Thème 1 La Terre dans l'Univers, la vie, l'évolution du vivant Partie 1-A : Génétique et évolution Chapitre 1-A-5 : Les relations entre organisation et mode de vie, résultat de l’évolution Exemple de la vie fixée chez la plante Les Angiospermes ont une organisation fonctionnelle en relation avec les exigences d’une vie fixée en relation avec deux milieux : l’air et le sol. Quelles sont les caractéristiques de la plante qui lui permettent de se développer et de se reproduire dans un milieu variable au cours du temps ? I - ORGANISATION FONCTIONNELLE DE LA PLANTE • Appareil végétatif = ensemble des structures bâtissant un organisme et assurant ses fonctions vitales hors reproduction. • Tige : organe à symétrie radiale qui porte feuilles et bourgeons, et à croissance indéfinie. • Bourgeon : tige embryonnaire pouvant donner une tige feuillée par croissance. Pour se développer une plante doit prélever des ions minéraux et de l'eau au niveau du sol et du CO dans l’atmosphère. 2 Quelles sont les structures d'échanges entre le sol, l'atmosphère et la plante ? A - LES ÉCHANGES AVEC L’ATMOSPHÈRE (TP) Ils ont lieu principalement au niveau des feuilles. 1. Structure générale de la feuille Feuille : organe à symétrie bilatérale porté latéralement par la tige, et à croissance finie. Feuille = limbe + pétiole. CT du limbe différents types de tissus Coupe transversale de feuille et schéma d’interprétation La feuille : • Grande surface / volume Réceptrice de lumière + lieu d’échanges gazeux avec l’atmosphère (CO2, O2, H2O) • Atmosphère interne importante (lacune - chambre sous-stomatique – stomate – atm) • Spécialisée dans la photosynthèse + siège de la transpiration 2. Organisation et fonctionnement des stomates a) Histologie : Stomates sur la face inf. d’une feuille de Lierre (MP, x400) Stomate (fermé) en CL Chez les plantes aériennes, les stomates sont en majorité sur la face la moins éclairée ce qui limite l’évaporation. (inexistants sur les faces immergées des feuilles des plantes aquatiques) b) Fonctionnement des stomates : Analyse du graphe « Variations de l'ouverture des stomates et de l'incorporation de CO chez une plante au cours d'une 2 journée d'été ensoleillée » TP Les deux courbes dont corrélées : les stomates sont à leur max d’ouverture pdt les heures les + éclairées mais se ferment partiellement quand trop chaud. sur le graphe donnant la qté de CO2 intégré dans la matière organique (= Intensité de la PS), même allure avec deux max d’incorporation du CO2 : vers 13h puis vers 17h (20 ng/cm²/s). Les stomates : Permettent échanges gazeux indispensables à la respiration (24h/24) et à la PS (le jour) Modifications ouverture adaptation aux variations de luminosité et de température. 3. Les cellules chlorophylliennes, siège de la photosynthèse (rappel de 2de) B – DES ÉCHANGES AVEC LE SOL 1. L’appareil racinaire Racine : organe à symétrie radiale ne portant jamais de feuilles à croissance indéfinie. Racine principale = dvpt de la racine embryonnaire Racines latérales (= secondaires) = ramifications. La morphologie de l’appareil racinaire n’est pas uniquement déterminée génétiquement, elle est souvent modifiée par des facteurs environnementaux comme l’humidité, la température et les propriétés du sol… Différents types de racines : a : pivotante (Giroflée) b : tubéreuse (Carotte) c : fasciculée (Blé) Il existe de nombreux cas particuliers de racines Pneumatophores (Palétuvier Avicennia) Racines échasses de Palétuviers Rhizophora dans la mangrove Racine-ventouse du Gui Racine crampon du Lierre Racines-lianes Racines aériennes (Phalaenopsis sanderiana) Racines-contreforts (Fromager) Ce sont aussi des fromagers qui envahissent les vestiges d’Angkor… Sources : http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/arbres/gui.htm http://floranet.pagesperso-orange.fr/gene/botage http://www.futura-sciences.com/fr/doc/t/botaniq 2. La zone pilifère (TP7) Dessin de l'appareil racinaire d'une graines de céréale germée : Détails de la zone pilifère en MP (à droite schéma d’une CT) : Source : Dossier Futura-Sciences histologie-anatomie-vegetale Poil absorbant : prolongement filamenteux d'une cellule épidermique Longueur : qqs mm ; diamètre : 12 - 15 µm Paroi cellulaire fine et perméable eau + substances du sol peuvent pénétrer dans la vacuole. La zone pilifère est renouvelée au fur et à mesure que la racine s'allonge : les poils supérieurs disparaissent et de nouveaux apparaissent à une distance constante de l'extrémité de la racine. http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/racine/anim-poil1.htm http://www.youtube.com/watch?v=0VJaoV7FJHA de 4’20 à 4’54 L’appareil racinaire : - assure l’ancrage de la plante dans le sol et l’absorption minérale - grâce aux nombreuses ramifications des racines mais SURTOUT aux millions de poils absorbants qui constituent une énorme surface d’échanges entre la plante et le sol par rapport à la taille de la plante Pour un plant de seigle par exemple, la surface de contact avec le sol est de l'ordre de 400 m² Les poils absorbants prélèvent de l'eau et des éléments minéraux dans le sol. Les feuilles constituent le principal lieu de la photosynthèse. Comment se réalise la circulation des différentes substances (produits de la photosynthèse, eau, substances minérales...) dans la plante ? C- LA CIRCULATION DES SÈVES DANS LA PLANTE (TP) 1. Deux types de sèves Analyse du tableau 1 : composition des sèves : Sève brute = eau + ions minéraux (> 99% eau ) Sève élaborée = eau + ions minéraux + moléc. orga La sève brute transporte l’eau + ions minéraux, puisés dans le sol. La sève élaborée transporte les produits de la PS. 2. Les tissus conducteurs Phloème : circulation sève élaborée (descendante) composé de tubes criblés = cellules allongées, vivantes mais ayant perdu leur noyau, dont les cloisons transversales sont perforées (au-travers desquelles circule la sève). 2. Les tissus conducteurs Xylème : circulation sève brute (ascendante) • Vaisseaux constitués de cellules mortes aux parois longitudinales épaissies par dépôts de lignine. • Les Angiospermes ont des vaisseaux parfaits, dépourvus de paroi transversale. • Ils sont annelés, spiralés, réticulés (cf TP8) CT tige de clématite xylème Un faisceau conducteur phloème CT tige Renoncule – détail d’un faisceau Ext Phloème Xylème Int Conclusion Schéma de synthèse de l'organisation d’une plante à fleurs et des échanges avec le milieu (Nathan) A part les Ents, les plantes peuvent difficilement changer de place quand les conditions environnementales changent ou quand des prédateurs rôdent… Comment les plantes se défendent-elles ? II. LES STRATÉGIES DÉFENSIVES DES PLANTES Selon le biotope, les plantes sont soumises à des variations saisonnières +/- importantes, des amplitudes thermiques phénoménales entre jour et nuit, un climat particulièrement chaud et sec ou glacial, un sol pauvre, une luminosité variable… et tout ceci sans compter moult prédateurs voraces prêts à tout pour profiter de ces pauvres créatures douces et vulnérables… Vulnérables ? C’est ce qu’on va voir ! A – ADAPTATION AUX CONDITIONS ENVIRONNEMENTALES Ex 1 - Adaptation à l’altitude • • • • • Conditions hivernales dures Période de végétation courte Fortes amplitudes thermiques jour/nuit et été/hiver Sols arides Vent desséchant Il faut résister ! Joubarbe des montagnes - 1300m Sentier du Lac de l’Eychauda - Hautes Alpes Fleurs regroupées au sommet Tige 15 -20 cm Feuilles supérieures : alternes, semblables à des coussinets rougeâtres recouverts d'un duvet de poils Feuilles basales: en forme de coussinets regroupés, poilues sur les deux faces À 2 400 m env., amplitudes thermiques journalières et saisonnières + fortes. Taille réduite moins de prise au vent et au froid Sentier du Lac de l’Eychauda - Hautes Alpes Campanules Forêt du Massacre - Jura (1 200 m) Col de l’Izoard - Hautes Alpes (2 360 m) Couleurs vives Rhododendron ferrugineux (Chamonix) Gentiane champêtre (col de La Faucille) Linaire des Alpes (lac de l’Eychauda) Bouton d’or (Chamonix) Adaptation morpho-anatomique : forme des feuilles Ex. Conifères : feuilles réduites en aiguilles, stomates enfoncés Ok, Ok,ok ok!! Mais Maisc’est c’estun un exemple exemple d’adaptation d’adaptation Attention Attention!!Les Les Conifères Conifèresne nesont sontpas pas des desAngiospermes Angiospermes!! Epicéa (Picea abies) – Forêt