Végétaux: Grd capacité d'ajustement par rapport au milieu
Intro: Qu'est ce qu'un végétal ?
Définition
Def historique
être vivant incapable de se déplacer végétatif
MAIS:
-mvt lents d'organes
-végétaux unicellulaire deplace grâce à flagelle
-animaux fixés...
Définition
def cellulaire
eucaryotes à ç entouré d'une paroi pectocellulosique possédant des plastes et une ou des vacuoles de gde taille.
!!: Tt les ç d'un même organisme n'a pas Tt ces caractéristiques.
def écologique
Végétaux= producteur primaire (PI)=> autotrophie
Alimente les PII par la biomasse (conso) ou sapromasse (décomposeur)
Cyanobactérie= PI, photosynthétique
I- Les plantes faces aux contraintes de l’environnement
Racine => eau + sels minéraux
feuilles => énergie solaire (CO2)
Plantes doit s'adapter car me peut pas de déplacer > évolution: développent et physiologie
Plantes même espèces: acquis mécanismes çaire et moléculaire leur
permettant de percevoir des changent externes et reprogrammer
l'expression de leur génome.
Manque d'eau: milieu très sec:
petite feuilles recouverte de poils
stomates protégés au fond des cryptes
enroulement sur elle même => limitation transpiration
->Protection contre déshydratation
système racinaire très étendues optimisation approvisionnement en eau.
Adaptation au froid:
- perte de feuille
- vie ralentie + protection bourgeon
- organes souterrain( bulbe, tubercule)
Moyen d'adaptation varie selon biotope
Morphologie. Anatomie: tailles forme des feuille, répartition
stomate, appareil racinaire, pilosité
Physiologie: ouverture de la fleur en fonction de la T°, cycle de
reproduction graines dormantes
Stress
Prédateurs:
méthodes physique: épine, poils urticant, fueille particulière
méthode chimique: synthèse de toxines, huiles essentiel répulsive, substance stérilisatrice
méthode biologique: symbiose
II- Organisation fonctionnelle de la plante
A- Des échanges avec l’atmosphère
1. Structure générale de la feuille
schéma d'une feuille
Définition
Feuille
organe à symétrie bilatérale porté latéralement par la tige, à
croissance finie.
épiderme supérieur = 1 seule couche de cellules non chlorophylliennes, recouvert par cuticule
Parenchyme chlorophyllien palissadique/ lacuneux: cellules riches en chloroplastes, parois minces et grd vacuoles
épiderme inférieur: continuité interrompue par des orifices = les stomates: communiquent cavité = chambre sous stomatique.
2. Organisation et fonctionnement des stomates
a) Histologie
Plantes aériennes: stomates peuvent se trouver sur les deux épidermes (supérieur et inférieur) maj. sur la face la moins éclairée > limite évaporation
b) Fonctionnement des stomates
Les stomates permettent les échanges gazeux indispensables à la respiration (24h/24) et à la PS (le jour). Les modifications de l’ouverture permet l’adaptation aux variations de luminosité et de température.
3. Les cellules chlorophylliennes, siège de la PS
Feuille:
-grande surface par rapport à son volume = gde surface réceptrice de lumière
-lieu d’échanges gazeux importants avec l’atmosphère (CO2, O2, H2O). possède une atmosphère interne importante => lacunes permettes circulation gaz + communication chambres sous-stomatiques, reliées à l’air atmosphérique grâce aux stomates.
-spécialisée dans la PS, vapeur d’eau s’échappe à travers les stomates > transpiration nécessaire ascension de la sève depuis les racines jusqu’aux feuilles. Elle tend à dessécher la feuille, mais l’ouverture des stomates varie selon la quantité d’eau disponible dans le sol, l’humidité et la température de l’air
B- Des échanges avec le sol
1. L’appareil racinaire
Définition
racine
organe à symétrie radiale ne portant jamais de feuilles à croissance indéfinie
2. La zone pilifère
L’appareil racinaire assure ancrage plante dans sol + l’absorption minérale => ramifications des racines + poils absorbants = GRD surface d’échanges entre plante et sol par rapport à taille plante.
