Chapitre 1 Vie fixée

Chapitre 1 Les relations entre organisation et mode de vie, résultat de l’évolution

L’exemple de la vie fixée chez les plantes (3 semaines)

Un documentaire, la force cachée des plantes, que l’on peut regarder en entier (42 minutes) ou par morceaux dans les différentes parties du chapitre.

Tout ce cours est aussi accessible en version auto-corrective pour les élèves. Documents pour élèves accessibles sur la page d’introduction.

Les Angiospermes sont des organismes vivants végétaux qui ont une vie fixée pour la plupart à l’interface du sol et de l’air. Les Angiospermes qui sont les plantes à fleurs produisant des fruits. Elles ont besoin de ressources qu’elles trouvent dans leur habitat, le sol (eau et ions) et l’air (CO2). Elles utilisent aussi l’énergie lumineuse pour la convertir en énergie chimique lors de la photosynthèse. Elles ne peuvent pas se déplacer pour se procurer leur nourriture, se mettre à l’abri, ou se reproduire.

Elles ont privilégié, au cours de l’évolution, le développement d’un système racinaire et d’un système caulinaire (aérien) qui comprend tiges, feuilles et fleurs.
Ces
2 systèmes sont interdépendants grâce aux tissus conducteurs qui les relient (dans les troncs et les tiges).

Leur structure fonctionnelle reflète leur histoire évolutive sur la Terre.

Comment expliquer la relation entre les structures et l’organisation fonctionnelle des Angiospermes en relation avec leur mode de vie ?

Comment assurer ses fonctions de nutrition, de protection et de reproduction avec les contraintes de la vie fixée ?

I. Les fonctions de nutrition

A/ Les feuilles et les racines sont des systèmes d’échanges performants avec l’environnement

TP1 Organisation fonctionnelle des angiospermes

Les surfaces d’échanges des feuilles avec l’atmosphère et des racines avec le sol sont importantes. En effet le rapport surface/masse des feuilles des Angiospermes est très supérieur à celui des animaux. L’extrémité des racines est recouverte de poils absorbants qui augmentent la surface totale des racines. Plus la surface d’un organe est importante, plus les échanges qu’il réalise seront importants.

Le rapport taille/diamètre important des racines est en rapport avec la fonction d’absorption de l’eau et des ions qui peuvent se trouver assez éloignés de la plante (horizontalement ou verticalement). La structure souvent ramifiée des racines leurs permet aussi le maintien du port dressé.

Au niveau des feuilles, la surface d’échange gazeux ne correspond pas seulement aux stomates, mais à toutes les surfaces en contact avec l’atmosphère interne dans le parenchyme lacuneux.

La présence et l’organisation en parenchyme de cellules chlorophylliennes, photosynthétiques, possédant des chloroplastes avec des pigments photosynthétiques, optimisent la réception de la lumière nécessaire à la photosynthèse.

B/  La circulation de matière dans la plante peut se faire par des vaisseaux conducteurs

TP2 localisation de la transpiration à différentes échelles

L’eau ayant circulé dans les vaisseaux conducteurs de sève est éliminée par transpiration. Celle-ci s’effectue notamment au niveau de la face inférieure des feuilles par les stomates et est activée par la ventilation.

De plus, la structure des feuilles permet l’entrée par les stomates, de l’air contenant du CO2,  tout en limitant la perte d’eau par évapotranspiration : la position des stomates est majoritairement au niveau de l’épiderme inférieur des feuilles.

Des racines jusqu’aux feuilles, lieu de la photosynthèse, de la sève brute (eau et ions) circule dans les vaisseaux conducteurs du xylème.

Des feuilles vers le reste de la plante circule la sève élaborée, contenant les molécules organiques (glucides, acides aminés, lipides etc…) synthétisées lors de la photosynthèse, dans des vaisseaux conducteurs du phloème.

Bilan sur les surfaces d’échanges (correction)

II. Les fonctions de défense : la plante possède des structures et des mécanismes de défense contre les agressions extérieures

Les agressions extérieures peuvent être dues :

  • à d’autres êtres vivants qui entrent en concurrence pour l’espace ou sont des consommateurs de la plante (biocénose)
  • des conditions physicochimiques du milieu comme la température, l´hygrométrie etc…(biotope)

A/ Existence de structures de défenses

Les plantes possèdent de nombreuses structures (organes, tissus, cellules,   molécules) leur assurant une certaine protection.

