Préparation Agrégation Interne SVTU 2011/2012 François Maricourt
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Préparation Agrégation Interne SVTU 2011/2012 François Maricourt La croissance cellulaire des végétaux et l'auxine leçon TP - 1èreS Remarques préliminaires sur les leçons TP : vérifier la cohérence entre le titre de la leçon et le plan retenu; élaborer un plan scientifique (et non pas pédagogique !); présenter un enchaînement des activités qui s'intègre dans une démarche explicative; privilégier les supports réels et veiller à bien les exploiter; pour les différents postes, justifier le choix du matériel et des documents utilisés et indiquer le mode d'exploitation de ces supports; penser aux fiches de présentation des activités qui doivent clairement expliciter l'activité que les élèves ont à réaliser (avec objectifs et pbl à résoudre + travail à accomplir …) ainsi que les différentes productions attendues; expliciter la place de la séance dans la progression (pas facile ici, car plusieurs niveaux concernés) et rappeler les acquis mobilisés au fur et à mesure de leur nécessité préciser les évaluations envisageables relatives à cette séance; Préambule : Croissance cellulaire : étude à l'échelle cellulaire pour comprendre la croissance à l'échelle de l'organe; Auxine : hormone végétale; donc occasion de montrer l'influence d'une substance sur une activité cellulaire et ainsi d'envisager les propriétés générales des hormones qui seront approfondies avec l'exemple des hormones animales (régulation de la glycémie). Cadre pédagogique de la leçon : Programme 1ère S - Thème : «Des phénotypes à différents niveaux d'organisation du vivant». Chapitre : La morphogenèse végétale et l'établissement du phénotype. Progression envisagée : l'étude de la morphogenèse végétale a déjà été traitée; on sait en particulier qu'elle est déterminée par deux actions cellulaires (mitose et croissance cellulaire); la mitose ne se déroule qu'au niveau des méristèmes; la croissance cellulaire intervient secondairement dans des zones différentes des méristèmes (entre-noeud des tiges et zone sous-méristématique des racines). Ce sujet correspond au chapitre sur le contrôle de la croissance par une hormone, l'auxine. Rappel : la notion d'hormone a été étudiée en 4ème (chapitre « Relations au sein de l'organisme : communication hormonale). On se limite à indiquer que c'est une substance qui agit à distance sur le fonctionnement d'organes autres que celui qui la produit. Préparation Agrégation Interne SVTU 2011/2012 Introduction : - la structure de la cellule et de sa paroi ont déjà été traitées; - la croissance en longueur des végétaux résulte d'une action combinée de deux processus cellulaires : la division cellulaire et la croissance cellulaire; cette dernière ne se réalise que dans certaines conditions (à définir dans le sujet posé) - la mise en évidence de la croissance à l'échelle cellulaire est difficile; on utilise donc un matériel végétal particulier, le coléoptile. Cet organe transitoire forme une petite gaine entourant les premières feuilles de la plantule des Graminées dans les premiers stade de son développement. Le coléoptile atteint quelques centimètres en 3 ou 4 jours. Il s'agit d'un matériel très intéressant car sa croissance s'effectue uniquement par élongation (par croissance au niveau d'un entre-noeud). Aussi, toute extension du coléoptile pourra être considérée comme le résultat de la croissance des cellules constitutives de cet organe. Après ces 3 ou 4 jours, les premières feuilles vont se développer et percer le coléoptile qui va rapidement dégénérer. Comment l'auxine agit-elle sur la croissance cellulaire des végétaux ? I. L'auxine contrôle la croissance cellulaire poste 1 : mise en évidence de l'effet positif de l'auxine sur la croissance cellulaire. - Réaliser des cultures de coléoptiles dans des milieux avec ou sans auxine (cf OM : suivre un protocole et interpréter des résultats expérimentaux OC : montrer que la croissance du coléoptile, donc la croissance cellulaire (voir précaution rappeler dans l'introduction) est favorisée en présence d'auxine. Conclusion : l'auxine favorise la croissance cellulaire; mais est-elle indispensable ? poste 2 : mise en évidence de la nécessité de l'auxine sur la croissance cellulaire dans le coléoptile. - Réaliser des cultures de coléoptiles avec ou sans apex. On peut proposer aux élèves de concevoir un protocole permettant de montrer que l'auxine est indispensable à la croissance du coléoptile, en veillant à leur indiquer au préalable que dans le coléoptile, l'auxine est naturellement produite au niveau de l'apex. OM : concevoir et réaliser un protocole et interpréter des résultats expérimentaux OC : montrer que la croissance du coléoptile ne peut se réaliser qu'en présence d'auxine. Conclusion : l'auxine est indispensable à la croissance cellulaire; dans les organes, elle est produite naturellement. Existe-t-il des conditions supplémentaires favorisant la croissance cellulaire ? poste 3 : mise en évidence du rôle de la turgescence dans la croissance cellulaire. - Réaliser des cultures de coléoptiles en associant la présence d'auxine et des conditions de milieu influençant l'état de turgescence des cellules. Préparation Agrégation Interne SVTU Cf : Conditions requises pour permettre l’élongation cellulaire chez par Didier Prévost en collaboration avec Thierry Leclercq – lycée Guy Mollet Arras. 