Objectif : Déterminer les adaptations évolutives de la nutrition des plantes en réponse aux contraintes de la vie fixée








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date de publication27.03.2017
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TP 8 : Une organisation fonctionnelle des plantes adaptée à la vie fixée : nutrition

Objectif : Déterminer les adaptations évolutives de la nutrition des plantes en réponse aux contraintes de la vie fixée.

Matériel : - Fiche réponse + Fichiers numériques « angiosperme » et « poil absorbant » , logiciel Mesurim et sa fiche technique

- Préparations microscopiques : coupes transversales de feuille de lilas et de Houx, coupes longitudinale et transversale de racine + Microscope

- Feuille de lierre


Activités et déroulement des activités

Exigences

Comprendre ou proposer une démarche de résolution

1. Après avoir rappelé les besoins des plantes chlorophylliennes à fleurs (Angiospermes) et le lieu d’absorption de ces éléments, proposez une démarche d’investigation visant à montrer comment la plante accède aux ressources nutritionnelles tout en étant fixée.

- mises en relation des informations et des connaissances pour formuler une hypothèse


Utiliser des techniques et gérer le poste de travail

2. Observez au microscope les préparations fournies et recherchez :

- Dans les coupes transversales de feuille de Houx et de Lilas des structures caractéristiques : cellules chlorophylliennes, stomates, lacunes.

Appeler le professeur

- Dans les coupes transversale et longitudinale de racine les structures permettant d’augmenter la surface d’échange avec le sol.

Appeler le professeur

3. Réalisez le protocole permettant d’observer et de comparer la densité de stomates présents sur la face supérieure et sur la face inférieure de la feuille de Lierre : voir Protocole de réalisation d’une empreinte d’épiderme.

Appeler le professeur
4. Estimez la surface d’échange (détaillez les calculs et la démarche suivie) en utilisant le protocole proposé:
- au niveau foliaire pour les échanges gazeux en utilisant les fonctionnalités du logiciel « Mesurim » ;

puis estimer le rapport surface/masse et discuter du résultat sachant que …

Pour un gros mammifère (homme) : surface de peau 1,7 m2 pour une masse de 70 Kg ;

Soit surface massique de 1,7/70 =0,02 m2/kg

Pour un petit mammifère (souris) : surface de peau est de 66 cm2 pour une masse de 20 g ;

Soit surface massique de 6,6.10-3/0,02 =0,3 m2/kg
-au niveau racinaire à partir des données fournies.



-réalisation des réglages (éclairage, diaphragme, éventuellement condenseur …), utilisation correcte des objectifs (choix adapté des objectifs, mise au point) ; recherche puis centrage sur une région favorable 

-utilisation maîtrisée des fonctionnalités du logiciel « mesurim »,

-repérage et utilisation correcte des données et des formules mathématiques

-prise en compte des unités des données

Communiquer à l'aide de modes de représentation

5. Complétez les légendes et les schémas de la fiche réponse à l'aide de vos observations microscopiques et des informations présentes dans l'annexe.

6. Fléchez sur chaque schéma les échanges réalisés par la plante avec son environnement et au sein de ses différentes structures.

7. Réalisez un tableau qui synthétise les différentes adaptations à la vie fixée pour la fonction de nutrition :

- absorption d’eau et de sels minéraux ;

- absorption de CO2;

- captation de lumière;

- circulation de l'eau- ions minéraux / nutriments dans la plante.

-Représentation des structures importantes de façon simplifiée ; Utilisation de couleurs, symboles correctement légendés ; titre pertinent
- choix raisonné des lignes et des colonnes, titre pertinent

Appliquer une démarche explicative


8. A partir de la mise en relation des différentes observations réalisées précédemment et des résultats des calculs, montrez que l’organisation des plantes à fleurs est adaptée à la vie fixée et en particulier permet la nutrition de la plante.

-Mise en relation des informations tirées des observations des échantillons et des calculs effectués

-cohérence de la déduction avec les informations et avec le problème.

-utilisation d’un vocabulaire scientifique correct




Matériel



  • Feuille de Lierre

  • Vernis transparent

  • Lames/lamelles

  • Pince fine


  • Logiciel Mesurim + sa fiche technique

  • Fichier « angiosperme »


  • Logiciel Mesurim + sa fiche technique

  • Fichier « poil absorbant» .




Protocole de réalisation d’une empreinte d’épiderme avec une feuille de Lierre :


  • Choisir une feuille en bon état sur le rameau feuillé.

  • Recouvrir 1 cm2 de la face inférieure de la feuille avec une fine couche de vernis; laisser sécher

  • Décoller doucement le film obtenu à l’aide d’une pince fine en commençant par les bords.

