Thème 1 Génétique

Thème 1 Génétique
Chapitre 2 Transmission héréditaire des caractères
génétiques : Mendel et la naissance de la génétique
Exercices supplémentaires
1- Lors de ses travaux, Gregor Mendel a croisé des plants de pois différant par un seul
caractère. Il a, entre autres, analysé la couleur des graines (vertes ou jaunes), la couleur des
fleurs (blanches ou pourpres) la position des fleurs sur la tige (fleurs axiales ou terminales) et
la forme des cosses (pleines ou plissées).
En fonction des résultats qu’il a obtenus, déterminez si l’allèle est dominant ou récessif.
Expliquez les résultats obtenus en F2.
Phénotype des parents
pois verts X pois jaunes
fleurs blanches X fleurs pourpres
fleurs axiales X fleurs terminales
cosses pleines X cosses plissées
F1
pois jaunes
fleurs pourpres
fleurs axiales
cosses pleines
F2
2001 verts ; 6022 jaunes
244 blanches ; 705 pourpres
651 axiales ; 207 terminales
882 pleines ; 299 plissées
2- De nombreux croisements entre deux labradors noirs ont donné 8 chiots bruns et 25 chiots
noirs.
a) Pouvez-vous indiquer le caractère dominant et le caractère récessif ?
b) Donnez les génotypes des parents et de leurs descendants. Parmi les individus
distinguez les homozygotes et les hétérozygotes.
3- On croise entre elles des drosophiles qui se distinguent par la coloration de leur corps :
certaines ont un corps noir, d’autres un corps gris.
Les résultats obtenus sont les suivants :
Nombre de descendants
Phénotype des parents
Corps noir
Corps gris
corps noir X corps noir
73
0
corps noir X corps gris
0
45
corps gris X corps gris
15
43
corps noir X corps gris
23
25
corps gris X corps gris
0
36
Interprétez ces résultats :
a) Indiquez le mode de transmission des caractères corps noir et corps gris
b) Indiquez le génotype de chacun des parents dans les divers croisements
4- L’otospongiose est une maladie héréditaire qui engendre une surdité progressive chez
l’adulte. Des parents souffrant d’otospongiose ont deux enfants. Devenus adulte, l’un d’entre
eux souffre de surdité alors que l’autre n’a aucun trouble.
a) L’otospongiose est-elle récessive ou dominante ? Justifiez votre réponse
b) Quels sont les génotypes des parents et des enfants ? Parmi les individus, distinguez,
lorsque c’est possible, les homozygotes et les hétérozygotes.
5- Chez la tomate, il existe des variétés de plantes aux tiges poilues et des variétés sans poils.
Si on croise deux plants de tomates avec une tige poilue, on peut obtenir dans la descendance
des plants à tiges non poilues. Par contre, si on croise deux plants à tige sans poils, les
descendants sont tous non poilus. Que pouvez-vous déduire de cette information quant au
caractère poilu ?
6- Chez le chien, la narcolepsie est une anomalie qui provoque une somnolence anormale.
Deux chiens normaux ont une portée de 8 chiots, 2 d’entre eux sont affectés de narcolepsie.
Que pouvez-vous déduire sur le mode de transmission de la narcolepsie ?
7- Anne est une petite fille qui a des taches de rousseur et elle aimerait savoir si ce caractère
est récessif ou dominant. Elle a retracé l’arbre généalogique de sa famille et a indiqué un R
pour chaque personne qui a des taches de rousseur. Sur base de cet arbre généalogique, que
pouvez-vous déduire quand au mode de transmission du caractère « taches de rousseur » ?
8- L’arbre généalogique suivant reprend la transmission des groupes sanguins dans une
famille.
a) Donnez le génotype de chaque membre de la famille
b) L’un des individus est certainement issu d’une union illégitime, lequel ?
9- L’arbre généalogique ci-dessous est représentatif d’une famille où certains membres sont
albinos. Cette anomalie est rare, elle est due à l’absence de mélanine, ce qui explique les
cheveux blancs, la peau très claire et les pupilles roses.
a) Quel est le mode de transmission héréditaire de cette anomalie ?
b) Déduisez, quand c’est possible, le génotype à attribuer aux membres de cette famille.
