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Thème 2 – Enjeux planétaires contemporains : énergie, sol Séance 1 : le rôle de la photosynthèse

Les végétaux, comme tout être vivant, sont constitués de matière organique. Ils sont à la

base des chaînes alimentaires. En quoi la En quoi la photosynthèsephotosynthèse permet permet -- el le el le l’entrée de l’entrée de matière minéralematière minérale e t e t

d’d’ énergieénergie dans la dans la biosphèrebiosphère ??

Capacités : exploiter des résultats expérimentaux.

La photosynthèse à l’échelle du végétal.

Dans les expériences suivantes, on étudie une feuille de Pelargonium. Dans les trois expériences, on éclaire les feuilles (panachée ou non) pendant 24 h sous une lumière forte, mais on prend soin de placer un cache opaque sur une partie de la feuille dans l’expérience 2.

Au bout de 24 heures, on prélève les feuilles, puis on les plonge quelques minutes dans l’alcool bouillant (de manière à tuer la feuille et à dissoudre les pigments). On recouvre ensuite de lugol (eau iodée) et on rince.

Les expériences réalisées.

© http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/Photosynthese - Réaliser un schéma des résultats expérimentaux et les analyser (déterminer en premier lieu le rôle du lugol).

Dans l’expérience suivante, on place une feuille d’élodée pendant 24 heures à la lumière. On colore ensuite cette feuille au lugol.

Aspect sans coloration au lugol.

Coloration au lugol.

La synthèse d’amidon dans des cellules de feuille d’Elodée observées au microscope photonique (et schéma d’interprétation à légender). http://bips.carrefour-education.qc.ca/scenarios/SVT/photosynth/3eme_exp.htm

- Légender le schéma et analyser les résultats de l’expérience.

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Dans l’expérience suivante, deux feuilles de lantana sont placées dans deux erlenmeyers. L’un contient de l’eau enrichie en CO2, l’autre de la potasse, qui absorbe le CO2. Après 24h à la lumière, les feuilles sont prélevées et traitées au lugol.

Étude du rôle du CO2 dans la production de matière organique par un végétal vert.

© SVT 2nde Belin 2010 - Exploiter les résultats expérimentaux afin de montrer ce qu’apporte cette expérience.

On veut désormais visualiser la molécule d’amidon, mise en évidence dans les expériences précédentes. Pour cela, ouvrir le logiciel RasTop, et sélectionner le fichier « amidon » dans le dossier molécule 3d , puis mat_orga (la molécule à l’écran n’est qu’un extrait de la grosse molécule d’amidon). - Passer la molécule en « boules et bâtonnets ». - Donner la constitution de l’amidon. Préciser, à l’aide de vos connaissances, la nature de cette molécule. - Exploiter les documents du livre page 111 (documents 3 et 4) afin de montrer que les sels minéraux sont, en plus du CO2, nécessaires à la production de matière par les végétaux.

La culture hors sol de la tomate.

© http://www.crdp-reims.fr/cddp10/ressources/mediatheque/dossiers/tomates/tomates.htm - Bilan sur la photosynthèse.

La photosynthèse à l’échelle de la planète : notion de biomasse et de productivité primaire. - Ouvrir le livre aux pages 114 et 115 et répondre aux questions. - Bilan sur l’importance planétaire de la photosynthèse.

