– 852 – 853 851 Lundi 1 février 2016

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851 – 852 – 853
Lundi 1 février 2016
DEVOIR SURVEILLE
n°4
BIOLOGIE ET GEOLOGIE
EPREUVE SUR SUPPORT DE DOCUMENTS
durée 3 h
Le devoir comporte deux parties indépendantes : une partie de géologie et une partie de biologie.
Chacune d’entre elle doit être traitée en 1 h 30 au maximum, en commençant par la géologie :
les copies de géologie seront ramassées 1 h 30 après le début de l’épreuve.
Il sera tenu compte de la qualité de la présentation et de la rédaction (orthographe, grammaire, précision de
l’expression).
L’usage d’abaques, de tables, de calculatrice et de tout instrument électronique susceptible de permettre au candidat
d’accéder à des données et de les traiter par les moyens autres que ceux fournis dans le sujet est interdit.
Le sujet comporte 8 pages
_________________________
1
Partie 1 : Géologie (durée 1 h 30)
Exercice 1 : La structure de la Lune
La Lune est observée depuis très longtemps et a fait l’objet d’études pétrographiques et géophysiques en particulier
grâce aux missions Apollo (1961 – 1975), missions au cours desquelles l’Homme a marché sur la Lune (le 21 juillet
1969 pour la première fois). Les missions Apollo ont permis de faire des expériences de sismique.
Document 1. vitesse des ondes P et S à
l’intérieur de la Lune
1. Rappelez quelles sont les propriétés des ondes P et S.
2. Expliquez quelles caractéristiques de ces ondes permettent de nous renseigner sur la structure du globe
terrestre et les propriétés des milieux traversés.
3. Analysez les vitesses des ondes P et S obtenues (document 1) et, en tenant compte de vos connaissances
de la structure de la Terre, proposez sous la forme d’un schéma un modèle de la structure de la Lune.
On précise que :
- Le rayon moyen de la Lune est de 1738 km.
- Selon l’un des modèles actuels, la Lune aurait un noyau solide de 300 km de rayon.
Plus de 380 kg de roches lunaires ont été ramenées sur Terre et étudiées. La composition chimique des roches
crustales de la Lune a été déterminée et comparée à celle du manteau terrestre (document 2).
SiO2
Composition moyenne des Composition moyenne du Rapport quantitatif de la teneur en éléments
roches crustales de la Lune (%) manteau terrestre (%)
chimiques majeurs entre roches de la croûte lunaire
et roches de la croûte terrestre
45,5
45
0,7
Al2O3
22,2
3
1,3
CaO
15,0
4
2,1
MgO
7,8
40
2,0
FeO
7,5
7
2,1
TiO2
1,3
Na2O
0
0,5
0,21
K2O
0,07
0,5
0,03
3,2
Document 2. Composition chimique des roches crustales de la Lune
et comparaison avec le manteau et la croûte terrestre.
2
4. Comparez les caractéristiques des roches de la croûte lunaire à celles des roches terrestres (croûte et
manteau), proposez une interprétation aux différences observées.
L’activité sismique a été enregistrée sur la face visible de la Lune par les stations Apollo 12, 14, 15 et 16 entre le
21 avril 1972 et le 21 mai 1974 (document 3).
Document 3. Enregistrements des séismes lunaires. 
En abscisse (verticale ici) : temps
En ordonnée (horizontale) : nombre de séismes / jour pour
chacune des 4 stations.
Ce document n’a pas à être exploité pour lui-même.
Un traitement mathématique des données met en évidence
une périodicité de l’activité sismique de 28 jours a été
observée.
5. Compte tenu de ces observations, proposez une
hypothèse sur l’origine de cette activité sismique.
On précise que la durée du mois lunaire est de 28 jours
environ. Un mois lunaire correspond au temps mis par la
Lune pour effectuer une révolution complète autour de la
Terre. Il s'agit également de sa période de rotation sur ellemême.
3
Exercice 2 : Datation isotopique d’un granite du Massif Central
Quatre échantillons de granite ont été récoltés au Nord-Ouest de Clermont-Ferrand. Les rapports isotopiques
87
86
Rb/ Sr et
87
86
Sr/ Sr de ces échantillons sont présentés dans le tableau ci-dessous.