10- L’arbre généalogique suivant concerne une famille dont certains membres sont atteints de
polydactylie (présence de doigts surnuméraires).
a) Quel est le mode de transmission héréditaire de cette anomalie ?
b) Déduisez, quand c’est possible, le génotype à attribuer aux membres de cette famille.
11- L’achondroplasie est une forme de nanisme héréditaire. En analysant l’arbre généalogique
suivant, que pouvez-vous déduire quant au mode de transmission de cette anomalie ?
Donnez le génotype des individus quand c’est possible.
12- La dystrophie myotonique est une maladie caractérisée par une dégénérescence
musculaire progressive. Cette affection a tendance à réapparaître dans une même famille. En
analysant l’arbre généalogique suivant, que pouvez-vous déduire quant au mode de
transmission de cette maladie ?
Donnez le génotype des individus quand c’est possible.
13- Mélanie et Thomas envisagent d’avoir des enfants, mais le frère de Mélanie souffre de
thalassémie, une maladie rare qui se manifeste par une anémie. En outre, le grand-père
maternel de Thomas souffrait aussi de cette maladie. La sœur de Thomas a cinq enfants, le
frère de Thomas en a trois et aucun des neveux ou nièces de Thomas ne souffre de la maladie.
La thalassémie est une maladie autosomique récessive.
Quelle est la probabilité que le premier enfant de Mélanie et Thomas souffre de thalassémie ?
14- Chez la drosophile, on étudie deux caractères différents qui ségrégent indépendamment :
la couleur du corps et la taille des antennes. Des drosophiles sauvages au corps gris et aux
antennes de taille normale sont croisées avec des drosophiles au corps ébène et aux antennes
raccourcies. La F1 est homogène et est constituée de drosophiles au corps gris et aux antennes
de taille normale. Si on croise des drosophiles de la F1 entre elles, quels seront les différents
phénotypes observés ? Quelle proportion de chacun des phénotypes observera-t-on ?
15- Chez la perruche, deux gènes différents et non liés déterminent la couleur du plumage :
- un gène détermine la pigmentation de la région externe de la plume, il existe sous deux
formes alléliques ; jaune ou absence de coloration
- un gène détermine la coloration au centre de la plume, il existe sous deux formes
alléliques ; présence de mélanine, ce qui donne une coloration bleue et absence de mélanine,
ce qui ne donne aucune coloration.
En fonction de la présence des divers allèles pour les 2 gènes, il existe 4 colorations pour le
plumage des perruches :
- vert, quand les plumes ont une coloration bleue au centre et une coloration jaune à
l’extérieur ;
- bleu, quand les plumes ont une coloration bleue au centre et aucune coloration à
l’extérieur ;
- jaune, quand les plumes n’ont pas de coloration au centre et ont une coloration
jaune à l’extérieur ;
- blanche, quand les plumes n’ont pas de coloration au centre ni à l’extérieur ;
Les résultats de croisements de diverses perruches sont repris ci-dessous.
Phénotype parental
1) vert X vert
2) vert X vert
3) jaune X jaune
4) bleu X bleu
5) blanc X blanc
6) vert X jaune
7) vert X bleu
8) vert X blanc
9) bleu X jaune
10) bleu X blanc
11) jaune X blanc
Nombre de descendants
Vert
Bleu
Jaune
19
6
0
17
5
6
0
0
15
0
11
0
0
0
0
15
0
0
13
0
0
16
0
0
7
0
8
0
6
0
0
0
12
Blanc
0
2
5
4
12
0
0
0
0
6
0
a) Déduisez le mode de transmission des deux allèles.
b) Indiquez le génotype de chacun des parents. Lorsqu’il y a plusieurs possibilités pour
le génotype des parents, on retiendra le génotype homozygote
c) Si on croise deux perruches hétérozygotes vertes entre elles, quels seront les résultats
attendus ?
Même question si on croise une perruche hétérozygote bleue et une perruche hétérozygote
jaune.
16- Chez l’homme, il existe plusieurs systèmes sanguins autres que le système ABO. Ainsi,
deux allèles LM et LN déterminent les groupes sanguins M, N et MN. Et l’allèle R définit le
phénotype Rh+ , dominant sur l’allèle récessif r qui produit le phénotype Rh- à l’état
homozygote. Chacun de ces caractères est indépendant.
