Bio pour tous 3 - Manuel - Chapitre 3

POUR TOUS

Martine DELVIGNE

Michel FAWAY

Rosa-Caterina MARCHESINI Patrick VERHAEGHE

Eric WALRAVENS

Table des matières

Comment utiliser BIO pour tous ? 3

Les compétences terminales et savoirs requis en sciences de base 4

Les compétences terminales et savoirs requis en sciences générales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Chapitre 1 Le vivant : ce que tu sais déjà 7

1 La biologie 8

2 Mais qu’est-ce que le vivant ? 8

2.1 Les vivants utilisent de la matière et de l’énergie 8

2.2 Les vivants ressentent et réagissent 8

2.3 Les vivants se reproduisent 9

2.4 Les vivants s’adaptent et évoluent 9

2.5 Les vivants sont constitués d’une unité fondamentale : la cellule 10

3 À chacun sa place, à chacun son maillon 12

4 Le vocabulaire relatif aux savoirs et savoir-faire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Chapitre 2 Nous sommes des consommateurs 15

1 De l’assiette à la cellule 16

2 Que mange-t-on ? 17

3 On est ce qu’on mange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.1 Les glucides 24

3.2 Les lipides 24

3.3 Les protides 25

3.4 L’eau 25 3.5 Les éléments minéraux 26 3.6 Les fibres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.7 Les vitamines 27

4 Le grand voyage des aliments 29

4.1 La bouche 33 4.2 L’œsophage 33 4.3 L’estomac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

4.4 L’intestin grêle 35 4.5 Le gros intestin 37

5 Le dernier voyage des nutriments 40

5.1 Le sas d’entrée : l’absorption des nutriments 40

5.2 La voie navigable : transport et distribution des nutriments 41

5.3 Les nutriments arrivent au bout de leur voyage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

5.4 Comment la cellule produit-elle son énergie en l’absence de dioxygène ? 44

6 Se nourrir : une question d’équilibre 45

6.1 Les besoins énergétiques 46

6.2 La santé dans l’assiette 49

6.3 Manger c’est bien, bien manger c’est mieux ! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

7 Les dysfonctionnements alimentaires 54

7.1 Les maladies liées à l’apport quantitatif en aliments ou nutriments 55

7.2 Les maladies liées à la nature des aliments consommés 56

7.3 Les maladies métaboliques 57

Activités complémentaires 58

Chapitre 3 Ce sont des producteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

1 Anatomie externe d’une plante à fleurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

2 Quelle est la structure des cellules végétales ? 65

3 La plante se nourrit 73

3.1 Quelles sont les substances minérales nécessaires à la plante ? 73

3.2 Les plantes sont ce qu’elles absorbent 73

3.3 Le modèle de la nutrition végétale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

3.4 Par quels mécanismes les plantes échangent-elles des substances avec leur environnement ? 76

4 Quel est le devenir des éléments absorbés par la plante ? 82

4.1 La photosynthèse chlorophyllienne 85

4.1.1 Dans quelles conditions la plante réalise-t-elle la photosynthèse ? 85

4.1.2 Pourquoi les plantes vertes sont-elles vertes ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

4.1.3 Bilan et rôle de la photosynthèse 88 4.1.4 Quels sont les facteurs environnementaux qui influencent l’intensité de la photosynthèse ? 92

4.2 Comment les substances nutritives sont-elles transportées et distribuées au sein de la plante ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

4.3 Utilisation des substances nutritives par la plante 93

4.4 Le bilan des échanges gazeux 93

Activités complémentaires 95

Chapitre 4 L’écosystème, une mécanique bien huilée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

1 Les êtres vivants vivent dans des écosystèmes 100

1.1 L’écosystème 100

1.2 Les relations entre les êtres vivants 102 1.2.1 Les relations intraspécifiques 102 1.2.2 Les relations interspécifiques 104

2 Pourquoi les organismes s’installent-ils dans un endroit plutôt que dans un autre ? . . . . . . . . . . . . . . . . 108

2.1 Le sol 108 2.2 L’eau, un autre milieu de vie 108 2.3 La lumière 109 2.4 Les perturbations du biotope 110

3 L’écosystème, une multitude de relations 110

4 La diversité dans les niveaux trophiques 114

4.1 Les vivants utilisent de la matière et de l’énergie qu’ils prélèvent dans l’environnement 114

4.2 Tout écosystème est traversé par deux flux 116

5 L’équilibre des écosystèmes 119

6 Le cycle du carbone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

Activités complémentaires 124

Index 139

3

Ce sont des producteurs

Vues de l’espace, les terres encore vierges de constructions humaines sont vertes, car occupées par les plantes ; seules les étendues désertiques ou enneigées présentent une autre coloration.

Quelle est l’importance des plantes dans les écosystèmes ?

À LA FIN DE CE CHAPITRE, TU SERAS CAPABLE DE…

SAVOIR FAIRESAVOIR

a. Définir et utiliser les mots-clés apparaissant en rouge dans ce chapitre.

b. Citer les caractéristiques des cellules végétales.

c. Expliquer la diffusion et l’osmose.

d. Expliquer la nutrition végétale.

e. Décrire l’influence des facteurs environnemen taux sur l’activité photosynthétique.

f. Donner les rôles de la photosynthèse et de la respiration.

a. Analyser des documents photographiques de cellules végétales observées au microscope optique et identifier les organites de celles-ci.

b. Utiliser un microscope optique.

c. Réaliser des préparations microscopiques de cellules végétales avec et sans coloration.

d. À l’aide d’observations au microscope optique :

• identifier les principaux constituants et réali ser des croquis d’observation de différentes cellules végétales ;

• déterminer l’ordre de grandeur de la dimen sion d’une cellule végétale ;

• calculer un grossissement.

e. Rechercher des facteurs susceptibles d’influen cer la photosynthèse (lumière, dioxyde de car bone ou gaz carbonique, eau, chlorophylle), à l’aide d’une démarche expérimentale.

f. Comparer les quantités de dioxygène produites lors de la photosynthèse et consommées lors de la respiration d’une plante.

g. Décrire des phénomènes de diffusion et d’os mose, à partir d’expériences.

h. Comparer et modéliser la photosynthèse et la respiration à l’aide des équations bilans.

i. Analyser et interpréter des résultats expérimen taux.

