Fiche de révision : Organisation et fonctionnement des plantes

📋 Plan du Cours

1. Organes et vie fixée
2. Adaptations aux milieux variables
3. Surfaces d’échange végétales
4. Circulation des sèves
5. Croissance et différenciation
6. Phototropisme et auxine
7. Découvertes sur la photosynthèse
8. Pigments et phase claire
9. Synthèse de matière organique
10. Photolyse de l’eau et phase claire
11. Cycle de Calvin-Benson
12. Transport et parois végétales
13. Réserves et dissémination
14. Métabolites et interactions
15. Reproduction asexuée
16. Fleur et reproduction sexuée

📖 1. Organes et vie fixée

🔑 Notions clés & Définitions

• Organes végétatifs : constitués des racines, des tiges et des feuilles, permettent à la plante de se nourrir et grandissent tout au long de sa vie

📝 Points essentiels

• Les feuilles nourrissent la plante par photosynthèse, les racines prélèvent l’eau et les sels minéraux, la tige soutient et transporte la sève, et les fleurs, fruits et graines assurent la reproduction et la propagation.

💡 Astuce mémo

Organes végétatifs pour se nourrir, organes reproducteurs pour se propager

📖 2. Adaptations aux milieux variables

★ À maîtriser

• La renoncule des glaciers vit jusqu’à 4270 m dans des conditions de basse température et de rayonnement ultraviolet intense grâce à une tige courte, robuste et ramifiée, à de petites feuilles et à une protéine de tolérance climatique.

• L’oyat limite les pertes d’eau grâce à ses longues feuilles qui s’enroulent sur elles-mêmes et dont la face extérieure est relativement imperméable.

• La xatardie rude résiste aux mouvements des éboulis grâce à une racine pivot robuste qui atteint une zone d’ancrage où des racines fines et ramifiées prélèvent l’eau et les nutriments.

Compléments

• Chez le maïs, le système racinaire s’adapte à la composition et à la structure du sol afin d’optimiser l’apport d’eau et de nutriments.

💡 Astuce mémo

Contraintes locales → adaptations morpho-anatomiques

📖 3. Surfaces d’échange végétales

🔑 Notions clés & Définitions

• Stomate : constitué de deux cellules de garde qui peuvent s’écarter pour former un ostiole par lequel passent les gaz
• Symbiose mycorhizienne : une association dans laquelle le champignon fournit à la plante de l’eau et des sels minéraux, notamment l’azote et le phosphore, tandis que la plante fournit de la matière organique au champignon

★ À maîtriser

• La densité stomatique varie fortement selon les plantes : le blé possède environ une dizaine de stomates par millimètre carré, contre environ 300 chez le pommier.

• Les poils absorbants des jeunes racines constituent la principale surface d’échange racinaire, et les mycorhizes augmentent encore cette surface.

Compléments

📐 Formule — La surface d’une sphère sous-stomatique de rayon R se calcule par $S=4\pi R^2$.

💡 Astuce mémo

Feuilles : gaz et lumière ; racines : eau et sels minéraux

📖 4. Circulation des sèves

★ À maîtriser

📌 La sève brute circule dans le xylème depuis les racines vers les organes aériens et contient principalement de l’eau et des sels minéraux, tandis que la sève élaborée circule dans le phloème depuis les feuilles vers les autres organes et est enrichie en sucres produits par photosynthèse.

Compléments

• Le xylème et le phloème sont présents dans tous les organes des plantes à fleurs, mais leur organisation varie selon l’organe : ils sont superposés dans la tige et la feuille, tandis que le xylème forme une croix dans le phloème de la racine de radis.

💡 Astuce mémo

Xylème ascendant et minéral ; phloème redistributif et sucré

📖 5. Croissance et différenciation

🔑 Notions clés & Définitions

• Phytomère : une unité répétée du rameau, généralement constituée d’un fragment de tige, d’une feuille et d’un bourgeon à la base de cette feuille

★ À maîtriser

📌 La croissance correspond à une augmentation du nombre ou de la taille des cellules sans changement fondamental de leurs caractéristiques, tandis que la différenciation correspond à l’acquisition de caractéristiques spécialisées.

• 🔄 La croissance racinaire comprend: une zone méristématique de divisions cellulaires, une zone d’élongation des cellules, une zone de différenciation des tissus racinaires

Compléments

• Dans un bourgeon, les organes du rameau sont déjà différenciés avant son ouverture, puis leur croissance principale a lieu après l’ouverture.

