L’organisation fonctionnelle des plantes à fleurs

L’organisation fonctionnelle des plantes à fleurs
 (2 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.

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).

Comment les plantes à fleurs ayant une vie fixée s’adaptent-elles à leur environnement ?

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

TP1 Organisation fonctionnelle des angiospermes

Comment les surfaces d’échanges entre la plante et son environnement lui permettent-elles de se nourrir ?

Les surfaces d’échanges des feuilles avec l’atmosphère et des racines avec le sol sont importantes. Plus la surface d’un organe est importante, plus les échanges qu’il réalise seront importants :

  • L’extrémité des racines est recouverte de poils absorbants qui augmentent la surface totale des racines.

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 racinaire,  90 % des plantes nouent des relations symbiotiques avec des champignons du sol, formant des organes associant racines et champignons : les mycorhizes. Cette association entre certains êtres vivants très étroites et durables constituent des symbioses (=vivre ensemble). Les filaments du champignon augmentent considérablement la surface d’échange et contribuent à la nutrition des plantes dans le sol (prélèvement d’eau et de sels minéraux). Les symbioses peuvent entraîner des modifications phénotypiques de chaque être vivant pris séparément : production de nouvelles molécules, apparition de nouvelles structures, modification des comportements (croissance mutuelle). Je révise !

Symbiose mycorhiziennesymbiose mychoryse

  • 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. Je révise !

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.

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

TP2 Circulation de matière dans la plante

Les plantes vasculaires appelées aussi trachéophytes contiennent deux types de vaisseaux conducteurs :

  • Le xylème permettant le transport dans l’ensemble de la plante de la sève brute qui contient de l’eau et des ions minéraux provenant du sol.
  • Le phloème permettant le transport dans l’ensemble de la plante de la sève élaborée contenant des photo-assimilats sous forme de sucre (saccharose…) provenant de la photosynthèse.

Les tissus conducteurs canalisent donc les circulations de matière dans la plante, notamment entre les lieux d’approvisionnement en matière minérale (sol pour l’eau et les ions minéraux), les lieux de synthèse organique (feuille, lieu de la photosynthèse) et les lieux de stockage (organe de réserve ex : tubercule de pomme de terre).

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.

 

Bilan sur les échanges (correction)

A voir également sous forme d’animation

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 :

Pour aller plus loin :

source Pour La Science n°494 décembre 2018

L’endosymbiose est une forme de symbiose où l’un des êtres vivants est contenu par l’autre. Les bactéries Rhizobium vues en TP sont endosymbiotiques, à l’intérieur des cellules végétales de la nodosité de Trèfle.

Lire l’article de M.A. Selosse dans Pour La Science de février 2011 « L’évolution par fusion » et Pour la Science de décembre 2018 « Mycorhize, la symbiose qui a fait la vie terrestre« 

Pour aller plus loin, écouter la conférence de Marc-André Selosse (attention durée 1h) et visualiser son PowerPoint de 113 diapos « Comment les microbes structurent le monde« 

 


Savoir :

Notions fondamentales : organisation générale d’une plante angiosperme : tige, racine, feuille, stomates, vaisseaux conducteurs ; méristème ; multiplication et élongation, organogenèse.

Par diverses caractéristiques, les plantes terrestres montrent une capacité d’adaptation à la vie fixée à
l’interface sol/atmosphère, dans des environnements variables.
Les plantes développent de grandes surfaces d’échange, aériennes d’une part (optimisation de l’exposition à la lumière, source d’énergie, transferts de gaz) et souterraines d’autre part (absorption d’eau et d’ions du sol facilitée le plus souvent par des symbioses, notamment les mycorhizes).

Des tissus conducteurs canalisent les circulations de matière dans la plante, notamment entre les lieux d’approvisionnement en matière minérale, les lieux de synthèse organique et les lieux de stockage.

Le développement d’une plante associe croissance (multiplication cellulaire par mitoses dans les
méristèmes, suivie d’élongation cellulaire) et différenciation d’organes (tiges, feuilles, fleurs, racines) à
partir de méristèmes. Ce développement conduit à une organisation modulaire en phytomères, contrôlée par des hormones végétales et influencée par les conditions de milieu.

Savoir faire

  • Conduire l’étude morphologique simple d’une plante commune mettant en lien structure et fonction.
  • Estimer (ordre de grandeur) les surfaces d’échange d’une plante par rapport à sa masse ou son volume.
  • Mettre en œuvre un protocole expérimental de localisation des zones d’élongation au niveau des parties aériennes ou souterraines.
  • Étudier les surfaces d’échange des mycorhizes, associations symbiotiques entre champignons et racines de plantes, déjà observées en classe de première.
  • Réaliser et observer des coupes dans des organes végétaux afin de repérer les grands types de tissus conducteurs (phloème, xylème).
  • Étudier et/ou réaliser les expériences historiques sur l’action de l’auxine dans la croissance racinaire ou caulinaire.
  • Établir et mettre en œuvre des protocoles montrant l’influence des conditions de milieu (lumière, gravité, vent) sur le développement de la plante.

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 »)

 

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