Echantillons
1
2
3
4
87
86
87
Rb/ Sr
1,90
2,90
4,08
4,69
86
Sr/ Sr
0,717
0,721
0,726
0,729
1. Montrer que l’utilisation de ces rapports isotopiques permet de déterminer l’âge de la roche.
2. Indiquer quelles sont les conditions et limites d’utilisation des méthodes de datation absolue.
3. Tracer l’isochrone à partir des données fournies sur papier millimétré.
4. Calculer l’âge de la roche étudiée.
L’application numérique sera approximée car réalisée sans calculatrice.
Vous utiliserez pour cela l’approximation suivante : (et-1)  t
On donne : λ = 1,42 10
-11
-1
-11
an . Cette valeur pourra être arrondie à 1,5 10
Exercice 3 : Etude d’un extrait de la carte d’Alès au 1/50 000
-1
an .
e
Attention : la petite formation verte au Sud-Ouest de Brouzet-les-Alès appartient à C2-3 comme l’indique l’indice situé
juste en dessous, qui la pointe avec une flèche peu visible.
Informations complémentaires à la légende :
Les formations sédimentaires du Trias, non présentes sur l’extrait de carte, présentent des fossiles de faciès attestant
d’un milieu lagunaire pour le Trias inférieur et moyen, et d’un milieu littoral pour le Trias supérieur (Keuper et Rhétien).
Les formations du Lias et du Jurassique sont riches en fossiles d’espèces proches des moules et des huîtres
actuelles. On y trouve également de nombreuses ammonites.
Les formations du Crétacé contiennent de nombreux rudistes et autres fossiles récifaux.
Les formations de l’éocène et de l’oligocène contiennent de nombreux gisements fossiles de mammifères (ex :
Hyracotherium, mammifère qui vivait dans les forêts de l'hémisphère nord pendant l'Éocène ; approximativement de la
taille d'un chien, il pourrait être le premier membre de la lignée évolutive du cheval) ainsi que des algues d’eau douce
(Characées).
1. A partir de l’analyse de l’extrait de carte proposé, indiquer :
- la nature des roches présentes,
- la nature des structures géologiques observées (plis, discordances, failles) : pour chacune d’entre elles
vous indiquerez les critères d’identification, sa localisation, ses caractéristiques (orientation, âge si vous
pouvez la dater…)
2. Récapituler les grandes lignes de l’histoire géologique de la région sous la forme d’une frise
chronologique.
4
Partie 2 : Biologie (durée 1 h 30)
- Vous répondrez aux questions posées en construisant méthodiquement votre argumentation sur l’analyse des
documents proposés et sur vos connaissances.
- Vous ne rédigerez ni introduction, ni conclusion générales.
- Les documents pourront être découpés et intégrés à la copie, à condition d’être exploités.
- Les numéros des documents étudiés seront clairement indiqués.
- Un schéma bilan récapitulant les interprétations devra être réalisé.
Thème : La résistance du riz « non flottant » à une inondation rapide
Extrait du sujet de l’épreuve B du concours Agro-Véto 2013
Certains cultivars (= variétés cultivées) O de riz Oryza sativa sont incapables de résister à une inondation lente et
prolongée. Ils peuvent cependant supporter une inondation brutale et de courte durée des rizières : ils sont dits
tolérants.
Vous expliquerez comment le contrôle de l’expression de quelques gènes aboutit à la résistance des cultivars
tolérants à des inondations de courte durée.
Le bilan sera réalisé sous forme d’un schéma récapitulatif.
1 : Tolérance du riz à une immersion rapide
Le cultivar. sativa ssp japonica Nipponbare est intolérant. Le cultivar O. sativa ssp indica FR13A est tolérant et
survit quelques jours en immersion totale. Cette résistance est héréditaire.
Ces deux cultivars réagissent à l’immersion en produisant de l’éthylène, une hormone végétale ayant un rôle dans la
croissance des plantes. En recherchant les gènes activés en présence d’éthylène, un ensemble de gènes impliqués
dans la résistance à l’immersion a été identifié près du centromère du chromosome 9 : ce locus a été nommé Sub1
(pour submergence 1).
Document 1.A : Organisation du locus Sub1 pour le riz tolérant FR13A et intolérant Nipponbare.
