La plante, un organisme en interaction avec son environnement

Exercice 1 — Bilan de la photosynthèse et ses étapes
Corrigé :
1. $6\,CO_2 + 6\,H_2O \xrightarrow{\text{lumière}} C_6H_{12}O_6 + 6\,O_2$
2. a) Phase photochimique → thylakoïdes ; b) Cycle de Calvin → stroma.
3. La photolyse de l'eau ($2\,H_2O \rightarrow 4\,H^+ + 4\,e^- + O_2$) fournit des électrons à la chaîne de transport et produit l'O₂ libéré. L'O₂ provient donc de l'eau (confirmé par utilisation d'eau marquée H₂¹⁸O).
4. Sans lumière, la phase photochimique est bloquée : plus d'ATP ni de NADPH produits → le cycle de Calvin s'arrête → pas de fixation du CO₂ → photosynthèse nulle. Seule la respiration continue.

Exercice 2 — Absorption de l'eau et des ions minéraux
Corrigé :
1. Voie apoplastique : circulation dans les parois cellulaires (apoplasme) sans traverser les membranes. Voie symplastique : passage de cellule en cellule via les plasmodesmes (symplasme = ensemble des cytoplasmes reliés).
2. Les bandes de Caspary (dépôts de subérine dans les parois de l'endoderme) bloquent la voie apoplastique → forcent l'eau et les ions à traverser la membrane plasmique des cellules endodermiques (contrôle sélectif de l'absorption).
3. Les ions minéraux sont présents en faible concentration dans la cellule racinaire par rapport au sol, mais sont absorbés par transport actif (contre leur gradient de concentration). Ce transport actif nécessite des protéines de transport et de l'ATP.

Exercice 3 — Symbioses racinaires et nutrition azotée
Corrigé :
1. Symbiose : association durable et étroite entre deux organismes d'espèces différentes, bénéfique pour les deux partenaires.
2. La plante fournit des glucides (produits de la photosynthèse) et un abri (nodosités racinaires) à Rhizobium. En échange, Rhizobium fixe l'azote atmosphérique (N₂ → NH₃) et fournit à la plante une source d'azote assimilable pour synthétiser ses acides aminés et protéines.
3. En agriculture durable, les Légumineuses enrichissent le sol en azote (engrais vert, rotation de culture), réduisant le recours aux engrais azotés synthétiques (coûteux et polluants — eutrophisation des eaux).

Exercice 4 — Adaptations des plantes à leur environnement
Corrigé :
1. Plasticité phénotypique : capacité d'un même génotype à exprimer des phénotypes différents en réponse aux variations environnementales, sans modification du génome. Exemple : une même espèce (ex. lierre) produit des feuilles larges et minces à l'ombre (maximise la capture lumineuse) et des feuilles plus petites et épaisses en plein soleil (limite la perte d'eau et la photoinhibition).
2. Xérophyte (milieu sec) : feuilles réduites en épines ou absentes, cuticule épaisse, stomates enfoncés dans des cryptes, tiges succulentes (réserve d'eau), système racinaire très développé. — Hygrophyte (milieu humide ou aquatique) : présence d'aérenchyme (lacunes aérifères) dans les tiges et racines pour acheminer l'O₂ aux racines en milieu anoxique, stomates nombreux sur la face supérieure des feuilles flottantes.

Exercice 5 — Régulation hormonale chez la plante
Corrigé :
1. L'auxine (AIA) est synthétisée dans l'apex de la tige. Sous illumination unilatérale, l'auxine migre latéralement vers le côté ombré (transport latéral). Le côté ombré de la tige possède alors une concentration plus élevée en auxine → plus grande élongation des cellules du côté ombré → courbure de la tige vers la source lumineuse (phototropisme positif).
2. En stress hydrique, l'ABA (produite par feuilles et racines) se lie à des récepteurs des cellules de garde. Cela provoque une sortie d'ions K⁺ hors des cellules de garde → baisse du potentiel osmotique externe → sortie d'eau par osmose → les cellules de garde se dégonflent et se rapprochent → fermeture du stomate → réduction de la transpiration.