Les relations entre organisation et mode de vie, résultat de l'évolution (sujet national, juin 2016, partie 1)

Énoncé

Les relations entre organisation et mode de vie, résultat de l'évolution : l'exemple de la vie fixée chez les plantes
Dans son ouvrage, L'Éloge de la plante (2004), le botaniste Francis Hallé discute des surfaces d'échanges chez les végétaux et animaux.
« Mesurer la surface d'un végétal n'est pas chose facile […] Quelle peut être la surface aérienne d'un arbre de 40 m de haut ? Une estimation de 10 000 m2 (1 ha) n'est certainement pas exagérée ; la surface « interne » permettant les échanges gazeux serait 30 fois supérieure. […]. En ce qui concerne les surfaces racinaires, les investigations sont encore plus difficiles et les données encore plus rares : la surface souterraine d'un plant de seigle serait 130 fois plus grande que la surface aérienne. […] »
Synthèse
Exposer en quoi les structures des organes impliqués dans les échanges nutritifs externes et internes d'une plante sont adaptées à son mode de vie fixé.
L'exposé doit être structuré avec une introduction et une conclusion et sera accompagné d'un schéma fonctionnel synthétique.
Comprendre la question
Il s'agit de montrer comment les structures des organes impliqués dans les échanges de la plante avec son milieu à l'interface sol/atmosphère lui permettent d'assurer sa nutrition alors que la plante présente un mode de vie fixé. Il s'agit d'abord de présenter les échanges nutritifs externes entre la plante et son environnement : les racines permettent l'absorption de l'eau et des ions minéraux du sol tandis que les feuilles sont responsables des échanges gazeux avec l'atmosphère. Puis on étudiera les échanges nutritifs internes entre les différentes parties de la plante qui sont assurés par les vaisseaux conducteurs : le xylème et le phloème. Le sujet de cette synthèse est proche du cours et ne présente pas de difficulté particulière. L'énoncé exige la présence d'une introduction exposant la problématique, d'un développement structuré avec un schéma fonctionnel synthétique présentant les échanges nutritifs externes et internes d'une plante et une conclusion répondant à la problématique.
Procéder par étapes
1re étape : identifier le type de réponse attendue.
2e étape : élaborer un plan détaillé de la synthèse au brouillon.
Le tableau suivant présente un exemple de démarche élaborée au brouillon :
Structure de la synthèse
Éléments issus des connaissances
Introduction : Comment les structures des organes impliqués dans les échanges nutritifs externes et internes de la plante sont-elles adaptées à son mode de vie fixé ?
Les racines assurent des échanges nutritifs externes avec le sol
Les poils absorbants des racines réalisent l'absorption de l'eau et des ions minéraux du sol.
Les feuilles assurent des échanges nutritifs externes avec l'atmosphère
Au niveau de leurs stomates, les feuilles réalisent les échanges gazeux (CO2, O2, H2O) entre la plante et l'atmosphère.
Les vaisseaux conducteurs assurent les échanges nutritifs internes de la plante
Deux réseaux distincts de vaisseaux conducteurs, le xylème et le phloème, assurent le transport des sèves dans la plante.
Schéma fonctionnel synthétique : Les échanges nutritifs externes et internes de la plante : des adaptations à un mode de vie fixé à l'interface sol/atmosphère
Conclusion

3e étape : structurer l'introduction et la conclusion au brouillon.
4e étape : rédiger la réponse sur la copie.
Questionnaire à choix multiple
Génétique et évolution la plante domestiquée
Cocher la bonne réponse, pour chaque série de propositions.
Question 1
La collaboration plante-animal :
❑ s'exerce exclusivement lors de la pollinisation.
❑ s'exerce lors de la pollinisation et de la fécondation.
❑ s'exerce lors de la pollinisation et de la dispersion des graines.
❑ s'exerce exclusivement lors de la dispersion des graines.
Question 2
Les variétés hybrides :
❑ sont obtenues par transgénèse.
❑ combinent des caractères agronomiques des deux parents.
❑ résultent d'auto-croisements.
❑ résultent d'un processus de sélection variétale seule.
Question 3
Les plantes OGM sont le résultat de :
❑ mutations d'espèces cultivées.
❑ hybridations d'espèces cultivées.
❑ sélections variétales.
❑ génie-génétique.

