2A1 – L’organisation fonctionnelle des plantes à fleurs

Un petit avant goût…

2A1 – L’organisation fonctionnelle des plantes à fleurs

Plan du chapitre

Introduction et problématique
I – Les échanges de la plante avec son environnement
II – Les échanges au sein de la plante
III – Le développement d’une plante
Conclusion
Exercices
Entrainement pour le bac
Pistes pour le Grand Oral
Pour aller plus loin

Cours & Fiche mémo

Le cours en version imprimable

Fiche mémo du chapitre

Mots-clés du chapitre

tige, racine, poils absorbants, mycorhizes, feuille, stomates, vaisseaux conducteurs, xylème, phloème, sève brute, sève élaborée ; méristème ; croissance, multiplication, élongation, développement, différenciation, organogenèse, coupe transversale (CT), coupe longitudinale (CL), hormones, auxine, phytomère

Lien vers le padlet de ce thème

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Ressources du TP1

– Fiche du TP 1

– Doc élève à compléter
– Fiche ressource du TP 1
– Fiches techniques du TP 1 – Empreinte de feuille et Coupe longitudinale de tige
– Proposition de corrigé élève (mercis aux élèves de la session 2021-2022)

Activités du chapitre

– Activité 1 : Les surfaces foliaires
– Activité 2 : Les orchidées albinos et les mycorhizes + Corrigé Activité 2 + Diaporama
– Activité 3 : Les vaisseaux conducteurs + Activité 3 – Fiche Ressource + Corrigé activité 3
– Activité 4 : Les méristèmes + Corrigé activité 4
– Activité 5 : Les auxines + Activité 5 – Fiche Ressource + Corrigé activité 5

Les points clés du chapitre à maitriser

– Montrer que les plantes terrestres montrent une capacité d’adaptation à la vie fixée à l’interface sol/atmosphère, dans des environnements variables.

– Montrer que les plantes développent de grandes surfaces d’échange, aériennes et souterraines

– Étudier les surfaces d’échange des mycorhizes, associations symbiotiques entre champignons et racines de plantes

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

– Étudier et/ou réaliser les expériences historiques sur l’action de l’auxine dans la croissance racinaire ou caulinaire et montrant l’influence des conditions de milieu (lumière, gravité, vent) sur le développement de la plante

– Montrer que le développement d’une plante associe croissance et différenciation à partir de méristèmes

Compétences travaillées lors des TP

– Conduire l’étude morphologique simple d’une plante commune mettant en lien structure et fonction

– Réaliser et observer des coupes dans des organes végétaux afin de repérer les grands types de tissus conducteurs (phloème, xylème).

– Mettre en œuvre un protocole expérimental de localisation des zones d’élongation au niveau des parties aériennes ou souterraines.

Ce site a été réalisé par Mme et Mr ESTHER

Introduction

On pourrait croire que ces plantules tendent la tige pour regarder par la fenêtre… ce serait mal connaître les organes des plantes et leur croissance. L’explication scientifique n’est pas pour autant dénué d’intérêt, c’est ce que nous éluciderons dans ce chapitre !

Dans un premier temps, nous observerons et mesurerons les plantes et leurs surfaces d’échanges avec leur environnement. Dans un second temps, nous étudierons la croissance, le développement des plantes et l’influence de leur environnement sur celle-ci.

Problématique

Quels sont les différents organes d’une plante, leurs principales fonctions et comment se mettent-ils en place ?

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Avant de commencer – Un point sur la phylogénie

Les « plantes à fleur » ou Angiospermes font partie du groupe des Spermatophytes (plantes à graines), du groupe Chlorobiontes (plantes vertes, avec de la chlorophylle, pigment vert) et plus globalement des Eucaryotes (organisme possédant un noyau dans leurs cellules).

Les « plantes à fleurs » ou Angiospermes présentent donc des caractéristiques communes : ce sont des êtres vivants pluricellulaires, avec des organites nommés chloroplastes, contenant de la chlorophylle. Ils possèdent une croissance apicale, des vaisseaux conducteurs, une paroi contenant de la cellulose. Leur organe reproducteur est une fleur qui se transforme en un fruit* contenant les graines. * étymologiquement : angiosperme vient du grec « angio », vase, et « sperma » graine ; car la graine est protégée dans une structure : le fruit.

Schéma de l’organisation générale d’une plante à fleur

A– L’organisation générale d’une plante à fleur

La plante à fleur est un organisme à vie fixée. Son système racinaire ramifié s’ancre dans le sol.

Son système aérien est composé d’une tige plus ou moins ramifiée, de feuilles et de fleurs/fruits .

