Reproduction de la plante : entre vie fixée et mobilité

La fleur et ses gamètes, autofécondation et fécondation croisée, pollinisation par le vent ou par les animaux, collaboration plante-pollinisateur et coévolution, de la fleur au fruit et à la graine, réserves et germination, dissémination des graines, reproduction asexuée, totipotence et clonage.

À propos de cette page

Six problèmes sur documents : un verger d’amandiers d’une seule variété, la primevère et les pollinisations de Darwin, l’éperon d’une orchidée, la mobilisation des réserves de l’orge et du maïs, l’aubépine et le merle, une plante aquatique envahissante.

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

Résoudre un problème : la méthode

Lire chaque document : ce qui est mesuré, sur quel matériel (fleurs, graines, plantules), dans quelles conditions.
Repérer le témoin et le seul facteur qui change d’un lot à l’autre (insectes, origine du pollen, pulpe, embryon, distance).
Calculer un taux, un rapport ou une différence, avec l’arrondi demandé, puis citer les valeurs dans la phrase.
Relier au cours : fleur et vecteur du pollen, auto-incompatibilité, réserves, dispersion, clone.
Conclure sans finalisme : bénéfices réciproques, sélection naturelle, coévolution ; dire ce que les données ne prouvent pas.

Problème 1 · Un verger d’amandiers d’une seule variété★★★Moyen

Document 1 — Le verger. Un verger n’est planté que d’amandiers de la variété A, tous obtenus par greffage de rameaux prélevés sur un même arbre. Au printemps, on compare quatre lots de fleurs (valeurs choisies).

Document 2 — Les résultats.

Lot	Traitement	Fleurs	Fruits formés
1	fleurs laissées libres	240	139
2	fleurs enfermées dans un sachet à maille fine, qui arrête les insectes	220	8
3	fleurs ensachées, pollinisées à la main avec du pollen de la variété B	200	118
4	fleurs ensachées, pollinisées à la main avec du pollen de la variété A	180	5

1. Taux de fructification du lot 1 : % (au dixième)
$139 \div 240 \times 100 \approx$ 57,9 %.
2. Taux de fructification du lot 2 : % (au dixième)
$8 \div 220 \times 100 \approx$ 3,6 %.
3. Taux de fructification du lot 3 : % (au dixième)
$118 \div 200 \times 100 =$ 59,0 %.
4. Taux de fructification du lot 4 : % (au dixième)
$5 \div 180 \times 100 \approx$ 2,8 %.
5. Les lots 1 et 2 ne suffisent pas à incriminer l’absence d’insectes : le sachet pourrait agir par lui-même. Le lot montre que le sachet n’empêche pas la fructification.
Le lot 3 est ensaché comme le lot 2 mais reçoit du pollen : 59,0 %, autant que les fleurs libres. Seul l’apport de pollen sépare les lots 2 et 3 : sans insectes, le pollen n’arrive pas.
6. Dans le lot 4, du pollen est déposé mais presque aucun fruit ne se forme : le pistil refuse le pollen de sa propre variété. C’est une .
Une auto-incompatibilité : le pollen de la variété A est fertile (il féconde d’autres variétés), mais refusé par les pistils de la variété A.
7. Les arbres du verger, obtenus par greffage, sont tous des : le pollen d’un arbre A est refusé par tous les autres.
Des clones : même génotype, donc même refus du pollen de la variété.
8. Pour obtenir des amandes, l’arboriculteur doit planter au moins variétés compatibles et compter sur les insectes.
Au moins deux variétés compatibles, et des insectes pour transporter le pollen de l’une à l’autre.

Problème 2 · Ce que l’embryon fait de ses réserves★★★Moyen

Document 1 — Une expérience sur gélose. Des grains d’orge humidifiés sont coupés en deux : une moitié porte l’embryon, l’autre non. Chaque moitié est posée 48 h, face coupée, sur une gélose qui contient de l’amidon ; on ôte les grains et on verse de l’eau iodée (valeurs choisies). Autour des moitiés avec embryon, une zone claire de 14 mm de diamètre ne se colore pas ; autour des moitiés sans embryon, la gélose est bleu-noir partout, comme une gélose témoin sans grain.

Document 2 — Germination de 100 grains de maïs à l’obscurité (masses sèches ; valeurs choisies).

Jour de germination	0	4	8
Albumen (g de matière sèche)	26,0	20,5	12,0
Embryon puis plantule (g de matière sèche)	1,5	4,5	9,0

