Plantes à fleurs : organisation fonctionnelle

Vie fixée à l’interface sol/atmosphère, surfaces d’échange (feuilles, racines, poils absorbants, mycorhizes), stomates et transpiration, xylème et phloème, croissance à partir des méristèmes et phytomères, contrôle par l’auxine et influence du milieu.

À propos de cette page

Six problèmes sur documents : les poils absorbants et les mycorhizes du blé, un potomètre à la lumière et à l’obscurité, le carbone 14 chez le haricot, l’acide abscissique et la fermeture des stomates du pois, une défense induite chez la tomate, les expériences historiques sur l’auxine.

6 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».

Résoudre un problème : la méthode

Lire les documents : organe étudié, grandeur mesurée, unité, lot témoin.
Calculer avec les mêmes unités : rapport surface/volume, densité, vitesse, part en %, facteur multiplicatif.
Comparer au témoin : un seul facteur doit varier d’un lot à l’autre.
Interpréter avec le cours : tissu concerné, source ou puits, rôle d’un organe ou d’une hormone.
Conclure en reliant le résultat à la vie fixée : puiser, relier ou résister sur place.

Problème 1 · Les poils absorbants du blé★★★Moyen

Document 1 — Un jeune plant de blé cultivé en pot (valeurs choisies pour l’exercice). Ses racines mesurent au total 62 m pour un diamètre moyen de 0,4 mm. Elles portent 8,5 millions de poils absorbants, chacun assimilé à un cylindre de 0,75 mm de long et de 11 µm de diamètre. On utilise la surface latérale d’un cylindre, $π \times d \times L$ , et on néglige les extrémités.

Document 2 — Les mycorhizes du blé. Les racines de blé s’associent souvent à des champignons du sol dont les hyphes, d’environ 3 µm de diamètre, s’étendent jusqu’à plusieurs centimètres des racines, au-delà de la zone où les poils absorbants ont déjà épuisé les phosphates, ions peu mobiles dans le sol.

1. Surface latérale des racines sans les poils, au millième : m²
$d = 0, 4$ mm $= 4 \times 10^{- 4}$ m ; $π \times 4 \times 10^{- 4} \times 62 \approx 0, 0779$ , soit 0,078 m².
2. Surface totale des poils, au millième : m²
Un poil : $π \times 0, 011 \times 0, 75 \approx 0, 0259$ mm² ; × 8,5 millions ≈ 220 300 mm², soit 0,220 m² (1 m² = 10⁶ mm²).
3. Les poils multiplient la surface d’absorption par (au dixième) :
$\frac{0, 0779 + 0, 2203}{0, 0779} \approx$ 3,8.
4. Part des poils dans la surface d’absorption totale, à l’unité : %
$\frac{0, 2203}{0, 2982} \approx 0, 74$ , soit 74 %.
5. Rapport surface/volume d’un hyphe de 3 µm de diamètre, à l’unité : mm⁻¹
$d = 0, 003$ mm ; $\frac{4}{0, 003} \approx$ 1 333 mm⁻¹, contre $\frac{4}{0, 011} \approx 364$ mm⁻¹ pour un poil.
6. D’après le document 2, les hyphes apportent surtout au blé des ions , peu mobiles.
Des phosphates : les hyphes, plus fins et plus étendus, explorent un sol que les racines n’atteignent pas ; en échange, la plante cède des sucres au champignon.

Problème 2 · Mesurer l’absorption avec un potomètre★★★Moyen

Document 1 — Le potomètre. Un rameau feuillé, coupé sous l’eau, est fixé de façon étanche à un tube rempli d’eau, prolongé par un tube capillaire horizontal de section 0,7 mm². Quand le rameau absorbe de l’eau, une petite bulle d’air avance dans le capillaire.

Document 2 — Les mesures (déplacement de la bulle en 10 min, valeurs choisies).

Conditions	rameau feuillé, à la lumière	même rameau, à l’obscurité	rameau sans ses feuilles, à la lumière
Déplacement (mm)	57	19	2

1. Volume d’eau absorbé en 10 min à la lumière : mm³
Volume = section × déplacement : 0,7 × 57 = 39,9 mm³.
2. Vitesse d’absorption à la lumière, au centième : mm³/min
$39, 9 \div 10 =$ 3,99 mm³/min.
3. Vitesse d’absorption à l’obscurité, au centième : mm³/min
0,7 × 19 = 13,3 mm³ en 10 min, soit 1,33 mm³/min.
4. L’absorption est fois plus rapide à la lumière.
$57 \div 19 =$ 3 : à la lumière, les stomates ouverts laissent sortir plus de vapeur d’eau.
5. Sans feuilles, l’absorption est environ fois plus faible qu’avec feuilles, à la lumière (au dixième).
$57 \div 2 =$ 28,5 : les feuilles, par leur transpiration, entraînent l’absorption.
6. Le potomètre mesure directement l’eau , et non l’eau transpirée.
L’eau absorbée : les deux valeurs sont proches, car presque toute l’eau absorbée est transpirée ; une petite part reste dans la plante (croissance, turgescence).

