TP génétique n°8
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Nom : Prénom : TP n°8: la plante et ses échanges avec l’environnement Classe : Les plantes sont des organismes fixés dans le sol et sont donc très dépendantes de leur milieu de vie. L’organisation fonctionnelle des plantes (angiospermes) est mise en relation avec les exigences de cette vie fixée en relation avec deux milieux, l’air et le sol. Elles développent ainsi des feuilles organes spécialisés pour les échanges entre l’air et la plante, et des racines organes spécialisés pour les échanges entre le sol et la plante. Problème posé: sur le plan de la nutrition, quels systèmes sont mis en place chez les plantes au cours de l’évolution aux contraintes de la vie fixée ? Compétences : Pratiquer une démarche scientifique. Mettre en œuvre un protocole en respectant rigoureusement les étapes. Réaliser et observer des préparations microscopiques (fiche méthode). Faire un dessin d’observation (fiche méthode) pour communiquer dans un langage scientifique. Utiliser le logiciel Mesurim pour effectuer une mesure de surface d’une feuille. Effectuer une estimation (ordre de grandeur) des surfaces d’échanges d’une plante par rapport à sa masse ou son volume. Savoir les caractéristiques de la plante en rapport avec la vie fixée à l’interface sol/air. Ressources : Documents. Logiciels : mesurim. Matériel : Feuilles de végétaux. lame de racine du commerce. Matériel de dissection, microscope, lames et lamelles. Camera USB. Pince fine, scalpel, verre de montre, rouge neutre, solution de saccharose à 6%, acide acétique, carmin vert d’iode, eau de javel. Activité 1 : le développement de surfaces foliaires pour les échanges de gaz et la capture de la lumière. 1. Manipulation : a. Avec le scalpel (ATTENTION ! Danger de coupure), on fait une petite incision perpendiculaire à l'axe de la feuille de poireau. Puis, à l'aide de la pince fine, on prélève 2 ou 3 fins lambeaux d'épiderme. Il est très important pour la suite de l'observation, que ces lambeaux soient très fins (transparents). b. On les place dans un verre de montre contenant une solution de saccharose à 6%, colorée au rouge neutre. Il faut faire en sorte que les fragments prélevés soient bien déroulés. Après 2 ou 3 minutes, on pose une goutte du liquide de coloration sur la lame. On y place un fragment d'épiderme de poireau et on recouvre d'une lamelle. c. Observer au microscope et rechercher une zone représentative. Appeler le professeur. 1 d. Faire un dessin d’observation dans le cadre ci-dessous. e. Légender le dessin d’observation à l’aide des explications suivantes : Les cellules de l'épiderme de poireau sont très allongées et jointives. Elles forment un tissu. Dans ces grandes cellules, on distingue une énorme vacuole colorée en rose par le rouge neutre. Comme chez l'élodée, le cytoplasme contenant le noyau est plaqué contre la membrane cellulosique épaisse. Entre les cellules, on distingue des structures particulières, en forme de haricot : les stomates. Ce sont les orifices respiratoires des plantes. Chaque stomate est formé de 2 cellules stomatiques délimitant un orifice : l'ostiole. Quelques fois, (poireau notamment), cette structure est accompagnée de cellules annexes. Chez la plupart des végétaux, les stomates sont plus nombreux sur la face inférieure des feuilles que sur la face supérieure. (Il y en a aussi sur la tige). L'ostiole est plus ou moins fermé selon les conditions du milieu (température, humidité, lumière). C'est le degré d'ouverture des ostioles qui règle la transpiration foliaire. Le matin, les ostioles de certains végétaux (herbes) laissent échapper de l'eau liquide, ce qui augmente le phénomène de rosée dans les prés. 2 2. Les échanges de gaz au niveau de la feuille. Les photos ci-dessous montrent une coupe transversale de feuille de houx en microscopie optique. Vue de détail de l'épiderme supérieur (x400) Parenchyme palissadique (x 400) Parenchyme lacunaire (x 400) Vaisseau conducteur de sève (x 100) Vue en détail d’un ostiole de la face inférieure (x 400) Le parenchyme palissadique est constitué d’une ou plusieurs assises de feuilles cylindriques séparées par des méats étroits. Le parenchyme lacuneux est formé de cellules lâches séparées par de vastes lacunes. Méats et lacunes sont remplis d’air. Au total, les feuilles possèdent une atmosphère interne importante : plus de 20% du volume chez les végétaux aériens. L’atmosphère interne communique avec l’extérieur par les stomates. 