THEME 2 – Enjeux Planétaires contemporains / 2a : De la plante sauvage à la plante domestiquée

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CHAPITRE 8 : Organisation fonctionnelle des plantes à fleurs

Prérequis (collège / seconde / 1ère spé)

NA EC A

Localisation de la production de matière organique

Prélèvement du C02 de l’air

Prélèvement de l’eau et des sels minéraux dans le sol

Utilisation de la matière organique

Structure d’une cellule végétale chlorophyllienne

Les flux de matières dans la plante

Micro-organismes et nutrition des plantes

Savoirs faire attendus à la fin du chapitre

NA EC A

Conduire l’étude morphologique simple d’une plante commune mettant en lien structure et fonction. (Activité 1 ; TP1)

Estimer les surfaces d’échange d’une plante par rapport à sa masse ou son volume (TP2)

Mettre en œuvre un protocole expérimental de localisation des zones d’élongation au niveau des parties aériennes ou souterraines (TP2)

Étudier les surfaces d’échange des mycorhizes, associations symbiotiques entre champignons et racines de plantes (TP1)

Réaliser et observer des coupes dans des organes végétaux afin de repérer les grands types de tissus conducteurs (phloème, xylème) (TP1, activité 2)

Étudier et/ou réaliser les expériences historiques sur l’action de l’auxine dans la croissance racinaire ou caulinaire (activité 3).

Établir des protocoles montrant l’influence des conditions de milieu (lumière, gravité, vent) sur le développement de la plante (activité 3).

A lire avant tout : Rappels: nutrition et organisation des

plantes

Introduction :

Une plante est un être vivant fixé et pourvu d’un

appareil végétatif, composé de racine, de tige et de

feuille. L’appareil végétatif est composé de l’appareil

racinaire qui est en contact avec le sol et de l’appareil

aérien qui est en contact avec l’atmosphère. Les plantes

regroupent notamment les plantes à fleurs

(Angiospermes), les Gymnospermes (sapins, pins) et

les fougères.

Les plantes sont fixées au sol par leur appareil

racinaire. Elles ne peuvent donc se soustraire aux

contraintes du milieu (température, humidité, prédateurs,

substances nutritives …).

Problématique générale : comment les structures

végétales permettent-elles le mode de vie fixée ?

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Selon leur milieu de vie, les plantes présentent des adaptations, notamment morpho-

anatomiques qui leur permettent de vivre fixées dans des environnements différents (voir les exemples

de l’activité 1 p 198-199). Elles adaptent un ou plusieurs de leurs organes végétatifs.

I/ Le prélèvement et la distribution de la matière dans la plante

TP1 : L’organisation fonctionnelle de la plante

Activité 1 p 198-199

Activité 2 p 200-201

a) Les surfaces d’échange dans la plante

Les surfaces d’échanges végétales ont une ampleur de l’ordre de 100 à 1000 fois plus grandes

que celles des animaux (20 à 150 cm2/kg chez les végétaux contre 0,02cm2/kg chez l’humain). Ces

vastes surfaces d’échanges permettent de capter une importante quantité de ressources (eau, ions

du sol, lumière, gaz) afin de compenser les contraintes de la vie fixée.

Comparaison des surfaces d’échanges entre une plante et un mammifère : homme de 70 kg, 1,80m et volume

de 0,32m3 (d’après eduscol.education.fr)

b) L’appareil racinaire : un système souterrain ramifié

(voir ex 8 page 218-219)

Les racines sont très ramifiées, très longues et présentent de très nombreux poils absorbants qui

augmentent considérablement la surface de contact avec l’eau du sol. Les poils absorbants sont des

cellules de la couche cellulaire périphérique qui sont très allongées et qui absorbent l’eau et les sels

minéraux de façon active. (doc 4 page 201)

Une majorité des plantes sauvages noue des relations symbiotiques avec des champignons du

sol, observables de couleur jaune/orangé autour des racines. Il s’agit des mycorhizes : ce sont des

associations entre des champignons du sol et les racines des végétaux. Il y a bénéfice réciproque

pour les 2 partenaires : le champignon absorbe l’eau très efficacement et en donne une grande partie

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à la plante tandis que la plante produit la matière organique qu’elle retourne au champignon : c’est une

symbiose. Les plantes mycorhizées ne présentent pas de poils absorbants !

Principaux types mycorhiziens actuels représentés sur une coupe transversale de racine modifié d’après de F. Le Tacon, INRA

Nancy- La Recherche n° 166 mai 1985 repris dans l’excellent livre de F. HALLE AUX ORIGINES DES PLANTES éditions Fayard 2008

c) Les organes aériens et la photosynthèse

Les feuilles présentent un rapport surface/volume très fort : la surface est maximale et le

volume est minimal grâce à une structure plate. Des coupes transversales de feuilles de végétaux

montrent :

- un épiderme supérieur formé d’une seule couche de cellules non chlorophylliennes, parfois

recouvert d’une couche cireuse (protectrice), la cuticule, peu perméable aux échanges de gaz ou de

solutions.

