I. Mise en évidence des surfaces d`échanges
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Les surfaces d’échanges des Angiospermes avec leur milieu extérieur. On ne traitera pas de la mise en place de ces surfaces. Introduction. - Constat des besoins nutritifs d’une plante verte : sol arrosé, air, lumière. - La lumière constitue une source d’énergie, alors que les autres besoins montrent l’existence d’échanges de matière, c'est-à-dire de flux bidirectionnels entre la plante et son milieu extérieur, constitué par le sol et par l’atmosphère. - Quelles sont les surfaces à travers lesquelles se font les échanges ? Comment sontelles organisées ? Quels sont les mécanismes des échanges ? Comment l’activité des différentes surfaces est-elle coordonnée ? - L’étude sera limitée aux Angiospermes (plantes à fleurs formant de graines dans des fruits) qui représentent la plus grande diversité d’espèces dans les écosystèmes continentaux. - Après avoir mis en évidence les surfaces d’échanges avec le milieu extérieur et leurs caractéristiques structurales, nous étudierons successivement les mécanismes de leurs échanges puis les modalités de leur contrôle. Remarque : c’est uniquement à cause de la dernière phrase du sujet que la question savoir comment sont mises en place ces structures n’est pas abordée. I. Mise en évidence des surfaces d’échanges Cette partie doit présenter des résultats expérimentaux A. Échanges avec le sol : la surface racinaire. 1) Localisation des échanges. a) Chez les herbacées : zone pilifère. b) Chez les arbres : mycorhizes. 2) Nature des substances échangées. Absorption d’eau et d’ions (K+, NO3-, NH4+, phosphates) ; rejet d’ions H+. Pensez à quantifiez (pour l’eau au moins) B. Échanges avec l’atmosphère : la surface foliaire :. 1) Localisation des échanges. a) Stomates b) Échanges transcuticulaires possibles en fonction de l’épaisseur de la cuticule 2) Nature des gaz échangés a) Perte d’eau : transpiration b) O2 et CO2 : échanges gazeux respiratoires et photosynthétiques Pensez à quantifiez (pour l’eau au moins) C. Caractéristiques structurales des surfaces d’échanges Cette partie s’appuie sur la description précise de l’organisation des racines et des feuilles (morphologie + anatomie voir TP 1°A) 1) Grande superficie a) liée à la ramification -appareils racinaires fasciculé ou pivotant + extension des filaments mycéliens pour les mycorhizes. - ramification des rameaux et nombreuses feuilles par rameaux. b) liée à la forme des feuilles 2) Faible épaisseur de la barrière entre le milieu extérieur et la plante 3) Renouvellement des milieux entre lesquels se font les échanges a) par la croissance des organes végétatifs b) par l’agitation de l’atmosphère c) par le transit des substances absorbées vers les tissus conducteurs de la racine Conclusions I. Les organes ramifiés de la plante, racines et rameaux feuillés, présentent des caractéristiques communes (celles de toutes les surfaces d’échanges). Chacune d’elles est aussi spécialisée dans les échanges avec une partie du milieu extérieur, sol ou atmosphère. Cette spécialisation est la conséquence de la croissance orientée qui se produit au cours du développement post embryonnaire. À travers les surfaces d’échanges des Angiospermes transitent essentiellement des molécules minérales. Comment se déroulent ces flux ? II. Mécanismes des échanges entre la plante et son milieu D. Échanges avec le sol : mécanismes de la perméabilité membranaire Cette partie doit présenter des résultats expérimentaux 1) Flux hydrique par osmose - Expression du potentiel hydrique (Ψ) du sol et des cellules racinaires - Diffusion suivant un gradient de potentiel hydrique pour l’eau. - Loi de Fick : lien avec les paramètres structuraux des racines. Quelle est l’origine de cette différence de Ψ maintenue entre le sol et les cellules de la racine ? 2) Transports actifs pour les ions a) Mise en évidence de transports actifs. b) Localisation des transporteurs : membranes des poils absorbants et des cellules de transfert du xylème. c) Conséquences - Entretien d’un appel d’eau du cylindre central vers le sol. - Poussée racinaire contribuant à la montée de la sève brute. E. Échanges avec l’atmosphère : diffusion gazeuse 1) Flux diffusifs - Diffusion suivant un gradient de pression partielle. - Loi de Fick. Lien avec les caractéristiques structurales de la surface foliaire. - Entretien du gradient de pression partielle par le métabolisme cellulaire 2) Conséquences - Aspiration foliaire de la sève brute. Conclusions II. La surface racinaire comme la surface foliaire permettent l’entrée des substances minérales dans la plante et la sortie de produits de l’activité métabolique. Les ions rejetés par la plante dans le sol attirent les microorganismes autour des racines (effet rhizosphère). Les échanges gazeux (O2, CO2, H2O) avec l’atmosphère peuvent modifier sa composition. Les échanges de l’ensemble de la plante sont la résultante des échanges des cellules constituant les surfaces. Les échanges foliaires comme les échanges foliaires sont à l’origine de la mise en mouvement de la sève brute qui lie fonctionnellement les deux surfaces, contribuant ainsi à l’équilibre hydrique. Comme les Angiospermes sont immobiles, elles sont soumises aux variations des conditions de leur milieu. Comme le fonctionnement des surfaces d’échanges est-il contrôlé ? III. Contrôle de ces échanges A. Contrôle physiologique 1) Des échanges racinaires : épictèse 2) Des échanges foliaires : contrôle de l’ouverture des stomates a) Mise en évidence de ce contrôle. b) Rôle des facteurs du milieu : hygrométrie de l’air, lumière c) Contrôle hormonal par l’acide abscissique 3) Mécanismes physiologiques saisonniers Chute des feuilles en hiver chez les arbres des régions tempérées. B. Contrôle par des adaptations structurales 1) Hypertrophie de l’appareil racinaire des végétaux xérophytes 2) Adaptations des feuilles des xérophytes Réduction des feuilles, épaississement cuticulaire, protection des stomates. 3) Particularités des plantes CAM Ouverture des stomates la nuit. Conclusions III. La cible principale du contrôle des échanges avec le milieu extérieur est constituée par les stomates. Ainsi se trouvent liés l’équilibre hydrique de la plante et sa nutrition carbonée. Conclusion générale Résumé suivant un fil directeur différent de celui du plan - Comparaison de la surface racinaire et de la surface foliaire. - Schéma - bilan montrant les corrélations fonctionnelles entre les deux surfaces d’échanges : corrélations trophiques par le biais de la sève brute (contrôle de l’absorption racinaire par la transpiration foliaire) et des corrélations hormonales (contrôle de la transpiration foliaire par des hormones émises par la racine en cas de stress hydrique). Ouverture scientifique Chez les animaux, les surfaces d’échanges avec le milieu extérieur sont plus diversifiées que chez les végétaux (surface intestinale, pulmonaire, rénale, cutanée). Chez les animaux terrestres comme les Mammifères elles présentent en outre la particularité d’être internalisées. Ouverture pratique. Les connaissances sur le fonctionnement des surfaces d’échanges permettent une meilleure adéquation entre les apports des agriculteurs et les besoins des plantes cultivées.