La tige est consolidée et forme du bois.

Au microscope, on distingue plusieurs types de tissus :

Les épidermes, au contact avec le milieu extérieur ;
Les tissus du soutien comme le parenchyme ;
Les vaisseaux conducteurs comme le xylème et le phloème (voir § C) ;
Des tissus spécialisés comme au niveau de la fleur, du fruit ou des méristèmes ;

Avec un plus fort grossissement, ou au microscope électronique, on peut vérifier que les cellules végétales sont des cellules eucaryotes, avec un noyau, et présentant plusieurs compartiments ou organites selon les tissus :

Des chloroplastes, contenant de la chlorophylle et intervenant dans la photosynthèse (voir § Chap2) ;
Des mitochondries, intervenant dans la respiration cellulaire ;
D’autres types de plastes (exemple : amyloplastes stockant des réserves nutritives sous forme d’amidon) ;
Une vacuole contenant essentiellement de l’eau ;

La paroi des végétaux est un assemblage moléculaire complexe contenant notamment de la cellulose (un polymère de glucose). Cette paroi contient dans des tissus spécialisés (xylème, bois) de la lignine qui rigidifie la paroi et la rend imperméable.

Important : le port (fait de se tenir « droit ») des végétaux est permis par deux mécanismes : (1) le gonflement des vacuoles des cellules ; (2) les propriétés mécaniques de la paroi riche en cellulose (et lignine).

B – Les organes d’échange des plantes à fleur

1 – Les feuilles, une surface adaptée aux échanges gazeux avec l’atmosphère et à la captation de la lumière

Les feuilles sont des organes d’échanges à l’interface avec l’atmosphère.

Sur leur face supérieure, sous un épiderme protecteur, les feuilles ont des cellules chlorophylliennes riches en chloroplastes, qui captent l’énergie solaire.

Sur leur face inférieure, on observe des stomates. Ces structures permettent l’entrée de CO₂ nécessaire à la photosynthèse et l’entrée d’O₂ nécessaire à la respiration, tout en limitant la déshydratation. L’ouverture des stomates est contrôlée par les besoins de la plante et les contraintes du milieu.

Des mesures permettent de mettre en évidence la très grande surface foliaire des plantes ce qui permet d’optimiser les échanges (de matière et d’énergie) avec l’atmosphère. Par exemple, la Palmier à huile a une surface foliaire de 400 m² tandis que la partie aérienne de la plante mesure 3 mètres.

Les feuilles sont également parcourues par des nervures qui sont en réalités des vaisseaux conducteurs (xylème/phloème).

Selon les espèces, certaines feuilles présentent des adaptations : présence d’une cuticule pour limite l’évapotranspiration, présences, d’épines ou de molécules toxiques pour limiter le broutage, etc.

Schéma d’une coupe transversale (CT) de feuille montrant les échanges entre la feuille et le milieu aérien.

Schéma d’un stomate vu de face montrant les échanges gazeux possible entre la feuille et le milieu aérien (Source – Tomatosphère)

2 – Les racines, une surface d’absorption de l’eau et des sels minéraux

Les racines sont des organes d’échanges à l’interface avec le sol. Elles permettent l’ancrage de la plante et l’absorption d’eau et de sels minéraux.

Elles s’organisent en réseau de forme variable (racine pivotante ou nombreuses racines latérales) dans le milieu souterrain offrant une très grande surface de contact avec le sol.

Les jeunes racines sont recouvertes de poils absorbants, longs et fins, spécialisés dans l’absorption d’eau et de sels minéraux.

Des études récentes ont permis de mettre en évidence l’importance d’interactions entre des micro-organismes et les racines :

les mycorhizes forment des filaments qui augmentent les surfaces d’échanges et facilitent l’absorption des éléments nutritifs ; elles sont constituées d’une association symbiotique (cf T1A Term Spé) entre des champignons et les racines.
les nodosités forment des petites masses (nœuds) au niveau des racines qui contiennent des bactéries facilitant l’absorption de l’azote.

Schéma d’une comparaison des surfaces racinaires en présence ou en absence de nodosités et mycorhizes

Dans le sol, les racines sont entouré d’une véritable microbiote (bactéries, champignons, virus, animaux microscopiques) qui interagit avec la plante.

La très grande surface racinaire des plantes et leurs interactions avec le microbiote du sol permettent d’optimiser les échanges (d’eau et de sels minéraux) avec le sol.

Piste de réflexion – Réfléchis aux points communs entre la nutrition/absorption des plantes au niveau du sol et celle des animaux au niveau de leur tube digestif (programmes de collège et seconde).

