Génétique et évolution Chapitre 5 : TP 7

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Poste 1 : les racines des surfaces d’échange avec le sol
Leur longueur ainsi que leurs ramifications permettent à la plante d’explorer les différentes couches du sol
autour d’elle, et éventuellement d’entrer en contact avec l’eau qu’il contient.
À l’échelle microscopique, les poils absorbants sont bien adaptés à leur fonction de prélèvement de l’eau et
des ions du sol : finesse des parois, longueur de chaque poil, grand nombre de poils par unité de surface,
etc.
Poste 2 : Liaison feuilles/racines.
Xylème et phloème se superposent dans la tige, ils se trouvent en périphérie. Ils sont au centre et en
alternance dans les racines. Ils sont superposés et dans les nervures au niveau des feuilles.
Xylème et phloèmes sont présents dans les racines (doc. 2c), dans les tiges (doc. 1b, 1c, 1d), dans les
feuilles (doc. 2a) Ces tubes parcourent donc l’ensemble de la plante, reliant organes aériens et
souterrains.
Poste 3 et 4 : Les feuilles surface d’échanges avec l’atmosphère.
Les feuilles sont fines, planes : elles présentent une grande surface d’absorption à la lumière, elles
présentent de stomates, ouvertures permettant les échanges gazeux.
– richesse en cellules chlorophylliennes sur la face supérieure de la feuille (là où arrive la lumière).
– disposition des stomates principalement sur la face inférieure de la feuille (à l’abri d’un échauffement
direct par le soleil et évitant donc la déshydratation de la feuille).
– présence d’une cuticule supérieure (protection contre la déshydratation).
Les stomates permettent des échanges gazeux avec l’atmosphère : CO2 absorbé pour la photosynthèse (et
rejeté par la respiration), O2 rejeté par la photosynthèse (et absorbé pour la respiration), vapeur d’eau
perdue lors de la transpiration foliaire stomatique. Ils s’ouvrent à la lumière (de l’aube au crépuscule),
permettant l’absorption de CO2 et la synthèse de matières organiques. Mais ils se referment lorsque
l’ensoleillement est maximal (forte chaleur en milieu de journée), ce qui limite la déshydratation de la
plante par transpiration stomatique. La transpiration cuticulaire est limitée par la cuticule cireuse qui
recouvre l’épiderme supérieur.
Les structures permettant les échanges avec l’atmosphère sont les stomates des feuilles. Ils assurent les
échanges gazeux de la photosynthèse (absorption du CO2 atmosphérique, rejet de O2) et de la respiration
(absorption du O2 atmosphérique, rejet de CO2). Mais ils sont aussi un site de perte d’eau et leur ouverture
peut s’accompagner d’une déshydratation de la plante. Aussi, ces stomates sont-ils disposés essentiellement
sur la face inférieure des feuilles (rares voire absents sur la face supérieure), et ne s’ouvrent qu’à la
lumière si la chaleur n’est pas excessive.
Les structures permettant les échanges avec le sol sont les poils absorbants. Ils assurent l’entrée de la
solution minérale du sol. Leur longueur et leur nombre, importants, sont modulables en fonction des
caractéristiques de structure et de composition du sol, permettant ainsi de pallier à d’éventuelles variations
des ressources nutritives du sol (eau, sels minéraux).
Activité 1 : comparaison des surfaces d’échange entre une plante et un mammifère.
Les analogies et les différences
L’entrée d’énergie se fait au niveau de surfaces importantes de l’ordre de 2,5 m2/ kg , cependant :
- chez la plante, l’énergie utilisée est rayonnante et ubiquiste, elle entre par des surfaces externes sans un
besoin de recherche : la surface externe d’un végétal est 100 fois supérieure à la surface externe de
l’Homme.
- chez les mammifères, l’énergie utilisée est chimique contenue dans des nutriments qui proviennent de

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l’alimentation qui doit être recherchée, elle entre par des surfaces internes. Les échanges gazeux se font
entre l’atmosphère et l’être vivant par des orifices ; à l’intérieur de l’organisme il existe des espaces
gazeux ou se font les échanges, cependant :
- les stomates (orifices) sont nombreux chez la plante, les échanges se font ensuite directement entre les
espaces gazeux et les cellules ; ils permettent :
◦ les échanges de la respiration, analogie avec les alvéoles pulmonaires : la surface d’échange est 50
à 80 fois plus importante que chez l’Homme ;
◦ mais surtout l’absorption du CO2 est un élément nutritif de la plante indispensable à la synthèse de
matière organique par la photosynthèse, analogie avec l’intestin : la surface d’échange est 20 à 60 fois plus
importante que chez l’Homme.
- chez le mammifère il existe seulement deux types d’orifices (les narines et la bouche chez l’Homme),
les échanges se font indirectement entre les alvéoles et les cellules : les gaz sont transportés par le
sang.
L’entrée de l’eau et des sels minéraux se fait au niveau de grandes surfaces, cependant :
- externes et souterraines chez les végétaux directement au contact de ces ressources : la surface
d’échange est 70 à 200 fois plus importante que celle de l’Homme ;
- internes chez les mammifères qui doivent se déplacer pour les rechercher dans leur environnement.
La plante utilisant une énergie ubiquiste n’a pas besoin de se déplacer à sa recherche, elle peut donc être
fixée, cependant son flux faible l’oblige à développer un grand nombre de feuilles et une surface d’échange
très grande pour absorber le CO2 nécessaire à la photosynthèse.
Pour se procurer l’eau et les sels minéraux, elle doit développer des surfaces d’échanges qui vont puiser
directement ces molécules à la source, c’est à dire dans le sol où ces ressources sont rares, elle développe
de longues racines et de grandes surfaces d’échanges.
D’autre part, les racines permettent à la plante de résister à la prise au vent, si elle n’était pas fixée elle
ne pourrait pas se maintenir droite.
En utilisant l’énergie solaire, la plante présente des surfaces d’échanges et une forme adaptées à la vie
fixée.
Analogies
Différences
Plantes
Mammifères
Entrée
d’énergie
Grandes
surfaces de
l’ordre de
2.5m2/kg
Energie rayonnante et
ubiquiste, entre par des
surfaces externes 100 fois plus
importantes que chez l’H
Energie chimique contenue
uniquement dans les nutriments
Echanges
gazeux
Par des orifices
spécialisés
Beaucoup d’orifices, les
stomates, gaz directement
accessible aux cellules via les
chambres sous-stomatiques
Orifices, bouche et narines, très peu
nombreux ! échanges indirects car
passage obligatoire par les alvéoles
et transport par le sang.
Entrée d’eau
et de sels
minéraux
Se fait au niveau
de grandes
surfaces
Externe par les stomates et
souterraine. Surface d’échange
70 à 200 fois plus importante
que chez l’H.
Internes, les animaux doivent se
déplacer pour la rechercher.

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