1. Autour des moitiés avec embryon, la gélose ne bleuit plus : l’amidon y a été .
L’amidon a été hydrolysé (digéré) en sucres par une enzyme sortie du demi-grain.
2. L’enzyme responsable de la zone claire autour des moitiés avec embryon est une .
Une amylase (la « diastase » de Brown et Morris) : elle n’agit qu’autour des moitiés avec embryon, et pas autour des moitiés sans embryon, comme la gélose témoin. La digestion des réserves de l’albumen est commandée par l’embryon.
3. Masse sèche totale des 100 grains au jour 8 : g
$12, 0 + 9, 0 =$ 21,0 g.
4. Perte de masse sèche totale entre les jours 0 et 8 : % (au dixième)
Jour 0 : $26, 0 + 1, 5 = 27, 5$ g. Perte : $27, 5 - 21, 0 = 6, 5$ g, soit $6, 5 \div 27, 5 \times 100 \approx$ 23,6 %.
5. Part de la masse perdue par l’albumen qui se retrouve dans les plantules : % (à l’unité)
L’albumen perd $26, 0 - 12, 0 = 14, 0$ g ; les plantules gagnent $9, 0 - 1, 5 = 7, 5$ g ; $7, 5 \div 14, 0 \times 100 \approx$ 54 %.
6. À l’obscurité, sans photosynthèse, le reste des réserves perdues a été consommé par la , qui fournit l’énergie de la croissance.
Par la respiration : ces molécules ont été oxydées en CO₂ et en eau, d’où la perte de masse sèche.

Problème 3 · L’aubépine et le merle★★★Moyen

L’aubépine, arbuste des haies, produit en automne de petits fruits charnus rouges, très consommés par les merles (valeurs choisies).

Document 1 — Germination, après 60 jours dans les mêmes conditions.

Lot de 250 graines	Graines germées
A. graines laissées dans le fruit entier	6 %
B. graines extraites du fruit et lavées à la main	38 %
C. graines récupérées dans des fientes de merles	44 %

Document 2 — Survie des jeunes plants un an après la germination. Sous la couronne de l’arbuste, la lumière est faible, et les rongeurs et les champignons parasites des graines sont nombreux.

Distance à l’arbre parent	0 à 5 m	20 à 50 m	plus de 100 m
Plants survivants	7 %	29 %	33 %

1. Les graines lavées germent environ fois plus que celles restées dans le fruit (à l’unité).
$38 \div 6 \approx 6, 3$ , soit environ 6 fois plus.
2. Les lots A et B ne diffèrent que par la pulpe : la pulpe la germination.
La pulpe inhibe la germination : un fruit tombé entier au pied de l’arbuste donne peu de plantules.
3. Nombre de graines germées dans le lot C :
$250 \times 44 \div 100 =$ 110 graines.
4. Nombre de graines germées dans le lot B :
$250 \times 38 \div 100 =$ 95 graines : l’écart avec le lot C est faible, sur un seul essai.
5. Un élève conclut que le passage dans l’intestin du merle est indispensable à la germination. Le lot prouve le contraire.
Le lot B germe à 38 % sans oiseau. L’effet principal du merle est de retirer la pulpe, comme le lavage ; un léger effet en plus (usure du tégument) resterait à confirmer.
6. Les plants survivent environ fois mieux à plus de 100 m qu’au pied de l’arbuste (au dixième).
$33 \div 7 \approx$ 4,7 : loin du parent, plus de lumière, moins de concurrence, moins de rongeurs et de champignons.
7. Le merle est nourri, l’aubépine est dispersée : leur relation est un .
Un mutualisme, produit d’une coévolution : la graine devient la forme mobile d’un arbuste fixé.

Problème 4 · La primevère et ses deux formes de fleurs★★★Difficile

Document 1 — Deux formes de fleurs. Chez la primevère acaule (Primula vulgaris), chaque pied porte l’une de deux formes de fleurs, en nombres voisins dans une population. Fleurs à style long : stigmate à l’entrée du tube de la corolle, étamines à mi-hauteur du tube. Fleurs à style court : étamines à l’entrée du tube, stigmate à mi-hauteur. Le nectar est au fond du tube ; les insectes y plongent leur trompe.

Document 2 — Les pollinisations de Darwin (Charles Darwin, The Different Forms of Flowers on Plants of the Same Species, 1877, chapitre I, tableau 9 ; fleurs protégées des insectes et pollinisées à la main).

Fleurs pollinisées à la main	Fleurs	Capsules bien formées	Graines par capsule (moyenne)
style long, pollen d’une fleur à style court	12	11	66,9
style long, pollen d’une fleur à style long	21	14	52,2
style court, pollen d’une fleur à style long	8	7	65,0
style court, pollen d’une fleur à style court	18	7	18,8

1. Fleurs à style long pollinisées par une fleur à style court : % ont donné une capsule bien formée (au dixième).
$11 \div 12 \times 100 \approx$ 91,7 %.
2. Fleurs à style court pollinisées par une fleur à style court : % (au dixième).
$7 \div 18 \times 100 \approx$ 38,9 %.
3. Graines obtenues en moyenne par fleur pollinisée (capsules × graines par capsule ÷ fleurs), style court avec du pollen de style long : (au dixième)
$7 \times 65, 0 \div 8 = 455 \div 8 \approx$ 56,9 graines par fleur.
4. Même calcul, style court avec du pollen de style court : (au dixième)
$7 \times 18, 8 \div 18 = 131, 6 \div 18 \approx$ 7,3 graines par fleur.
5. Pour une fleur à style court, le pollen de l’autre forme donne environ fois plus de graines que celui de sa forme (à l’unité).
$56, 9 \div 7, 3 \approx$ 8 : le pollen de la même forme est en grande partie refusé, comme dans une auto-incompatibilité.
6. Une trompe qui frôle les étamines à l’entrée du tube d’une fleur à style court se charge de pollen à la hauteur qui touchera, dans une fleur à style , le stigmate.
À style long, dont le stigmate est à l’entrée du tube : le pollen est déposé exactement sur l’autre forme.
7. Les deux formes et le refus partiel du pollen de la même forme favorisent la fécondation .
La fécondation croisée : le pollen efficace vient d’une plante de l’autre forme, donc d’un autre pied, grâce aux insectes.