💡 Astuce mémo

Méristème → élongation → différenciation

📖 6. Phototropisme et auxine

🔑 Notions clés & Définitions

• Phototropisme : la croissance orientée d’une plante vers la lumière
• Auxine : une phytohormone hydrosoluble produite dans l’apex du coléoptile, qui favorise la croissance des cellules et migre vers les parties moins éclairées lors d’un éclairage inégal

★ À maîtriser

• Les expériences de Darwin et Darwin montrent que l’apex du coléoptile perçoit la lumière et qu’un apex sectionné ne permet plus la croissance orientée.

Compléments

• Les expériences de Boysen-Jensen montrent qu’un messager issu de l’apex peut traverser la gélose mais pas une lamelle de mica, et qu’il doit passer par la face externe du coléoptile pour provoquer la courbure.

💡 Astuce mémo

Lumière unilatérale → redistribution d’auxine → croissance courbée

📖 7. Découvertes sur la photosynthèse

📝 Points essentiels

• En 1771, Joseph Priestley montre qu’une plante verte placée sous une cloche éclairée contribue à maintenir une souris en vie et à préserver la combustion d’une bougie.

• En 1780, Jan Ingenhousz identifie comme dioxygène le gaz produit sous forme de bulles par des feuilles éclairées.

• L’expérience d’Engelmann montre que la production de dioxygène est maximale autour de 500 nm et de 680 nm.

💡 Astuce mémo

Priestley → Bonnet et Ingenhousz → Engelmann → Ruben et Kamen

📖 8. Pigments et phase claire

📝 Points essentiels

• Les chloroplastes contiennent plusieurs pigments photosynthétiques, dont les chlorophylles et les caroténoïdes, qui absorbent surtout les rayonnements bleus et rouges favorables à la photosynthèse.

• En 1941, Ruben et Kamen montrent que le dioxygène produit par les algues provient de l’eau et non du dioxyde de carbone, car l’isotope de l’oxygène marqué dans l’eau se retrouve dans le dioxygène dégagé.

📐 Formule — La photolyse de l’eau à la lumière s’écrit $2H_2O\rightarrow O_2+4H^++4e^-$.

• La phase claire produit de l’ATP et des coenzymes réduits grâce à l’énergie lumineuse et aux électrons issus de l’eau, transformant ainsi l’énergie lumineuse en énergie chimique.

💡 Astuce mémo

Lumière absorbée → photolyse de l’eau → ATP et coenzymes réduits

📖 9. Synthèse de matière organique

★ À maîtriser

📐 Formule — La photosynthèse transforme six molécules de dioxyde de carbone et six molécules d’eau en glucose et six molécules de dioxygène grâce à la lumière et à la chlorophylle : $6CO_2+6H_2O\rightarrow C_6H_{12}O_6+6O_2$.

Compléments

• Le lugol colore l’amidon en bleu nuit ou violet, ce qui permet de détecter la production de matière organique dans une feuille.

• L’amidon est un polymère formé par l’association de nombreuses molécules de glucose avec élimination d’eau.

📖 10. Photolyse de l’eau et phase claire

📝 Points essentiels

• Sous l’effet de la lumière captée par les chlorophylles des chloroplastes, l’eau est photolysée selon la réaction $2H_2O \rightarrow O_2 + 4H^+ + 4e^-$.

📌 La photolyse de l’eau est une oxydation car l’eau perd des électrons, tandis que les coenzymes sont réduits lorsqu’ils captent ces électrons.

• La phase claire de la photosynthèse produit deux sources d’énergie chimique utilisables par la cellule : l’ATP et des coenzymes réduits.

📌 La photosynthèse nécessite de la lumière et des parties vertes contenant des chloroplastes, car l’amidon n’est détecté dans les feuilles qu’à la lumière et dans les cellules chlorophylliennes.

💡 Astuce mémo

Lumière → photolyse de l’eau → électrons, ATP et coenzymes réduits

📖 11. Cycle de Calvin-Benson

★ À maîtriser

• Le bilan simplifié de la photosynthèse est $6CO_2 + 6H_2O \xrightarrow{\text{lumière, chlorophylle}} C_6H_{12}O_6 + 6O_2$.

• Dans le cycle de Calvin-Benson, le CO₂ est fixé sur le RuBP par la Rubisco, l’APG formé est réduit en trioses phosphates grâce à l’ATP et aux coenzymes réduits, puis ces trioses permettent de former des glucides.

