Thème 1La Terre dans l'Univers, la vie,

l'évolution du vivant

Partie 1-A : Génétique et évolution

Chapitre 1-A-5 : Les relations entre organisation et mode de vie, résultat de l’évolution Exemple de la vie fixée

chez la plante

Les Angiospermes ont une organisation fonctionnelle en

relation avec les exigences d’une vie fixée en relation avec

deux milieux : l’air et le sol.

Quelles sont les caractéristiques

de la plante qui lui permettent de

se développer et de se reproduire

dans un milieu variable au cours

du temps ?

I - ORGANISATION FONCTIONNELLE DE LA PLANTE

• Appareil végétatif = ensemble des structures bâtissant un organisme et assurant ses fonctions vitales hors reproduction.

• Tige : organe à symétrie radiale qui porte feuilles et bourgeons, et à croissance indéfinie.

• Bourgeon : tige embryonnaire pouvant donner une tige feuillée par croissance.

Pour se développer une plante doit prélever des ions minéraux et de l'eau au niveau du sol et du CO2 dans

l’atmosphère.

Quelles sont les structures d'échanges entre le sol, l'atmosphère et la plante ?

A - LES ÉCHANGES AVEC L’ATMOSPHÈRE(TP)

Ils ont lieu principalement au niveau des feuilles.

1. Structure générale de la feuille

Feuille : organe à symétrie bilatérale porté latéralement par la tige, et à croissance finie.

Feuille = limbe + pétiole.

CT du limbe →différents types de tissus

Coupe transversale de feuille et schéma d’interprétation

La feuille :

• Grande surface / volume

Réceptrice de lumière + lieu d’échanges gazeux avec l’atmosphère (CO2, O2, H2O)

• Atmosphère interne importante (lacune- chambre sous-stomatique – stomate –atm)

• Spécialisée dans la photosynthèse + siège de la transpiration

2. Organisation et fonctionnement des stomates

a) Histologie :

Stomates sur la face inf.

d’une feuille de Lierre

(MP, x400) Stomate (fermé) en CL

Chez les plantes aériennes, les stomates sont en majorité sur la face la moins éclairée ce qui limite l’évaporation. (inexistants sur les faces immergées des feuilles des plantes aquatiques)

b) Fonctionnement des stomates :

Analyse du graphe « Variations de l'ouverture des stomates

et de l'incorporation de CO2 chez une plante au cours d'une journée d'été ensoleillée » → TP

Les deux courbes dont corrélées :

→ les stomates sont à leur max d’ouverture pdt les heures les + éclairées mais se ferment partiellement quand trop chaud.

→ sur le graphe donnant la qté de CO2 intégré dans la matière organique (= Intensité de la PS), même allure avec deux max d’incorporation du CO2 : vers 13h puis vers 17h (20 ng/cm²/s).

Les stomates :

Permettent échanges gazeux indispensables à la respiration (24h/24) et à la PS (le jour)

Modifications ouverture → adaptation aux variations de luminosité et de température.

3. Les cellules chlorophylliennes, siège de la

photosynthèse (rappel de 2de)

B – DES ÉCHANGES AVEC LE SOL

1. L’appareil racinaire

Racine :

organe à symétrie radiale

ne portant jamais de feuilles

à croissance indéfinie.

Racine principale = dvpt de la racine embryonnaire

Racines latérales (= secondaires) = ramifications.

La morphologie de l’appareil racinaire n’est pas uniquement

déterminée génétiquement, elle est souvent modifiée par des facteurs environnementaux comme l’humidité, la température et les propriétés du sol…

Différents types de racines :

a : pivotante (Giroflée)

b : tubéreuse (Carotte)

c : fasciculée (Blé)

Il existe de nombreux cas particuliers de racines

Pneumatophores (Palétuvier Avicennia)

Racines échasses de Palétuviers Rhizophoradans la mangrove

Racine-ventouse du Gui Racine crampon du Lierre

Racines aériennes

Racines-lianes (Phalaenopsis sanderiana)

Racines-contreforts (Fromager)

Ce sont aussi des fromagers qui

envahissent les vestiges d’Angkor…

Sources :http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/arbres/

gui.htmhttp://floranet.pagesperso-

orange.fr/gene/botagen/gen2.htmhttp://www.futura-

sciences.com/fr/doc/t/botanique/d/les-plantes-parasites_481/c3/221/p1/

2. La zone pilifère (TP7)

Dessin de l'appareil racinaire d'une graines de

céréale germée :

Détails de la zone pilifère en MP (à droite schéma d’une CT) :

Source : Dossier Futura-Sciences histologie-anatomie-vegetale

Poil absorbant : prolongement filamenteux d'une cellule

épidermiqueLongueur : qqs mm ; diamètre : 12 - 15 µmParoi cellulaire fine et perméable → eau +

substances du sol peuvent pénétrer dans la vacuole.

