À propos de cette page
Ce cours de spécialité svt en première sur « La plante, un organisme en interaction avec son environnement » suit le programme officiel de spécialité svt de première. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : La plante, un autotrophe photoautotrophe, La photosynthèse : réactions et bilans, Les échanges gazeux et la feuille, L'absorption de l'eau et des sels minéraux. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de première à réussir en spécialité svt.
Au programme
1 · La plante, un autotrophe photoautotrophe
2 · La photosynthèse : réactions et bilans
3 · Les échanges gazeux et la feuille
4 · L'absorption de l'eau et des sels minéraux
5 · La nutrition minérale et les symbioses
6 · Les adaptations aux contraintes environnementales
7 · La régulation de la croissance par les hormones
1La plante, un autotrophe photoautotrophe
Les plantes sont des organismes autotrophes : elles synthétisent leur propre matière organique à partir de matière minérale (CO₂, eau, sels minéraux) en utilisant l'énergie lumineuse. On les qualifie de photoautotrophes.
Définition. L'autotrophie est la capacité d'un organisme à synthétiser ses propres molécules organiques à partir de molécules inorganiques simples. Chez les plantes, l'énergie utilisée est la lumière (photosynthèse).
La matière organique produite par les plantes constitue la base des chaînes trophiques terrestres. La plante a donc un rôle de producteur primaire dans les écosystèmes.
Exemple. Un chêne capte le CO₂ atmosphérique, l'eau du sol et des ions minéraux pour fabriquer du glucose, de l'amidon, de la cellulose, des acides aminés, etc. — sans consommer d'autres organismes.
| Type nutritionnel | Source de carbone | Source d'énergie |
|---|
| Photoautotrophe (plante) | CO₂ (minéral) | Lumière |
| Chimioautotrophe (bactéries nitrifiantes) | CO₂ (minéral) | Réactions chimiques |
| Hétérotrophe (animal, champignon) | Molécules organiques | Oxydation matière organique |
2La photosynthèse : réactions et bilans
La photosynthèse est le processus qui permet aux plantes de convertir l'énergie lumineuse en énergie chimique stockée dans les molécules organiques. Elle se déroule dans les chloroplastes, organites présents principalement dans les cellules des feuilles.
Bilan général de la photosynthèse :
$$6\,CO_2 + 6\,H_2O \xrightarrow{\text{énergie lumineuse}} C_6H_{12}O_6 + 6\,O_2$$
Le glucose ($C_6H_{12}O_6$) est la molécule organique produite ; l'O₂ est un sous-produit libéré.
La photosynthèse comprend deux étapes couplées :
- La phase photochimique (claire) : dans les thylakoïdes, les pigments photosynthétiques (chlorophylles a et b, caroténoïdes) absorbent la lumière. Cette énergie est utilisée pour photolyser l'eau ($H_2O \rightarrow 2H^+ + \frac{1}{2}O_2 + 2e^-$) et produire de l'ATP et du NADPH.
- La phase biochimique (cycle de Calvin) : dans le stroma, l'ATP et le NADPH produits sont utilisés pour réduire le CO₂ en glucides (fixation du carbone via le cycle de Calvin, impliquant l'enzyme RuBisCO).
Astuce. Pour retenir les deux phases : la phase photochimique dépend de la lumière (photo) et a lieu dans les thylakoïdes ; la phase biochimique (cycle de Calvin) dépend de la température et se déroule dans le stroma. Les deux sont couplées.
Schéma des deux étapes couplées de la photosynthèse dans le chloroplaste.
Attention ! L'O₂ libéré lors de la photosynthèse provient de la photolyse de l'eau, pas du CO₂. C'est une erreur fréquente au bac.
3Les échanges gazeux et la feuille
Les feuilles sont les principaux organes des échanges gazeux. Leur structure est adaptée à la photosynthèse et aux échanges avec l'atmosphère.
- Le limbe : surface plane maximisant la capture lumineuse.