1 Anatomie externe d’une plante à fleurs

Une plante à fleurs est constituée de différents organes : racines, tiges, feuilles, fleurs et fruits. Prenons comme exemple la moutarde des champs (Sinapis arvensis) de la famille des Brassicacées.

Cette plante indigène, de 20 à 100 cm de hauteur, pousse aux abords des habitations, dans les friches, sur les talus des chemins creux et dans les cultures. Elle fleurit de mai à octobre.

L’inflorescence est constituée de fleurs qui contiennent notamment les organes qui servent à la reproduction.

La tige porte les bourgeons, les feuilles, les inflorescences et les fruits.

Les poils absorbants

La

Les fruits renferment les graines contenant un embryon de plante.

Une feuille Une cellule

2

Quelle est la structure des cellules végétales ?

ACTIVITÉ 1

FAMILIARISE-TOI AVEC LE MICROSCOPE – Expérimenter, observer

Matériel Physique Biologique Chimique

– microscope

– lames porte-objet

– lamelles couvre-objet

– petit couteau

– papier absorbant

– papier millimétré

Sors délicatement le microscope de sa boîte ou de sa housse, installe le câble électrique et branche-le.

Oculaire

Potence Condenseur

Vis macrométrique

Vis micrométrique

Tube optique Barillet Objectif Valet Platine

Diaphragme

Source lumineuse

Découvre le microscope

Place le microscope avec la potence vers toi et repère :

• la platine : endroit où tu places la préparation que tu vas observer ;

• les valets : éléments utilisés pour empêcher la préparation de bouger ;

• l’oculaire : endroit où tu places l’œil pour observer la préparation ; sur l’oculaire, repère un nombre suivi du signe ×, il indique le grossissement de l’oculaire ;

• les objectifs fixés au barillet : dispositifs optiques proches de l’objet à observer ; un grossissement différent est noté sur chaque objectif, le plus court étant le moins puissant. Le grossissement du microscope correspond au produit des grossissements de l’objectif et de l’oculaire.

• le diaphragme : dispositif contrôlant le diamètre de la zone éclairée de la préparation ;

• la vis macrométrique : dispositif permettant de rapprocher rapidement l’objectif de la platine ;

• la vis micrométrique : dispositif permettant de rapprocher lentement l’objectif de la platine.

Pleuroccocus vulgaris frais – eau

Réalise une préparation microscopique

Pleurococcusvulgaris est probablement la plante verte unicellulaire la plus répandue au monde. En Belgique, elle se développe sur la face ouest, la plus humide, des troncs d’arbres.

1. Gratte légèrement un tronc bien vert et récolte un peu de poudre verte.

2. Dépose, sans fragment d’écorce, un peu de cette poudre verte dans une goutte d’eau sur une lame porte-objet.

3. Prends une lamelle couvre-objet entre les doigts sans laisser de traces de doigts sur la surface et déposela sur le fragment en l’inclinant graduellement pour permettre aux bulles d’air de se dégager.

4. Essuie si nécessaire, avec un morceau de papier absorbant, l’excès d’eau.

Observe ta préparation au microscope

1. Allume l’éclairage de ton microscope.

2. Ouvre le diaphragme pour obtenir une luminosité maximale.

3. Fais tourner le barillet pour sélectionner l’objectif de plus faible grossissement.

4. Place ta préparation sur la platine en la maintenant avec les valets. Ta préparation doit être au centre du trou de la platine.

5. Regarde sur le côté du microscope et rapproche le plus possible l’objectif de la platine à l’aide de la vis macrométrique, mais sans toucher la préparation.

6. Mets l’œil à l’oculaire et éloigne l’objectif en tournant lentement la vis macrométrique en sens inverse.

Lame porte-objet

Lamelle couvre-objet

17. Quand tu distingues de très petites cellules vertes plus ou moins groupées, affine la mise au point à l’aide de la vis micrométrique.

18. Recherche une zone intéressante à regarder en déplaçant avec précaution la préparation. Le dépla cement apparent de la préparation se fait en sens inverse du déplacement réel ; lorsque tu pousses la préparation vers la droite, l’image se déplace vers la gauche, lorsque tu pousses la préparation vers le haut, l’image se déplace vers le bas.

19. Tourne le barillet pour passer au grossissement moyen et affine la mise au point uniquement à l’aide de la vis micrométrique. Réduis l’ouverture du diaphragme sans trop assombrir l’image.

10. Pour observer au fort grossissement, pratique de la même manière.

Observée au plus fort grossissement, chaque cellule est délimitée par une épaisse paroi à laquelle est intérieurement accolée la membrane cytoplasmique, trop fine pour être distinguée. Le cytoplasme contient essentiellement un volumineux chloroplaste granuleux en forme de cloche cachant parfois le noyau central sphérique. En se divisant, Pleurococcusvulgaris forme de petits amas de 2 ou 4 cellules.

Évalue la taille d’une cellule

11. Découpe une languette de papier millimétré.

12. Humidifie-la et place-la entre lame porte-objet et lamelle couvre-objet.

13. Place ta préparation sur la platine du microscope en la maintenant avec les valets. Ta préparation doit être au centre du trou de la platine.

14. Observe au faible grossissement. Évalue le diamètre du champ d’observation.

15. Observe aux grossissements supérieurs. Décris ce que tu observes. Peux-tu donner le diamètre du champ d’observation ?