Symbiose: racine + mycélium de champignon
Champignon se nourrit de MO fabriquées par plante
Plante bénéficie d’un V d’exploitation de l’eau du sol bcp + grd que sans mycorhize
Définition
symbiose
Association étroite de deux ou plusieurs organismes différents, mutuellement bénéfique, voire indispensable à leur survie
III- Croissance et différenciation
A- Des zones spécialisées dans la croissance de la plante
Coiffe: entoure extrémité racine, protège méristème apicale, constant renouvellement, paroi en mucilage (=lisse), responsable orientation croissance > capteur gravité
Zone de croissance: identifiable par expérience de Sachs (écartement traits), méristème apicale: zone de divisions cellulaires permet croissance racine
Cellules méristématiques: ç jeunes à fort pvr de division, organites peu différenciés, bcp de ribosomes témoin synthèse protéique
Elongation cellulaire: croissance des ç longitudinale, phénomène de différenciation
Différenciation cellulaire: modification structurale et spécialisation physiologique
A retenir :
- bourgeon contient ébauche tige feuillée + méristème caulinaire (= ç embryonnaire)
- Les cellules produites par le fonctionnement des méristèmes racinaires et caulinaires peuvent subir une élongation. Cette croissance orientée permet l’allongement des racines et des segments de tiges, ainsi que l’agrandissement des feuilles. Des méristèmes existent aussi au sein d’organes déjà développés.
B -La mise en place des organes de la plante
A retenir :
Le développement d'une plante associe multiplication cellulaire, croissance et différenciation (formation de nouveaux types cellulaires et organogenèse), résulte du fonctionnement de ses méristèmes, et conduit à une organisation à la fois universelle et déclinée de façons diverses selon les espèces.
Les tiges feuillées sont construites et se mettent en place de façon modulaire = phytomère, module est constitué d’un segment de tige comprenant un entre-nœud et un nœud
Définition
entre-nœud
zone dépourvue de bourgeon et de feuille
nœud
zone comportant une ou plusieurs feuilles et un ou des bourgeons axillaires, situés à l’aisselle de chaque feuille
Le développement des ébauches de phytomères contenues dans un bourgeon consiste en une élongation des entre-nœuds, une augmentation de la taille des feuilles, suivie d’une différenciation des tissus au sein de ces organes.
C- Une organogenèse sous influences
Définition
Tropisme
Mouvement d’attraction (tropisme positif) ou
d’éloignement (tropisme négatif) provoqué par un agent physique sur un être vivant
Phototropisme
diriger vers la lumière
géotrpisme
vers le centre de la Terre
Le phototropisme:
• La pointe du coléoptile est sensible à la lumière. C'est là que se situe la perception.
• La réponse se fait en dessous vers le milieu du coléoptile.
• Il doit exister un message entre le lieu de perception et le lieu de réponse.
• Ce message est envoyé de la pointe du coléoptile vers le site de courbure
Définition
dominance apicale
La section du bourgeon apical provoque le développement immédiat du
bourgeon axillaire situé en dessous de lui. Tout se passe comme si, en fonctionnement normal, le bourgeon
terminal exerçait une action inhibitrice sur les bourgeons axillaires situés en dessous de lui. > provoqué par l'auxine
Hormone
substance produite dans certaines cellules, vectrice d’une information,
transportée à quelque lieu de son site de synthèse vers des cellules cibles qui possèdent des récepteurs
membranaires spécifiques entraînant une modification de la fonction de la cellule
a- L’auxine et le phototropisme positif des tiges
1. Nature chimique de l'auxine
Définition
Auxine
acide indole-acétique (AIA), ensemble de substances possédant des propriétés physiologiques voisines et une conformation chimique
apparentée
2. Lieu de synthèse et transport de l'auxine
A retenir :
-Lieu de synthèse de l'auxine:
- apex des tiges
- méristèmes
- jeunes feuilles des bourgeons terminaux.
