Thème 1-A-5 Les relations entre organisation et mode de vie
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Thème 1-A-5 Les relations entre organisation et mode de vie, résultat de l'évolution : l'exemple de la vie fixée chez les plantes Chapitre 1 : Organisation des plantes à fleurs et vie fixée – Une plante à fleurs est constituée : - d'un appareil végétatif qui assure sa nutrition et sa fixation à l'interface du sol et de l'air : racines, tiges, feuilles - d'un appareil reproducteur, la fleur. Schéma 1. 1. Surfaces d'échange et nutrition – Les végétaux chlorophylliens sont autotrophes pour le carbone. Ils produisent, par photosynthèse, des molécules organiques (Glucides, Lipides, Protides) à partir de matières minérales puisées dans leur milieu. 1.1. Feuille, siège de la photosynthèse – La photosynthèse se déroule dans les chloroplastes des cellules chlorophylliennes, grâce à l'absorption de l'énergie lumineuse par la chlorophylle. – La structure de la feuille est en rapport avec sa fonction d’organe producteur de MO, en assurant des échanges avec l'atmosphère : - Face supérieure éclairée : les cellules du parenchyme chlorophyllien absorbent la lumière et réalisent la photosynthèse. - Face inférieure : - les stomates, principalement situés sur l'épiderme inférieur, assurent les échanges gazeux avec l'air : absorption du CO2 rejet d'O2 et d'eau ; - le parenchyme lacuneux assure la diffusion du CO2 vers les cellules chlorophylliennes. - La cuticule imperméable qui recouvre les épidermes, protège la plante de la déshydratation. – L'ensemble des feuilles représente une surface d'échange considérable avec l'atmosphère. Schéma 2. 1.2. Racines, siège de l'absorption de l'eau et des ions – Le système racinaire, en croissance continue, constitue la surface d'échange avec le sol. – L'absorption d'eau et d'ions minéraux s'effectue principalement au niveaux des poils absorbants ou des mycorhizes. – Les poils absorbants sont des cellules très allongées permettant une très grande surface d'absorption. 2. Distribution des sèves et mise en communication des différents organes – Dans chaque organe, se trouvent des faisceaux conducteurs formés du regroupement de deux types de vaisseaux conducteurs : le xylème et le phloème. – Le xylème, formé de cellules mortes à paroi très épaisse, assure le transport de la sève brute (eau + ions) des racines vers les feuilles. – Le phloème, formé de cellules vivantes, assure la distribution de la sève élaborée produite par les feuilles (molécules organiques + eau + ions) vers les organes non chlorophylliens et souterrains. Schéma 3. Chapitre 2 : Adaptations liées à la vie fixée 1. Adaptations en liaison avec la nutrition – Les surfaces considérables des feuilles et des racines constituent de grandes surfaces d'échange avec le milieu (air et sol). – La croissance continue des racines permet de satisfaire et de s'adapter aux besoins de la plante. – Les mycorhizes correspondent à une symbiose végétal-champignon au niveau de l'appareil racinaire qui permet d'augmenter la surface d'absorption de l'eau et des ions. – La croissance orientée des parties aériennes (phototropisme) assure l'éclairement optimal nécessaire à la photosynthèse. 2. Adaptations en liaison avec les conditions physico-chimiques du milieu – En fonction de la latitude, les variations saisonnières sont plus ou moins marquées (froid, sécheresse…). 2.1. Quelques exemples d'adaptations contre la déshydratation – La transpiration foliaire permet la montée de la sève brute. Elle s'effectue par les stomates, leur fermeture aux heures les plus chaudes, permet de limiter la déshydratation. – Selon les espèces, la répartition des stomates (épiderme inférieur uniquement), la réduction de la taille des feuilles (aiguilles des conifères), une cuticule très épaisse et imperméable, le repliement de la feuille dans une atmosphère sèche… sont des adaptations permettant de limiter les pertes en eau. 2.2. Quelques exemples d'adaptations à l'hiver – Certaines plantes herbacées disparaissent totalement en hiver et ne subsistent que sous forme de graines riches en réserves organiques. La germination des graines assure un nouveau cycle de développement de la plante. – Les arbres et arbustes qui perdent leurs feuilles, produisent des bourgeons résistants au froid à partir desquels de nouvelles tiges feuillées se développeront. – Les plantes herbacées vivaces produisent des organes de réserves riches en molécules organiques (tubercules, bulbes…) à partir desquels un nouveau cycle de développement se produira. 