Les flèches indiquent la direction de la transcription. Les rectangles grisés schématisent les zones transcrites non
traduites, les rectangles blancs les régions codantes, les lignes fines les introns, les lignes épaisses les régions
intergéniques.
5
Document 1.B : Niveau d’expression des gènes Sub1A, Sub1B, Sub1C et du gène codant l’actine.
On réalise une RT-PCR semi-quantitative à partir d'ARNm totaux, issus des tiges des deux cultivars (FR13A et
Nipponbare) immergées pendant 0 à 10 jours puis cultivées à l’air libre pendant 1 et 3 jours (noté 1R, 3R). Cette
technique permet de quantifier les ARN présents dans l’échantillon en réalisant une transcription inverse (RT) puis
une PCR sur l’ADNc issu de la transcription inverse. Le mélange issu de chaque réaction de PCR est analysé par une
électrophorèse en gel. Les bandes d’ADN sont révélées par la fluorescence du bromure d’éthidium.
2 : Introduction d’un gène de résistance à l’immersion dans un cultivar intolérant
Par croisements successifs, on a introduit le locus Sub1 de FR13A dans le génome d’un cultivar intolérant O.sativa
ssp japonica M202. On obtient un nouveau cultivar : M202(Sub1).
Par Northern Blot, on a pu vérifier l’expression de Sub1A par le cultivar M202(Sub1) lors d’une immersion.
Les plants de riz ont été immergés pendant 7 jours (à gauche) ou 14 jours (à droite) puis sortis de l’eau et
photographiés 7 jours après.
Document 2. Résultats obtenus.
3 : Tolérance à l’immersion chez le riz non flottant et expression des gènes SLR
Document 3.A : On s’intéresse à l’expression des gènes SLR1 (Slender Rice) et SLRL1 (Slender Rice Like) dans des
plants de riz M202 et M202(Sub1) immergés pendant une durée variable. Ces gènes codent des facteurs de
transcription inhibiteurs de gènes dont les produits sont impliqués dans la voie de synthèse de l’acide gibbérellique
(hormone végétale qui stimule la croissance du riz par allongement des entrenœuds).
6
A l’issue de cette immersion, 5 μg de protéines isolées des tiges ont migré dans un gel SDS-PAGE 10%, ce gel a été
transféré sur une feuille de nitrocellulose, qui a été hybridée avec des anticorps reconnaissant spécifiquement les
protéines SLR1, SLRL1 et actine (analyse par western blot).
Document 3.B : Des plants M202 et M202(Sub1) de 14 jours ont été traités (ou non) avec de l’éthylène (1 ou
100 ppm*) pendant 6 h. Les taux d’ARNm, extraits des entrenœuds, codant Sub1A, SLR1 et SLRL1 sont quantifiés
pour chaque condition. La quantité d’ARNm Sub1A extraits des plants M202(Sub1) non traités est standardisée à la
valeur arbitraire 1. De même, les quantités d’ARNm SLR1 et SLRL1 extraits des plants M202 non traités sont
standardisés à la valeur arbitraire 1,0.
*ppm : partie par million
Document 3.C : L’allongement global de la tige est
mesuré chez M202 et M202(Sub1).
Des plants sont cultivés à l’air libre et soumis à l’action
de ACC* (0 ou 10 μM) et/ou acide gibbérellique (0, 0,1,
ou 1 μM) pendant 5 jours.
*ACC = acide 1-aminocyclopropane-1-carboxylique est
un des intermédiaires de la voie de biosynthèse de
l’éthylène.
Les données sont la moyenne de 3 expériences
indépendantes (n = 45), l’astérisque indique
les
différences significatives en présence et absence d’ACC
pour chaque phénotype.
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4 : Extension des cellules et immersion
Des plants de riz M202 et M202(Sub1) ont été immergés pendant 14 jours, et les tissus foliaires ont été recueillis à
des moments spécifiques (jours 0, 1, 3, 6, 10 et 14). Les ARNm codant l’expansine 5 (ExpA5) ou celui codant l’actine
sont analysés par Northern Blot.
Les expansines sont des protéines agissant sur l’extension des parois des cellules végétales en rompant les liaisons
hydrogènes entre les hémicelluloses et les microfibrilles de cellulose.
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