Problème 3 · Sources et puits chez le haricot★★★Moyen

Document 1 — Le protocole. Une feuille adulte, située au milieu de la tige d’un plant de haricot qui porte des gousses en croissance au-dessus d’elle, est enfermée 1 h dans un sac contenant du CO₂ marqué au carbone 14 (radioactif). La feuille incorpore ce carbone dans des molécules organiques. 24 h plus tard, on mesure la répartition de la radioactivité dans la plante.

Document 2 — Les résultats (valeurs choisies pour l’exercice).

Organe	Part de la radioactivité totale (%)
Feuille marquée	38
Jeunes feuilles du sommet	21
Gousses en croissance	29
Racines	11
Autres feuilles adultes	1

1. Part du carbone incorporé que la feuille marquée a exportée : %
100 − 38 = 62 % : la feuille marquée est une source.
2. Part reçue par les organes situés au-dessus de la feuille marquée : %
Jeunes feuilles et gousses : 21 + 29 = 50 %, par une circulation ascendante.
3. Part reçue par les organes situés en dessous : %
Les racines : 11 %, par une circulation descendante. La sève élaborée circule donc dans les deux sens.
4. Parmi le carbone exporté, la part reçue par les gousses, à l’unité : %
$\frac{29}{62} \approx 0, 47$ , soit 47 % : les gousses sont le puits principal.
5. Les autres feuilles adultes ne reçoivent presque rien (1 %) : éclairées, elles sont elles-mêmes des .
Des sources : le flux va des sources vers les puits, pas d’une source vers une autre.
6. On refait l’expérience sur un plant dont on a retiré toutes les gousses : la part reçue par les jeunes feuilles et les racines devrait .
Augmenter : le puits principal a disparu, les sucres exportés vont aux puits restants.

Problème 4 · La plante face à la sécheresse : le rôle de l’ABA★★★Difficile

Des plants de pois cultivés en pot ne sont plus arrosés à partir du jour 0. Tous les deux jours, on mesure la teneur en eau du sol, la teneur des feuilles en acide abscissique (ABA) et l’ouverture moyenne des ostioles (valeurs choisies pour l’exercice).

Document 1 — Plants sauvages.

Jour	0	2	4	6	8
Eau du sol (%)	31	24	17	12	9
ABA des feuilles (ng/g)	42	61	190	460	710
Ouverture des ostioles (µm)	7,8	7,1	4,0	1,6	0,9

Document 2 — Plants mutants incapables de produire de l’ABA, même protocole : au jour 6, l’ouverture des ostioles vaut 6,9 µm et les plants flétrissent au jour 7. Si l’on pulvérise de l’ABA sur leurs feuilles au jour 4, l’ouverture n’est plus que de 1,8 µm au jour 6 et les plants ne sont toujours pas flétris au jour 8.

1. Baisse de l’ouverture des ostioles entre les jours 0 et 8, à l’unité : %
$\frac{7, 8 - 0, 9}{7, 8} = \frac{6, 9}{7, 8} \approx 0, 88$ , soit 88 %.
2. Premier jour de mesure où l’ouverture est inférieure à la moitié de sa valeur initiale : jour
Moitié de 7,8 : 3,9 µm. Au jour 4, 4,0 µm est encore au-dessus : c’est au jour 6 (1,6 µm).
3. Entre les jours 0 et 8, la teneur en ABA est multipliée par (au dixième) :
$710 \div 42 \approx$ 16,9.
4. Le document 1 seul montre que l’ABA et la fermeture varient ensemble : c’est une , pas encore une preuve de causalité.
Une corrélation : il faut le document 2 pour établir le lien de cause à effet.
5. Au jour 6, l’ouverture des ostioles des mutants est fois celle des plants sauvages (au dixième).
$6, 9 \div 1, 6 \approx$ 4,3 : sans ABA, les stomates restent ouverts malgré la sécheresse, et les plants flétrissent.
6. Sans ABA, pas de fermeture ; l’ABA pulvérisé la rétablit : l’ABA est donc à la fermeture des stomates en cas de sécheresse.
Nécessaire ; et la pulvérisation montre que seule l’hormone manquait aux mutants : leurs cellules de garde répondent normalement.
7. Les mutants pulvérisés ne sont toujours pas flétris au jour 8 : en fermant les stomates, l’ABA limite la et retarde le flétrissement.
La transpiration, voie principale de sortie de l’eau : une plante qui ne peut pas aller chercher l’eau ailleurs l’économise.