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Correction. Expérience 1. Le lugol sert à mettre en évidence l’amidon. Il devient bleu noir en sa présence. Expérience a. toute la feuille devient bleue-nuit (cas témoin). Il y a production d’amidon. Expérience b. Sous le cache, absence de coloration. La lumière est nécessaire à la synthèse d’amidon. Expérience c. Dans la zone périphérique, non verte, absence de coloration. La chlorophylle est nécessaire à la synthèse d’amidon. Expérience 2. L’amidon se situe dans les organites verts (qui contiennent de la clorophylle), les chloroplastes. Ce sont eux qui fabriquent l’amidon. Expérience 3. Les feuilles restent vertes en présence de lumière, mais en l’absence de CO2. Elles deviennent bleu foncé en présence de CO2 : il y a donc synthèse d’amidon. La synthèse d’amidon nécessite donc de la lumière. Expérience 4. La plante verte fabrique à la lumière des sucres et des acides aminés. Ces molécules sont riches en carbone et en oxygène que la plante peut trouver dans le CO2 et l’eau. Les acides aminés sont en outre constitués d’azote et parfois de soufre, il faut donc que le végétal trouve ces éléments dans le milieu de vie. Dans le cas de la culture hors sol, ce sont les sels minéraux de la solution nutritive qui apportent azote et soufre, mais aussi d’autres éléments chimiques qui permettent le bon fonctionne- ment de la plante, par exemple en favorisant le métabolisme cellulaire. Bilan : photosynthèse. Production de matière organique (molécules organiques), chez les végétaux chlorophylliens, à partir de lumière, d’eau, de CO2 et de sels minéraux. La matière organique constitue ainsi la biomasse. Biomasse : masse de matière organique qui constitue un organisme vivant. Elle est exprimée en masse de carbone. Equation : CO2 + H2O + énergie lumineuse molécules organiques + O2.

Correction de la partie sur le livre. 1. Les écosystèmes les plus productifs sont les littoraux. Ceci est particulièrement visible au niveau de la mer du Nord, des côtes africaines atlantiques (Sénégal, Gabon, Angola, Namibie), de l’Amérique du Sud, de la Nouvelle Zélande, du Japon... 76 2. Les organismes photosynthétiques occupent une bonne partie des continents et une grande partie des littoraux et des mers peu profondes. Leur productivité primaire nette, c’est-à-dire la matière organique qui est disponible pour les autres êtres vivants varie en fonction des saisons au gré des variations d’insolation et de température. Le soleil a donc par ce biais une influence sur le fonctionnement de l’ensemble de la biosphère. La photosynthèse a une importance planétaire. 3. Dans un écosystème, les consommateurs fabriquent leur matière en utilisant de la matière organique déjà produite par les végétaux ou d’autres consommateurs. Ils utilisent ainsi, directement ou indirectement, de la matière minérale et de l’énergie issue de l’activité photosynthétique des plantes. Au sein des écosystèmes, il existe un long flux d’énergie dont la matière, en passant de maillon en maillon des chaînes alimentaires, est le support. Ce flux a pour origine la lumière. 4. Dans un écosystème à l’équilibre, la matière organique morte est recyclée en matière minérale disponible pour la production primaire. La fuite de matière organique mal dégradée par les rivières prive donc l’écosystème d’une partie de ses ressources. De plus, il convient de se poser la question du devenir de cette matière organique mal dégradée qui, transportée par les rivières, va être ensevelie sous des sédiments dans des bassins océaniques. Productivité primaire : somme des biomasses produites par les végétaux chlorophylliens en un lieu donné pendant un an. Elle s’exprime en masse de carbone par unité de surface et par an. Conclusion : la photosynthèse permet, à l’échelle de la planète, l’entrée de matière minérale et d’énergie dans la biosphère (ensemble du monde vivant). La lumière solaire permet, dans les parties chlorophylliennes des végétaux, la synthèse de matière organique à partir d'eau, de sels minéraux et de dioxyde de carbone. Ce processus permet, à l’échelle de la planète, l’entrée de matière minérale et d’énergie dans la biosphère. Objectifs et mots clés. Photosynthèse, productivité primaire, biomasse. (Collège. Première approche de la nutrition des végétaux ; réseau alimentaire.) [Limites. Aucun mécanisme cellulaire ou moléculaire n’est attendu.] Établir, à l’aide d’arguments expérimentaux, les grands éléments de bilan de la photosynthèse. Recenser, extraire et organiser des in formations pour prendre conscience de l’importance planétaire de la photosynthèse.