Racil Kacem et Franck Ku LATEX Terminale S

Racil Kacem et Franck Ku L
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Terminale S - SVT : G´ en´ etique et ´ Evolution 2015/2016
Chapitre 5 - Organisation et mode de vie chez les plantes
Les plantes, fix´ees au sol par leurs racines, ne peuvent se d´eplacer ni pour rechercher des
substances nutritives ni pour se mettre `a l’abri ...
Au cours de leur ´evolution, des caract`eres sont apparus et ont ´et´e s´electionn´es permettant une
adaptation `a cette vie fix´ee.
Figure 1 – Morphologie simplifi´ee d’une plante commune
1 Les surfaces d’´echange de la plante avec son milieu
Une plante est constitu´ee d’un appareil v´eg´etatif (ensemble des organes de la plante `a l’exception
de ceux li´es `a la reproduction) comprenant des racines ancr´ees dans le sol et des tiges feuill´ees
se d´eveloppant en milieu a´erien. Cet organisme colonise donc deux milieux : le sol et l’air.
L’appareil reproducteur est quant `a lui constitu´e de la fleur.
1.1 ´ Echanges avec l’atmosph`ere : la feuille
Une plante est un organisme autotrophe : elle pr´el`eve des substances min´erales dans son
milieu et, grˆace `a celles-ci et `a l’´energie lumineuse, elle r´ealise la photosynth`ese, ie la synth`ese de ses
propres mol´ecules organiques.
Les feuilles constituent une vaste surface d’´echange. Leur structure aplanie favorise la
capture de la lumi`ere et du dioxyde de carbone, n´ecessaires `a la phtosynth`ese.
La photosynth`ese permet, grˆace `a l’´energie lumineuse, la synth`ese de la mati`ere organique
(glucose, acides amin´es) `a partir de mati`ere min´erale (eau, CO2, ions min´eraux). Elle se
d´eroule `a l’int´erieur des chloroplastes pr´esents dans les cellules cholorophylliennes. L’´equation de la
photosynth`ese est la suivante :
6CO2+ 6H2O´
Energie lumineuse convertie en ´energie chimique
−→ C6H12O6+ 6O2
La fine ´epaisseur des feuilles permet aux rayons solaires d’atteindre toutes les cellules. Le rapport
surface
volume est tr`es ´elev´e : la surface est maximale et le volume est minimal grˆace `a une structure
plate. Allong´ees, accol´ees les unes aux autres et riches en chloroplastes, celles-ci constituent un tissu
sp´ecialis´e dans la photosynth`ese : le parenchyme cholorophyllien palissadique.
La forme et la disposition des cellules du parenchyme palissadique offrent une vaste surface qui
augmente le rendement de la capture lumineuse.
Les feuilles pr´esentent aussi de tr`es nombreux petits orifices `a la surface de leur ´epiderme, le
plus souvent sur leur face inf´erieure : ce sont les stomates, d´elimit´es par deux cellules stomatiques
encadrant un orifice, l’ostiole. Les ´echanges gazeux avec l’atmosph`ere se r´ealisent avec
l’ostiole. Le jour, une absorption nette de CO2se produit, tandis que de l’eau et de l’O2sont
rejet´es.
Ce dispositif, ainsi que la r´epartition des stomates sur la face inf´erieure des feuilles, limitent les
pertes d’eau. Sus l’ostiole, une chambre communique avec l’atmosph`ere. La feuille comporte donc
une atmosph`ere interne contenue dans tous les espaces entre cellules et cavit´es sous-stomatiques :
c’est le parenchyme lacuneux.
La surface d’´echanges gazeux correspond donc en fait `a toutes les surfaces expos´ees `a cette
atmosph`ere interne, ce qui correspond `a une tr`es grande surface.
1.2 ´ Echanges avec le sol : la racine
Les racines fixent la plante dans le sol et d´eveloppent des racines secondaires ramifi´ees.
Les racines permettent `a la plante d’absorber l’eau et les sels min´eraux pr´esents dans le sol grˆace
aux poils absorbants de la zone pilif`ere. Celle-ci est renouvel´ee au fur et `a mesure que la racine
s’allonge : les poils sup´erieurs disparaissent et de nouveaux apparaissent `a une distance constante de
l’extr´emit´e de la racine.