- Les stomates : pores microscopiques à la surface des feuilles (surtout face inférieure), délimités par deux cellules de garde. Ils permettent l'entrée du CO₂ et la sortie de l'O₂ et de la vapeur d'eau (transpiration).
- Les espaces lacunaires : espaces intercellulaires du mésophylle lacuneux permettant la diffusion des gaz vers les cellules chlorophylliennes.
Régulation des stomates. À la lumière et en conditions hydriques favorables, les cellules de garde gonflent (par entrée d'ions K⁺ et d'eau par osmose) → stomates ouverts. En cas de stress hydrique, l'ABA (acide abscissique) provoque la fermeture des stomates pour limiter la transpiration.
La plante réalise en permanence la respiration cellulaire (mitochondries) et la photosynthèse (chloroplastes, uniquement à la lumière). Le point de compensation lumineux est l'intensité lumineuse pour laquelle la photosynthèse compense exactement la respiration (bilan nul de CO₂).
Courbe de réponse photosynthétique : en dessous du point de compensation (ici ~3 klux), la respiration l'emporte ; au-delà, la photosynthèse nette est positive.
Exemple. Une plante à l'obscurité totale ne réalise que la respiration : elle consomme O₂ et libère CO₂. À la lumière intense (lumière saturante), la photosynthèse atteint son maximum (plateau) car les enzymes du cycle de Calvin deviennent limitantes.
4L'absorption de l'eau et des sels minéraux
Les plantes absorbent l'eau et les ions minéraux (NO₃⁻, H₂PO₄⁻, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺…) à partir du sol via leurs racines. Cette absorption passe par les poils absorbants, qui augmentent considérablement la surface d'échange racinaire.
Voies d'entrée de l'eau et des ions dans la racine :- Voie apoplastique : circulation dans les parois cellulaires (blocage au niveau de l'endoderme par les bandes de Caspary).
- Voie symplastique : passage de cellule en cellule via les plasmodesmes.
L'eau remonte dans la plante par le xylème (vaisseaux conducteurs) sous l'effet de la transpiration foliaire (perte d'eau par évaporation via les stomates), qui crée un déficit de pression tirant la colonne d'eau vers le haut : c'est la théorie de la cohésion-tension.
Les ions minéraux sont absorbés par transport actif (contre leur gradient de concentration, avec dépense d'ATP) via des protéines de transport membranaires.
Astuce. Les ions nitrates (NO₃⁻) sont indispensables à la synthèse des acides aminés et des protéines. Leur carence provoque un jaunissement des feuilles (chlorose). Les phosphates (H₂PO₄⁻) entrent dans la composition de l'ATP et des membranes (phospholipides).
5La nutrition minérale et les symbioses
Pour améliorer leur nutrition minérale, de nombreuses plantes établissent des associations symbiotiques avec des micro-organismes du sol.
Symbiose. Association durable et étroite entre deux organismes d'espèces différentes, bénéfique pour les deux partenaires.
Les mycorhizes sont des associations entre les racines des plantes et des champignons. Le champignon :
- augmente la surface d'absorption racinaire et améliore l'accès aux phosphates ;
- reçoit en contrepartie des glucides (photosynthétats) de la plante.
On distingue les ectomycorhizes (champignon entoure la racine) et les endomycorhizes (champignon pénètre dans les cellules racinaires, arbuscules).
La nodosité racinaire chez les Légumineuses : les bactéries du genre Rhizobium colonisent les racines et forment des nodosités. Dans ces nodosités, les bactéries fixent l'azote atmosphérique (N₂) et le transforment en ammoniac (NH₃) assimilable par la plante. La plante fournit glucides et abri en échange.
Exemple. Le trèfle et la luzerne associés à Rhizobium peuvent pousser sur des sols pauvres en azote. C'est pourquoi ces plantes sont utilisées en agriculture pour enrichir les sols (engrais verts).
Les échanges mutuellement bénéfiques entre la plante et son champignon mycorhizien.
