diaporama - Cours de SVT niveau lycée

CHAPITRE 5 : LA VIE FIXÉE CHEZ
LES PLANTES
Introduction
Pendant les trois premiers milliards d’années de son histoire, la
Terre était dénuée de vie à sa surface. 500 millions d’années se sont
écoulées depuis que les végétaux et les Animaux ont commencé à coloniser
la terre ferme. Depuis, les Végétaux se sont diversifiés, de sorte qu’on en
compte aujourd’hui à peu près 290 000 espèces, dont certaines occupent
les milieux les plus hostiles. La présence des Végétaux a permis à d’autres
formes de vie, celle des humains comprise, de subsister sur la terre ferme.
La colonisation des terres émergées par des végétaux issus du milieu
aquatique nécessite un certain nombre d’adaptations à un
environnement aux contraintes nouvelles.
1. Les plantes à fleurs dans leur environnement
Que ce soit une plante herbacée (petite taille, souple, de couleur verte, peu
ramifiée) ou une plante ligneuse (taille plus grande, tiges rigides et de
couleur brune, ramifiées : arbres et arbustes), elles possèdent toutes la
même organisation.
Tige feuillée
aérienne
Système
racinaire
souterrain
Les feuilles permettent de
capter l'énergie lumineuse,
d'assurer les échanges gazeux
avec l'atmosphère et
d'effectuer la photosynthèse
Il permet les échanges avec
le sol et donc l'alimentation
en eau et sels minéraux.
Ancrage de la plante
La vie fixée et donc l'impossibilité de déplacement impose certaines contraintes : la
capture de substance nutritive nécessite une adaptation pour exploiter les ressources
disponibles (variation dans le temps)
Impossibilité de fuir les contraintes du milieu (sécheresse, prédateurs…)
Problèmes :
Comment les plantes ont-elles évolué pour répondre aux contraintes imposées par le
milieu aérien ?
Comment s’est adapté leur appareil végétatif ?
Comment s’est adaptée leur reproduction ?
Quelles adaptions ont-elles été sélectionnées pour lutter contre les agressions du milieu ?
2. L’adaptation de l’appareil végétatif des plantes à la vie fixée.
A. Les adaptations à la nutrition
 Correction TP 10
Poste 1 : Le stomate : un organe spécialisé dans les échanges
gazeux
Capture d'écran de l'épiderme d'une feuille de poireau
face inférieure (x400)
Stomate fermé
Stomate ouvert
On observe une corrélation entre
l'ouverture des stomates et le CO2
incorporé dans la matière organique.
On peut en déduire que les stomates
permettent de réguler : l'entrée du
CO2 atmosphérique nécessaire à la
photosynthèse .
Les stomates s'ouvrent tôt le matin (de 8h à10h (maximum d'ouverture)) mais se
referment aux heures ou l'intensité de l'ensoleillement est le plus fort (de 10 h à
13h). Ils ne se referment cependant pas complétement (50% du maximum
d'ouverture). On observe une réouverture progressive de 13h à 17h
Pourquoi l'ouverture des stomates n'est-elle pas maximale aux
heures ou l'intensité de l'ensoleillement est la plus forte ?
En effet, ce serait le moment ou la photosynthèse serait la plus efficace.
Pour répondre à la question précédente, on remarque que plus la
température augmente, plus les stomates s'ouvrent, néanmoins, au-delà de
30°C, ils ont tendance à se refermer.
De plus, plus les stomates sont ouverts, plus la transpiration des feuilles est
importante.
Le pourcentage d'ouverture des stomates semble donc lié à une
gestion de la transpiration de la feuille et donc à une limitation des
pertes d'eau
On observe que dans une journée d'été, la transpiration diminue aux heures les plus
chaudes de la journée (entre 10h et 13h) quelque soit les espèces d'arbres étudiées.
Cette diminution est due à une fermeture des stomates.
On remarque que l'ouverture des stomates est maximale lorsque la journée est
pluvieuse, minimale aux heures les plus chaude lorsque la journée est sèche et même
quasiment nulle lorsque la journée est très sèche.