- un parenchyme chlorophyllien palissadique constitué de cellules riches en chloroplastes, aux

parois minces et aux vacuoles bien développées : c’est la zone principale de capture de l’énergie

lumineuse.

- un parenchyme chlorophyllien lacuneux dans lequel les cellules ne sont pas toutes en contact :

c’est une surface d’échange où la capture de l’énergie lumineuse est moindre mais où la capture du

CO2 est très forte.

pelotons

peloton digéré

tissus racinaires

cylindre central

endoderme

hyphes externes

sporocyste rempli

de spores

arbuscules

vésicule

‘’manteau’’

mycélien

réseau de Hartig : mycélium

intercellulaire

Endomycorhizes à pelotons

des Orchidaceae

Endomycorhizes à pelotons des

Ericaceae et hélianthèmes

Endomycorhizes

à arbuscules

cèpe truffe

Ectomycorhizes

Ectendomycorhizes

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- un épiderme inférieur, non chlorophylliens, recouvert de cires et régulièrement interrompu par des

perforations : les stomates

Les stomates permettent les échanges gazeux entre l’atmosphère et le milieu intérieur de la

plante (entrée de CO2, sortie d’O2 et évaporation d’eau H2O). Les stomates sont formés par deux

cellules de garde (chlorophylliennes, permettant de réaliser la photosynthèse) entourant un orifice

appelé ostiole. L’ouverture de l’ostiole est variable et peut être contrôlée. Ils s’ouvrent à la lumière et

se ferment à l’obscurité ou lors de fortes chaleurs. Les stomates sont présents principalement sur les

faces inférieures des feuilles afin de réaliser une économie d’eau. (Voir documents 2 et 3 page 200)

d) La circulation de matière dans les plantes

L’absorption de l’eau et des ions a lieu dans les racines alors que la photosynthèse a lieu dans les parties aériennes. Il est donc nécessaire de réaliser des échanges via les sèves (voir document 6 page 203) :

- la sève brute est conduite par le xylème et remonte vers les tiges et les feuilles. Les vaisseaux du xylème sont généralement de grande taille, formés de cellules mortes (vides) et renforcés par des dépôts de lignine. Dans les feuilles, les vaisseaux du xylème se ramifient pour amener l’eau et les sels minéraux à l’ensemble des cellules foliaires.

- la sève élaborée, conduite par le phloème qui distribue la sève élaborée vers les tiges, les racines mais aussi vers les bourgeons, les fleurs, les graines, les fruits. Les vaisseaux du phloème sont généralement plus petits et formés de cellules vivantes qui communiquent par des ponctuations.

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II/ La croissance et la différenciation chez les plantes

TP2 : La croissance des plantes

Le développements des plantes se déroule grâce à deux phénomènes : la croissance et la

différenciation de certains organes.

a) La croissance des végétaux

Document 2 page 204 L’observation des extrémités des organes de la plante (apex) des tiges ou des racines montre

qu’ils sont constitués de massifs de cellules petites, cubiques, se divisant activement par mitose (figures de mitose fréquente dans ces cellules) : ces zones sont des méristèmes. Nb : les cellules en arrière du méristème sont beaucoup plus allongées et ne se divisent plus : on parle

de zone d’élongation.

b) L’organogenèse et la différenciation des organes des végétaux

Document 5 et 6 page 205 La différenciation repose sur la différenciation des cellules qui permet de former de nouveaux

organes (fleur, fruit …) : on parle d’organogenèse. Lors de la différenciation, il y transformation des

méristèmes (ex : transformation du méristème apical en méristème floral). Le fonctionnement du méristème est très contrôlé et permet la mise en place de structures

répétées et modulaires : les phytomères (1 entre-nœud + un nœud + feuille + bourgeon axillaire). Enfin, la dernière étape du développement au niveau cellulaire consiste en une différenciation

des cellules (ex : apparition de cellules de poils absorbants).

c) Le contrôle du développement

Activité 5 p 206-207

Des plantes identiques placées dans des milieux différents vont présenter des phénotypes différents (forme, taille, port). Le développement végétal est donc influencé par les conditions du milieu : lumière, humidité, vent, gravité …

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La modulation de la croissance permet d’optimiser le prélèvement des ressources. Par exemple, le phototropisme permet d’augmenter l’exposition à la lumière et rend la photosynthèse plus efficace.

La croissance est modulée par la production d’hormones végétales (ou phytohormones) comme

l’auxine, qui contrôlent le développement de la plante (croissance et différenciation).

Schéma bilan récapitulatif ( à compléter à partir du belin p213)

Connaître la définition des termes page 212