La zone pilifère est renouvelée au fur et à mesure que la racine s'allonge : les poils supérieurs disparaissent et de nouveaux apparaissent à une distance constante de l'extrémité de la racine.

http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/racine/anim-poil1.htm

http://www.youtube.com/watch?v=0VJaoV7FJHA de 4’20 à 4’54

L’appareil racinaire :

- assure l’ancrage de la plante dans le sol et l’absorption minérale

- grâce aux nombreuses ramifications des racines mais SURTOUT aux millions de poils absorbants qui constituent une énorme surface d’échanges entre la plante et le sol par rapport à la taille de la plante

Pour un plant de seigle par exemple, la surface de contact avec le sol est de l'ordre de 400 m²

Comment se réalise la circulation des différentes substances (produits de la

photosynthèse, eau, substances minérales...) dans la plante ?

Les poils absorbants prélèvent de l'eau et des éléments minéraux dans le sol. Les feuilles constituent le principal lieu de la

photosynthèse.

C- LA CIRCULATION DES SÈVES DANS LA PLANTE (TP)

1. Deux types de sèves

Analyse du tableau 1 : composition des sèves :

Sève brute = eau + ions minéraux (> 99% eau )

Sève élaborée = eau + ions minéraux + moléc. orga

La sève brute transporte l’eau + ions minéraux, puisés dans le sol.

La sève élaborée transporte les produits de la PS.

2. Les tissus conducteurs

Phloème : circulation sève élaborée (descendante)

composé de tubes criblés = cellules allongées, vivantes mais ayant perdu leur noyau, dont les cloisons transversales sont perforées (au-travers desquelles circule la sève).

2. Les tissus conducteurs

Xylème : circulation sève brute (ascendante)

• Vaisseaux constitués de cellules mortes aux parois longitudinales épaissies par dépôts de lignine.

• Les Angiospermes ont des vaisseaux parfaits, dépourvus de paroi transversale.

• Ils sont annelés, spiralés, réticulés (cf TP8)

CT tige de clématite

Un faisceau conducteur

xylème

phloème

CT tige Renoncule – détail d’un faisceau

Phloème

Xylème

Ext

Int

Conclusion

Schéma de synthèse de

l'organisation d’une plante à fleurs et des

échanges avec le milieu

(Nathan)

A part les Ents, les plantes peuvent difficilement changer de place quand les conditions environnementales changent ou quand des

prédateurs rôdent…

Comment les plantes se défendent-elles ?

II. LES STRATÉGIES DÉFENSIVES DES PLANTES

Selon le biotope, les plantes sont soumises à des variations saisonnières +/- importantes, des amplitudes thermiques phénoménales entre jour et nuit, un climat particulièrement chaud et sec ou glacial, un sol pauvre, une luminosité variable… et tout ceci sans compter moult prédateurs voraces prêts à tout pour profiter de ces pauvres créatures douces et vulnérables…

Vulnérables ?C’est ce qu’on va voir !

Ex 1 - Adaptation à l’altitude

• Conditions hivernales dures

• Période de végétation courte

• Fortes amplitudes thermiques jour/nuit et été/hiver

• Sols arides

• Vent desséchant

→ Il faut résister !