Calculez la probabilité qu’un couple dont le mari est B MN Rh- et la femme A N Rh+ ait un
enfant O N Rh- si l’un des parents du mari est O N Rh+ et l’un des parents de la femme est O
N Rh-.
Chapitre 3
La théorie chromosomique de l’hérédité
Exercices supplémentaires
 1- Le daltonisme est une affection bénigne qui modifie la perception des couleurs Le plus
souvent, les personnes affectées distinguent mal le vert et le rouge. La transmission
héréditaire de cette affection est liée au chromosome X. Si un homme affecté rencontre une
femme non affectée mais porteuse, quelle probabilité auront-ils d’avoir une fille daltonienne
et un fils daltonien ?
 Quelle serait la probabilité pour un couple où l’homme n’est pas daltonien et où la femme est
porteuse d’avoir un fils daltonien ?
 Même question s’ils ont une fille.
2- La phalène du groseillier est un papillon qui a les ailes claires ou foncées. Lorsque des
femelles à ailes claires sont croisées avec des mâles à ailes sombres, toute la descendance a
des ailes sombres ; par contre le croisement réciproque donne une descendance constituée de
femelles à ailes claires et de mâles à ailes sombres. Que vous suggèrent ces résultats dans la
transmission du caractère « ailes sombres » chez le papillon ?
Remarque : chez les papillons, c’est la femelle qui est hétérogamétique WZ, le mâle est
homogamétique ZZ.
3- Si on croise une drosophile femelle au corps jaune avec une drosophile mâle au corps gris,
parmi les descendants, tous les mâles ont un corps jaune et les femelles un corps gris.
a. Quel est le mode de transmission de ce caractère ?
b. Quels seront les phénotypes des descendants issus du croisement des drosophiles
obtenues en F1 ?
4- Chez la drosophile, on connaît 3 gènes situés sur un même chromosome dans l’ordre
suivant : lz+, v+, m+ . Les allèles mutés récessifs donnent un œil ovoïde (lz), un œil vermillon
(v) et des ailes miniatures (m).
Sur base des résultats des croisements ci-dessous, établissez la carte génétique (arrondir tous
les résultats en ne conservant qu’un seul chiffre significatif après la virgule).
Génotypes des parents
♀ lz+lz v+v X ♂ lzlz vv
Fréquence des phénotypes chez les descendants du croisement
lz+lz v+v : 80
lzlz vv : 81
lz+lz vv : 5
lzlz v+v : 4
♀ v+v m+m X ♂ vvmm
v+v m+m : 90
vv mm : 96
v+v mm : 3
vv m+m : 3
♀ lz+lz m+m X ♂ lzlzmm
lz+lz m+m : 81
lzlz mm : 78
lz+lz mm : 8
lzlz m+m : 6
Remarque : dans les croisements entre drosophiles, l’individu testeur est généralement un mâle car
l’expérience a montré qu’il n’y a jamais de crossing-over lors de la méiose chez les drosophiles
mâles.
5- Chez la tomate, les paires alléliques suivantes sont situées sur le chromosome 5 dans
l’ordre suivant : F A Hi. L’allèle F donne des tomates rondes, alors qu’avec l’allèle f , les
tomates sont fasciées ; l’allèle A donne des tiges pourpres, l’allèle a des tiges vertes ; l’allèle
Hl donne des tiges poilues, l’allèle hl des tiges sans poils.
Divers croisements tests ont été réalisés et ont donné les résultats suivants :
a) Plants de tomates rondes à tiges pourpres X plants de tomates fasciées à tiges vertes :
48 plants de tomates rondes à tiges pourpres ;
49 plants de tomates fasciées à tiges vertes ;
13 plants de tomates rondes à tiges vertes ;
16 plants de tomates fasciées à tiges pourpres
b) Plants de tomates à tiges pourpres et poilues X plants de tomates à tiges vertes et non
poilues :
70 plants de tomates à tiges pourpres non poilues;
76 plants de tomates à tiges vertes poilues;
17 plants de tomates à tiges vertes non poilues;
15 plants de tomates à tiges pourpres poilues
c) Plants de tomates rondes à tiges poilues X plant de tomates fasciées à tiges non poilues :
63 plants de tomates rondes à tiges poilues;
60 plants de tomates fasciées à tiges non poilues;
38 plants de tomates rondes à tiges non poilues;
34 plants de tomates fasciées à tiges poilues
Sur base de ces résultats, établissez la carte génétique de la région chromosomique concernée.
