Le rôle des végétaux chlorophylliens

Unité 2: Production de matière organique et flux d'énergie

• Les plantes vertes produisent de la matière organique pour leur croissance en tirant parti de leur environnement.
• Les plantes sont donc des producteurs de matière.

Document 1 : Le cycle de la matière et du flux d'énergie dans un écosystème

• Dans les écosystèmes, les plantes chlorophyliennes produisent de la matière organique sans consommer celle d'un autre être vivant.
• Elles sont autotrophes, et sont les premiers êtres vivants du réseau trophique à produire de la matière organique.
• Il est important de noter qu'on les appelle des producteurs primaires.
• Tous les autres êtres vivants du réseau trophique sont des producteurs secondaires.
• Ces êtres vivants consomment la matière organique d'un autre organisme pour produire leur propre matière organique.
• Il convient de rappeler qu'ils sont hétérotrophes (consommateurs).
• Les plantes utilisent l'eau, les sels minéraux et le dioxyde de carbone pour fabriquer leur propre matière organique en utilisant l'énergie solaire.
• La chlorophylle, un pigment contenu dans leurs feuilles, joue un rôle clé dans ce processus (la photosynthèse).

Chapitre 1 : Mécanismes d'absorption de l'eau et des sels minéraux par les plantes

• L'eau et les sels minéraux sont essentiels pour les plantes.
• Les plantes absorbent de l'eau en permanence par leurs racines.
• L'eau est indispensable à la vie des plantes.
• Le plant cultivé sur un milieu contenant de l'eau et un mélange équilibré de sels minéraux importants (azote (N), potassium (K) et phosphore (P)) a un développement considérable.
• En plus du dioxyde de carbone (CO2) et de l'énergie lumineuse, les plantes ont besoin d'eau et d'un mélange de sels minéraux, équilibré quantitativement et qualitativement.

Mise en évidence des échanges hydriques chez les plantes vertes : Observations à l'échelle macroscopique

• Dans un milieu hypotonique, les fragments s'allongent, tandis que dans un milieu hypertonique, ils raccourcissent.
• Le point où la courbe croise l'axe des abscisses indique la concentration équivalente des cellules du tubercule, qui est de 0,26 mol/L.

Observations microscopiques : Rappel sur la structure de la cellule

• L'observation au microscope optique montre que les êtres vivants sont composés de cellules.
• L'observation au microscope électronique confirme la présence des parties visibles au microscope optique et révèle les organites, des sous-unités structurelles et fonctionnelles qui assurent les activités fondamentales communes à toutes les formes de vie dans le cytoplasme.
• Malgré leur diversité, les cellules ont le même plan d'organisation et comportent un noyau, un cytoplasme avec des inclusions ou organites, et une membrane cytoplasmique.

Différences entre les cellules végétales et animales :

• La forme des cellules végétales est polyédrique.
• Leur membrane plasmique est recouverte d'une paroi rigide en pectine et cellulose (paroi pectocellulosique).
• Elles contiennent des chloroplastes (dans les cellules chlorophyliennes) et de grandes vacuoles.

Préparation microscopique de l'épiderme d'oignon

• Pour étudier le comportement des cellules d'épiderme d'oignon dans différents milieux, une préparation microscopique est nécessaire.
• Dans une solution à 50 g/l de saccharose, la vacuole est grande, le cytoplasme se trouve entre la vacuole et la paroi pectocellulosique, la membrane plasmique est collée à la paroi et la cellule est turgescente.
• Dans une cellule normale, la vacuole des cellules garde l'état normal.
• Dans une solution à 200 g/l de saccharose, les vacuoles sont plus petites et colorées, la membrane plasmique est visible et la cellule est en plasmolyse.
• Si une cellule plasmolysée est replacée dans un milieu concentré, elle récupère de l'eau et devient turgescente (désplasmolyse).

Explication physique des échanges d'eau chez les cellules : mise en évidence du phénomène d'osmose

• Lorsqu'il existe des solutions de concentrations différentes séparées par une membrane semi-perméable, les molécules d'eau passent à travers la membrane, c'est le phénomène d'osmose.
• Le passage de l'eau indique l'existence d'une pression d'absorption exercée par la solution de saccharose (pression osmotique).
• L'eau se déplace d'une solution moins concentrée (milieu hypotonique) vers une solution plus concentrée (milieu hypertonique) sous l'effet de la pression osmotique, jusqu'à atteindre l'équilibre (isotonie).
• Dans une solution de saccharose à 50 g/l (hypotonique par rapport au suc vacuolaire), l'eau passe par osmose dans la vacuole, occupant tout le volume cellulaire et rendant la cellule turgescente.
• En remplaçant l'eau du milieu par une solution concentrée (200 g/l), l'eau s'inverse, la vacuole perd de l'eau, et la membrane cytoplasmique se détache (plasmolyse).