On peut donc supposer que l'ouverture des stomates est contrôlée par le
pourcentage d'humidité de l'air et également par la température toujours
dans le but de limiter les pertes en eau tout en absorbant le CO2
La répartition, le nombre des stomates sur la face inférieure des feuilles et
leur fonctionnement (ostiole fermé ou ouvert) sont des adaptations du
végétal pour lutter contre les pertes d’eau (liées aux actions desséchantes
du soleil et du vent). De plus la présence de chambres sous stomatiques
augmente la surface d’échange (X 30) feuille-atmosphère déjà importante.
Poste 2 : l'absorption racinaire
On remarque que
les cellules
formant les poils
absorbants ont
absorbé le
colorant (bleu de
méthylène dans
ce cas, rouge
neutre dans le
cas du TP)
Estimation du nombre de poils absorbants : jusqu’à 2000 par cm2 chez les
graminées (soit 14 milliards au total chez un plant de seigle)
Estimation de la surface d’absorption : les poils assurent à un jeune plant de
seigle une surface de contact avec la solution du sol d’environ 400 m2
Les poils absorbants sont donc des cellules spécialisées dans
l'absorption de l'eau et des ions minéraux.
Chaque plante dispose d’un système racinaire recouvert de poils
absorbants qui par leur nombre et leur finesse augmente la surface
d’échange plante-sol pour optimiser la nutrition minérale (eau + ions)
Xylème
Stèle des vaisseaux
conducteurs
Ecorce
Epiderme
L'eau et les sels minéraux traversent facilement la paroi des cellules de l'épiderme
des poils absorbants.
L'eau et les sels minéraux circulent alors dans l'écorce
soit :
• entre les cellules : voie extracellulaire (en bleu
claire)
• de cellule en cellule : voie intracellulaire (en bleu
foncé) en empruntant des passages particulier qui
relient les cellules : les plasmodesmes.
L'eau et les sels minéraux se retrouvent alors dans les
vaisseaux conducteurs du xylème. Ils forment alors la
sève brute.
On observe que lorsque les plantes sont cultivées dans des milieux carencés
en azote ou en fer et en phosphore, les poils absorbants sont plus nombreux
et plus allongés.
On peut supposer que pour compenser ces carences, la plante va chercher à
absorber plus d'ions minéraux en augmentant sa surface d'échange avec le
sol et donc en augmentant la quantité et la longueur des poils absorbants.
Poste 3 : la feuille : un organe spécialisée dans la réalisation
de la photosynthèse
H2 O
Glucose
Chloroplaste
H2 O
CO2
Glucose
O2
6CO2 + 6H2O  C6H12O6 + 6O2
O2
CO2
Les chloroplastes reçoivent le CO2 de l'atmosphère et l'eau des vaisseaux du
xylème qui proviennent des racines (sève brute).Avec l'énergie lumineuse et
par photosynthèse, ils fabriquent du dioxygène et de la matière organique
(glucose ici). Cette matière est exportée en dehors de la feuille par d'autres
vaisseaux : les vaisseaux du phloème qui transporte donc la sève élaborée.
Poste 4 : Des vaisseaux
spécialisés dans la
circulation des sèves
Observations anatomiques
réalisées dans une tige de sureau
2
1 : xylème
2 : phloème
1
x200
Dans une tige, xylème et phloème sont superposés. Le xylème est plutôt situé vers
l’intérieur et le phloème vers l’extérieur de la coupe, et les éléments du xylème forment un
triangle dont la pointe est dirigée vers le centre de la tige. Les faisceaux vasculaires sont
situés vers la périphérie.
Dans une racine en coupe
transversale, xylème et
phloème sont disposés en
alternance sur un cercle,
et la pointe du triangle
formé par les éléments du
xylème est dirigée vers
l’extérieur. Les faisceaux
vasculaires sont situés
vers le centre de l’organe.