A – ADAPTATION AUX CONDITIONS ENVIRONNEMENTALES

Joubarbe des montagnes - 1300m

Fleurs regroupées au sommet

Tige 15 -20 cm

Feuilles supérieures : alternes, semblables à des coussinets rougeâtres recouverts d'un duvet de poils

Feuilles basales: en forme de coussinets regroupés, poilues sur les deux faces

Sentier du Lac de l’Eychauda - Hautes Alpes

À 2 400 m env., amplitudes thermiques journalières et saisonnières + fortes. Taille réduite moins de prise au vent et au froid

Sentier du Lac de l’Eychauda - Hautes Alpes

Campanules

Forêt du Massacre - Jura (1 200 m) Col de l’Izoard - Hautes Alpes (2 360 m)

Couleurs vives

Rhododendronferrugineux(Chamonix)

Gentiane champêtre(col de La Faucille)

Linaire des Alpes(lac de l’Eychauda)

Bouton d’or(Chamonix)

Adaptation morpho-anatomique : forme des feuilles Ex. Conifères : feuilles réduites en aiguilles, stomates enfoncés

Epicéa (Picea abies) – Forêt de La Pesse - Jura

Attention ! Les Conifères ne sont pas des Angiospermes !

Ok, ok !Mais c’est un

exemple d’adaptation

Adaptations des plantes aux milieux froids - Résumé

• Plantes de petite taille, forme en coussinets

• Feuilles fines ou en forme d'aiguille, recouvertes de duvet ou de substance cireuse

• Modifications physiologiques (ex. cycle de vie sur 2 années pour pallier à la croissance lente due au milieu et à la courte saison estivale)

• Grandes fleurs pour mieux attirer les insectes pollinisateurs

• Couleurs vives dues aux pigments qui protègent des UV (de plus en plus forts à mesure que l'on monte en altitude et néfastes à la croissance)…

Ex 2 - Adaptations des plantes aux milieux secs

Milieux très secs peuvent l’être :

• au niveau du sol (sols sableux, sols salés de bord de mer…)

• à cause du climat (climat méditerranéen, déserts…)

→ développement d’adaptations morphologiques et/ou physiologiques très particulières

Plantes xérophiles = capables de subsister avec de faibles quantités d’humidité

1. Optimisation de la capacité à absorber l’eau

2. Limitation des pertes d’eau dues à la transpiration

3. Stockage de l’eau

Optimisation capacité d’absorption de l’eau

Racines

Volume racinaire >> vol parties aériennes (3,5 à 6 fois)

Très longues jusqu’à la nappe phréatique (acacias,…)

Étendues horizontalement sur une grande superficie, près de la surface → absorbe la moindre goutte de pluie ou de rosée / brouillard (ex Dragonnier)

Limitation des pertes d’eau dues à la transpiration

FeuillesFines

Epines Ex. Cactées

Enroulées surelles-mêmes Ex Oyat

Dures, vernissées

Ecailles protectrices (bourgeons)

Stomates protégés au fond de cryptes (Laurier rose, ci-contre)

ou grâce à des feuilles enroulées (ex Oyat).

les poils réduisent les échanges avec l’extérieur et l’action des vents asséchants.

Le stockage de l’eau

Succulence : formation de tissu charnus capables d’emmagasiner des réserves d’eau. Ex : Cactacées, Euphorbiacées,…

Jardin de cactus de Lanzarote

Jardin de cactus de Lanzarote

Se faire toute petite… ex. Lithops

http://www.britannica.com/EBchecked/media/30912/Lithops

Adaptations des plantes aux milieux secs - Résumé

• développement d'un système racinaire de surface qui permet de capter l’eau avant qu'elle ne s'infiltre dans le sol.

• développement d'un système racinaire profond permettant de s'approcher de la nappe phréatique.

• réduction de la surface des feuilles qui permet de réduire la transpiration.

• protection des stomates permettant de limiter la transpiration.

• Stockage de l’eau, en particulier dans les tiges transformées

Certaines plantes grasses utilisent tous ces systèmes en même temps.

• Ouverture / fermeture des stomates en fonction de la T° et/ou de l’humidité

• Ouverture / fermeture des fleurs en fonction de la T°

• Mouvements des feuilles

• Cycle de reproduction adapté : graines dormantes pdt des années, puis germination, floraison et fructification en qqs jours qd conditions favorables,

• Synthèse d’antioxydants (ex. vitamine C piège les molécules toxiques générées par le stress du à l'excès d'UV)

Qqs adaptations physiologiques à l’environnement

Remarque

Convergence adaptative : coïncidence morphologique d’espèces différentes, déterminée par l’adaptation à des conditions environnementales identiques.