-Migration dans tous les tissus primordiale
-Auxine se déplace dans phloème
Conduction de l'auxine polarisé: de l'apex vers la base de l'organe
3. Rôles de l'auxine dans la morphogenèse végétative
Rôle de l'auxine:
-élongation cellulaire: augmentation taille ç, relâchement parois des ç + agit sur l'activité génique en régulant la synthèse d'ARNm codant pour des protéines nécessaires à l'élongation > modifie expression génétique
-division çaire: stimule mitose
-croissance organes végétatif
-Pvr rhizogène: apparition racine
b- L’auxine et le gravitropisme ou géotropisme
A retenir :
La gravité = facteur de l’environnement: influence la morphogenèse de toutes les plantes. Omniprésent dans la biosphère, ne pas être perçu par l’observateur: les plantes poussent selon un axe vertical (gravité=origine verticalité)
→ Les racines s’orientent dans le sens du champ de gravité, c’est-à-dire « pointe vers le bas » = gravitropisme positif
→ les coléoptiles et les tiges s’orientent dans le sens opposé au champ de gravité = gravitropisme négatif.
→ Les tiges sont donc soumise à deux tropismes : gravitropisme – et phototropisme +
L’auxine remonte de manière inégale et provoque au niveau de la zone d’élongation une croissance différentielle par inhibition de croissance du côté où se trouvaient les statolithes (l’auxine ayant une action inhibitrice sur la croissance des racines).
A retenir :
Auxine a une action opposée dans racine et tige
C- Circumnutation et thigmotropisme
Définition
thigmotropisme (ou haptotropisme)
tropisme dont le stimulus est le contact.
Contact objet
au niveau d’une zone de croissance peut provoquer inhibition locale de croissance. Ceci se traduit alors
par une courbure dirigée vers l’objet. Important chez les tiges de
plantes volubiles et chez les vrilles.
Le thigmotropisme développé
au contact du tuteur permet de s’enrouler précisément autour de lui.
A retenir :
Le mouvement intrinsèque de circumnutation a permis de rencontrer un tuteur.
D- Les cytokinines sont des composés proches des bases puriques (adénine)
Fabriquées au niveau de l'apex racinaire
• induisent la différenciation des bourgeons
• activent la division cellulaire
• activent la production de chlorophylle
• activent l'ouverture des feuilles
• favorisent la croissance cellulaire
• favorisent la formation de jeunes pousses
• favorisent le déchargement de composés sucrés par le phloème
• retardent la sénescence foliaire
• permettent la séparation des chromosomes lors de la division cellulaire
• sont impliquées dans les morphogénèses…
A retenir :
A forte dose auxine inhibe débourrement bourgeon
IV- La circulation des sèves dans la plante
A- Deux types de sèves
A retenir :
Sève brute = eau + ions minéraux => puisé dans le sol
Sève élaborée = eau + ions minéraux + MO => transporte MO= produit PS
B- Les tissus conducteurs
Xylème: circulation sève brute/ ascendante, constitué de ç morte, paroi épaissi par lignine, vaisseaux annelés, spiralés, réticulés, ponctués suivant leur stade de différenciation => lignine colore en vert par vert d'iode
Phloème: circulation sève élaboré/ descendante enrichie en produit de la PS, constitué cellules allongées sans noyau, tube criblé: perforation au-travers desquelles circule la sève
C- Schéma de synthèse de l'organisation des plantes à fleurs et des échanges avec le milieu
V- Rôle des pigments foliaires
A- Spéctrophotométrie
La couleur verte des plantes > présence de chlorophylle dans les chloroplastes des cellules.
chlorophylle = pigment photosynthétique absorbe les ondes lumineuses bleues et rouges. Localisée dans les membranes des tylakoïdes: forme un photosystème.