3. Adaptations en liaison avec les prédateurs – Les moyens de lutte peuvent être : - mécaniques, exemple les épines - chimiques : production de molécules toxiques ou répulsives – Certaines espèces utilisent des mécanismes basés sur l'émission de signaux d'alerte permettant d'intensifier la défense face à un prédateur. Chapitre 3 : Reproduction des plantes à fleurs et vie fixée 1. Organisation de la fleur et contrôle génétique – La fleur renferme les organes reproducteurs : les étamines (mâles) et le pistil (femelle). – Malgré une grande diversité des structures florales, on retrouve toujours 4 couronnes concentriques de pièces florales, c'est-à-dire 4 verticilles. De l'extérieur vers l'intérieur, on trouve: 1- les sépales verts (calice), 2- les pétales colorés (corolle), 3- les étamines, organes mâles de la fleur, formées d'un filet à l'extrémité duquel se trouvent les anthères contenant les grains de pollen, 4- le pistil, organe femelle de la fleur, constitué d'un ovaire contenant les ovules enfermés dans des loges, les carpelles, surmontés du style et du stigmate. – La mise en place des pièces florales est gouvernée par la combinaison dans le temps de 3 groupes de gènes homéotiques (A, B, C). Schéma 4. 2. De la fleur au fruit – La fécondation est permise par la germination du grain de pollen déposé sur le stigmate : chaque grain de pollen germé forme un tube pollinique qui se développe en direction de l'ovaire. – Les gamètes mâles contenus dans le grain de pollen migrent dans le tube pollinique et gagnent les ovules qui contiennent les gamètes femelles. – Chez les Angiospermes, l'ovaire donne naissance au fruit et les ovules fécondés aux graines. Schéma 5. 3. Reproduction et adaptations à la vie fixée 3.1. Pollinisation croisée – Chez la plupart des espèces, la fécondation se déroule entre des fleurs appartenant à des individus génétiquement différents grâce à une pollinisation croisée : le pollen d'une fleur est transporté sur le stigmate d'une fleur distante. – Au cours de l'évolution, les plantes ont développé des caractères adaptés à un agent pollinisateur, par exemple le vent ou les insectes. Agent pollinisateur Adaptations Vent (plantes anémogames) - étamines de grande taille - production d'un grand nombre de grains de pollen - pistil possédant un stigmate plumeux - grain de pollen petit, léger et lisse Insectes (plantes entomogames) - corolle de grande taille, colorée, parfumée (signaux attractifs) - présence de nectar (ressources nutritives pour les insectes) - grain de pollen assez gros et ornementé 3.2. Dispersion des graines – La dispersion des graines, ou dissémination permet la colonisation de nouveaux milieux. – La dispersion des graines peut se faire par le vent ou par l'eau ou encore par les animaux qui consomment les fruits ou transportent les graines. 4. Coévolution – La coévolution traduit les transformations qui se produisent au cours de l’évolution entre deux espèces suite à leurs influences réciproques. – Ce phénomène de coévolution s’observe dans différents cas : - entre espèces antagonistes : proie-prédateur ; exemple mise en place de systèmes de protection - entre espèces mutualistes ; exemple attraction des insectes pollinisateurs – La coévolution est régie par la sélection naturelle : chaque innovation chez une espèce contribue à la sélection d'un nouveau caractère symétrique chez l'autre espèce. Schéma 6. 1 : Surfaces d'échange On peut estimer les surfaces d'échange chez un végétal et les comparer à celles d'un animal. Lieux des échanges Echanges Végétal Surface/masse (m2/kg) Mammifère Végétal Mammifère Gazeux 45 à 150 1,85 Nutrition 194 à 660 2,8 2 : Les mycorhizes Entre 80% et 90% des espèces de plantes sont mycorhizées. Les filaments du champignons (hyphes) sont capables d'explorer un très grand volume de sol (1 000 m de filaments mycéliens pour 1 m de racine). Il existe différents types de mycorhizes, dans certains cas la structure de la racine est modifiée : les poils absorbants disparaissent. Livre, doc.1 page 48. Expliquer en quoi la mycorhize est une symbiose et son intérêt pour la nutrition de la plante. 