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Chapitre 3: la croissance cellulaire et le contrôle de la morphogenèse végétale. I Le mécanisme de la croissance cellulaire. TP3 La paroi des cellules végétales. Réalisation de préparations et (ou) observation de cellules végétales; mise en évidence de la paroi cellulosique : cellulose, lamelle moyenne; mise en évidence de la turgescence cellulaire; obtention et/ ou observation de protoplastes. A. La paroi des cellules végétales. activité 4 La cellule végétale est caractérisée par la présence d'une paroi qui entoure la membrane plasmique. Les parois de deux cellules voisines sont en contact par la lamelle moyenne. La paroi est composée de polymères glucidiques, principalement de la cellulose et des pectines. La cellulose est une longue chaîne linéaire de molécules de glucose. Les molécule de cellulose sont rangées parallèlement et unies solidement en microfibrilles par de très nombreuses liaisons faibles. Chez une jeune cellule végétale, les microfibrilles sont reliées à une pâte de pectines molle par des liaisons faibles et covalentes. L'ensemble forme la paroi primaire qui est encore plastique. Au contraire, chez une cellule qui a terminé sa croissance, il y a en plus une paroi secondaire qui est formée de microfibrilles extrêmement serrées les unes contre les autres et qui est donc rigide et ne peut plus s'agrandir. paroi primaire de la cel1ule 1 paroi secondaire de la cellule 1 lamelle moyenne paroi primaire de la cel1ule 1 cellule 1 cellule 2 parois primaire et secondaire des cellules végétales B. Le moteur de l'allongement des cellules: la pression de turgescence. activités 1, 2 et 3 Le cytoplasme d'une cellule végétale contient diverses substances dissoutes (ions minéraux, sucres, protéines), en particulier dans les vacuoles. Ces substances créent un appel d'eau de l'extérieur de la cellule vers l'intérieur puisque l'eau va du milieu le moins concentré vers le milieu le plus concentré. Cette force est appelée pression de turgescence. Dans les cellules jeunes, ce mouvement d'eau entraîne un gonflement du cytoplasme qui provoque un étirement de la paroi. La taille de la cellule peut ainsi augmenter. De nouvelles molécules sont incorporées à la paroi. bilan: la pression de turgescence cellulaire et la plasticité pariétale permettent la croissance cellulaire. pb: quels sont les facteurs qui contrôlent la croissance cellulaire? II Le contrôle de la croissance cellulaire et de la morphogenèse. A. Contrôle hormonal de la croissance cellulaire par l'auxine. TP4 Etude des expériences historiques de la mise en évidence d'une hormone végétale :l'auxine. Réalisation et (ou) analyse d'expériences montrant le rôle de l'auxine sur la croissance différentielle entre les deux faces d'un organe. activité 1 L'auxine est synthétisée par l'apex des tiges, elle migre vers la base et contrôle la croissance des cellules de la tige. C'est un messager chimique, on peut dire que c'est une hormone végétale. Elle possède une double action: - à court terme, elle provoque une diminution du pH dans la paroi et ceci entraîne la rupture de certaines liaisons donc augmente la plasticité pariétale. - à plus long terme, elle active l'expression de gènes codant pour des protéines nécessaires à la croissance de la cellule (activer l'expression d'un gène signifie augmenter la transcription et la traduction de ce gène donc augmenter la quantité de protéines codées par ce gène présentes dans la cellule). B. Relations entre hormones, environnement et morphogenèse. 1. contrôle de la répartition d'une hormone par l'environnement: exemple du phototropisme. activité 1 Lorsqu'un végétal reçoit plus de lumière d'un côté, l'auxine produite par l'apex migre vers la face non éclairée tout en se déplaçant vers la base. L'auxine stimule l'allongement des cellules de la base et comme sa concentration est plus importante sur la face non éclairée, les cellules situées de ce côté grandissent plus que les autres. La face non éclairée croît donc plus que la face éclairée et ceci explique la courbure de la tige vers la lumière. Ce mécanisme illustre l'action de l'environnement sur la morphologie d'un végétal. 2. interactions entre plusieurs hormones. a. la dominance apicale. activité 2 L'auxine produite par l'apex inhibe le développement des bourgeons axillaires et donc la formation des tiges secondaires. Cette inhibition peut être levée par une augmentation de la concentration de cytokinines, hormones produites par la racine. La formation des ramifications du végétal est donc contrôlée par la répartition des hormones. b. le contrôle de l'organogenèse. TP5 Réalisation et (ou) analyse d'expériences de clonage de végétaux: culture in vitro. Les cellules végétales sont totipotentes, c'est-à-dire que chaque cellule peut se dédifférencier et donner naissance à un organisme entier. Cette propriété permet le clonage. Le rapport des concentrations des différentes hormones végétales (en particulier auxine et cytokinine) contrôle l'organogenèse, c'est-à-dire détermine l'apparition d'un organe ou d'un autre . conclusion: La croissance des cellules végétales est permise par la pression de turgescence et par les propriétés de la paroi. Elle est contrôlée par une hormone végétale: l'auxine. L'environnement peut agir sur la croissance d'un végétal et plus généralement sur sa morphogenèse, par exemple en modifiant la répartition d'une ou de plusieurs hormones. conclusion de la partie 2: La morphogenèse d'un végétal met en jeu un ensemble de processus biologiques contrôlés par des gènes (mitose, métabolisme cellulaire, synthèse et action d'hormones). L'expression de ces gènes est soumise à des facteurs externes dont la variabilité s'ajoute à la diversité allélique pour aboutir à une diversité phénotypique individuelle. Le phénotype morphologique d'un individu est donc le résultat des interactions entre l'expression du génotype et son contrôle par l'environnement. Limites : les détails des mécanismes de synthèse et de construction de la paroi (métabolisme de la cellulose, de la construction de la paroi ainsi que la diversité des molécules qui la composent),les mécanismes détaillés des échanges hydriques et la notion de potentiel hydrique, ne sont pas au programme. les mécanismes moléculaires détaillés de l'action de l'auxine sur la paroi, ne sont pas au programme. les mécanismes d'action des cytokinines ne sont pas au programme.