Dans la membrane des thylakoïdes: accepteurs d'électrons et des ATPsynthase
Définition
ATPsynthase
enzyme qui catalyse la synthèse d'ATP
ATP= adénosine triphosphate, stocke énergie
B- Séparation par chromatographie
chlorophylle = mélange pls pigments => captent l'énergie lumineuse.
La couleur du pigment correspond aux radiations non absorbées
C- Résultats d’une expérience d’ExAO sur la photosynthèse
périodes obscures: C° dioxygène diminue => respiration des cellules
période lumineuse: C° dioxygène augmente => photosynthèse
Respiration + Photosynthèse simultané.
Product° dioxygène = photosynthèse nette (P° O2) = photosynthèse brute (P° O2 de la PS) - respiration (O2 consommé)
VI- La photosynthèse
A- L’équation de la photosynthese
Expérience de Ruben et Kamen: le rapport isotopique de l’O2 ne semble dépendre que de celui de l’eau et pas de celui du HCO3- → les atomes d’O2 ne viennent pas du CO2 mais de l’eau
A retenir :
Ceci implique une photodissociation de la molécule d’eau avec libération d’O2 : Cette dissociation = oxydation → Il y a photolyse de l’eau
ç chlorophylliennes absorbe CO2 à la lumière pr PS. des glucides
Eau iodée colore amidon en brun
Mo fabriquée par ç chlorophylliennes
A retenir :
- 2H2O → 4 H+ + 4 e- + O2 (x6) → oxydation de l’eau (réducteur)
- 6CO2 + 24 H+ +24e- → C6H12O6 + 6H2O → réduction du CO2 (oxydant)
→ eau est un donneur d’électrons et d’hydrogène ; elle est oxydée
→ CO2 est un accepteur d’hydrogène et d’électrons : CO2 est réduit
- PS correspond à une réduction du CO2 en mo couplée à l’oxydation de l’eau
B- Les deux phases de la photosynthèse
Définition
équation PS
6 CO2 + 6 H2O ---> C6H12O6 + 6 O2
Phase 1: claire = ensemble de réactions photochimiques > transformation de l’énergie lumineuse (photons) en énergie chimique (phase dépendante de la lumière)
Phase 2: sombre: enzymatique et indépendante de la lumière = ’assimilation du gaz carbonique, changer CO2 et eau en glucides
a- La 1er phase : la phase photochimique, initiée par la lumière et qui se déroule dans les thylakoïdes
Expérience de Hill: Oxydation de l’eau au niveau de la membrane des thylakoïdes libère des électrons > captés par des accepteurs R.
La lumière absorbée par les photosystèmes de la membrane des thylakoïdes entraîne un vaste système d'oxydoréduction:
- L'oxydation de l'eau conduit à la production d'O2
- La réduction des accepteurs R du stroma en RH2.
Une fois réduits (RH2) représentent un pouvoir réducteur transmissible à d'autres molécules au cours de réactions chimiques ultérieures.
RH2 disponibles au niveau du stroma.
Oxydation= décomposition de la molécule d'eau => libère H+, transfert de protons du stroma dans l’espace intra-thylakoïdien permet accumulation des protons supplémentaires qui se concentrent à l'intérieur des thylakoïdes (lumen).
=> création d'un gradient de proton de part et d'autre de la membrane des thylakoïdes > permet la création d'ATP au niveau de la membrane des thylakoïdes grâce à des ATPsynthase. L'ATP est lui aussi disponible au niveau du stroma.
Les coenzymes réduits, RH2 et l'ATP = conversion de l'énergie lumineuse, véhiculée par les photons, en 2 formes d'énergie chimique utilisables lors de la seconde phase de la photosynthèse, pour l'assimilation du carbone minéral.
