Plante productrice de matière organique : photosynthèse

1. a)Introduction : la plante, autotrophe, produit sa matière organique par photosynthèse dans les chloroplastes des parties aériennes : 6 CO₂ + 12 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + 6 H₂O. Capter la lumière : les pigments des membranes des thylakoïdes (chlorophylles a et b, caroténoïdes) absorbent surtout le bleu et le rouge. Phase photochimique (thylakoïdes) : l’énergie absorbée permet la photolyse de l’eau (2 H₂O → O₂ + 4 H⁺ + 4 e⁻) ; le O₂ est libéré, les électrons réduisent R en RH₂, et de l’ATP est produit : l’énergie lumineuse est devenue énergie chimique. Réduction du CO₂ (stroma, cycle de Calvin) : la Rubisco fixe le CO₂, réduit en sucres (trioses, puis glucose) grâce au RH₂ et à l’ATP, ce qui rend R, ADP et Pi. Conclusion : les deux phases sont couplées ; sans lumière, la réduction du CO₂ s’arrête en quelques secondes. Schéma : double membrane, thylakoïdes et stroma, lumière, H₂O → O₂, CO₂ → glucides, RH₂ + ATP d’un compartiment à l’autre, R + ADP + Pi en retour. (3)
2. b)Le glucose et les sucres solubles sont exportés sous forme de saccharose, soluble, par la sève élaborée, des feuilles (sources) vers tous les organes (puits), où des enzymes variées les transforment. Croissance et port : la cellulose, polymère linéaire de glucose, forme la paroi de toutes les cellules nouvelles ; la lignine, polymère phénolique, imprègne les parois du xylème et des fibres, rigides et imperméables : port dressé, arbres. Réserves : amidon transitoire des chloroplastes le jour ; amidon des amyloplastes d’un tubercule ou d’un grain de céréale, insoluble donc sans effet osmotique ; saccharose de la racine de betterave ; lipides et protéines des graines (colza, pois), ces dernières fabriquées avec l’azote des ions du sol. Hydrolysées, ces réserves permettent de passer la mauvaise saison et d’assurer la reproduction (germination, pousses d’un tubercule). Conclusion : toute la matière organique de la plante dérive des produits de la photosynthèse. (3)

Piège — Écrire que le O₂ vient du CO₂, ou que le cycle de Calvin a lieu la nuit.

1. a)Rf = distance ÷ distance du front : vert-bleu $4,2÷10,0=$ 0,42, la chlorophylle a ; vert-jaune $2,6÷10,0=$ 0,26, la chlorophylle b, la moins entraînée par le solvant. Les taches orange (Rf 0,92) et jaune (0,58), qui migrent plus loin, sont les carotènes et les xanthophylles. (1,5)
2. b)La feuille verte contient les quatre pigments ; la feuille jaune garde les caroténoïdes (carotènes et xanthophylles) mais presque plus de chlorophylles (a à peine visible, b absente). D’après le document 2, les chlorophylles ont été dégradées plus vite que les caroténoïdes : il reste surtout des pigments jaunes et orangés, d’où la couleur de la feuille. (1,5)
3. c)En juillet, les chlorophylles, très abondantes, absorbent fortement le bleu et le rouge et renvoient surtout le vert : leur couleur masque celle des caroténoïdes, moins abondants. Ceux-ci absorbent dans le bleu et le bleu-vert et transmettent l’énergie à la chlorophylle a. (1,5)
4. d)La photosynthèse de la feuille jaune diminue fortement : la chlorophylle a, pigment qui convertit l’énergie lumineuse, a presque disparu ; les caroténoïdes restants ne peuvent transmettre leur énergie qu’à elle. Moins de photolyse de l’eau, donc moins de RH₂ et d’ATP, donc moins de CO₂ réduit : la feuille cesse d’être une source de sucres avant de tomber. (1,5)

Piège — Diviser la distance du solvant par celle du pigment : un Rf est toujours inférieur à 1.

1. a)La teneur en tanins augmente au cours de la saison, de 0,8 % en avril à 5,0 % en septembre : ${\displaystyle \frac{5,0}{0,8}}=6,25$, soit environ 6 fois plus en fin d’été qu’au débourrement. Les jeunes feuilles en contiennent peu, les feuilles âgées beaucoup. (2)
2. b)${\displaystyle \frac{48-30}{48}}={\displaystyle \frac{18}{48}}=0,375$, soit une masse réduite de 37,5 %, l’aliment ne différant que par les tanins. Effet antiphytophage : en se liant aux protéines (document 4), les tanins rendent les protéines de l’aliment moins digestibles et peuvent bloquer les enzymes digestives ; la chenille tire moins d’azote et de matière de sa nourriture et grossit moins. (2)
3. c)Les chenilles se nourrissent de fin avril à début juin, quand les feuilles sont jeunes et pauvres en tanins (0,8 à 2,6 %) ; elles évitent ainsi les feuilles d’été, les plus riches (4,2 à 5,0 %), sur lesquelles leur croissance serait freinée comme dans le document 2. Leur calendrier correspond à la période où la défense chimique du chêne est la plus faible. (2)
4. d)Fixé, le chêne ne peut ni fuir ni se cacher : il se défend sur place par une molécule, métabolite secondaire, qui rend ses feuilles peu consommables ; c’est une interaction compétitive avec l’herbivore, et la plupart des feuilles, plus riches en tanins en été, sont protégées pendant l’essentiel de leur vie. Autre propriété : effet antibactérien et antifongique (ou antioxydant), qui protège par exemple le bois et l’écorce. (2)

Piège — Conclure du seul document 1 que les tanins défendent la plante : c’est le document 2, à un seul facteur variable, qui le démontre.