Correction

Synthèse
Introduction
La majorité des animaux sont capables de se déplacer dans leur milieu pour aller à la recherche de leur nourriture, pour échapper à leurs prédateurs et pour se reproduire. À l'inverse, les plantes se caractérisent par un mode de vie fixé rendant impossible tout déplacement. On observe que les feuilles des plantes constituent des surfaces aériennes très développées d'échanges avec l'atmosphère et que les racines des plantes développent des surfaces souterraines encore plus vastes d'échanges avec le sol. Comment les structures des organes impliqués dans les échanges nutritifs externes et internes de la plante sont-elles adaptées à son mode de vie fixé ? Nous présenterons d'abord comment les racines assurent les échanges nutritifs externes avec le sol, puis comment les feuilles réalisent les échanges nutritifs externes avec l'atmosphère et enfin nous étudierons comment les vaisseaux conducteurs assurent les échanges nutritifs internes de la plante.
I. Les racines assurent des échanges nutritifs externes avec le sol
La plante immobile n'est pas capable de se déplacer pour aller chercher ses éléments nutritifs (eau, CO2, ions minéraux) présents dans le milieu extérieur. Or, la plante a besoin de ces molécules pour réaliser la photosynthèse qui, à la lumière, permet la synthèse des molécules organiques nécessaires au fonctionnement de la plante. La plante développe donc de vastes surfaces d'échanges au niveau d'organes souterrains, les racines, afin d'absorber l'eau et les ions minéraux contenus dans le sol. Au niveau des racines, de très nombreux poils absorbants développent une très grande surface d'échange avec le sol, permettant l'absorption efficace de l'eau et des ions minéraux du sol.
Ainsi, les racines, en plus de réaliser l'ancrage de la plante dans le sol, sont responsables de l'absorption de l'eau et des ions minéraux du sol. Or, la photosynthèse, qui a lieu au niveau des feuilles chlorophylliennes, nécessite également du CO2 présent dans l'atmosphère et produit de l'O2, alors rejeté dans l'atmosphère. Comment s'effectuent les échanges gazeux de la plante avec l'atmosphère ?
II. Les feuilles assurent des échanges nutritifs externes avec l'atmosphère
Les feuilles chlorophylliennes aériennes sont le lieu des échanges gazeux avec l'atmosphère. Les feuilles sont recouvertes d'une cuticule imperméable sauf au niveau des stomates, structures situées sur la face inférieure de la feuille et spécialisées dans les échanges gazeux entre la plante et l'atmosphère. La journée, au niveau des stomates, le CO2 gazeux présent dans l'atmosphère pénètre dans la feuille et est utilisé par la photosynthèse au niveau des cellules photosynthétiques. L'O2 résultant de la photosynthèse mais aussi l'eau présente au niveau des feuilles sortent au niveau des stomates dans l'atmosphère. L'orifice des stomates, appelé ostiole, peut être ouvert ou fermé selon les conditions du milieu, ce qui permet d'éviter une trop grande perte d'eau en cas de fort ensoleillement. Les feuilles développent donc une grande surface d'échanges gazeux avec l'atmosphère mais aussi de capture de l'énergie lumineuse nécessaire à la photosynthèse.
Ainsi, les racines souterraines permettent l'absorption des ions minéraux et de l'eau du sol : ces molécules doivent être transférées aux feuilles aériennes qui réalisent la photosynthèse en présence de CO2 et de lumière. Puis, au niveau des feuilles, la photosynthèse produit des molécules organiques qui sont distribuées dans l'ensemble de la plante et en particulier aux organes non photosynthétiques, comme les racines. Comment s'effectuent alors les transferts nutritifs à l'intérieur de la plante ?
III. Les vaisseaux conducteurs assurent les échanges nutritifs internes de la plante
Les transferts nutritifs de la plante s'effectuent par deux réseaux distincts de vaisseaux conducteurs :
  • le xylème transporte la sève brute – composée d'eau et d'ions minéraux – des racines vers le reste de la plante, notamment vers les feuilles réalisant la photosynthèse ;
  • le phloème transporte la sève élaborée riche en glucides synthétisés dans les feuilles lors de la photosynthèse vers les autres organes consommateurs de la plante.
Schéma-bilan : les échanges nutritifs externes et internes de la plante, des adaptations à un mode de vie fixé à l'interface sol/atmosphère
Schéma-bilan : les échanges nutritifs externes et internes de la plante, des adaptations à un mode de vie fixé à l'interface sol/atmosphère
Conclusion
Le mode de vie fixé des plantes à l'interface sol/atmosphère entraîne des contraintes concernant l'organisation fonctionnelle de la plante pour la réalisation de sa nutrition. Les plantes présentent alors de vastes surfaces d'échanges, avec le sol au niveau des racines souterraines pourvues de poils absorbants, et avec l'atmosphère au niveau des stomates des feuilles aériennes. La vie fixée des plantes exerce des contraintes sur d'autres domaines de la vie de la plante. En effet, comment les plantes se protègent-elles contre les variations saisonnières et contre les prédateurs ? Comment les plantes assurent-elles leur reproduction sexuée, en particulier la rencontre des gamètes, alors qu'elles sont fixées ?
Questionnaire à choix multiple
Question 1
La collaboration plante-animal : s'exerce lors de la pollinisation et de la dispersion des graines.
Question 2
Les variétés hybrides : combinent des caractères agronomiques des deux parents.
Question 3
Les plantes OGM sont le résultat de : génie génétique.