  • Monter immédiatement entre lame et lamelle dans une goutte d'eau et observer au microscope.

  • Faire de même avec la face supérieure.


Protocole de mesure de la surface d’échange feuille/atmosphère : logiciel Mesurim et calculs


  • Mesurer la surface foliaire totale (en cm2) en utilisant les fonctionnalités du logiciel Mesurim (voir fiche technique) et le fichier « angiosperme ».

  • Calculer le rapport surface/masse (en m2/kg) des feuilles de la plante ; la masse des feuilles a été mesurée sur des feuilles fraîches (le jour du prélèvement et est consignée dans le fichier « angiosperme ».


Protocole de mesure de la surface d’échange racine/sol : logiciel Mesurim et calculs

  • Calculer la surface totale des poils absorbants (en m2) en utilisant les fonctionnalités du logiciel Mesurim

(voir fiche technique) et le fichier « poil absorbant »

Données : - Formule de la surface d’un cylindre : π x D x H (avec D : diamètre et H : hauteur)

- Diamètre d’un poil absorbant = 13,5 µm = 0,0135 mm.

- 14 milliards de poils absorbants en moyenne pour un plant de seigle de 4 mois

Annexe : Les organes de l’appareil végétatif


Document 1 : Structure d’une feuille.

Plusieurs tissus composent l'architecture des feuilles. Depuis la face supérieure de la feuille se succèdent :

  • un épiderme supérieur formé d'une couche unique de cellules et recouvert d'une cuticule épaisse à rôle protecteur ;

  • un parenchyme chlorophyllien constitué de cellules aux parois cellulaires minces, dont les vacuoles sont bien développées et présentant de très nombreux chloroplastes dans le cytoplasme ; ce tissu se divise en :

  • parenchyme palissadique comportant deux assises de cellules plus hautes que larges

  • parenchyme lacuneux. Ce dernier, limité vers le bas par l'épiderme inférieur, comporte de très nombreux espaces, les lacunes. Le volume de ces lacunes est approximativement 4 à 5 fois plus important que celui des cellules qui les entourent. Une véritable atmosphère interne existe donc dans une feuille.

  • un épiderme inférieur formé d'une couche unique de cellules et recouvert d'une cuticule épaisse à rôle protecteur présentant de multiples stomates, présentant des « orifices » de communication entre atmosphère interne et extérieur.

Document 2 : Les stomates sont les orifices de la feuille.

Un stomate est fondamentalement constitué par une ouverture, l'ostiole, délimitée par deux cellules s'affrontant par leurs bords plus ou moins concaves, les cellules stomatiques. Ces dernières contiennent des chloroplastes et ont une paroi cellulosique épaissie en regard de l’ostiole. Sous chaque stomate se trouve une très vaste lacune : la chambre sous-stomatique. Ainsi, à travers l'ostiole, l'atmosphère interne de la feuille communique avec l'extérieur. Du fait du grand nombre de stomates présents, 170 par mm2 d'épiderme inférieur chez le houx, une circulation des gaz s'avère possible.

Le dioxyde de carbone pénètre dans les lacunes, atteint les cellules parenchymateuses puis, du fait de sa grande solubilité dans l'eau, se dissout à l'intérieur du cytoplasme. Parallèlement, le dioxygène produit lors de la photosynthèse peut suivre le trajet inverse.

A gauche : stomate fermé, à droite : stomate ouvert.

Document 3 : La structure racinaire

L’extrémité des racines est structurée en trois zones : zone de prolifération de cellule qui permet à la racine de s’allonger, une zone de croissance des cellules et une zone de différenciation cellulaire. A ce niveau les cellules épidermiques prennent une forme particulière : elles s’allongent et s’appellent alors poils absorbants. On retrouve au niveau de la racine les vaisseaux conducteurs du xylème (au centre) et les vaisseaux du phloème en périphérie.

Document 4 : Les vaisseaux de la tige

Des systèmes de conduction des sèves existent chez les plantes à fleurs. Ces systèmes de conduction existent chez toutes les plantes terrestres même s’ils présentent des différences d’un groupe à l’autre. Ils se mettent en place grâce à des différenciations cellulaires poussées qui peuvent aller jusqu’au suicide des cellules. On distingue deux types de vaisseaux selon la nature de la sève et le sens de conduction, regroupés en faisceaux. Les vaisseaux du xylème constitués de cellules réduites à leurs parois longitudinales épaissies en motifs spiralés ou annelés, transportent la sève brute (riche en eau et minéraux) des racines aux parties aériennes. Les conduits appelés tubes criblés du phloème, constitués de cellules vivantes mises bout à bout dont les parois transversales sont perforées, transportent la sève élaborée riche en glucides.

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