📌 L’ATP et les coenzymes réduits produits à la lumière sont nécessaires pour transformer l’APG en RuBP, car à l’obscurité l’APG s’accumule tandis que le RuBP disparaît.

Compléments

📌 L’APG contient trois carbones, les hexoses contiennent six carbones et le RuBP contient cinq carbones.

💡 Astuce mémo

CO₂ + RuBP → APG → trioses phosphates → glucides

📖 12. Transport et parois végétales

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellulose : Polymère de glucose formé de longues molécules linéaires qui constituent l’armature principale de la paroi végétale.

★ À maîtriser

📌 La lignine imprègne les parois des cellules qui ne grandiront plus et les rigidifie, ce qui permet notamment le port dressé des plantes.

Compléments

• Les cellulose-synthases de la membrane cytoplasmique polymérisent le glucose en longues chaînes de cellulose et sont guidées par des microtubules.

💡 Astuce mémo

Xylème = sève brute ; phloème = sève élaborée

📖 13. Réserves et dissémination

★ À maîtriser

• L’amidon produit par photosynthèse est transporté par le phloème jusqu’aux tubercules de pomme de terre, où il est stocké dans des amyloplastes.

📌 Les réserves du tubercule de pomme de terre peuvent permettre la formation d’un nouveau plant l’année suivante si le tubercule reste dans le sol.

📌 La pulpe de cerise attire et récompense les animaux disséminateurs, tandis que la graine contenue dans le noyau conserve le pouvoir de germination.

Compléments

• Environ 10 % des noisettes cachées par les écureuils ne sont pas consommées et peuvent donc germer, car les écureuils consomment environ 60 % des noisettes cachées et d’autres écureuils environ 30 %.

💡 Astuce mémo

Réserves nutritives → germination ou alimentation → dissémination

📖 14. Métabolites et interactions

🔑 Notions clés & Définitions

• Tanins : Métabolites végétaux déposés dans les parois cellulaires, antibactériens et antifongiques, qui peuvent représenter jusqu’à 40 % du poids sec de l’écorce.

★ À maîtriser

📌 Chez le fuchsia, les fleurs vert-bleu non pollinisées produisent du nectar, tandis que les fleurs rouges pollinisées n’en produisent plus.

Compléments

• Chez l’acacia, une augmentation de la concentration en tanins de 5 % à 12 % est associée à une mortalité des koudous passant de 0 à 30 %.

📌 Les acacias broutés émettent une hormone atmosphérique qui stimule la production de tanins chez les autres acacias qui la reçoivent.

💡 Astuce mémo

Tanins : défense ; anthocyanes : attraction des pollinisateurs

📖 15. Reproduction asexuée

🔑 Notions clés & Définitions

• Reproduction asexuée : Produit des individus génétiquement identiques à la plante mère sans production de gamètes ni fécondation.
• Totipotence : Capacité des cellules végétales à se différencier en n’importe quel type de cellule.

★ À maîtriser

• Le bouturage consiste à planter ou immerger dans l’eau un fragment végétal afin de provoquer l’apparition de racines et d’obtenir une nouvelle plante.

Compléments

• Le marcottage consiste à enterrer une branche encore attachée au pied mère jusqu’à ce qu’elle forme des racines à la place de ses anciens bourgeons.

📌 La micropropagation nécessite la maîtrise du milieu de culture et du dosage relatif de l’auxine et de la cytokinine.

💡 Astuce mémo

Totipotence → fragment végétal → clone

📖 16. Fleur et reproduction sexuée

🔑 Notions clés & Définitions

• Auto-incompatibilité : Barrière génétique qui empêche la fécondation lorsque les allèles du pollen sont incompatibles avec ceux du pistil.

★ À maîtriser

• Une fleur de lisianthus possède cinq sépales formant le calice, cinq pétales formant la corolle, cinq étamines formant l’androcée et un pistil formant le gynécée.

• Après son dépôt sur le stigmate, un grain de pollen compatible germe et forme un tube pollinique dans lequel un gamète mâle se déplace jusqu’à l’ovule situé dans l’ovaire.

📌 Le décalage de maturité entre les étamines et le stigmate constitue une barrière à l’autofécondation et favorise la pollinisation croisée.

Compléments

• Les barrières à l’autofécondation favorisent le brassage génétique et augmentent l’adaptabilité des populations aux variations de l’environnement.

💡 Astuce mémo

Pollen → stigmate → tube pollinique → ovule → fécondation

📊 Tableaux de synthèse

Adaptations à la vie fixée

Sèves et tissus conducteurs