Arrondir tous les résultats en ne conservant qu’un seul chiffre significatif après la virgule.
6- Chez la souris, on connaît trois gènes liés sur un même chromosome dont les allèles
récessifs sont obq7 et eya1 et l’allèle dominant est Dbf. Ces allèles sont responsables des
caractères obésité (obq7), surdité (eya1) et orteils surnuméraires à l’état hétérozygote, et aussi
létalité à l’état homozygote (Dbf).
Divers croisements tests ont été réalisés sur des souris hétérozygotes et ont donné les résultats
suivants :
a) Souris normales X souris obèses et sourdes
27 souris obèses,
26 souris sourdes,
5 souris sourdes et obèses,
7 souris sauvages
b) Souris aux orteils surnuméraires X souris obèses
88 souris aux orteils surnuméraires,
85 souris obèses,
10 souris obèses aux orteils surnuméraires,
12 souris sauvages
c) Souris aux orteils surnuméraires X souris sourdes
25 souris sourdes aux orteils surnuméraires,
29 souris sauvages
10 souris sourdes
11 souris aux orteils surnuméraires
1. Donnez le génotype des types parentaux (afin de vous faciliter la tâche, utilisez un +
pour désigner le caractère sauvage).
2. Construisez la carte génétique de cette région du chromosome. Arrondir tous les
résultats en ne conservant qu’un seul chiffre significatif après la virgule.
7- Chez le maïs, on connaît trois gènes liés sur un même chromosome dont les allèles
récessifs sont lgl et tsi et l’allèle dominant est B. L’allèle B (booster) intensifie la couleur
des plantes, l’allèle lgl (liguleless) donne des feuilles sans ligule et l’allèle tsi (tassel seed)
donne des grains à aigrettes.
L’ordre de ces gènes sur le chromosome est le suivant : lgl B tsi
Divers croisements ont été réalisés :
a) Une plante homozygote [tassel seed] est croisée avec une plante homozygote
[booster].
La F1 a fait l’objet d’un croisement test et on a obtenu les résultats suivants :
59 [tassel seed]; 61 [booster] ; 25 [sauvages] ; 27 [tassel seed, booster]
b) Une plante homozygote [liguleless] est croisée avec une plante homozygote
[booster]. La F1 a fait l’objet d’un test cross et on a obtenu les résultats suivants :
106 [liguleless] ; 111 [booster] ; 37 [sauvages] ; 36 [liguleless, booster]
1. Faites un schéma des croisements tests en donnant le génotype des deux plantes (F1 et
testeur) (afin de vous faciliter la tâche, utilisez un + pour désigner le caractère sauvage).
2. Etablissez la carte génétique de cette région du chromosome (arrondir tous les résultats en
ne conservant qu’un seul chiffre significatif après la virgule).
Chapitre 4 Phénotype, génotype et environnement : une
relation complexe
Exercices supplémentaires
1- Pléiotropie et létalité
Un même allèle donne parfois des effets phénotypiques multiples et très différents : c’est la
pléiotropie. Ainsi, certains allèles peuvent affecter un caractère jusqu’à avoir des effets
importants sur la survie de l’individu, comme le problème qui suit va le démontrer.
Chez la souris, le pelage est généralement uniforme et sombre. Il existe cependant des souris
au pelage noir avec de taches blanches. Si on croise une souris noire de race pure avec une
souris hétérozygote à taches blanches, la descendance est hétérogène, constituée pour 1/2 de
souriceaux noirs et pour 1/2 de souriceaux à taches blanches. Si on croise deux souris à
taches blanches, on obtient une descendance hétérogène, constituée pour 1/3 de souriceaux
noirs et pour 2/3 de souriceaux à taches blanches.
a) Selon ces résultats, déterminez l’allèle récessif et l’allèle dominant dans la coloration du
pelage.
b) Comment s’explique la proportion 1/3 – 2/3 dans la descendance des souris à taches
blanches ? Quels seraient les résultats normalement attendus ?
