A. Observation des zones d’échanges des gaz de l’atmosphère :...

Correction TP8 Les surfaces d’échanges nutritifs des plantes
A. Observation des zones d’échanges des gaz de l’atmosphère : les feuilles
1-Prendre connaissance des documents 3 puis émettre une hypothèse sur la répartition attendue des stomates entre la face inférieure et la face supérieure de la feuille, permettant l’approvisionnement en CO 2
tout en limitant les pertes d’eau.
Afin de limiter la déshydratation, on peut supposer que les stomates seront peu nombreux sur la face supérieure exposée aux rayons solaires.
4- Utiliser vos observations pour vérifier votre hypothèse. A partir des documents 3, montrez que la structure de la feuille permet de capter le maximum d’énergie lumineuse tout en limitant les pertes d’eau et
que la plante met en place des stratégies pour vivre dans un milieu variable au cours de la journée.
L’hypothèse est vérifiée. Le schéma met en évidence la relation structure-fonction dans la feuille:
– richesse en cellules chlorophylliennes sur la face supérieure de la feuille (là ou arrive la lumière).
– disposition des stomates principalement sur la face inferieure de la feuille (à l’abri d’un échauffement direct par le soleil et évitant donc la déshydratation de la feuille).
– présence d’une cuticule supérieure (protection contre la déshydratation).
Les stomates permettent des échanges gazeux avec l’atmosphère : CO2 absorbé pour la photosynthèse (et rejeté par la respiration), O2 rejeté par la photosynthèse (et absorbe pour la respiration),
vapeur d’eau perdue lors de la transpiration foliaire stomatique. Ils s’ouvrent à la lumière (de l’aube au crépuscule), permettant l’absorption de CO2 et la synthèse de matières organiques. Mais ils se
referment lorsque l’ensoleillement est maximal (forte chaleur en milieu de journée), ce qui limite la déshydratation de la plante par transpiration stomatique. La transpiration cubiculaire est limitée par la
cuticule cireuse qui recouvre l’épiderme supérieur.
B. Observation des zones d’échanges nutritifs du sol : les racines
8- A partir des résultats expérimentaux des documents 1a et 1b déterminez le rôle des poils absorbants racinaires et montrez que, malgré sa vie fixée, la plante est capable de puiser tous les éléments nutritifs
même dans un milieu carencé.
Les poils absorbants sont très nombreux. Leur paroi fine permet l’entrée de solutions minérales (eau et ions du sol). Les poils absorbants permettent d’augmenter considérablement les échanges minéraux
de 1,5 à 20 fois. En cas de carence minérale du sol, une plante peut augmenter sa surface d’échange avec le sol, par multiplication des racines secondaires ou multiplication et allongement des poils
absorbants.
C. Rôle de la symbiose plante/bactérie au niveau de la racine : les nodosités
9- Exploitez les documents2a, 2b et 2c afin de préciser les intérêts communs à la bactérie et à la plante, ainsi que les échanges qui s’opèrent entre les deux organismes.
Il est avéré que la croissance des plantes cultivées dépend de la présence d’azote sous forme assimilable et en quantité suffisante dans le sol. Pourtant, les légumineuses (luzerne, haricot, pois, fève,…)
ne nécessitent pas d’engrais azotés. En effet, elles s’associent avec des bactéries du sol (Rhizobium) qui sont capables de fixer l’azote atmosphérique, permettant ainsi à la plante de couvrir en grande
partie ses besoins en azote.
Cette association entraîne donc des différences morphologiques et surtout physiologiques des deux partenaires, le plant exploitant l’azote de l’air et améliorant la synthèse de ses protéines alors que la
bactérie dispose d’un meilleur apport en sucres, ce qui facilite sa prolifération. Ces plantes se distinguent alors des autres par une meilleure croissance. Les bactéries sont également modifiées car elles
synthétisent des protéines qu’elles ne produisent pas lorsqu’elles sont libres dans le sol.
10- Montrez que cette association symbiotique entre une plante et une bactérie est une source de diversification des êtres vivants sans modification du génome.
Il y a une diversité phénotypique engendrée par la symbiose. Les plants avec nodosités sont plus hauts, plus lourds et contiennent plus d’azote qu’un plan sans nodosités. Ainsi, les plants avec nodosités
ne nécessitent pas d’engrais à base d’azote. Cependant comme souvent, cette relation symbiotique a une durée de vie limitée et est très sensible aux changements environnementaux.
D. Estimation de la surface d’échange totale et comparaison avec un mammifère
11- A partir des documents 4 et 5, comparez les surfaces d’échanges nutritifs d’un végétal et d’un mammifère.
Surfaces d’échanges nutritifs du végétal très supérieures à l’animal ce qui permet de palier aux inconvénients de la vie fixée.
12- A partir de l’ensemble de vos observations, rédigez un bilan montrant que les végétaux ont mis en place des structures permettant une nutrition suffisante malgré leur vie fixée dans un milieu changeant au
cours du temps.
La vie fixée des plantes à fleurs va de pair avec le développement de systèmes d’ancrage au sol et d’alimentation efficaces, dans le milieu aérien et dans le milieu souterrain.
Ainsi les plantes à fleurs présentent une tige feuillée avec une vaste surface d’échange avec l’air et de capture d’énergie lumineuse pour permettre la photosynthèse et un système racinaire assurant la
fixation au sol et un contact étendu avec celui-ci pour l’alimentation minérale de la plante.
-Les structures permettant les échanges avec l’atmosphère sont les stomates des feuilles. Ils assurent les échanges gazeux de la photosynthèse (absorption du CO2 atmosphérique, rejet de O2) et de la
respiration (absorption du O2 atmosphérique, rejet de CO2). Mais ils sont aussi un site de perte d’eau et leur ouverture peut s’accompagner d’une déshydratation de la plante. Aussi, ces stomates sont
disposés essentiellement sur la face inferieure des feuilles, et ne s’ouvrent qu’à la lumière si la chaleur n’est pas excessive.
-Les structures permettant les échanges avec le sol sont les poils absorbants. Ils assurent l’entrée de la solution minérale du sol. Leur longueur et leur nombre, importants, sont modulables en fonction
des caractéristiques de structure et de composition du sol, permettant ainsi de pallier à d’éventuelles variations des ressources nutritives du sol (eau, sels minéraux).