Problème 5 · Une défense induite chez la tomate★★★Difficile

Chez la tomate, des chenilles attaquent une feuille. Les inhibiteurs de protéases sont des molécules qui bloquent les enzymes digestives de l’intestin des chenilles, chargées de dégrader les protéines (d’après les travaux de Green et Ryan, 1972 ; valeurs choisies pour l’exercice).

Document 1 — Teneur des feuilles en inhibiteurs de protéases, 24 h après l’attaque.

Feuilles analysées	Inhibiteurs (µg par g de feuille)
Plante témoin, non attaquée	12
Feuille attaquée	187
Feuille non attaquée d’une plante dont une autre feuille est attaquée	96

Document 2. Masse moyenne de chenilles après 5 jours d’élevage : 64 mg si elles sont nourries de feuilles de plantes témoins, 27 mg avec des feuilles de plantes déjà attaquées.

1. La feuille attaquée contient fois plus d’inhibiteurs que le témoin (au dixième).
$187 \div 12 \approx$ 15,6 : la production est déclenchée par l’attaque, c’est une défense induite.
2. La feuille non attaquée d’une plante attaquée en contient fois plus que le témoin.
$96 \div 12 =$ 8 : un signal parti de la feuille attaquée a circulé dans la plante.
3. Les chenilles nourries de feuilles de plantes attaquées ont une masse plus faible de % (à l’unité).
$\frac{64 - 27}{64} = \frac{37}{64} \approx 0, 58$ , soit 58 %.
4. On tue par de la vapeur chaude les cellules vivantes du pétiole de la feuille attaquée. Si le signal circule par le phloème, les autres feuilles contiendront environ µg/g.
Environ 12 µg/g, la valeur témoin : les tubes criblés, vivants, sont détruits et le signal ne passe plus.
5. Ce traitement laisse fonctionner le xylème, car ses vaisseaux sont des cellules déjà .
Déjà mortes : la vapeur ne les modifie pas, la sève brute continue de monter.
6. Témoin indispensable : des plants au pétiole traité à la vapeur mais non , pour vérifier que le traitement seul n’induit pas la défense.
Non attaqués : on doit y retrouver environ 12 µg/g.

Problème 6 · De Darwin à Went : la découverte de l’auxine★★★Difficile

Document 1 — Darwin (1880). Des coléoptiles d’alpiste éclairés d’un seul côté se courbent vers la lumière ; la courbure apparaît quelques millimètres sous la pointe. Si la pointe est coupée ou coiffée d’un capuchon opaque, il n’y a pas de courbure.

Document 2 — Boysen-Jensen (1913). Une pointe coupée, replacée sur une couche de gélatine, n’empêche pas la courbure ; une lame de mica imperméable glissée sous la pointe, du côté ombré, la supprime.

Document 3 — Une expérience dans la lignée de Went (valeurs choisies). Des pointes de coléoptiles sont posées sur deux blocs de gélose séparés par une lame de mica verticale, puis on mesure la courbure que chaque bloc provoque sur un coléoptile décapité, à l’obscurité.

Pointes	Bloc côté éclairé	Bloc côté ombré	Total
gardées à l’obscurité	10,5°	10,5°	21°
éclairées d’un seul côté	7°	13°	20°

1. D’après le document 1, l’organe qui perçoit la lumière est la du coléoptile.
La pointe : sans elle, ou masquée, pas de courbure.
2. La courbure se fait quelques millimètres plus bas, là où les cellules s’allongent : dans la zone d’.
D’élongation : le signal descend de la pointe jusqu’à elle.
3. Le signal traverse la gélatine mais pas le mica : c’est une qui diffuse.
Une substance chimique, l’auxine.
4. Document 3 : sous des pointes éclairées d’un côté, part de l’auxine recueillie côté ombré : %
$\frac{13}{20} = 0, 65$ , soit 65 % (contre 50 % à l’obscurité).
5. Hypothèse ancienne : la lumière détruirait l’auxine du côté éclairé. Le total des courbures sous des pointes éclairées serait alors nettement à 21°.
Nettement inférieur : or il vaut 20°, presque autant qu’à l’obscurité ; la question suivante chiffre l’écart.
6. Écart relatif entre les totaux (20° et 21°), au dixième : %
$\frac{21 - 20}{21} \approx 0, 048$ , soit 4,8 % : la lumière change peu la quantité totale d’auxine, elle modifie surtout sa répartition.

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