, le chromosome qui n avait qu une seule chromatide est constitué de 2 chromatides génétiquement identiques. Conclusion : La multiplication cellulaire qui a lieu dans les méristèmes n est qu un des aspects de la croissance d un végétal. Même si certaines cellules produites par mitose restent des cellules de méristèmes ; d autres subissent une augmentation de taille appelée auxèse et se différencient. La morphogenèse végétale combine donc plusieurs facteurs : divisions, élongation et différenciation. Correction de la leçon du samedi 7 février : rapporteur I Trellu. TP : LA MULTIPLICATION CELLULAIRE DANS LA MORPHOGENESE VEGETALE. 1S DESCRIPTION DES POSTES La morphogenèse d un végétal s effectue dans des territoires spécialisés. Où se situent les zones de croissance à l origine de la forme des végétaux? I. Mise en évidence des zones de croissance au niveau de la tige et de la racine. POSTE N 1 : Mise en évidence des zones de croissances 1) Croissance en longueur dans la tige Matériel : - Rameau de tige ligneuse de feuillus (hêtre, marronnier ) montrant des entre nœuds et des nœuds. - photos ou de lames minces d apex de tige (méristèmes) - germination de pois de 4 jours (Marquage au eye liner waterproof en faisant des traits équidistants de 1 mm, sur la jeune racine, et maintien des germinations à l obscurité et à 20 C. Lecture 2 à 3 jours après.) Acquis
Objectif cognitif : Montrer que la croissance des entre noeuds détermine le port de la plante. Objectif méthodologique : Mettre en relation logique des informations pour mettre en évidence des zones de croissance. : 3 tige. a) A partir de l observation du rameau fourni, localiser sur un croquis les zones de croissance sur une Réponse attendue : La croissance d une tige s effectue par les bourgeons qui débourrent au printemps. Ce sont les entrenoeuds qui s allongent. La croissance en longueur est nulle au niveau des nœuds et est maximale au niveau des entre nœuds C est l importance de cette croissance intercalaire qui détermine le port de la plante. Pour mesurer la croissance des différentes parties d une tige, on peut mesurer à intervalle de temps successif la longueur des entrenoeuds. 2) Mise en évidence de la zone responsable de la croissance en longueur de la racine. Suite de l activité : b) Après avoir mesuré les différents segments, tracer les histogrammes de leur allongement, en fonction de leur position dans la racine. Graphe représentant : l allongement des segments en fonction de leur position dans la racine Segments en allant vers l apex c) Exploiter les résultats obtenus pour mettre en évidence les zones de croissance en longueur des racines. Réponse attendue : la racine s allonge au niveau d une zone réduite (voir croquis) en arrière de l apex. La croissance est subterminale. Qu est-ce qui, au niveau des apex caulinaire et racinaire, est responsable de la croissance en longueur des végétaux? B) Mise en évidence des zones méristématiques au niveau des apex caulinaire et racinaire Objectifs méthodologiques et notionnels Exploitation de photos ou de lames minces d apex de tige et de racine. Mise en évidence de zones méristématiques et non méristématiques dans la racine et la tige. Mise en évidence de zones de multiplication cellulaire dans les méristèmes d une part, d une zone d augmentation de taille des cellules d autre part, d une zone de différenciation cellulaire enfin lorsqu on s éloigne de l apex. Les cellules méristématiques subissent donc une multiplication puis une élongation et enfin une différenciation. Matériel utilisé Photo montrant un méristème primaire apical caulinaire Photos ou coupe longitudinale de racine d oignon d) A partir de l observation des apex caulinaires et racinaires, montrer, en réalisant un croquis, que les tiges et les racines sont organisées en zones cellulaires présentant des caractéristiques propres. Réponse attendue : Les cellules méristématiques sont localisées aux extrémités des tiges et des racines où elles assurent la croissance en longueur du végétal. Les cellules de méristèmes sont petites, jointives, isodiamétriques et donc ne présentent pas d allongement dans un sens particulier. Ce sont des cellules indifférenciées. D autres cellules sont déjà différenciées.