16. Pour un microscope donné, avec le même oculaire, le diamètre du champ d’observation est inversement proportionnel au grossissement de l’objectif.

Pour les différents grossissements du microscope, indique le diamètre du champ d'observation.

Avec le microscope utilisé dans cet exemple, au grossissement 4 × 10, le diamètre du champ d’observation mesure environ 4,5 mm. Dès lors, à 40 × 10, le diamètre du champ d’observation vaut 10 fois moins, soit environ 0,45 mm ou 450 µm.

ACTIVITÉ

Matériel

Physique

– crayon noir

– gomme

– feuille blanche

– latte

Les dessins sont très importants pour t’aider à observer puis comprendre et mémoriser tes observations. Mais il ne s’agit pas de dessiner n’importe comment, il faut trouver un compromis entre ce que tu vois vraiment et une simplification exagérée. Si tu te crois « mauvais » en dessin, ne te décourage pas : les règles suivantes vont t’aider.

1. Pour réaliser un bon dessin, tu dois être soigneux.

• Utilise un crayon noir bien taillé et une feuille blanche non lignée ni quadrillée.

• Trace des traits uniques et sans raccord.

• Trace les traits de légende rectilignes, non fléchés et qui ne se croisent pas.

2. Pour réaliser un bon dessin, tu dois être précis.

• Fais un dessin le plus précis possible en respectant les proportions et les formes des structures observées.

• Représente en quelques exemplaires les structures présentes plusieurs fois.

3. Pour réaliser un bon dessin, tu dois être complet.

• Écris le titre complet, souligné.

• Écris les légendes hors dessin, alignées du même côté.

• Inscris ton nom.

• Indique le type de coloration ou l’absence de coloration.

• Indique les grossissements du microscope (objectif × oculaire).

• Indique la taille moyenne des cellules ou un trait d’échelle.

Voici comment traduire par un dessin l’observation d’un stomate d’une feuille d’arum d’Éthiopie (Zantedeschia aethiopica)

Les stomates sont des structures ponctuant l’épiderme des feuilles des plantes vertes. Par leur degré d’ouverture, ils régulent les échanges gazeux en fonction des conditions extérieures (température et humidité).

TRADUIS UNE OBSERVATION PAR UN DESSIN

Stomate de feuille de Zantedeschia aethiopica

Cellule stomatique

Cellule épidermique

Noyau

Ostiole Cytoplasme

Chloroplastes

Paroi cellulosique doublée intérieurement de la membrane cytoplasmique

Sans colorant Grossissement : 40 × 10

100 µm

Éric Vanine

Voici quelques erreurs à éviter.

À l’activité précédente, tu as réalisé une préparation microscopique de Pleurococcus vulgaris et tu as pu y observer ses différents constituants. Réalise un dessin légendé de quelques cellules de cette plante verte unicellulaire (voir page 67).

ACTIVITÉ 3

QUELLE EST L’UNITÉ DE BASE DES PLANTES ? – Utiliser le microscope, réaliser et observer des préparations microscopiques, présenter sous une autre forme (réalité → dessin)

Matériel

Physique

– microscope

– lames porte-objet

– lamelles couvre-objet

– scalpel

– 3 verres de montre – papier absorbant – pipettes

Biologique

– bulbe d’oignon frais

– rameau d’élodée

– eau

Chimique

– solution de rouge neutre

– solution de Lugol – solution de bleu de méthylène

Observe des cellules de bulbe d’oignon

L’oignon (Allium cepa) est une plante comestible dont le bulbe est un organe souterrain stockant des réserves nutritives. Il est constitué d’une tige courte terminée par un bourgeon et recouverte de feuilles charnues.

1. Coupe un bulbe d’oignon en deux.

2. Prélève un fragment, le plus mince possible, d’épiderme de la face interne d’une feuille charnue.

3. Dépose une goutte d’eau sur une lame porte-objet.

4. Étale correctement, sans pli, le fragment d’épiderme dans la goutte d’eau.

5. Prends une lamelle couvre-objet entre les doigts sans laisser de traces de doigts sur la surface et dépose-la sur le fragment en l’inclinant graduellement pour permettre aux bulles d’air de se dégager.

6. Essuie si nécessaire, avec un morceau de papier absorbant, l’excès d’eau.

Lame porte-objet Lamelle couvre-objet

17. Observe ta préparation au microscope. Ta préparation est réussie si :

• le fragment d’épiderme est bien étalé ;

• le fragment est suffisamment mince pour ne présenter qu’une ou deux couches de cellules ;

• il n’y a pas de bulles d’air.

18. Repère :

• la paroi cellulosique délimitant la cellule, et à laquelle est intérieurement accolée la membrane cytoplasmique, trop fine pour être distinguée ;

• la vacuole qui occupe la majorité du volume de la cellule ;

• le cytoplasme granuleux repoussé en périphérie par la vacuole ;

• le noyau, petit et plus brillant.

19. Évalue la taille d’une cellule.

10. Réalise un dessin légendé d’une cellule et de la zone de contact avec ses voisines.

Utilise des colorants

Des colorants sont indispensables pour mettre en évidence certaines structures.

• Le lugol colore l’amidon en bleu sombre ; le noyau et le cytoplasme prennent une coloration jaunâtre, ce qui accroît les contrastes.

• Le rouge neutre colore la vacuole en rouge-rose lorsque la cellule est en vie. Sinon, il colore le cytoplasme.

• Le bleu de méthylène colore le cytoplasme en bleu clair et le noyau en bleu foncé.

Feuille charnue

Feuille sèche

1. Prélève un nouveau fragment d’épiderme.

2. Dépose-le dans un verre de montre contenant une dizaine de gouttes d’un colorant :

• soit du rouge neutre,

• soit du lugol,

• soit du bleu de méthylène.