3 Tracer les trajets de la lumière, du CO2 atmosphérique, de la vapeur d’eau et de l’O2 sur le schéma cidessous. Le schéma ci-dessous est un dessin légendé de la coupe transversale de la feuille de houx montrée en photo. Cuticule supérieure Epiderme supérieur Parenchyme palissadique (Cellules chlorophylliennes) Vaisseaux conducteurs de la sève Parenchyme lacuneux Chambre sous-stomatique Epiderme inférieur Cuticule inférieure Stomate (ostiole) La cuticule ne laisse pas passer l’eau ni le CO2. Le CO2 entre par les stomates et arrive au niveau de la chambre sous-stomatique où il se dissout (formation d’ions HCO3-) dans l’eau issue de la sève brute. CO2 et HCO3- circulent alors par diffusion dans le parenchyme foliaire et pénètrent donc dans les cellules chlorophylliennes. Parallèlement, l’O2 produit lors de la photosynthèse peut suivre le trajet inverse et sortir par le stomate. Activité 2 : un système souterrain adapté au prélèvement de l’eau et des ions. 1. a. Manipulation : lame du commerce de poils absorbants. Installer la caméra sur l’oculaire du microscope. Ouvrir le logiciel Vue 2 qui est sur le bureau de l’ordinateur. Observer et rechercher une zone représentative. Appeler le professeur. b. Faire une acquisition d’image de la zone sélectionnée (icône : appareil photo). Enregistrer la photo dans : « mes images » en format JPEG en donnant un titre approprié à la photo. 2. Légender la photo à l’aide des explications suivantes : Les racines sont composées d’une racine centrale en pivot et de fins filaments qui en partent appelés poils absorbants. Chaque poil absorbant est une cellule qui s’insère dans la couche cellulaire la plus externe de la racine, les cellules de l’assise pilifère. Les cellules situées sous les cellules de l’assise pilifère forment un tissu appelé parenchyme. Le diamètre d’un poil absorbant est de 12 à 15 µm, sa longueur est de 1 à plusieurs millimètres. 4 Activité 3 : estimation (ordre de grandeur) des surfaces d’échanges d’une plante par rapport à sa masse ou son volume. a. Estimation de la surface d’échange. Evaluer la surface de la feuille à l’aide du logiciel mesurim (fiche méthode). « Chez la plante, les surfaces impliquées dans les échanges sont importantes en regard de la masse, à l’instar des surfaces d’échange mobilisées par des organes d’animaux. » Justifier cette affirmation à l’aide des données. Arbre de 40m de haut - feuilles : 30000m2 - racines : 130000m2 SVT, Tale S, Nathan 2012 Homme de 1,70m et 70 kg : - poumons (1kg) : 100m2 - intestins : 200m2 b. Les échanges au niveau de la racine Document tiré de physiologie végétale, ed. De Boeck, par W.G. Hopkins, p78-79 La composition, la structure, et l’apport en nutriments varient beaucoup selon le type de sol. Examinées sous l’angle de la nutrition, des particules organiques ou minérales du sol appelées colloïdes revêtent une importance particulière. Les colloïdes (chargés négativement) fixent les nutriments (cations) et les relâchent dans la solution du sol où ils pourront être absorbés par les racines. […] Tout ion possédant une forte affinité (par ex H +) pourra déplacer un ion dont l’affinité est plus faible (par ex Ca 2+). Dans les conditions habituelles, les racines sécrètent des ions hydrogène facilitant ainsi l’absorption de nutriments Sur le dessin ci-dessous, tracer les trajets de l’eau et des minéraux du sol vers la racine et proposer une explication sur les mécanismes d’absorption des minéraux par les poils absorbants après avoir démontré l’importance de la présence de ces poils absorbants dans la nutrition de la plante. c. Expliquer comment les plantes peuvent vivre fixées dans un milieu très dilué en substances nutritives. 5 Activité 3 : la circulation des matières au sein de la plante. Matériel : Plant de céleri (ou impatiens) placés depuis plusieurs jours dans de l’eau colorée au bleu de méthylène. Manipulation 1: Coupez un fragment de tige d’une longueur de 1 cm et le placer sur une lame A l’aide d’un scalpel, incisez ce fragment dans sa longueur et l’ouvrir A l’aide d’une pince fine, isolez dans sa longueur une des structures contenant l’eau colorée Placez cette structure entre lame et lamelle dans une goutte d’eau Observez l’échantillon au microscope Analysez l’échantillon en vous aidant de l’annexe 1. Matériel : plant de céleri. Manipulation 2 : Réaliser avec des lames de rasoir des coupes transversales ou longitudinales très fines dans l’organe végétal. Passer les coupes dans les bains suivants : Eau de javel (20min) : vide les cellules. Eau (2 bains d’1min chacun) : rinçage. Acide acétique (10min) : prépare l’action des colorants. Mélange de carmin vert d’iode (3min) : colore les parois cellulosiques en rose et les parois lignifiées en vert-bleu. Eau (1min) : rinçage. Observer dans une goutte d’eau entre lame et lamelle. Observer les lames de coupe transversale de feuille et de coupe transversale d’une racine au microscope. BILAN : Montrer que xylème et phloème forment un vaste réseau présent dans toute la plante. Réaliser un schéma des circulations de sève brute et de sève élaborée dans la plante ci-dessous. 6