Chaque poil absorbant est constitu´e d’une seule cellule allong´ee, limit´ee par une fine paroi.
Nombreux, ces poils constituent une ´enorme surface d’´echange, parfois de plusieurs centaines de
m2pour une seule plante.
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1.3 De vastes surfaces d’´echanges
Ainsi, on peut voir qu’une caract´eristique structurale (la pr´esence de vastes surfaces d’´echanges et de
capture de lumi`ere) mais aussi de la croissance permanente de la plante lui permettent de vivre
fix´ee dans un milieu pauvre en substances nutritives.
L’appareil racinaire et l’appareil a´erien poss`edent de tr`es vastes surfaces d’´echanges : leur
surface est de l’ordre de 100 `a 1000 fois plus vastes que celles des animaux. Pour un grand arbre, on
estime que la surface d’´echange de l’appareil a´erien pourrait ˆetre de l’ordre de 200 `a 500 m2mais
si on prend en compte les surfaces internes (chambre sous-stomatique), elle s’´el`everait `a plus de
6000 m2. Pour les racines, il serait encore plus important (g´en´eralement 30 fois plus que l’appareil
a´erien !).
2 La circulation de mati`ere dans une plante `a fleurs : les syst`emes conducteurs
2.1 Le transport de la s`eve brute
Une fois absorb´es par les racines, l’eau et les sels min´eraux sont distribu´es `a l’ensemble de
la plante sous forme de s`eve brute. Une partie de l’eau s’´evapore par les stomates des feuilles.
Cette transpiration cr´ee un appel d’eau et entretient la mont´ee de s`eve brute vers les organes a´eriens.
La s`eve brute circule donc de mani`ere ascendante, des racines jusqu’aux feuilles, ca-
nalis´ee dans des conduits appel´es vaisseaux du xyl`eme. Ils sont constitu´es de cellules de gros
diam`etre, align´ees verticalement, aux parois impr´egn´ees d’une substance rigide, la lignine.
Ces colonnes de cellules ne comportent pas de cloisons transversales et sont vides de leur contenu
cellulaire (cellules mortes), ce qui favorise une circulation rapide de s`eve brute. Ces vaisseaux
participent ´egalement au maintien vertical de la plante.
2.2 Le transport de la s`eve ´elabor´ee
Les mol´ecules organiques ´elabor´ees par la feuille au cours de la photosynth`ese sont distribu´ees `a
l’ensemble des organes.
La s`eve ´elabor´ee emprunte les tubes cribl´es du phlo`eme constitu´es par un empilement
de cellules vivantes s´epar´ees par des parois transversales cribl´ees de pores. Tous les organes se
d´eveloppent grˆace `a la s`eve ´elabor´ee qu’ils re¸coivent.
La s`eve ´elabor´ee est donc riche en mol´ecules organiques, surtout en glucides, et ne contient
plus de nitrates et est redistribu´ee `a l’ensemble de la plante pour assurer son d´eveloppement.
3 Des modes de protection
3.1 Les agressions du milieu
La vie fix´ee de la plante l’empˆeche de se soustraire aux conditions d´efavorables du milieu
(d´eshydratation, froid, gel, ...). La plante se prot`ege contre la d´eshydratation grˆace `a la cuticule
imperm´eable qui recouvre les cellules ´epidermiques de la feuille, ce qui permet de diminuer les
pertes hydriques.
De plus, l’ouverture des stomates est contrˆol´ee : on constate une ouverture plus faible aux
heures les plus chaudes, et une fermeture compl`ete en cas de s´echeresse pour ´eviter la d´eshydratation.
Certains v´eg´etaux (comme l’oyat) pr´esentent une feuille repli´ee sur elle-mˆeme qui permet de pi´eger
la vapeur d’eau et favoriser la formation d’une couche d’air limite (CAL).
En hiver, les arbres perdent leurs feuilles et ´evitent ainsi le risque de d´eshydratation.