CT d'une racine
d'héllebore
1 : xylème
2 : phloème
2 1
CT d'une racine
d'iris
2
1
Schémas d'interprétation de la disposition des vaisseaux conducteurs
Dans une tige
Xylème
Dans une racine
Phloème
Vaisseaux conducteurs
Liber ou Phloème
Bois ou Xylème
* cellules vivantes, en files
* cellules mortes, en files
* parois imprégnées de lignine
prenant un aspect spiralé
* parois transversales perforées
Matière organique
parois
transversales
lignine
Eau + sels minéraux
coupes
longitudinales
dans une tige
17
Xylème
Transport de la
sève brute (eau et
ions minéraux)
Fruit
Bourgeon
Glucose
Feuille
Chloroplastes
Photosynthèse
Graine
CO2
Phloème
Transport de la sève élaborée
(produit de la photosynthèse)
Tige
Poil absorbant
H2O + ions
Organe de
réserve
H2O + ions
Racine
O2 + H2O
Sol
Stomates
Air
2. L’adaptation de l’appareil végétatif des plantes à la vie fixée.
A. Des adaptations à la défense de l'organisme
Plus de
Koudous
Plus de
broutage
Les acacias
s’en portent
mieux. Pas les
koudous…
Les koudous qui s’en
nourrissent voient leur
mortalité augmenter.
Les acacias dégagent
de l’éthylène qui se
diffuse, ce qui
augmente la teneur
en tanins de la
plante broutée et de
ses voisines
Exposés à préparer
E7 : Les mécanismes physiques de protection des feuilles : poils, épines,
cuticule…
E8 : Les mécanismes chimiques de protection des feuilles riches: production
de molécules toxiques ou répulsives (ex : datura...)
E9 : Les mécanismes d'émission et de transmission de signaux d'alerte en
cas d'agression
E10 : Les mécanismes de protection contre la déshydratation.
E11 : Un exemple d'adaptation à des milieux pauvres : les plantes carnivores
E12 : les plantes parasites (ex: La cuscute) et hémiparasite (ex : Le gui)
Des adaptations aux agressions par les autres êtres vivants.
Attaquées, les cellules végétales sont souvent capables de reconnaître l'agresseur grâce
à des récepteurs qui identifient les molécules produites par les parasites. Ensuite, la
plante est capable de mettre plusieurs mécanismes de défense :
« le sacrifice cellulaire »: Une plante peut, immédiatement après l'attaque, sacrifier
radicalement la partie infectée pour empêcher la prolifération de l'agresseur. Certains
gènes permettant ces réactions de résistance
« les armes »: Généralement, les plantes produisent des molécules de défense pour
renforcer la paroi de leur cellule (barrière anti-intrusion), ou encore produire des
molécules toxiques… (tanins, alcaloïdes…)
« l'alerte » : Les cellules touchées à un endroit sont capables d'envoyer des messages à
toutes les cellules de la plante en la rendant plus résistante. Une plante peut aussi «
prévenir » les autres végétaux alentour qu'une attaque d'agresseur à eu lieu, grâce à
l'émission de molécules volatiles (l'éthylène par exemple)
Un exemple d'adaptation à un milieu pauvre en sels minéraux :
Les Plantes carnivores (ou plutôt insectivores)
Dionée
Droséra
Droséra
Sarracenia
Nepenthes
Des adaptations aux agressions du milieu.
Les plantes annuelles réalisent leur cycle complet en une seule année :
ces plantes sont toutes issues de graines produites les années précédentes
et meurent en hiver après avoir créé une nouvelle génération de
graines. Seules les graines subsistent en hiver. (ex : coquelicot, tournesol,
œillet, souci, pavot…
Des adaptations aux agressions du milieu.
Les plantes bisannuelles mettent 2 ans pour réaliser leur cycle : la
première année la plante croit à partir d'une graine et stocke des réserves
dans ses racines (bulbe, rhizome). Elle passe l'hiver sous terre ou au ras
du sol, les feuilles meurent. La deuxième année la plante fleurit et produit
des graines puis, elle meurt. (ex : Betterave, carotte, myosotis, pâquerette,
pensée…)
Des adaptations aux agressions du milieu.
Les plantes vivaces vivent de nombreuses années avant de mourir : ces plantes
restent vivantes l'hiver au niveau de leurs racines, tiges et bourgeons. De
nouvelles pousses croient chaque année. Dans ce cas, le passage critique de l’hiver est
marqué par une entrée en vie ralentie : activité métabolique et échanges avec le milieu
sont réduits.