2- Les drosophiles sauvages ont un corps gris, des mutants au corps noir ou jaune ont été
obtenus. Ces mutants homozygotes ont été croisés entre eux ainsi qu’avec la souche sauvage
de lignée pure. Les phénotypes des mouches de la F1 sont repris dans le tableau cidessous dans lequel « n » signifie corps noir, « j » corps jaune et « + » phénotype sauvage.
A
B
C
D
E
F
G
S
A
n
+
+
+
+
+
+
+
B
+
n
+
+
+
+
+
+
C
+
+
n
n
+
+
+
+
D
+
+
n
n
+
+
+
+
E
+
+
+
+
j
j
j
+
F
+
+
+
+
j
j
j
+
G
+
+
+
+
j
j
j
+
S
+
+
+
+
+
+
+
+
Les souches A, B, C, D ont un corps noir, les souches E, F, G un corps jaune et la souche S
est sauvage
a) A quelle sorte de test correspond cette analyse ?
b) Combien de gènes déterminant la couleur du corps de la drosophile pouvez-vous
identifier ? Utilisez des symboles de votre choix pour les définir. Ecrivez le génotype partiel
des lignées et des individus de la F1.
Chapitre 5 Génétique moléculaire : une nouvelle façon
d’étudier le gène
Exercices supplémentaires
1- Un fragment d’ADN comprenant la séquence codante dont une partie est reprise ci-dessous
a été soumis à des agents mutagènes et on a obtenu divers fragments avec des mutations.
Celles-ci sont indiquées en gras en dessous de la séquence.
A T G A T A G T T C T T T A C G G T G C T C C C C G A A G T G A T G G G
1
T
2
A
3
+G
4
5
A
-G
a) A l’aide du tableau reprenant le code génétique (p. 87 du manuel), déduisez la
séquence de la protéine codée par le gène.
b) Indiquez pour chaque mutation son type et déduisez les effets de celle-ci sur la
séquence protéique.
2- On peut produire une protéine de n’importe quel organisme dans une bactérie telle
qu’Escherichia coli grâce à la technologie de l’ADN recombinant. Pour ce faire, il faut insérer
un fragment d’ADN contenant la séquence codante du gène en aval d’un promoteur de la
bactérie.
La lactalbumine est la principale protéine du lait de mammifères, elle n’est produite que dans
les cellules des glandes mammaires.
Deux groupes de chercheurs ont tenté de produire la lactalbumine dans la bactérie.
Les chercheurs de l’équipe A ont isolé la séquence codante du gène de la lactalbumine : ils
ont purifié l’ARNm codant la lactalbumine à partir de cellules des glandes mammaires puis
ont synthétisé l’ADN correspondant. Ils ont ensuite inséré la séquence codante en aval d’un
promoteur de bactérie et ont incorporé cet ADN à la bactérie. Celle-ci a alors produit une
lactalbumine dont la séquence en acide aminé est identique à celle de la protéine de souris.
L’autre équipe de chercheur (l’équipe B) a cloné le gène de la lactalbumine à partir de l’ADN
du génome de la souris. Le fragment d’ADN ainsi obtenu est nettement plus grand que le
fragment cloné par l’équipe A. Les chercheurs de l’équipe B ont ensuite procédé comme
ceux de l’équipe A : ils ont inséré le fragment d’ADN obtenu en aval du promoteur de la
bactérie et l’ont introduit dans la bactérie. Ils ont dû constater que la protéine produite ne
correspondait pas à la lactalbumine de souris.
a) En fonction des résultats de l’équipe A, expliquez comment une même séquence codante
peut diriger la synthèse d’une protéine identique chez des organismes différents.
b) Pourquoi les chercheurs de l’équipe B n’ont-ils pu produire la lactalbumine dans la bactérie
Escherichia coli ?