4 POSTE 2 : MULTIPLICATIONS CELLULAIRES DANS UN MÉRISTÈME. Objectif cognitif : Mettre en évidence les différentes phases de la mitose ainsi que le comportement des chromosomes au cours de ces phases. Objectifs méthodologiques : Mettre en œuvre un protocole expérimental et réaliser une préparation microscopique de racine d ail colorée au carmin acétique. Savoir utiliser les fonctionnalités du microscope pour visualiser une préparation microscopique. Réalisation d une préparation microscopique, selon un protocole dans l apex d une racine. Observation des cellules en mitose au niveau de la zone méristèmatique. a) Protocole à observer - Couper des extrémités de racines de bulbe d ail de 1 à 2cm (mises à tremper une semaine au préalable dans l eau) et les maintenir une minute dans une solution de carmin acétique, portée à ébullition, - Monter entre lame et lamelle, dans une solution fraîche de carmin acétique, l extrémité d une racine (5 mm). - Écraser délicatement. b) Observer au microscope optique (devant le jury placer la région la plus favorable à l observation) c) Repérer les différentes phases de la multiplication cellulaire en montrant sous le microscope différentes figures de mitose. Réponse attendue : Les multiplications cellulaires peuvent être repérées au niveau des petites cellules méristématiques où les chromosomes sont condensés. POSTE 3 : LES ETAPES DE LA DIVISION CELLULAIRE Matériel Coupe d extrémités de racine d ail du commerce ou la préparation faite précédemment. Jeu de photographies des étapes de la mitose Objectif cognitif : Mettre en évidence la reproduction conforme Objectifs méthodologiques : Utiliser des modes de représentation expérimentale : réaliser un dessin ou un schéma pour mettre en évidence le comportement des chromosomes lors de la mitose. Appliquer une démarche explicative : mettre en relation logique les résultats obtenus pour mettre en évidence la reproduction conforme de la cellule. a) Réaliser un dessin de l anaphase (forme, place et aspect des chromatides). Dessin d observation d une anaphase de mitose dans une racine d ail vu au microscope optique. Grossissement : x 400 b) A partir de photos montrant différents stades de la mitose, replacer les différentes étapes proposées dans un
c) Montrer qu il y a conservation du nombre de chromosomes, au cours de la multiplication cellulaire, en comparant la cellule mère et les cellules filles. Réponse attendue : Les chromosomes se condensent en prophase. Après disparition de l enveloppe nucléaire, ils se regroupent sur le plan équatorial, c est la métaphase. Ils sont encore formés de 2 chromatides. À l anaphase, les chromatides sœurs se séparent et chaque chromatide migre vers un pôle de la cellule. A la télophase, on obtient deux lots identiques de chromatides. Chaque cellule-fille obtenue comporte ainsi le même nombre de chromosomes que la cellule mère. (Problème soulevé) La division cellulaire réalisée (mitose) permet-elle une reproduction conforme? L information génétique, contenue dans l ADN est-elle conservée? Poste 4 : EVOLUTION DE LA QUANTITE D ADN AU COURS DU CYCLE CELLULAIRE. Document: Tableau de données de la quantité d ADN au cours du temps (interphase + mitose) pour un type de cellule particulier. Objectif cognitif : Montrer que la variation de la quantité d ADN au cours d un cycle permet le maintien de la quantité d ADN à chaque génération. Objectif méthodologique : Appliquer une démarche explicative : Mettre en relation des informations pour mettre en évidence le maintien de la quantité d ADN au cours du cycle cellulaire. a) Construire le graphe de variation de la quantité d ADN au cours du temps. b) Montrer comment évolue la quantité d ADN dans une cellule et en replaçant sur le graphique : la division cellulaire (mitose), l interphase (entre deux divisions) et la phase de synthèse de l ADN pour définir le cycle cellulaire. c) Représenter les chromosomes au cours du cycle cellulaire, en mettant en relation les différentes informations. Réponse attendue : Avant la mitose, c'est-à-dire en interphase, la quantité d ADN double. Ce moment est appelé phase S pour phase de synthèse du cycle cellulaire. Cette synthèse d ADN explique pourquoi le chromosome est formé de 2 chromatides comprenant chacune une molécule d ADN jusqu à la métaphase. A l anaphase, les 2 molécules d ADN se séparent. Il y a donc maintien de la quantité d ADN, à chaque génération, par le comportement des chromosomes au cours du cycle cellulaire. (Problème soulevé) La synthèse d ADN à chaque cycle cellulaire permet-elle la conservation de l information génétique? Poste 5 : LA SYNTHESE DE L ADN. Document : Descriptif et résultats de l expérience de Meselson et Stahl en 1951. (site snv jussieu) Objectif cognitif : Montrer que l ADN se réplique selon un mode semi-conservatif. Objectif méthodologique : Appliquer une démarche explicative : Analyser des résultats expérimentaux pour montrer la réplication de l ADN. a) Traduire les résultats expérimentaux par des schémas explicatifs et interpréter les résultats obtenus sur 2 générations. b) Montrer comment l information génétique est conservée? Réponse attendue : L expérience de Meselson et Stahl montre que chaque nouvelle molécule d ADN ne conserve que la moitié de la molécule initiale. Un brin sur deux est néoformé (cette réplication sera vue en cours). La réplication est donc semi-conservative. Il y a donc conservation de l information génétique 5 Bibliographie : Camefort morphologie des végétaux vasculaires Atlas de biologie végétale Roland. Organisation des plantes à fleurs. Gorenflot appareil végétatif Problème : Je n ai pas trouvé dans ma bibliothèque personnelle l expérience de Meselson et Stahl. un livre du supérieur relatant