On observe alors une perte des feuilles, une entrée en dormance des bourgeons
(recouverts d’écailles épaisses et de cires les protégeant du froid).
Pour affronter les températures inférieures à
0°C, les plantes modifient leurs compositions
enzymatiques et membranaires, modifiant en
conséquence leur métabolisme pour synthétiser
des cryoprotectants comme les polyols et
les sucres (par exemples, le tréhalose ou
le sucrose , le myo-inositol) afin d'abaisser le
point de congélation de leurs tissus et lutter
contre la dessiccation
3. Les adaptations relatives à la reproduction chez les plantes.
A. L'organisation générale de la fleur
 Correction TP 11
Dissection florale de Diplotaxis tenuifolia (roquette sauvage)
Formule florale: S4 P4 E6 (C2)
Dessiner le verticille le
plus externe: le calice.
Représenter le nombre
de sépales
Formule florale: S4 P4 E6 (C2)
Dessiner le verticille
suivant: la corolle.
Représenter le nombre
de pétales.
Formule florale: S4 P4 E6 (C2)
Dessiner le verticille
suivant: l’androcée.
Représenter le nombre
d’étamines.
Formule florale: S4 P4 E6 (C2)
corolle
Dessiner le verticille
suivant: le gynécée.
Représenter le nombre
de carpelles et
d’ovules.
androcée
gynécée
calice
Pièces stériles
Pièces fertiles
Formule florale: S4 P4 E6 (C2)
D'autres exemples dans
le document suivant à
récupérer sur le site :
diagrammes_formules
florales.pdf
3. Les adaptations relatives à la reproduction chez les plantes.
B. Le déterminisme génétique de l'édification de la fleur.
Dans le cas d'une fleur
d'Arabidopsis normale,
les gènes ABC
fonctionnent
normalement.
On retrouve toutes
les parties de la
fleur.
Formule floral : 4S + 4P + 6E + 2C
Les mutants de de type Apetala présentent une
fleur de morphologie anormale. 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).
Cette mutation correspond donc à
une transformation homéotique des sépales en
carpelles et des pétales en étamines.
Phénotype
Mutant de
Type
Apetala
Verticilles
V1
V2
V3
V4
Ca
Et
Et
Ca
Diagramme floral
Expression des gènes
architectes dans la fleur
Les mutants de type Agamous présentent une
fleur de morphologie anormale. Il s'agit d'une
fleur produisant un nombre très important
d'organes. Le premier verticille est constitué
de sépales, le second 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.
La mutation correspond à une transformation
homéotique des étamines en pétales et des
carpelles en sépales.
Phénotype
Mutant de
Type
Agamous
Verticilles
V1
V2
V3
V4
Se
Pe
Pe
Se
Diagramme floral
Expression des gènes
architectes dans la fleur
Les mutants de type pistillilata présentent
une fleur de morphologie anormale. 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.
Cette mutation correspond donc à
une transformation homéotique des pétales
en sépales et des étamines en carpelles.
Pour ce dernier type de mutant, le gène B est muté, les gènes A et C sont
fonctionnels.
Le gène A permet la formation de sépales sur les deux premiers verticilles, et
le gène C permet la formation de Carpelles sur le 3ème et 4ème verticille.
V1
V2
V3
V4
Se
Se
Ca
Ca
4. Transport du pollen et des graines.
A. La dispersion du pollen.
 Pollinisation anémogame
Le pollen fabriqué par les étamines d'une
fleur et dispersé par le vent, vient polliniser
les ovules d'une autre fleur. C'est une
pollinisation croisé.
Le pollen des plantes utilisant ce mode de
pollinisation présente bien souvent une
morphologie particulière qui facilite le
transport par le vent.