3- Chez la bactérie Salmonella typhimurium, la synthèse d’histidine nécessite plusieurs
enzymes codées par les gènes his : hisE, hisI, hisF, hisA, hisH, hisB, hisC, hisD et hisG. Ces
protéines sont synthétisées lorsque la bactérie croît sur un milieu de culture de base (milieu
minimum). Si on ajoute de l’histidine au milieu de culture, les bactéries ne produisent plus
les protéines codées par les gènes his. On a, par ailleurs, isolé un mutant du gène hisX qui
synthétise de l’histidine de façon constitutive (quelles que soient les conditions), ce gène hisX
est indépendant des autres gènes his.
a) Quelle est l’action de l’histidine dans la régulation ?
b) Faites un schéma du mécanisme de régulation de l’expression des gènes du métabolisme de
l’histidine.
Chapitre 6
Génie génétique
Exercices supplémentaires
1. Un plasmide bactérien porteur du gène de l’hormone de croissance humaine a été
construit. L’analyse de restriction de ce plasmide a donné les résultats repris dans le
tableau ci-dessous. Une hybridation avec une sonde de 500 bases spécifique du gène
de l’hormone de croissance a été réalisée sur les fragments séparés par électrophorèse
et dénaturés. Les fragments révélés sont repris dans la dernière colonne du tableau.
Enzyme(s) utilisée(s) Nombre de
fragments
obtenus
Taille des
fragments obtenus
ClaI
EcoRI
PstI
ClaI et EcoRI
1
2
2
3
ClaI et PstI
3
EcoRI et PstI
4
4900 pb
3100 pb ; 1800 pb
2700 pb ; 2200 pb
2800 pb ; 1800 pb ;
300 pb
2700 pb ; 1400 pb ;
800 pb
1700 pb ; 1400 pb ;
1300 pb ; 500 pb
Taille des
fragment(s)
hybridé(s) avec la
sonde
4900 pb
3100 pb
2700 pb ; 2200 pb
2800 pb
2700 pb ; 1400 pb
1700 pb ; 1400 pb
a- Etablissez la carte de restriction du plasmide.
b- A l’aide des résultats d’hybridation, localisez le gène humain sur le plasmide.
2. Chez l’homme, il existe un polymorphisme pour le gène de l’apolipoprotéine B. Cette
protéine joue un rôle central dans le métabolisme des lipoprotéines et dans l’homéostasie du
cholestérol. Certaines formes alléliques ont les mêmes propriétés biologiques, c’est le cas
pour les variants au niveau du codon 4154 : ils existent sous deux formes, GAA (codant une
glutamine) ou AAA (codant une lysine). Le variant GAA est associé à la présence, dans
l’ADN, d’un site de restriction EcoRI, (GAATTC) alors que ce site est absent dans le variant
AAA.
On amplifie par PCR un fragment du gène de 480 pb portant le site EcoRI. L’enzyme clive le
fragment après 264 pb.
Quels résultats obtiendra-t-on si les fragments générés par PCR à partir d’ADN génomique de
divers individus sont digérés avec l’enzyme de restriction EcoRI ?
Chapitre 7
La génétique humaine et les biotechnologies
Exercices supplémentaires
1- La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est une affection qui affecte généralement
les garçons. Elle se caractérise par un affaiblissement progressif des muscles et une perte de
coordination des mouvements. Cette maladie, dans sa forme la plus grave, diminue
l’espérance de vie des sujets atteints.
a) Sur base de l’arbre généalogique ci-dessous, pouvez-vous établir le mode de transmission
de cette maladie ?
b) Déduisez le génotype des individus quand c’est possible.
c) Le gène de la DMD a été identifié et séquencé, c’est un des plus grands gènes connus avec
ses 79 exons et ses 2,4.106 pb. On a constaté que plus de 60 % des malades montrent une ou
plusieurs délétions d’exons entiers. Pourriez-vous proposer une technique d’identification des
individus atteints. Quelle serait la fiabilité de cette technique ?
2- L’ hypophosphatémie est définie comme une diminution de la concentration plasmatique
de phosphates. Une forme, dite rachitisme familial résistant à la vitamine D, est héréditaire.
En analysant l’arbre généalogique suivant, que pouvez-vous déduire quant au mode de
transmission de cette affection ?
Donnez le génotype des individus quand c’est possible.