3. Laisse agir 2 minutes.

4. Dépose le fragment coloré sur la lame porte-objet dans une goutte d’eau.

5. Place une lamelle couvre-objet sur ta préparation. Essuie si nécessaire, avec un morceau de papier absorbant, l’excès d’eau.

6. Observe ta préparation au faible grossissement puis aux autres grossissements.

7. Note le colorant utilisé et les structures ainsi mises en évidence.

Observe des cellules de feuilles d’élodée

Les élodées sont des plantes exotiques d’eau douce utilisées par les aquariophiles. Elles ont été rejetées dans le milieu naturel et ont envahi les eaux stagnantes et courantes.

L’élodée du Canada (Elodea canadensis)

1. À l’aide de la pince, arrache délicatement une jeune feuille près du sommet d’un rameau d’élodée.

2. Dépose-la sur une lame porte-objet dans une goutte d’eau et recouvre d’une lamelle couvre-objet.

3. Éponge l’excès d’eau à l’aide d’un papier absorbant.

4. Observe aux différents grossissements. Les cellules étant relativement épaisses, manœuvre sans cesse légèrement la vis micrométrique afin de mettre au point dans tout le volume cellulaire et repère :

• la paroi cellulosique délimitant la cellule, et à laquelle est intérieurement accolée la membrane cytoplasmique, trop fine pour être distinguée ;

• la grande vacuole transparente ;

• le cytoplasme incolore repoussé en périphérie par la vacuole ;

• dans le cytoplasme, les nombreux chloroplastes colorés naturellement en vert et qui circulent lentement autour de la vacuole, entraînés par les courants cytoplasmiques ;

• le noyau.

5. Évalue la taille d’une cellule.

6. Réalise un dessin légendé de quelques cellules observées au fort grossissement.

Caractérise la cellule végétale

Réalise la synthèse de tes observations sous la forme d’un tableau comparatif entre les cellules d’oignon et d’élodée.

L’unité fondamentale de tout organisme vivant est la cellule. Tous les organismes que l’on place parmi les plantes ont en commun un même type

cellulaire : la  cellule végétale qui présente un certain nombre de caractéristiques.

Cellules non colorées de feuille d’élodée à feuilles alternes (Lagarosiphon major) observées au microscope optique. Les corpuscules verdâtres sont des chloroplastes.

Paroi cellulosique doublée intérieurement de la membrane cytoplasmique

Vacuole Noyau

Cytoplasme Chloroplaste

Schéma d’une cellule végétale

La paroi cellulosique

La membrane cytoplasmique

Elle entoure la cellule. Elle est constituée d’un polysaccharide, la cellulose, et lui donne sa rigidité.

Elle délimite le contenu de la cellule et règle des échanges de matière avec le milieu externe.

Le cytoplasme Il consiste en une gelée qui contient de l’eau, des substances minérales et des substances organiques (surtout des protéines), et dans laquelle baignent les organites, structures assurant chacune une fonction précise.

La vacuole C’est un organite de grande taille, qui occupe la majorité du volume de la cellule mature. La vacuole contient essentiellement de l’eau. L’entrée de l’eau provoque le gonflement (turgescence) de la cellule et la pression exercée assure sa rigidité et permet sa croissance rapide. La vacuole sert également au stockage de réserves glucidiques et protéiques, de pigments ou de déchets toxiques.

Les plastes Ce sont des organites qui contiennent des substances de réserve comme l’amidon ou des pigments. Le chloroplaste renferme les chlorophylles.

Le noyau C’est un organite, généralement sphérique, délimité par une enveloppe nucléaire. Il est le centre organisateur qui contient le plan nécessaire à la synthèse des substances chimiques indispensables à la cellule et à la transmission du patrimoine héréditaire.

50 μm

3 La plante se nourrit

On peut déduire de la composition des engrais les éléments chimiques que les plantes doivent trouver dans leur milieu. Ce sont essentiellement l’azote (N), le phosphore (P) et le potassium (K). Cependant, les engrais sont fabriqués pour fournir les éléments pour lesquels les plantes souffrent de carences dans les cultures.

Engrais

Azote (N) total Azote nitrique Azote ammoniacal Azote uréique

Oxyde de phosphore (P2O5)

Oxyde de potassium (K2O)

Oligoéléments

(B)

(Fe)

(Cu)

(Mn)

(Mo)

Les plantes ont besoin d’un grand nombre d’éléments outre N, P et K : le soufre (S), le magnésium (Mg), le fer (Fe), le sodium (Na), le calcium (Ca) et le chlore (Cl). L’eau fournit l’hydrogène (H).

Elles doivent encore trouver d’autres éléments, mais en moindre quantité, avec des variations importantes selon l’espèce considérée : le bore (B), le manganèse (Mn), le zinc (Zn), le cuivre (Cu), le molybdène (Mo)…

Ces éléments minéraux se retrouvent généralement sous forme de sels minéraux dans la nature.

À partir de ces données, des chercheurs ont proposé des solutions nutritives minimales, contenant

tous les éléments dont la plante a besoin pour son développement. Ces solutions ont permis l’hydroculture : les plantes sont placées sur des dispositifs contenant la solution nutritive dans laquelle les racines plongent.

Une plante carencée en un élément se développe moins bien. Il ne sert alors à rien d’apporter les autres éléments ; c’est toujours celui qui est le moins présent qui limite le développement de la plante. C’est pourquoi, à l’heure actuelle, les agriculteurs font analyser le sol de leurs cultures afin de décider quel engrais épandre et en quelle quantité. En trop grandes quantités, les engrais deviennent toxiques. L’agriculteur peut augmenter le rendement de ses champs grâce aux engrais, mais pas à l’infini.

3.2 Les plantes sont ce qu’elles absorbent

Malgré leur diversité apparente, les plantes sont constituées des mêmes éléments.