Dans les climats secs, la face supérieure des feuilles est recouverte d’une cuticule imperméable qui limite la transpiration. Les stomates ne sont localisés que sur la face inférieure qui se trouve plus à l’ombre.

Les bourgeons résistent au froid grâce aux écailles épaisses et imperméables. Dans le bourgeon, les jeunes pousses sont bien protégées.
Les bourgeons peuvent résister sans dommage à des températures de -10 à -15°C, notamment la tige feuillée miniature car elle a une très faible teneur en eau.
En revanche, au moment du débourrement des bourgeons, les jeunes feuilles et surtout les fleurs gèlent et meurent dès -2 ou -3°C. C’est pour cette raison que les arboriculteurs placent des systèmes de chauffage dans leurs vergers en cas de gel au printemps.

Lire l’article du Monde sur les gelées ayant détruit les fleurs en 2017

Pour résister aux prédateurs, les acacias présentent de nombreuses épines (défense mécanique),D’autres espèces contiennent des tanins (défense biochimique), molécules qui rendent leurs feuilles indigestes.

B/ Des mécanismes de défense
Certains mécanismes assurent la protection des plantes à vie fixée (modification momentanée des structures et symbiose).

Les feuilles de l’Oyat peuvent se replier sur elles-mêmes en cas de sécheresse. L’ouverture des stomates varie au cours de la journée : elle est maximale à 10h et 17h, période où l’ensoleillement est encore important pour permettre la photosynthèse avec consommation de CO2. L’ouverture des stomates diminue pendant les heures les plus chaudes (de 10h à 17h) pour éviter une transpiration trop importante.

Les acacias hébergent des fourmis qui attaquent les prédateurs (défense biologique).
En climat tempéré, les arbres perdent leur feuille lors de la saison défavorable à la photosynthèse (généralement l’hiver). Les feuilles sont sensibles au gel et sont le siège d’une importante évaporation. Les arbres vont les perdre en automne (diminution de la luminosité) et vont rentrer en vie ralentie pendant la période froide (bourgeons en dormance pendant l’hiver).

Conclusion :

Au fil de l’évolution, une grande variété de systèmes de défense contre les agressions du milieu s’est mise en place chez les plantes à fleurs.
Il s’agit à la fois de moyen de défense contres les pathogènes et les prédateurs (épines, poils, molécules toxiques etc…) et de mécanismes d’adaptations aux variations saisonnières du milieu (bourgeons, chute de feuilles et vie ralentie en hiver, etc…)

Lire le tableau présentant quelques adaptations des plantes à la sécheresse

III. Les fonctions de reproduction : l’organisation fonctionnelle des fleurs permet la reproduction sexuée des plantes fixées

Comment assurer ses fonctions de reproduction avec les contraintes de la vie fixée ?

A. L’organisation florale

TP3 Organisation fonctionnelle florale des angiospermes

La fleur est constitué de 4 verticilles, couronnes concentriques de pièces florales : le calice (l’ensemble des sépales), la corolle (l’ensemble des pétale), l’androcée (l’ensemble des organes reproducteurs mâles = les étamines) et le gynécée (l’ensemble des organes reproducteurs femelles = le pistil).

L’organisation florale est contrôlée par des gènes de développement floral. Toute mutation de ces gènes provoque des modifications des verticilles.

B. La reproduction sexuée des plantes à fleurs

Lecture du texte du CNRS

1 – La dissémination du pollen et la coévolution

La dispersion du pollen est surtout réalisée par le vent (anémogamie) ou par les animaux (zoogamie).
D’étroites relations se sont créées entre les animaux pollinisateurs et les plantes à fleur : caractère attirant les animaux, surtout les insectes (molécules odorantes, couleur, forme, nectar…), développement de structures chez les animaux qui permettent le transport involontaire du pollen (poils, trompe, etc…).


La pollinisation de nombreuses plantes repose sur une collaboration animal pollinisateur/plante.