Problème 5 · Un éperon à la mesure d’une trompe★★★Difficile

Document 1 — Une orchidée et des sphinx. Une orchidée des prairies stocke son nectar au fond d’un éperon, tube de 34 mm de long en moyenne qui prolonge un pétale. Elle est visitée la nuit par des sphinx, papillons dont la trompe mesure de 28 à 41 mm selon les individus. Les pollinies, masses de pollen collantes, sont placées à l’entrée de l’éperon : elles ne se collent sur la tête du papillon que s’il l’appuie contre la fleur pour atteindre le nectar. Lors d’une visite suivante, elles touchent le stigmate d’une autre fleur.

Document 2 — Des éperons raccourcis. Dans une population, on raccourcit l’éperon de certaines fleurs en le nouant à mi-longueur : le nectar reste accessible à 17 mm de l’entrée. Résultats sur une saison (données simplifiées, d’après des expériences comme celles de L. A. Nilsson en 1988 sur des orchidées du genre Platanthera).

Lot	Fleurs dont les pollinies ont été emportées	Fleurs ayant reçu du pollen sur le stigmate	Fleurs ayant donné un fruit
éperon intact (34 mm)	61 %	54 %	49 %
éperon raccourci (17 mm)	22 %	15 %	12 %

1. Quand l’éperon est raccourci, la proportion de fleurs dont les pollinies sont emportées est divisée par (au dixième).
$61 \div 22 \approx$ 2,8.
2. La proportion de fleurs qui donnent un fruit est divisée par (au dixième).
$49 \div 12 \approx$ 4,1 : succès mâle (export du pollen) et succès femelle (fruits) s’effondrent ensemble.
3. Même le sphinx à la trompe la plus courte ( mm) boit dans un éperon raccourci sans plaquer sa tête contre la fleur.
28 mm > 17 mm : sa tête reste à distance de l’entrée ; les pollinies ne s’y collent pas, et celles qu’il porte ne touchent pas le stigmate.
4. Le bénéfice du sphinx dans cette relation est le .
Le nectar, riche en sucres : sa source d’énergie.
5. Le bénéfice de l’orchidée est le transport de ses vers une autre fleur.
Le transport de ses pollinies, donc une pollinisation croisée suivie de graines : chacun y gagne, sans aucune intention.
6. Les éperons au moins aussi longs que les trompes forcent le contact et laissent plus de descendants ; les trompes longues nourrissent mieux leur papillon : ces pressions réciproques ajustent les deux caractères, c’est une .
Une coévolution, si les deux caractères sont héréditaires et varient dans les populations.

Problème 6 · Une plante envahissante : combien d’individus ?★★★Difficile

Une plante aquatique ornementale a été introduite accidentellement dans un étang. Dans cette région, elle fleurit mais ne forme presque jamais de graines viables ; en revanche, tout fragment de tige portant un nœud s’enracine et redonne une plante entière (valeurs choisies).

Document 1 — Surface de l’étang couverte par la plante.

Année	1	2	3	4
Surface couverte (m²)	3,5	11	37	118

Document 2 — Analyse de l’ADN de 48 pieds prélevés au hasard dans chaque population : 2 génotypes distincts dans l’étang colonisé ; 46 génotypes distincts dans une population de l’aire d’origine, où la plante forme des graines.

1. Facteur de multiplication de la surface de l’année 1 à l’année 2 : (au dixième)
$11 \div 3, 5 \approx$ 3,1.
2. De l’année 2 à l’année 3 : (au dixième)
$37 \div 11 \approx$ 3,4.
3. De l’année 3 à l’année 4 : (au dixième)
$118 \div 37 \approx$ 3,2 : un facteur à peu près constant, voisin de 3 : croissance exponentielle.
4. En trois ans, la surface a été multipliée par environ (à l’unité).
$118 \div 3, 5 \approx$ 34.
5. Les pieds de l’étang appartiennent à clone(s), probablement issus d’autant de fragments introduits.
Deux clones : chaque fragment redonne par mitoses des plantes de même génotype.
6. On fauche la plante avec un bateau qui découpe les tiges en morceaux laissés dans l’eau : cette méthode l’invasion.
Elle l’aggrave : chaque morceau portant un nœud est une bouture, dispersée par les courants vers des zones encore libres.
7. Un champignon parasite tue tous les pieds d’un génotype sensible : dans l’aire d’origine, avec 46 génotypes sur 48 pieds, la population survit mieux grâce à la diversité produite par la reproduction .
La reproduction sexuée : des génotypes variés, dont certains résistants. Dans l’étang, un clone sensible disparaîtrait d’un coup, et il ne resterait qu’un seul clone.

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