H O C N K P

Autres

Proportion en masse des éléments présents dans la matière sèche des plantes

La majorité des éléments qui composent les plantes est apportée par les substances minérales présentes dans le sol ou l’eau.

Par contre, le carbone (C) et l’oxygène (O), constituants majeurs des plantes, proviennent du dioxyde de carbone (CO2) présent dans l’atmosphère ou dissous dans l’eau.

3.1 Quelles sont les substances minérales nécessaires à la plante ?

ACTIVITÉ 4

LA PLANTE PRÉLÈVE DU DIOXYDE DE CARBONE DANS SON ENVIRONNEMENT

Mener à bien une démarche expérimentale

Le carbone est présent dans l’environnement, entre autres, sous forme de dioxyde de carbone. À l’aide d’un indicateur coloré, le bleu de bromothymol, il est possible de mettre en évidence la présence de dioxyde de carbone dans l’eau. Vérifie que la plante l’utilise effectivement.

Matériel

Physique

– 4 grands tubes à essai

– 1 porte-tubes

– papier aluminium

– 1 paille

– marqueur pour verre

– 1 erlenmeyer (ou un berlin) de 250 ml

Biologique

– 2 rameaux d’élodée d’environ 6 cm de longueur

Chimique

– eau déminéralisée – solution de bleu de bromothymol – huile

Mets en évidence le dioxyde de carbone par un test spécifique

Mode opératoire

1. Remplis à moitié l’erlenmeyer d’eau. Ajoute 2 gouttes de la solution de bleu de bromothymol. Note la couleur de la solution.

2. À l’aide d’une paille, souffle dans l’eau que tu enrichis ainsi en dioxyde de carbone jusqu’à ce que la couleur de la solution vire (change). Note la couleur obtenue.

Conclusions

Quelle est la couleur d’une solution de bleu de bromothymol en absence ou en présence de dioxyde de carbone ?

La plante prélève du dioxyde de carbone

Mode opératoire

1. Numérote 4 tubes à essai. Remplis-les aux 3/4 avec le contenu de l’erlenmeyer.

2. Dans les tubes 2 et 4, place un rameau d’élodée. Celui-ci doit être complètement immergé.

3. Verse ensuite dans les 4 tubes un filet d’huile, jusqu’à avoir une couche d’huile d’environ 5 mm à la surface de l’eau.

4. Emballe entièrement les tubes 3 et 4 de papier aluminium afin de mettre ces tubes à l’obscurité.

5. Place les 4 tubes sur un appui de fenêtre bien éclairé ou devant une source de lumière artificielle.

6. Après une heure ou deux, observe et note la coloration de la solution des différents tubes.

Couche d’huile Solution

Élodée

Questions

1) Pourquoi a-t-on déposé une couche d’huile dans chaque tube à essai ?

2) Quels sont les paramètres communs aux 4 tubes, c’est-à-dire les constantes ?

3) Quelles sont les conditions expérimentales qui diffèrent, c’est-à-dire les variables, d’un tube à l’autre ?

Conclusions

1) Les plantes absorbent-elles le dioxyde de carbone et, si oui, dans quelles conditions ? Justifie.

2) Dessine un tube contenant une élodée et, sur ce dessin, modélise tes conclusions par des flèches correctement orientées et légendées.

3.3 Le modèle de la nutrition végétale

La plante puise de l’eau et des substances minérales par ses racines. Au niveau des feuilles, elle absorbe du dioxyde de carbone. Les feuilles des plantes aquatiques absorbent ces mêmes substances.

Sels minéraux Eau

Dioxyde de carbone

Dioxyde de carbone Eau Sels minéraux

LES SUBSTANCES SE DÉPLACENT – Expérimenter, modéliser

Matériel

Physique

Chimique

– 3 berlins de 100 ml

– 1 carré de tissu (coton) de 10 cm de côté

– 1 carré de 10 cm de côté découpé dans un sachet en plastique

– marqueur pour verre

– montre ou chronomètre

Mode opératoire

1. Numérote les trois berlins de 1 à 3 et verses-y de l’eau jusqu’à 2 cm du bord.

2. Place le morceau de tissu sur le berlin 2 de telle manière qu’il trempe à peine dans l’eau comme le montre la photo ci-contre.

3. Fais de même avec le berlin 3, mais en remplaçant le morceau de tissu par un morceau de plastique.

4. Retire une cartouche d’encre d’un stylo (ceci afin qu’elle soit ouverte) et presse-la délicatement audessus de chaque berlin afin d’y verser quelques gouttes.

5. Pendant 1 heure, à intervalles de 15 minutes, observe les dispositifs expérimentaux et note, dans un tableau, les modifications éventuelles apparaissant dans les 3 berlins. Laisse ton montage en place et vérifie ses caractéristiques le lendemain.

Interprétations et conclusions

1) Explique les résultats obtenus dans les différents berlins.

2) Modélise la situation initiale et la situation en fin d’expérience dans les trois berlins. Les molécules d’eau seront représentées par et celles de l’encre par p

3) Le phénomène observé dans les berlins 1 et 2 porte le nom de diffusion. Construis une définition de ce concept.

3.4 Par quels mécanismes les plantes échangent-elles des substances avec leur environnement ?

– cartouche d’encre

Matériel

Physique

LA MEMBRANE LAISSE ENTRER ET SORTIR CERTAINS COMPOSÉS

Expérimenter, expliquer un phénomène

Biologique

Chimique

– 20 cm

– solution de

– empois d’amidon

de Lugol (solution de KI + I2)

Mode opératoire

1. Prélève 1 ml d’empois d’amidon que tu verses dans un tube à essai et ajoute quelques gouttes de la solution de Lugol. Le lugol est un réactif spécifique à l’amidon. Note la couleur que prend la solution.

2. Remplis le berlin de 500 ml avec de l’eau et ajoute de la solution de Lugol jusqu’à obtention d’une coloration jaune bien marquée.