2011/2012 les végétaux http://www4.ac-lille.fr/~svt/nveauxpgm/1S/fic_tech_coleopt.htm OM : réaliser un protocole et interpréter des résultats expérimentaux; mettre en relation avec d'autres résultats expérimentaux : voir ci-dessous) OC : montrer que la croissance cellulaire se réalise lorsque les cellules sont à l'état turgescent. Il serait bien d'enrichir ce poste avec l'observation comparée de cellules d'oignon placées dans les mêmes conditions que les coléoptiles (avec ou sans saccharose) et une étude expérimentale des phénomènes osmotiques afin de montrer que les différences de concentration entre deux milieux génèrent des déplacements de matière; il y a par exemple le TP avec la pomme de terre (http://www.didierpol.net/1OSMOSE.html), qui permet de montrer les transferts d'eau induits par un la différence de concentration entre l'intérieur et l'extérieur du tubercule; il y a également la mise en place d'une manipulation plus technique permettant de comprendre le fonctionnement des membranes hémi-perméables, représentées ici par la membrane interne de l'oeuf (http://www2.aclyon.fr/enseigne/biotech/CBSV/1ereCBSV/1ereSTL_CBSV_theme_2/montpellier _2divers/2_3_b_Permeabilite_des_membranes.pdf). Conclusion : lorsque les cellules sont en état de turgescence et en présence d'auxine, la croissance cellulaire est possible; ce phénomène dépend donc des conditions de milieu dans lesquelles se trouvent les cellules. Quels sont les niveaux d'action de l'auxine dans la cellule ? II. Les rôles de l'auxine dans la croissance cellulaire poste 4 : plasticité de la paroi et expression des gènes - Analyser des documents permettant de présenter les effets à court et long terme de l'auxine sur l'état des cellules OM : analyser des documents et mettre en relation des informations; OC : montrer que l'auxine agit en induisant la plasticité de la paroi et en activant la transcription de gènes contrôlant la synthèse de constituants de la paroi végétale. Conclusion : l'auxine provoque un changement d'état et une croissance de la paroi, qui sont indispensables à la croissance cellulaire. poste 5 : propriétés hormonales de l'auxine Préparation Agrégation Interne SVTU 2011/2012 - Concevoir des manipulations pour montrer que l'auxine agit comme une hormone : faible dose; diffusion; modification de l'activité cellulaire (on indique que la notion d'hormone a été établie précédemment, en travaillant le chapitre de la régulation de la glycémie). On peut envisager que les élèves travaillent sous la forme de TP mosaïques : chaque binôme a en charge une expérimentation particulière; une mise en commun sera effectuée en fin de séance. OM : concevoir différentes manipulations afin de vérifier que l'auxine répond aux propriétés d'une hormone. OC : montrer que l'auxine agit à faible concentration, en étant produite dans une zone du coléoptile et en agissant ailleurs (donc en se déplaçant) et en modifiant l'activité de certaines cellules. Conclusion : l'auxine agit en tant qu'hormone dans le coléoptile; son action sur certaines cellules permet leur croissance (en modifiant la paroi cellulaire). Comment s'exprime l'effet de l'auxine à l'échelle de l'organisme ? III. Les effets de l'auxine sur la croissance cellulaire à l'échelle de l'organisme poste 6 : auxine et croissance hétérogène de la plante - Montrer que la répartition hétérogène de l'auxine dans les tissus induit une croissance orientée du végétal : réaliser des expériences au cours desquelles on répartit de l'auxine de manière homogène ou hétérogène sur les coléoptiles (test avena de Went). OM : suivre un protocole expérimental et interpréter des résultats OC : montrer que la croissance de la tige peut s'expliquer par une répartition hétérogène de l'auxine dans la tige; Conclusion : lorsque l'auxine est répartie de manière hétérogène dans le coléoptile, la croissance de cet organe est orientée vers le côté le plus appauvri en auxine. Peut-on expliquer par ce phénomène la croissance non rectiligne d'une tige dans des conditions naturelles (exemple : lumière inégale) ? poste 7 : lumière, auxine et croissance (on est un peu limite avec ce poste mais cela me semble intéressant de comprendre le lien entre l'effet cellulaire de l'auxine et la forme générale de la plante dans un environnement particulier ….) - Montrer qu'un éclairement inégal d'un coléoptile entraîne sa croissance orientée vers la source de lumière (phototropisme); formuler une hypothèse concernant l'effet possible de la lumière sur l'auxine. OM : suivre un protocole expérimental et interpréter des résultats pour formuler une hypothèse; Préparation Agrégation Interne SVTU 2011/2012 OC : montrer que la lumière a un effet sur la répartition de l'auxine dans le coléoptile , ce qui explique la croissance particulière de la tige. Conclusion : la croissance générale du coléoptile peut donc s'expliquer par l'effet cellulaire de l'auxine; cette croissance est par ailleurs soumise aux effets d'un facteur environnemental, la lumière. Ouverture : maîtrise de la croissance par l'utilisation d'hormones de bouturage ...