Le couple R/RH2 joue ainsi le rôle d'intermédiaire entre l'oxydation de l'eau et la réduction du CO2
Les réactions d’oxydoréduction durant la phase photochimique
2H2O → O2 + 4H+ + 4e- (photolyse de l'eau)
2R + 4H+ + 4e- → 2RH2
donc 2H20 + 2R → O2 + 2RH2
Production d'ATP: différence de pH entre l'intérieur et l'extérieur des thylakoïdes permet synthèse d'ATP = efflux de protons (depuis le lumen vers le milieu ) à travers l’ATP synthase qui provoque la synthèse d’ATP
1. Excitation des pigments photosynthétiques et libération d'électrons
2. Transit des électrons à travers les photosystèmes de la membrane des thylakoïdes des chloroplastes:
R (forme oxydée) + 2H+ + 2e - --------> RH2 (forme réduite)
NADP + + 2H+ + 2e - → NADPH2
4. Établissement d'un flux de protons qui active une une ATP synthétase
5. Photophosphorylation de l'ATP: ADP + Pi + énergie -----> ATP
→ 12H2O + 12NADP + 12(ADP + Pi) → 6O2 + 12NADPH2 + 12ATP.
b – La deuxième phase non photochimique de la photosynthèse dans le stroma des chloroplastes
Expérience de Graffon (1951):
• lors de la PS, fixation CO2 dans des molécules organiques dépend de la lumière
• le décalage de 20 secondes, pendant lesquelles la fixation de CO2 se poursuit malgré l’absence de lumière >> dépendance à la lumière n’est pas directe.
Expérience de Arnon (1958) :
• dans le stroma des chloroplastes la fixation de CO2 non spontanée
• les thylakoïdes éclairés fournissent au stroma des éléments permettant la fixation du CO2
• les éléments fournis par les thylakoïdes peuvent être ATP et RH2. La fixation du CO2 dans des molécules organiques se fait dans le stroma à partir d’ATP et de RH2. (phase chimique) produits par les thylakoïdes éclairés (phase photochimique). Elle dépend de la lumière indirectement.
A retenir :
Incorporation du CO2 nécessite phase lumineuse > assure product° du RH2 et d’ATP => une partie de la PS peut se réaliser au cours d'une phase sans lumière.
>Deux étapes distinguée par présence de lumière
production de molécules organiques (comme le glucose à partir du CO2 atmosphérique) = phase lumineuse, qui fournit des molécules (ATP et RH2) indispensables à l'assimilation du CO2
Expérience de Calvin et Benson (1961: prix Nobel):
Incorporation du CO2 progressive: sous forme d'APG puis sous forme de glucose
Expérience de Bassam et Calvin:
existence d'un cycle de Calvin APG et RU-PB
A retenir :
Cycle de Calvin = incorporation CO2 (phase non photochimique)
- dans le stroma des chloroplastes
- couplé à la phase photochimique
- CO2 doit être réduit
- RU-PB = accepteur CO2, produit de la fixation se scinde en 2 M à 3 atomes de C
- M d'APG reçoit grpement phosphate de l'ATP
Il nécessite : 18 ATP (qui cèdent leur énergie) produites par la phase photochimique; 12 RH2 (qui cèdent leur électron et leur hydrogène) produits par la phase photochimique; 6 CO2 issu de l'atmosphère
3- Le devenir des produits de la photosynthèse
a- La matière organique est exportée et transformée
molécules organiques produites par PS sont utilisées:
>par les tissus chlorophylliens (cellulose imprégnant la paroi pecto-cellulosique, glucose consommé par la respiration cellulaire, par exemple)
>exporté sous forme de molécules solubles (acides aminés et sucres) vers toutes les organes de la plante via la sève élaborée => permettent product° diversité de composés organiques : cellulose, lignine, anthocyanes, tanin, amidon > = métabolites secondaires.
b- Des matières organiques assurent la croissance et le port de la plante.
c- De la matière organique est stockée
Organes stockent MO en attendant le retour de conditions plus favorables au développement et à la PS >> bulbes, tubercules, rhizomes
Plante annuelles: pérennité assuré par graines
d- La matière organique issue de la photosynthèse assure l’interaction avec l’environnement
Interactions:
- mutualiste: 2 espèces bénéficiaires
- non réciproque > interactions antagoniste