3. Prends le boyau, rince-le soigneusement sous l’eau du robinet à l’intérieur et à l’extérieur afin d’éliminer toute la solution salée de conservation.

4. Fais un ou deux nœuds à une extrémité.

5. Remplis le boyau avec la solution d’amidon et la solution de glucose (moitié-moitié).

6. Ferme l’autre extrémité du boyau en le nouant le plus près possible du niveau du mélange. Tu obtiens une petite « saucisse » que tu rinces correctement sous l’eau du robinet.

7. Place-la dans le berlin contenant la solution de Lugol.

8. Observe ton dispositif expérimental et teste avec les bandelettes la présence ou non de glucose dans la solution où baigne la « saucisse » dès le début de l’expérience et après 5, 15, 30 et 60 minutes.

Résultats

Construis un tableau identique à celui ci-dessous et complète-le au fur et à mesure de tes observations.

Interprétations et conclusions

1) Quels sont les composés qui ont franchi la paroi du boyau ? Justifie ton affirmation.

2) Comment expliques-tu le sens de migration ?

3) Comment appelle-t-on ce mode de transport ?

4) Quel composé traverse le plus rapidement la paroi du boyau ?

5) Quel composé ne peut pas traverser la paroi du boyau ? Justifie.

6) Réalise le schéma de la « saucisse » et précise le trajet des différentes substances qui ont traversé la paroi du boyau en indiquant la substance et le sens de migration.

7) Propose un modèle explicatif du phénomène observé. Émets une hypothèse qui permettrait d’expliquer ce phénomène.

8) Les biologistes affirment que la membrane cytoplasmique présente une perméabilité sélective. Avec tes propres mots, explique ce que signifie cette affirmation.

ACTIVITÉ 7

La pomme de terre (Solanum tuberosum) est une plante vivace munie de tiges souterraines nommées tubercules, lieux de stockage de l’amidon.

Matériel

Physique

Biologique

– eau distillée

Chimique

– sel de cuisine (NaCl)

– liquide physiologique (solution NaCl 9 g/L aux propriétés semblables à celles du cytoplasme)

Mode opératoire

1. Coupe la pomme de terre de façon à avoir un fond plat sur lequel la poser.

L’EAU SE DÉPLACE – Expérimenter, expliquer un phénomène

2. Du côté opposé, creuse trois puits d’environ 1,5 cm de profondeur en les espaçant le plus possible (attention de ne pas percer le fond).

3. Dans le premier puits, verse de l’eau distillée jusqu’à ras bord.

4. Dans le deuxième puits, verse du liquide physiologique jusqu’à ras bord.

5. Dans le dernier puits, verse du sel de cuisine jusqu’à ras bord.

6. Après 15 minutes, observe les modifications intervenues dans les 3 puits.

Résultats et interprétations

1) Réalise un tableau comparable à celui-ci et complète-le.

Observations

Décris

cahier

2) Sur un schéma de la pomme de terre, indique le contenu initial des puits et précise par des flèches correctement orientées, les déplacements de l’eau.

3) Émets une hypothèse expliquant les déplacements d’eau que l’on appelle « osmose ».

Puits 1 Eau distillée

Puits 2 Liquide physiologique

Puits 3 Sel de cuisine

L’OSMOSE À L’ÉCHELLE CELLULAIRE – Expérimenter, expliquer un phénomène

Matériel

Physique

– microscope

– lames porte-objet et lamelles couvre-objet

– scalpel

– pince fine

– papier absorbant

– marqueur pour verre

– 3 verres de montre

Biologique

– bulbe d’oignon frais (rouge de préférence)

Chimique

– Si tu utilises un bulbe d’oignon blanc, solution de rouge neutre dans un flacon compte-gouttes ; le rouge neutre colore la vacuole en rouge-rose lorsque la cellule est en vie, sinon, il colore le cytoplasme.

– eau distillée

– solution de saccharose à 342 g/L

Mode opératoire et observations

11. Numérote les 3 verres de montre et remplis le premier avec de l’eau distillée, le deuxième avec la solution de saccharose et le troisième avec la solution de rouge neutre si tu n’utilises pas des oignons rouges.

12. Coupe un bulbe d’oignon en deux et prélève trois fragments, les plus minces possible, d’épiderme de la face interne d’une feuille charnue (voir activité 3). Prends la partie colorée si tu utilises des oignons rouges.

13. Si tu utilises un bulbe d’oignon blanc, place les 3 fragments d’épiderme dans la solution de rouge neutre pendant cinq minutes.

14. Ensuite, place un de ces fragments d’épiderme dans le verre de montre contenant l’eau distillée et les deux autres dans le verre de montre contenant la solution de saccharose.

15. Laisse les fragments 5 minutes dans leur solution.

16. Réalise une première préparation microscopique, dans une goutte d’eau distillée, avec le fragment placé dans l’eau distillée. Observe ta préparation au microscope.

17. Réalise une deuxième préparation microscopique, dans une goutte de solution de saccharose, avec un des fragments placés dans la solution de saccharose. Observe ta préparation sans attendre.

18. Réalise un dessin légendé de quelques cellules des deux premières préparations.

19. Réalise une troisième préparation microscopique, dans une goutte d’eau distillée, avec le second fragment placé dans la solution de saccharose. Observe ta préparation au microscope sans attendre et pendant quelque temps.

10. Décris en quelques mots ce que tu observes. Compare tes observations avec les précédentes.

Interprétations

Propose une hypothèse expliquant les phénomènes observés.

Les substances que la plante prélève dans son environnement pénètrent par diffusion et osmose

Dans l’air et dans l’eau, les molécules se déplacent les unes par rapport aux autres. Cette agitation moléculaire est à l’origine de la diffusion.