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C – Les échanges au sein de la plante

On observe que les plantes sont parcourues par un réseau de vaisseaux conducteurs :

les vaisseaux du xylème permettent la circulation de la sève brute ; celle-ci est constituée d’eau et de sels minéraux prélevés au niveau des racines ; l’évaporation d’une partie de l’eau au niveau des feuilles permet de tracter la sève brute vers les organes aériens ;

Les vaisseaux du phloème permettent la circulation de la sève élaborée ; celle-ci est constituée d’eau et de sucres synthétisés lors de la photosynthèse au niveau des feuilles ; la sève élaborée circule des feuilles (organes sources) vers les organes en croissance (jeunes feuilles, fleur, fruit) et les racines (organes puits).

Les vaisseaux conducteurs permettent d’assurer les échanges de matière (et d’énergie) au sein de la plante, notamment des organes aériens vers les organes racinaires (et inversement).

Les matières prélevées dans les milieux extérieurs (air et sol) et leur circulation au sein de la plante permettent d’assurer la nutrition des différents organes.

Remarque : les vaisseaux conducteurs jouent également un rôle dans le port/maintien de la plante grâce à leurs parois épaisse et renforcé riche en cellulose et en lignine. Chez certains plantes, notamment chez les arbres, certains vaisseaux du xylème phloème forment le bois.

Schéma de l’organisation des faisceaux conducteurs dans une plante. (Source : Khan Académie)

Un exemple d’argument possible rédigé dans le carnet

Dans un exercice de type 1, vous devez apporter un argument par idée-clé (donc 2 à 4 arguments par copie). Voici un exemple d’utilisation des connaissances et des manipulations vues/faites en TP qui pourrait être intégré dans une copie.

Pour aller plus loin – Une vidéo sur les vaisseaux conducteurs

Une exception dans le fonctionnement d’un végétal parasite : le gui…

En cas de problème, cliquez sur ce lien – https://www.radiofrance.fr/franceculture/podcasts/le-monde-vivant/le-gui-une-imposture-vegetale-9636160

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C – La croissance et le développement d’une plante

1 – Croissance et différenciation des organes de la plante

La croissance de la plante se fait essentiellement vers le haut, au niveau des tiges, et vers la profondeur, au niveau des racines. Certains tissus de la plantes peuvent également s’épaissir (tiges, racines).

Le croissance d’une plante associe la multiplication cellulaire (par mitoses), l’augmentation du volume des cellules et la différenciation cellulaire. On parle de différenciation cellulaire quand une cellule acquiert une fonction particulière, lorsqu’elle se spécialise.

Ces processus permettent la croissance de la plante (augmentation taille/volume) et l’organogenèse (formation de nouveaux organes).

La multiplication cellulaire a lieu dans des zones spécialisées appelés méristèmes situés notamment à l’extrémité des racines (méristèmes racinaires), des tiges (méristème caulinaire) et dans les bourgeons.

L’augmentation du volume des cellules et leur différenciation se produisent dans un second temps lorsque les cellules s’éloignent des méristèmes notamment sous l’action d’hormones végétales (phytohormones) comme l’auxine.

Schéma des méristèmes caulinaires et racinaires dans une plante.

Un exemple d’argument possible rédigé dans le carnet

Arguments de type – Expérience (historique).

2 – Influence de l’environnement sur la croissance et le développement de la plante

L’étude d’expériences historiques sur le phototropisme (orientation vers la lumière) des tiges permet de mettre en évidence que les végétaux sont soumis à l’influence de facteurs environnementaux.

Dans le cas du phototropisme la lumière entraîne la formation d’un gradient de concentration en auxine. L’auxine favorisant l’augmentation du volume cellulaire, toutes les cellules n’ont pas la même vitesse d’élongation, ce qui provoque une courbure de la tige.

D’autres tropismes existent : par exemple le gravitropisme des racines ou le tropisme de contact des lianes qui favorise leur enroulement pas un contact.

Schéma montrant un tropisme lié à la lumière (voir correction de l’activité 5)

Un exemple d’argument possible rédigé dans le carnet

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Conclusion

L’organisation fonctionnelle des plantes permet d’optimiser les échanges à l’interface sol-atmosphère ce qui permet l’approvisionnement des différents tissus.

Le développement des plantes associe croissance et différenciation sous l’influence de facteurs internes (gènes, hormones végétales) et externes (lumière, quantité de ressources, etc).

La plante est donc adaptée à la vie fixée dans des environnements variables. Certaines plantes vivant dans des environnements aux conditions extrêmes présentent des adaptations très spécifiques (ex : Oyat).