3 : Transpiration, stomates et adaptation sécheresse Doc.1 : Les stomates L'épiderme des feuilles porte des stomates. Un stomate est constitué de 2 cellules stomatiques délimitant une ouverture centrale, l'ostiole. Doc.2 : Rôle des stomates Les graphes suivants donnent le degré d'ouverture des stomates et le CO2 incorporé par photosynthèse en fonction des heures d'une journée ensoleillée. Doc.3 : Perméabilité de la feuille à un gaz On mesure la perméabilité de la feuille en présence et en absence de lumière. 1. Légender le doc.1 2. Mettre en relation les doc. 2 et 3 de façon à expliquer le rôle des stomates. Doc.4 : Transpiration foliaire et stomates Espèce Lierre Tilleul Epiderme Nombre de stomates par mm2 Transpiration (mg.dm-2.h-1) supérieur 0 0 inférieur 80 90 supérieur 0 200 inférieur 60 400 Epaisseur de la cuticule (μm) 10 1à2 La transpiration foliaire est définie comme étant l'émission d'eau à l'état de vapeur par les feuilles des végétaux dans l'atmosphère. La transpiration est le mécanisme essentiel qui permet le maintien de l'équilibre hydrique des végétaux, et la régulation de la température de l’arbre. Seul 10 % environ de l’eau puisée dans le sol sert à la photosynthèse, le reste est évaporé lors de la transpiration foliaire. Ce phénomène permet à la sève brute de monter jusqu’aux feuilles. 3. Préciser de quoi dépend la transpiration foliaire. 4. A partir du doc.1 page 116, expliquer en quoi l'oyat est adapté à la sécheresse. 4 : Mécanismes de protection Les koudous sont de robustes gazelles qui se nourrissent de feuilles de l’Acacia caffra, un arbre des savanes d’Afrique du Sud. L’acacia est un arbre avec des ramures couvertes d’épines acérées possédant des racines profondes pour forer le sol jusqu’aux ressources en eau. Lorsqu’un koudou affamé s’approche d’un acacia A, il commence à en brouter les feuilles pendant quelques minutes, puis bien avant d’être rassasié, il se détourne de l’acacia A, se dirige vers un acacia B appartenant à la même espèce et continue de s’alimenter. Si les koudous ne sont pas plus nombreux que 3 pour 100 hectares, les deux partenaires coexistent. Dans les années 1980, les fermiers ont découpé dans la savane des ranchs de dimensions variées, clôturés avec du barbelé. Très vite les premiers koudous décédés ont été signalés, leur état semblait inexplicable, pas de plaies, aucune trace de parasites, ils étaient excessivement maigres et visiblement morts de faim. Le nombre de koudous décédés était proportionnel à leur densité. L’autopsie a révélé que les koudous avaient la panse pleine de feuilles d’acacia. Le taux de tanins de ces feuilles était 3 à 4 fois supérieur à celui des feuilles d’acacias non soumis à la prédation. Les tanins sont des molécules au goût amer entravant la digestion des herbivores. Dans des conditions de vie sauvage, les acacias produisent des tanins à des doses qui dissuadent seulement les prédateurs sans entrainer leur mort. Pour comprendre ces morts mystérieuses, les fermiers font appel au professeur VAN HOVEN de l'université de Pretoria. Expérience 1: Van Hoven et ses étudiants reproduisent la prédation des koudous sur les acacias sur une durée de 2 à 3 heures. Ils prélèvent des feuilles toutes les ½ heures et analysent le taux de tanins. Ils obtiennent les résultats suivants : Temps depuis le début de l’expérience Taux de tanins 0h 1/2h 1h 1h30 2h 2h30 3h Faible + ++ +++ ++++ +++++ +++++ + +++++ + Van Hoven et ses étudiants continuent leurs expériences et observations. Expérience 2 : Ils constatent qu’un acacia non brouté mais voisin d’un acacia qui vient d’être mangé par un koudou, produit des tanins en quantité plus élevée que la normale. Expérience 3 : Sur une branche blessée suite à la prédation par les koudous, Van Hoven met en évidence une émission d’un gaz volatile, l’éthylène. D’autre part il observe que les koudous avancent toujours d’acacia en acacia face au vent. Expliquez - les stratégies des Acacias caffra pour résister aux herbivores - pourquoi dans les fermes les acacias provoquaient la mort des koudous Livre, doc.3 page 125. 5 : Dissémination des graines 6 : Un exemple de coévolution Livre, exercice 9 p.133 Schéma 6 : Adaptations liées à la vie fixée et coévolution