Voir cette vidéo sur la pollinisation de la Sauge.

On observe des adaptations quasi simultanées au cours de l’évolution des espèces interdépendantes : c’est la coévolution.

2 – De l’ovule à la graine, de la fleur au fruit

Les grains de pollen contenus dans les anthères des étamines fécondent les ovules contenus dans les carpelles des ovaires. Certaines fleurs sont hermaphrodites : elles possèdent les organes reproducteurs mâles et femelles et peuvent donc en théorie s’autoféconder. D’autres ne possèdent qu’un seul type d’organe reproducteur (dioïques) et doivent réaliser des fécondations croisées entre deux individus différents. Le résultat de la fécondation sera la transformation des pistils des fleurs en fruit contenant des graines. La germination des graines donne naissance à de nouveaux individus.

3 – La dissémination des graines et la coévolution

La dissémination des graines est surtout réalisée par le vent (anémochorie), par les animaux (zoochorie) et l’eau (hydrochorie).

La dispersion des graines est nécessaire à la survie et à la dispersion de la descendance. Elle repose souvent sur une collaboration animal disséminateur /plante (transport par les poils, déjection des excréments etc…) qui est parfois le produit d’une coévolution.

Voir ce sujet de bac sur la collaboration Dodo/Tambalacoque

schéma de conclusion à compléter au fur et à mesure et sa correction :schéma bilan organisation focntionnelle de la planteDeux kahoots (avec smartphone ou tablette !) modifiés à partir de ceux de Valérie Rambaud :


Le coin du professeur

Séance 1

  •   Savoir faire : Représenter schématiquement l’organisation d’une plante-type
  • Savoir faire:
    1. Recenser, extraire et exploiter des informations concernant l’organisation fonctionnelle d’une plante et des mécanismes protecteurs chez une plante (production de cuticules, de toxines, d’épines, etc.)..
    2. Réaliser et observer une préparation microscopique de racine, de coupe transversale de feuille , de tige.

    Savoir : Elle développe des surfaces d’échanges de grande dimension avec l’atmosphère (échanges de gaz, capture de la lumière) et avec le sol (échange d’eau et d’ions). Des systèmes conducteurs permettent les circulations de matières dans la plante, notamment entre systèmes aérien et souterrain. pdf du cours

  • Séance 2 Savoir : Des systèmes conducteurs permettent les circulations de matières dans la plante, notamment entre systèmes aérien et souterrain.
  • Savoir : Elle possède des structures et des mécanismes de défense (contre les agressions du milieu, les prédateurs, les variations saisonnières).
  • Savoir : L’organisation florale, contrôlée par des gènes de développement, et le fonctionnement de la fleur permettent le rapprochement des gamètes entre plantes fixées.La pollinisation de nombreuses plantes repose sur une collaboration animal/pollinisateur/plante produit d’une coévolution.À l’issue de la fécondation, la fleur se transforme en fruits contenant des graines.
    La dispersion des graines est nécessaire à la survie et à la dispersion de la descendance. Elle repose souvent sur une collaboration animal une plante et un animal assurant sa disséminateur/plante produit d’une coévolution.
  • Savoir faire :
    1. Réaliser la dissection d’une fleur simple
    2. Traduire les observations sous une forme schématique simple (diagramme floral).
    3. Mettre en évidence les relations entre une plante et un animal pollinisateur ou disséminateur.
    4. Savoir : La pollinisation de nombreuses plantes repose sur une collaboration animal/pollinisateur/plante produit d’une coévolution.
  • Savoir : À l’issue de la fécondation, la fleur se transforme en fruit contenant des graines. La dispersion des graines est nécessaire à la survie et à la dispersion de la descendance. Elle repose souvent sur une collaboration animal disséminateur/plante produit d’une coévolution.

    Se reproduire en étant fixé : extrait de « la force cachée des plantes » (à 26’13 »)

    Se disperser en étant fixé : extrait de « la force cachée des plantes » (à 37’56 »)

    Savoir faire : Mettre en évidence les relations entre une plante et un animal assurant sa dissémination.

Un commentaire pour Chapitre 1 Vie fixée

  1. Elalami dit :

    merci bcp

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