de La Pesse - Jura Adaptations des plantes aux milieux froids - Résumé •• •• •• •• •• Plantes Plantesde depetite petitetaille, taille,forme formeen encoussinets coussinets Feuilles Feuillesfines finesou ouen enforme formed'aiguille, d'aiguille,recouvertes recouvertesde de duvet duvetou oude desubstance substancecireuse cireuse Modifications Modificationsphysiologiques physiologiques (ex. (ex.cycle cyclede devie viesur sur22 années annéespour pourpallier pallierààla lacroissance croissancelente lentedue dueau au milieu milieuet etààla lacourte courtesaison saisonestivale) estivale) Grandes Grandesfleurs fleurspour pourmieux mieuxattirer attirerles lesinsectes insectes pollinisateurs pollinisateurs Couleurs Couleursvives vivesdues duesaux auxpigments pigmentsqui quiprotègent protègentdes des UV UV(de (deplus plusen enplus plusforts fortsààmesure mesureque quel'on l'onmonte monteen en altitude altitudeet etnéfastes néfastesààla lacroissance)… croissance)… Ex 2 - Adaptations des plantes aux milieux secs Milieux très secs peuvent l’être : • au niveau du sol (sols sableux, sols salés de bord de mer…) • à cause du climat (climat méditerranéen, déserts…) développement d’adaptations morphologiques et/ou physiologiques très particulières Plantes xérophiles = capables de subsister avec de faibles quantités d’humidité 1. Optimisation de la capacité à absorber l’eau 2. Limitation des pertes d’eau dues à la transpiration 3. Stockage de l’eau Optimisation capacité d’absorption de l’eau Racines Racines Très longues jusqu’à la nappe phréatique (acacias,…) Étendues horizontalement sur une grande superficie, près de la surface absorbe la moindre goutte de pluie ou de rosée / brouillard (ex Dragonnier) Volume racinaire >> vol parties aériennes (3,5 à 6 fois) Limitation des pertes d’eau dues à la transpiration Dures, vernissées Ecailles protectrices (bourgeons) Feuilles Feuilles Enroulées sur elles-mêmes Ex Oyat Fines Epines Ex. Cactées Stomates protégés au fond de cryptes (Laurier rose, ci-contre) ou grâce à des feuilles enroulées (ex Oyat). les poils réduisent les échanges avec l’extérieur et l’action des vents asséchants. Le stockage de l’eau Succulence : formation de tissu charnus capables d’emmagasiner des réserves d’eau. Ex : Cactacées, Euphorbiacées,… Jardin de cactus de Lanzarote Jardin de cactus de Lanzarote Se faire toute petite… ex. Lithops http://www.britannica.com/EBchecked/media/30912/Lithops Adaptations des plantes aux milieux secs - Résumé •• développement développementd'un d'unsystème systèmeracinaire racinairede desurface surfacequi qui permet permetde decapter capterl’eau l’eauavant avantqu'elle qu'ellene nes'infiltre s'infiltredans dansle lesol. sol. •• développement développementd'un d'unsystème systèmeracinaire racinaireprofond profond permettant permettantde des'approcher s'approcherde delalanappe nappephréatique. phréatique. •• réduction réductionde dela lasurface surfacedes desfeuilles feuillesqui quipermet permetde deréduire réduire lalatranspiration. transpiration. •• protection protectiondes desstomates stomatespermettant permettantde delimiter limiterlala transpiration. transpiration. •• Stockage Stockagede del’eau, l’eau,en enparticulier particulierdans dansles lestiges tiges transformées transformées Certaines Certainesplantes plantesgrasses grassesutilisent utilisenttous tousces cessystèmes systèmesen en même mêmetemps. temps. Qqs adaptations physiologiques à l’environnement • Ouverture / fermeture des stomates en fonction de la T° et/ou de l’humidité • Ouverture / fermeture des fleurs en fonction de la T° • Mouvements des feuilles • Cycle de reproduction adapté : graines dormantes pdt des années, puis germination, floraison et fructification en qqs jours qd conditions favorables, • Synthèse d’antioxydants (ex. vitamine C piège les molécules toxiques générées par le stress du à l'excès d'UV) Remarque Convergence adaptative : coïncidence morphologique d’espèces différentes, déterminée par l’adaptation à des conditions environnementales identiques. B – FAIRE FACE AUX PRÉDATEURS 1 - Méthodes physiques Epines Jardin de cactus de Lanzarote Poils urticants Grande Ortie Bord de sentier - Jura Morphologie dissuasive – ex Araucaria On Onl’appelle l’appelle« Désespoir « Désespoir des dessinges » singes » 2 - Méthodes chimiques • synthèse de toxines parfois mortelles (dérivés de cyanure et substances cancérigènes de la Fougère Aigle par ex.) • d'huiles essentielles répulsives (ex menthol) • de composés produits lors d'une agression ex. tanins rendant la plante indigeste • et même de substances qui stérilisent les insectes prédateurs ! Encore plus fort ! • Les plantes préviennent leurs voisines de l'agression (éthylène) • Certaines émettent des molécules qui attirent l'ennemi de l'insecte dont elles veulent se débarrasser. Ex. maïs, tabac et coton mangés par des chenilles produisent des substances chimiques qui attirent des guêpes parasites, mais seulement les guêpes qui pondent leurs œufs dans le type de chenille qui les infestent! La plante « précise » donc par quelle espèce elle est endommagée ! 3 - Méthodes biologiques Ex. Symbiose fourmis arboricoles / végétaux (écosystèmes tropicaux) Ces plantes (myrmécophytes) possèdent des structures creuses « aménagées » pour héberger des fourmis. De leur côté, celles-ci protègent la plante (contre des herbivores, des pathogènes ou des plantes concurrentes) tout en lui conférant des bénéfices nutritifs. http://www.cnrs.fr/inee/z-outils/images/site/com/breves/Fourmis_Breve6_17_500.jpg La plante a des tiges creuses dans lesquelles habite la fourmi. A l'intérieur, les fourmis cultivent un champignon qu'elles utilisent comme source de nourriture. http://www.cnrs.fr/inee/communication/breves/rumsais_blatrix.htm Les plantes ont une organisation fonctionnelle en relation avec les exigences d’une vie fixée dans un milieu variable au cours du temps et des stratégies adaptatives leur permettent de coloniser tous les milieux terrestres. Mais… Mais…pour pour « coloniser », « coloniser »,ililfaut fautse se reproduire reproduire!! Comment se reproduisent les Angiospermes ? Sources • • • • • • • • • • • • • • http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/arbres/gui.htm http://floranet.pagesperso-orange.fr/gene/botagen/gen2.htm http://www.futura-sciences.com/fr/doc/t/botanique/d/les-plantes-parasites_481/c3/221/p1/ http://www.futura-sciences.com/fr/doc/t/climatologie/d/adaptations-des-plantes-aux-climats-secs_476/c3 http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/racine/anim-poil1.htm http://www.youtube.com/watch?v=0VJaoV7FJHA http://www.futura-sciences.com/fr/doc/t/botanique/d/histologie-anatomie-vegetale http://www.botanique.org/1/botanique/adaptations-secheresse/adaptations-formes/plantes-xerophyle http://www.cnrs.fr/manifestations/grainsdescience/endetail/biodiversite/strategies_vegetales.htm http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Araucaria_araucana1.jpg http://gloubiweb.free.fr/cliparts49.htm http://www.cnrs.fr/inee/communication/breves/rumsais_blatrix.htm http://www.britannica.com/EBchecked/media/30912/Lithops http://fr.wikipedia.org/wiki/Dragonnier_de_Socotra • • • • • Livre TS Bordas, éd. 2012 Livre TS Nathan éd 2012 Mini manuel de Biologie Végétale, Dunod éd. Dictionnaire de Biologie Végétale, Dunod éd. BOTANIQUE GENERALE 10ème édition, Wilhelm Nultsch, R. Miesch Photos de l’auteur sauf : Les microphotographies : diapos 6, 8, 13, 22, 23, 29, 30, 31, 46 , 47 Et les photos des diapos 16 à 21, 45, 50, 61, 57 Les Lesrelations relationsentre entreorganisation organisationetetmode modede devie, vie,résultat résultatde del’évolution l’évolution- -Exemple Exemplede delalavie viefixée fixéechez chezlalaplante plante Partie Partie11 Réalisation RéalisationSylvie SylvieMagdelaine Magdelaine Avec Avec(ordre (ordrealphabétique) alphabétique) Acacia Acacia Araucaria Araucaria Blé Blé Cactus Cactus Campanule Campanule Carotte Carotte Clématite Clématite Dragonnier Dragonnier Fromager Fromager Gentiane Gentiane Gui Gui Joubarbe Joubarbedes desmontagnes montagnes Laurier rose Laurier rose Lierre Lierre Linaire Linairedes desAlpes Alpes Lithops Lithops Orchidée Orchidée Ortie Ortie Oyat Oyat Palétuvier Palétuvier Renoncule Renoncule Rhododendrons Rhododendrons Soja Soja Vigne Vigne Sans Sansoublier… oublier…les lesEnts Ents! !