L’osmose est le mécanisme par lequel les molécules d’eau libres, non associées aux solutés, se déplacent à travers une membrane qui lui est perméable. Si la membrane sépare deux milieux de même concentration en substances dissoutes, les milieux sont dits isotoniques. Sinon, l’eau diffuse à travers la membrane du milieu le moins concentré en substances dissoutes, solution hypotonique, vers le milieu le plus concentré, solution hypertonique.

Eau peu concentrée en glucose

Eau plus concentrée en glucose

Une goutte d’encre diffuse lentement dans un volume d’eau immobile jusqu’à obtention d’un milieu homogène.

Si deux solutions de concentrations différentes en un soluté sont séparées par une membrane qui lui est perméable, le soluté traverse la membrane en se déplaçant de la solution où il est le plus concentré vers la solution où il l’est le moins, et finalement les concentrations s’équilibrent de part et d’autre de la membrane.

Eau riche en dioxyde de carbone

Eau pauvre en dioxyde de carbone

Diffusion globale du CO2

Membrane perméable au CO2

Diffusion du dioxyde de carbone du milieu riche en dioxyde de carbone vers le milieu pauvre en dioxyde de carbone

Membrane seulement perméable à l’eau

L’osmose est la diffusion d’eau d’un milieu moins concentré en soluté vers un milieu plus concentré en soluté.

Ces deux phénomènes, la diffusion et l’osmose, se déroulent en même temps à travers la membrane des cellules de la plante.

Diffusion globale de l’eau

4

Quel est le devenir des éléments absorbés par la plante ?

ACTIVITÉ 9 LA PLANTE ÉCHANGE-T-ELLE D’AUTRES COMPOSÉS AVEC SON ENVIRONNEMENT ?

Interpréter et conclure

Il est possible de mettre en évidence la présence de dioxygène dans une solution aqueuse : une solution de bleu de méthylène décolorée vire au bleu en présence de dioxygène.

4 tubes à essai sont numérotés et remplis aux 3/4 d’eau ; on y ajoute 1 ml de la solution de bleu de méthylène décolorée.

Dans les tubes 2 et 4, on place un rameau d’élodée.

On verse ensuite dans chaque tube un filet d’huile, jusqu’à avoir une couche d’huile d’environ 5 mm à la surface de l’eau.

Les tubes 3 et 4 sont placés à l’obscurité et les tubes 1 et 2 sont placés devant une source de lumière, pendant deux heures.

Le tableau suivant donne les observations réalisées.

Après 2

Tubes placés à la lumière

Tubes placés à l’obscurité

Tube 1 Tube 2 Tube 3

Tube 4

1) Pourquoi a-t-on déposé une couche d’huile dans chaque tube à essai ?

2) Quels sont les paramètres communs aux 4 tubes, c’est-à-dire les constantes ?

3) Quelles sont les conditions expérimentales qui diffèrent, c’est-à-dire les variables, d’un tube à l’autre ?

4) Observes-tu des changements de couleur ? Dans quel(s) cas ?

5) Interprète ces changements de couleur.

6) Quelles conclusions peux-tu tirer de cette expérience ?

7) Dessine un tube contenant une élodée et, sur ce dessin, modélise tes conclusions par des flèches correctement orientées et légendées.

ACTIVITÉ 10

QUE FABRIQUE LA PLANTE ? – Interpréter et conclure

Un groupe d’étudiants a réalisé l’expérience suivante.

Des plantes aquatiques sont placées dans deux aquariums maintenus à 20 °C. Le premier aquarium est exposé à la lumière pendant 48 h tandis que le second est maintenu à l’obscurité durant la même période. Après ces deux jours, on prélève quelques plantes de chaque aquarium. On les traite à l’eau bouillante qui fait éclater les tissus puis à l’alcool bouillant qui les décolore. On prélève des feuilles de chaque lot et on les soumet au test au lugol qui met en évidence la présence d’un polysaccharide, l’amidon : le lugol jaune vire au bleu sombre en présence d’amidon.

Les feuilles provenant des plantes exposées à la lumière se colorent en bleu sombre tandis que les feuilles issues de plantes maintenues à l’obscurité ne changent pas de couleur.

1) Quelles conclusions peux-tu tirer de cette expérience ?

2) Modélise tes conclusions.

3) La fabrication de glucide par la plante s’appelle la photosynthèse. Ce terme est-il approprié ? Justifie ta réponse par l’étymologie.

ACTIVITÉ 11

QUE FAUT-IL ENCORE À LA PLANTE POUR FABRIQUER L’AMIDON ?  Interpréter et conclure

Le lierre commun (Hedera helix) est une plante grimpante dont les variétés se distinguent par la forme des lobes foliaires et la couleur des feuilles, certaines variétés présentant un feuillage panaché vert et blanc.

Des expériences de mise en évidence de l’amidon sont réalisées sur un lierre panaché, exposé préalablement à la lumière durant 24 h. Ces expériences utilisent Le lugol jaune qui vire au bleu sombre en présence d’amidon.

On prélève quelques feuilles et on les plonge dans de l’éthanol bouillant pendant 5 minutes afin de les décolorer.

On plonge les feuilles dans une solution de Lugol et on observe le résultat ci-contre.

1) Interprète les résultats obtenus.

2) Quel est le facteur nécessaire à la photosynthèse mis en évidence dans cette expérience ?

La plante utilise le dioxyde de carbone (CO2) et l’eau (H2O) pour fabriquer du glucose (C6H12O6) au cours d’un processus qu’on appelle la photosynthèse chlorophyllienne. La plante uti lise ce glucose et des éléments minéraux supplé mentaires prélevés dans le milieu extérieur pour la fabrication de ses autres substances organiques (protides, lipides, autres glucides...). Elle en utilise une partie pour sa croissance, son fonctionnement et met l’excédent en réserve. La plante étant capable de fabriquer ses matières organiques à partir de matières minérales est qualifiée d’autotrophe.