6Les adaptations aux contraintes environnementales
Les plantes ont développé de nombreuses adaptations morphologiques, anatomiques et physiologiques pour faire face aux contraintes de leur environnement (disponibilité en eau, température, lumière, sol).
| Contrainte | Type de plante | Adaptation |
|---|
| Sécheresse (xérophytes) | Cactus, euphorbes | Stomates enfoncés, feuilles réduites en épines, tiges succulentes (réserve d'eau) |
| Excès d'eau (hygrophytes) | Nénuphar, jonc | Lacunes aérifères (aérenchyme) pour l'approvisionnement en O₂ des racines |
| Ombre (sciaphytes) | Lierre, fougères | Feuilles larges et minces, davantage de chlorophylle |
| Plein soleil (héliophytes) | Tournesol, blé | Cuticule épaisse, feuilles dressées réduisant l'ensoleillement direct |
Plasticité phénotypique. Capacité d'un même génotype à exprimer des phénotypes différents selon les conditions environnementales, sans modification du génome. Les plantes en sont des exemples remarquables.
La photopériode (durée quotidienne d'éclairement) influence aussi les plantes : elle déclenche la floraison chez de nombreuses espèces (plantes de jours longs comme le blé, plantes de jours courts comme le chrysanthème).
Attention ! L'adaptation peut être individuelle (plasticité phénotypique, réversible) ou évolutive (sélection naturelle de génotypes mieux adaptés, non réversible au cours de la vie d'un individu). Ne pas confondre les deux.
7La régulation de la croissance par les hormones végétales
La croissance et le développement des plantes sont régulés par des phytohormones (hormones végétales) produites dans certains tissus et agissant à distance sur d'autres organes.
| Hormone | Lieu de production | Effets principaux |
|---|
| Auxine (AIA) | Apex des tiges, jeunes feuilles | Élongation cellulaire, tropisme, dominance apicale |
| Cytokinines | Racines | Division cellulaire, différenciation, délai de sénescence |
| Gibbérellines | Graines, apex | Germination, élongation des entre-nœuds, floraison |
| ABA (acide abscissique) | Feuilles, racines | Dormance des graines, fermeture des stomates en stress hydrique |
| Éthylène | Fruits, feuilles vieillissantes | Maturation des fruits, sénescence, chute des feuilles |
Exemple — le phototropisme. L'auxine est synthétisée à l'apex des tiges. En présence d'une lumière unilatérale, l'auxine migre du côté ombré de la tige. Les cellules du côté ombré s'allongent davantage → courbure de la tige vers la lumière. C'est le phototropisme positif.
Astuce. Le mot « phytohormone » vient de phyton (plante) et hormao (exciter, stimuler). Comme les hormones animales, les phytohormones agissent en faibles concentrations et ont des effets différents selon le tissu cible et la concentration.
★À retenir
En bref :
• La plante est un photoautotrophe : elle synthétise sa matière organique par photosynthèse (dans les chloroplastes) à partir de CO₂, H₂O et lumière.
• Bilan : $6\,CO_2 + 6\,H_2O \xrightarrow{\text{lumière}} C_6H_{12}O_6 + 6\,O_2$
• La photosynthèse comprend une phase photochimique (thylakoïdes : ATP + NADPH) et un cycle de Calvin (stroma : fixation du CO₂).
• Les stomates régulent les échanges gazeux et la transpiration ; ils se ferment sous l'action de l'ABA en cas de stress hydrique.
• L'eau et les ions (NO₃⁻, H₂PO₄⁻…) sont absorbés par les poils absorbants et montent dans le xylème par la cohésion-tension.
• Les mycorhizes et les nodosités à Rhizobium sont des symbioses améliorant la nutrition minérale.
• La plasticité phénotypique permet aux plantes de s'adapter à leur environnement (lumière, eau, température).
• Les phytohormones (auxine, ABA, éthylène…) coordonnent croissance, développement et réponses aux stress.