 Pollinisation zoogame (par les animaux)
Ce type de pollinisation est utilisé par 90% des plantes à fleurs (angiosperme)
Les insectes sont attirés par la
présence de nectar au fond de la
corolle. L'insecte va alors récupérer
sur son corps du pollen qu'il déposera
sur le pistil d'une autre fleur
 Pollinisation zoogame (par les animaux)
Les insectes sont
attirés par la
présence de
signaux visuels
attractifs
Les insectes sont attirés par la présence
de phéromones (signaux chimiques)
 Pollinisation zoogame (par les animaux)
la fleur d'orchidée
imite par exemple
l'aspect des
insectes femelles, la
forme et la texture du
labelle (ou lèvre
inférieure) de la fleur
d'orchidée
ressemblent à celles
de l'insecte imité.
Parfois, ces structures
dénotent une relation très
étroite entre la fleur et son
pollinisateur. Ces relations
se sont construites au cours de
l’évolution : il y a une
influence mutuelle entre la
structure de la fleur et son
pollinisateur, ce qui aboutit
à une coévolution. C’est
pourquoi, de nombreuses
plantes sont dépendantes d’un
seul insecte pour leur
pollinisation.
4. Transport du pollen et des graines.
B. La dispersion des graines et des fruits.
Lorsqu’un grain de
pollen se dépose sur le
stigmate, il germe : un
long tube pollinique
s’allonge et s’enfonce
dans le style pour
rejoindre l’ovaire de la
fleur. Ce tube pollinique
permet le déplacement
de deux gamètes
mâles dont le rôle est
de féconder l’ovule
Schéma de CL de fleur
hermaphrodite
Schéma de CL
de fruit
Après la fécondation, la fleur est transformée en fruit.
Les sépales, pétales et étamines fanent et seront détruites tandis que le
pistil (généralement l’ovaire) se transforme en fruit. Les ovules
contenus dans l’ovaire vont se transformer en graines. Ces graines
contiennent l’embryon qui permettra de reformer une plante entière lors de
la germination.
La dissémination des graines
 Par le vent
 Par l'eau
La dissémination des graines
 Par les animaux
Bilan : La vie fixée des plantes : un résultat de l’évolution
L'impossibilité de se déplacer entraine des conséquences fonctionnelles et structurelles pour la
plante, confrontée aux mêmes impératifs que les organismes mobiles
Type de
contraintes
Assurer sa
nutrition
synthèse de matière
organique par
photosynthèse au niveau des
chloroplastes
Assurer sa
reproduction
basée sur une pollinisation
(rencontre pollen et ovule) et
une dissémination du fruit
contenant la ou les graines
Assurer sa
protection
la plante ne peut pas
• s'abriter des agressions
climatiques saisonnières
• Fuir un prédateur
• Se débarrasser
mécaniquement d'un
invasif
Contraintes et solutions
•
•
•
•
•
•
L'eau, le CO2 et les photons sont en faible concentration dans le milieu, la
plante doit donc développer des surfaces d'échanges importantes pour assurer
la capture suffisante de ces éléments.
L'eau est dans le sol. La photosynthèse se fait dans la partie aérienne, la plante
doit donc acheminer l'eau du sol vers les feuilles. Les glucides produits devront
être distribués à l'ensemble de la plante. Nécessité de vaisseaux
conducteurs.
L'embryon de la plante germe au sol, il doit limiter la concurrence avec la
plante mère et donc s'en éloigner.
Eloignement des plantes les unes des autres. La plante doit produire des grains
de pollen en grande quantité et ils doivent être transportés (vent et
insectes)
La dissémination du fruit est assuré par les animaux, le vent…
Adaptations réciproques (plantes-insectes-milieu = coévolution) optimisant la
fécondation croisée, le transport et le développement des graines
Différents mécanismes de protection :
Contre la perte d'eau par évapotranspiration, la plante a une cuticule épaisse
et imperméable et elle contrôle l'ouverture des stomates situés sur la face
inférieure.
Contre des prédateurs herbivores, la plante peut avoir des épines et peut
produire des molécules répulsives (ethylène)
Contre les invasifs (virus, bactérie, champignons), la plante possède une cuticule
épaisse qui limite l'invasion, elle peut nécroser ses tissus infectés
(autodestruction des cellules infectées) pour limiter la propagation de l'invasif, elle
peut aussi émettre des molécules de défenses.