B – FAIRE FACE AUX PRÉDATEURS

1 - Méthodes physiques

Epines

Jardin de cactus de Lanzarote

Poils urticantsGrande Ortie

Bord de sentier - Jura

Morphologie dissuasive – ex Araucaria

On l’appelle « Désespoir des singes »

2 - Méthodes chimiques

• synthèse de toxines parfois mortelles (dérivés de cyanure et substances cancérigènes de la Fougère Aigle par ex.)

• d'huiles essentielles répulsives (ex menthol)

• de composés produits lors d'une agression ex. tanins rendant la plante indigeste

• et même de substances qui stérilisent les insectes prédateurs !

Encore plus fort !

• Les plantes préviennent leurs voisines de l'agression (éthylène)

• Certaines émettent des molécules qui attirent l'ennemi de l'insecte dont elles veulent se débarrasser.

Ex. maïs, tabac et coton mangés par des chenilles produisent des substances chimiques qui attirent des guêpes parasites, mais seulement les guêpes qui pondent leurs œufs dans le type de chenille qui les infestent! La plante « précise » donc par quelle espèce elle est endommagée !

Ex. Symbiose fourmis arboricoles / végétaux (écosystèmes tropicaux)

Ces plantes (myrmécophytes) possèdent des structures creuses « aménagées » pour héberger des fourmis.

De leur côté, celles-ci protègent la plante (contre des herbivores, des pathogènes ou des plantes concurrentes) tout en lui conférant des bénéfices nutritifs.

3 - Méthodes biologiques

http://www.cnrs.fr/inee/z-outils/images/site/com/breves/Fourmis_Breve6_17_500.jpg

La plante a des tiges creuses dans lesquelles habite la fourmi. A l'intérieur, les fourmis cultivent un champignon qu'elles utilisent comme source de nourriture.http://www.cnrs.fr/inee/communication/breves/rumsais_blatrix.htm

Les plantes ont une organisation fonctionnelle en relation avec les exigences d’une vie fixée dans un milieu variable au cours du temps et des stratégies adaptatives leur permettent de coloniser tous les milieux terrestres.

Mais… pour « coloniser », il faut se reproduire !

Comment se reproduisent les Angiospermes ?

Sources

• http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/arbres/gui.htm• http://floranet.pagesperso-orange.fr/gene/botagen/gen2.htm• http://www.futura-sciences.com/fr/doc/t/botanique/d/les-plantes-parasites_481/c3/221/p1/• http://www.futura-sciences.com/fr/doc/t/climatologie/d/adaptations-des-plantes-aux-climats-

secs_476/c3/221/p2/• http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/racine/anim-poil1.htm• http://www.youtube.com/watch?v=0VJaoV7FJHA• http://www.futura-sciences.com/fr/doc/t/botanique/d/histologie-anatomie-vegetale• http://www.botanique.org/1/botanique/adaptations-secheresse/adaptations-formes/plantes-

xerophyles-article24404• http://www.cnrs.fr/manifestations/grainsdescience/endetail/biodiversite/strategies_vegetales.ht

m• http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Araucaria_araucana1.jpg• http://gloubiweb.free.fr/cliparts49.htm• http://www.cnrs.fr/inee/communication/breves/rumsais_blatrix.htm• http://www.britannica.com/EBchecked/media/30912/Lithops• http://fr.wikipedia.org/wiki/Dragonnier_de_Socotra

• Livre TS Bordas, éd. 2012• Livre TS Nathan éd 2012• Mini manuel de Biologie Végétale, Dunod éd. • Dictionnaire de Biologie Végétale, Dunod éd. • BOTANIQUE GENERALE 10ème édition, Wilhelm Nultsch, R. Miesch

Photos de l’auteur sauf :Les microphotographies : diapos 6, 8, 13, 22, 23, 29, 30, 31, 46 , 47

Et les photos des diapos 16 à 21, 45, 50, 61, 57

Les relations entre organisation et mode de vie, résultat de l’évolution - Exemple de la vie fixée chez la plante

Partie 1

Réalisation Sylvie Magdelaine

Avec (ordre alphabétique)Acacia

Araucaria Blé

CactusCampanule

CarotteClématite

DragonnierFromagerGentiane

GuiJoubarbe des montagnes

Laurier roseLierre

Linaire des Alpes Lithops

Orchidée OrtieOyat

Palétuvier Renoncule

Rhododendrons Soja

VigneSans oublier… les Ents !