Mesure de la pression osmotique

• La pression osmotique est la pression créée par l'attraction de l'eau par une solution séparée d'un milieu par une membrane semi-perméable.
• Elle dépend de la température (T) et de la concentration de la solution.
• Formule de la pression osmotique : π = R.T.C (π en pascals, R = 0,082, T en kelvins, C en mol/l).
• Pour les substances qui se dissocient en ions, il faut multiplier la concentration molaire par le nombre d'ions libérés (par exemple, multiplier par 2 pour le NaCl). La pression osmotique (π) est une force déterminée par une différence de concentration entre deux solutions situées de part et d'autre d'une membrane semi-perméable. La pression osmotique permet de définir le déplacement de l'eau : πi > πe (l'eau passe du milieu extérieur au milieu intérieur et la cellule est turgescente), πi < πe (l'eau passe du milieu intérieur au milieu extérieur et la cellule est plasmolysée), πi = πe (aucun mouvement d'eau, cellule à l'état normal).

Mise en évidence des échanges de solutés au niveau de la cellule végétale

• La diffusion est le déplacement des molécules en solution entre deux milieux séparés par une membrane perméable, du milieu le plus concentré vers le moins concentré, jusqu'à l'équilibre.
• Une substance traverse la membrane plasmique suivant un gradient décroissant, sa diffusion peut être considérée comme libre.
• La diffusion est liée à la taille des molécules.

Mise en évidence de la diffusion orientée

• L'étude de la plasmolyse des cellules d'épiderme d'oignon dans une solution de rouge neutre montre que les vacuoles sont de plus en plus colorées.
• L'eau sort et le rouge neutre reste, ce qui indique que le rouge neutre ne traverse la membrane que dans un seul sens (diffusion orientée).

Mise en évidence de la diffusion facilitée

• Le NaCl se diffuse proportionnellement à sa concentration.
• Pour les faibles concentrations de glucose, la diffusion est rapide et atteint une valeur maximale.
• Au-dessus d'une certaine concentration, la diffusion reste stable.
• La diffusion rapide du glucose est due à des transporteurs spécifiques qui facilitent son transport sans consommation d'énergie (transport facilité).

Mise en évidence du transport actif

• L'algue Valonia maintient des concentrations ioniques différentes de celles de son milieu.
• En absence d'énergie, cet équilibre disparait.
• Les ions se déplacent en permanence entre le milieu intracellulaire et extracellulaire.
• Pour maintenir l'inégalité de concentration, le transport actif travaille dans le sens inverse de la diffusion.
• Le transport actif déplace les substances dissoutes contre le gradient de concentration en utilisant des protéines et de l'énergie.

Mécanismes d'absorption d'eau et des sels minéraux chez les plantes : les structures responsables de l'absorption

• Seule la plantule dont la zone pilifère est plongée dans l'eau survit.
• Les plantes absorbent l'eau et les ions minéraux à travers les poils absorbants de la zone pilifère.
• La zone pilifère est la région des racines où se produit l'absorption de l'eau et des sels minéraux.
• Le poil absorbant est une cellule spécialisée avec un prolongement important qui assure une grande surface de contact avec la solution du sol.

Mécanismes d'absorption de l'eau et des sels minéraux

• L'eau circule du milieu extérieur vers le centre de la racine grâce à la pression osmotique croissante et traverse horizontalement le poil absorbant vers le cylindre conducteur, en passant de cellule en cellule par le mécanisme de l'osmose (conduction latérale).
• À partir de l'endoderme, la progression nécessite un transport actif.
• Le transport actif permet le passage des sels minéraux de la solution du sol vers les tissus de la racine.

Rôle de la transpiration dans l'acheminement de la sève brute

• La monté du liquide dans l'osmomètre se fait sous l'effet d'une poussée radiculaire.
• La transpiration qui s'effectue au niveau des feuilles crée un appel d'eau ascendant et transporte la sève brute des racines vers les feuilles.

Structures cellulaires intervenant dans l'absorption de l'eau et des sels minéraux

• Chaque cellule végétale est délimitée par une membrane plasmique et entourée par une paroi squelettique (pectocellulosique).

Ultrastructure de la paroi squelettique

• La paroi cellulaire permet d'acquérir une rigidité essentielle au maintient d'une forte pression osmotique intracellulaire.
• Elle comporte une lamelle moyenne commune aux cellules voisines, une paroi primaire et une paroi secondaire.
• Cette paroi possède des ponctuations correspondant à des plages de plasmodesmes, elles mêmes correspondant à de petits orifices permettant la communication entre les cellules.
• La paroi squelettique est constituée de polysaccharides (pectine et cellulose) et de protéines (glycoprotéines).
• La membrane plasmique permet de délimiter différents compartiments dans la cellule.
• Elle est formée de 3 constituants principaux : 80 % de phospholipides (et de cholestérol pour les cellules animales), 20 % de protéines.

Structure et ultrastructure de la membrane plasmique

• La membrane plasmique est composée de phospholipides (avec des pôles hydrophiles et hydrophobes) et de protéines. La membrane plasmique est constituée d'un ensemble de molécules actives capables d'effectuer des échanges de matière au niveau cellulaire.
• Certaines protéines constituent des canaux temporaires, d'autres se lient à des molécules et facilitent leur passage, et d'autres agissent comme des transporteurs qui consomment de l'énergie (ATP).

Ce questionnaire explore le rôle essentiel des plantes dans les écosystèmes, la photosynthèse et l'impact des nutriments sur leur croissance. Testez vos connaissances sur la production de matière organique et le flux d'énergie. Découvrez comment les plantes transforment l'énergie lumineuse en énergie chimique.