Thème 3 Biodiversité et développement
durable
Chapitre 2 Cycles de matière et flux d’énergie au sein
des écosystèmes
Activités complémentaires
Mise en évidence des bactéries impliquées dans les cycles
principaux : la colonne de Winogradsky
A la fin du XIXe siècle, le microbiologiste russe S. Winogradsky a mis au point un écosystème
anoxique miniature pour étudier les microorganismes du sol : la colonne de Winogradsky.
Elle sert aussi pour l’analyse didactique d’un mini écosystème aquatique centré sur le cycle
du soufre.
Cette expérience est réalisable en classe, en prenant néanmoins des précautions pour éviter la
manipulation directe de certains microorganismes potentiellement pathogènes qui s’y
développent comme des Clostridium : il ne faut donc rien prélever dans la colonne après son
incubation.
La colonne est constituée d’une éprouvette de verre bouchée par une feuille d’aluminium ou
du papier cellophane afin d’éviter l’évaporation (voir figure ci-après). On dispose dans le fond
une couche de boue réductrice mélangée à du sulfate de sodium, du carbonate de sodium et
des fragments de papier journal - source de cellulose -, une couche de boue sans additifs ou
une couche de terre végétale, vase de rivière, boue de mare, de fossé ou de marécage et enfin,
une couche d’eau (qui peut être l’eau stagnante surmontant la boue prélevée). La colonne est
ensuite incubée à la lumière pendant plusieurs semaines.
Des réactions en série vont se produire :
- au fond de la colonne, la cellulose est d’abord dégradée en produits de fermentation par des
Clostridium ;
- les Desulfovibrio vont utiliser ces produits comme réducteurs et le sulfate comme oxydant
pour produire du sulfure d’hydrogène qui va diffuser et créer un gradient de concentration
vertical ;
- Chlorobium et Chromatium se développeront et constitueront des zones visibles vert olive et
rougeâtres. Ces microorganismes photosynthétiques utilisent H2S comme source d’électrons
et le CO2 provenant du carbonate comme source de carbone. Les Chromatium étant plus
résistants aux sulfures d’hydrogène se développent dans la partie inférieure ;
- au-dessus se développent les bactéries pourpres non sulfureuses, Rhodospirillum et
Rhodopseudomonas , bactéries photohétérotrophes qui se servent de la matière organique
comme donneur d’électrons et se développent en anaérobie là où les concentrations en sulfure
ne sont pas trop importantes. Ces bactéries se manifestent par la présence d’une zone de
couleur rouille ;
- on voit apparaître ensuite des organismes chimiolithotrophes tels Beggiatoa et Thiothrix qui
utilisent les composés sulfurés comme réducteurs et l’oxygène comme oxydant ;
- dans la partie supérieure, on retrouve des algues et des cyanobactéries qui produisent de l’O2
suite à la photosynthèse oxygénique.
La colonne de Winogradsky.
Les gradients de sulfures et d’oxygène sont indiqués par des triangles gris
Le tableau suivant reprend les principales bactéries trouvées dans la colonne en relation avec
leur type nutritionnel (les divers modes métaboliques générateurs d’énergie ont été détaillés
dans la partie Rappels sur le métabolisme cellulaire, pages 8 à 15):
Genre principal
Clostridium
Métabolisme
générateur
d’énergie
Fermentation
Respiration
anaérobie en
présence de
sulfate
Photosynthèse
Chromatium
anoxygénique
Photosynthèse
Chlorobium
anoxygénique
Rhodospirillum,
Photosynthèse
Rhodopseudomonas anoxygénique
Oxydation de
Beggiatoa
H2S
Oxydation de
Thiothrix
H2S
Cyanobactéries
Photosynthèse
oxygénique
Desulfovibrio
Source de
carbone
Type nutritionnel
Dépendance à
l’oxygène
organique
hétérotrophie
CO2 ou
organique
chimiolithotrophie
ou hétérotrophie
anaérobies
stricts
anaérobies
aérotolérants
CO2
photolithotrophie
CO2
photolithotrophie
organique
photohétérotrophie
CO2
chimiolithotrophie
CO2
chimiolithotrophie
anaérobies
stricts
anaérobies
stricts
anaérobies
stricts
anaérobies
facultatifs
aérobies
CO2
photolithotrophie
aérobies