Incapables alors de r´ealiser la photosynth`ese, ils sont en vie ralentie, de mˆeme que les plantes
herbac´ees qui passent l’hiver sous forme d’organes de r´eserves (tubercules, bulbes, rhizomes). Pour
le retour `a la vie active, les r´eserves produites l’ann´ee pr´ec´edente par la photosynth`ese sont utilis´ees.
3.2 Protection contre les divers pr´edateurs
Fix´ee dans le sol, la plante est vuln´erable aux pr´edateurs. Des dispositifs physiques, feuilles
transform´ees en aiguilles par exemple, assurent une protection passive.
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Des substances protectrices sont synth´etis´ees en permanence ou au moment de l’attaque par
un herbivore. Elles sont r´epulsives ou toxiques. D’autres substances attirent les pr´edateurs ou les
parasites de l’agresseur et limitent son attaque.
On peut citer l’exemple de l’acacia en Afrique du Sud contre les antilopes.
4 Reproduction des plantes `a fleurs et vie fix´ee
4.1 L’organisation des plantes `a fleurs et la mise en place de la morphogen`ese
La fleur constitue donc l’organe reproducteur de la plante. Comme d´ecrit pr´ec´edemment,
plusieurs pi`eces florales st´eriles, s´epales et p´etales organis´ees en verticilles (couronnes)
emboˆıt´ees les unes dans les autres prot`egent les ´el´ements fertiles, ´etamines et pistil. Le
plus souvent, une mˆeme fleur porte des organes mˆales et des organes femelles.
Les grains de pollens, `a l’extr´emit´e des ´etamines, renferment les gam`etes mˆales. Une
´etamine est constitu´ee d’un filet et d’une anth`ere.
L’organe sexuel femelle ou pistil renferme l’ovaire qui porte les ovules avec les gam`etes femelles.
Un filament, le style, le prolonge et son extr´emit´e ou stigmate re¸coit les grains de pollen.
Des g`enes hom´eotiques (g`enes qui d´eterminent le plan d’organisation) contrˆolent
la mise en place du plan d’organisation de la fleur. Des g`enes sp´ecifiques s’expriment dans chaque
pi`ece florale (cf en haut).
Figure 2 – L’organisation de la fleur
4.2 La pollinisation
Chez la plupart des plantes, mˆeme si la fleur porte les organes reproducteurs mˆales et fe-
melles, la f´econdation se r´ealise entre des fleurs port´ees par des pieds diff´erents.
Le pollen est transport´e jusqu’`a l’appareil reproducteur femelle par le vent et l’eau
mais surtout par les animaux, les insectes pollinisateurs, attir´es par les couleurs, les formes, et les
substances odorantes des fleurs.
Pour atteindre le nectar, liquide riche en glucose enfoui dans la fleur, l’insecte se frotte contre les
anth`eres et accroche des grains de pollen `a son corps. En butinant, il les transportera de fleurs en
fleurs.
Insectes et fleurs se sont transform´es et ont co´evolu´e : une esp`ece d’insecte est souvent
sp´ecialis´ee pour atteindre le nectar d’une fleur.
4.3 De l’ovule `a la graine, de la fleur au fruit
Le pollen d´epos´e sur le pistil germe : un long tube pollinique contenant le gam`ete mˆale
pousse dans le pistil jusqu’`a un ovule contenant le gam`ete femelle.
Apr`es la f´econdation, les ovules se transforment en graines et les fleurs en fruits : les p´etales
fl´etrissent, le pistil grossit et le plus souvent, c’est lui qui engendre le fruit contenant les graines.
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4.4 La dispersion des graines
Apr`es la f´econdation les s´epales, p´etales, et ´etamines fanent. Le pistil se transforme en fruit
et les ovules f´econd´ees deviennent des graines.
Les principaux vecteurs de dispersion des graines sont l’eau, le vent, et les animaux. La structure
de la graine favorise sa dispersion.
Les graines dispers´ees par les animaux sont munies de dispositifs d’accrochage aux poils ou aux
plumes, crochets ou aiguillons. Comme pour le pollen, une co´evolution a eu lieu entre l’animal et
le v´eg´etal. Cette dispersion favorise la survie et la dispersion de la descendance.
5 Sch´ema bilan et autres sch´emas
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