4.1 La photosynthèse chlorophyllienne

4.1.1 Dans quelles conditions la plante réalise-t-elle la photosynthèse ?

La fabrication de glucose se déroule dans les organes verts exposés à la lumière. D’où le nom donné à cette réaction : « photo » pour lumière et « synthèse » pour fabrication.

4.1.2 Pourquoi les plantes vertes sont-elles vertes ?

Matériel

Physique

Biologique

Chimique

Mode opératoire

Prépare les extraits de plantes

1. Découpe les feuilles d’épinard en petits morceaux que tu places dans le mortier avec un peu de sable.

2. Verse quelques ml d’éthanol dénaturé dans le mortier et broie les feuilles.

3. Filtre le contenu du mortier. Garde précieusement le filtrat à l’abri de la lumière. Celui-ci sera appelé « extraits de plantes ».

Prépare un chromatographe suivant le modèle ci-contre

Bouchon de liège

Attache-trombone

Cylindre gradué

Papier à chromatographie

Procède à la chromatographie des extraits de plantes

1. Verse la solution à chromatographie dans le cylindre gradué sur une hauteur de 2 cm et bouche soigneuse ment le cylindre avec le bouchon de liège.

2. À 2,5 cm du bas du papier à chromatographie, trace un léger trait au crayon.

3. À l’aide d’une pipette Pasteur, prélève des extraits de plantes.

4. Dépose plusieurs petites gouttes successives le long du trait en veillant à obtenir un trait fin. Laisse sécher. Recommence l’opération 3 fois.

5. Suspends ton papier à chromatographie dans le cylindre gradué et ferme-le. Le bas du papier doit tremper dans la solution, mais le trait doit rester audessus du liquide et le papier ne peut pas toucher les bords du cylindre.

6. Laisse le front du solvant migrer sur une dizaine de cm.

7. Retire ton papier à chromatographie du cylindre gradué.

Observations et interprétations

1) Repère et entoure les zones colorées sur ta bande de papier à chromatographie.

2) Identifie les différents pigments et indique leur nom. Normalement, les extraits végétaux renferment quatre types de pigments qui sont :

• la chlorophylle b vert clair ;

• la chlorophylle a vert plus foncé ;

• les carotènes orangés ;

• les xanthophylles jaunes.

3) Après séchage, colle la bande de papier dans ton cahier.

Conclusions

1) Pourquoi les plantes sont-elles vertes ?

2) Justifie l’utilisation de l’expression « photosynthèse chlorophyllienne » par les biologistes lorsqu’ils évoquent la fabrication de glucides par les plantes.

3) Dessine un tube contenant une plante aquatique et, sur ce dessin, modélise les conclusions obtenues dans cette expérience et dans les activités 4, 9, 10 et 11 par des flèches correctement orientées et légendées.

La couleur verte de certains organes de la plante est due à un groupe de pigments particuliers : les chlorophylles. Celles-ci apparaissent vertes, car elles absorbent le rouge et le bleu et diffusent le vert. Il existe d’autres pigments, les xanthophylles jaunes et les carotènes orangés, qui sont masqués par les chlorophylles dans les organes verts. À l’inverse, ces pigments masquent les chlorophylles chez certaines espèces.

L’énergie lumineuse absorbée par les chlorophylles est transformée, dans les chloroplastes, en énergie chimique contenue dans les molécules de glucose.

4.1.3 Bilan et rôle de la photosynthèse

Le principe de la photosynthèse est la réorganisation des éléments chimiques (C, H, O) grâce à l’énergie lumineuse. Au départ de dioxyde de carbone et d’eau, la plante fabrique du glucose (C6H12O6) qu’elle stocke sous forme d’amidon, et du dioxygène. De cette manière, le carbone est assimilé par la plante.

Le bilan de la photosynthèse s’écrit : et peut être modélisé par un schéma :

dioxyde + eau + énergie glucose + dioxygènede carbone

ou par l’équation bilan :

À l’automne, les feuilles vertes des arbres, comme celles du hêtre des bois (Fagus sylvatica), perdent progressivement leurs chlorophylles et laissent apparaître d’autres pigments, les xanthophylles jaunes et les carotènes orangés.

ACTIVITÉ 13 INFLUENCE DES FACTEURS EXTÉRIEURS SUR L’INTENSITÉ DE LA PHOTOSYNTHÈSE interpréter, communiquer, prévoir

De nombreuses expériences ont été réalisées dans le but d’étudier l’influence des facteurs extérieurs sur l’intensité de la photosynthèse. Nous reprendrons les résultats d’une étude réalisée par J. Otte avec des plantes aquatiques (genre Cabomba) utilisées par les aquariophiles.

Pour visualiser la photosynthèse et évaluer son intensité, ces expériences mesurent la quantité d’un produit de la photosynthèse : le dioxygène. Celui-ci se dégage des plantes aquatiques sous forme de bulles. Plus importante est l’activité photosynthétique, plus important est le dégagement de dioxygène. En comptant le nombre de bulles dégagées par minute, il est possible d’estimer l’activité photosynthétique de la plante.

1. Quantité de dioxyde de carbone dans le milieu et photosynthèse

Dans cette expérience, on fait varier la quantité de dioxyde de carbone (CO2) dans le milieu. Les autres conditions expérimentales restent identiques.

Par facilité, la solution la plus riche en dioxyde de carbone sera prise comme référence : 100 %. La solution dépourvue de dioxyde de carbone sera ainsi notée 0 %.

Résultats

Quantité de CO2 disponible dans le milieu (%)

Intensité de la photosynthèse (nombre de bulles/min)

0 0 10 4 30 13 40 17 50 21 60 17 70 18 80 17 90 12 100 9

Traitement des données, interprétations et conclusions

1) À partir des données du tableau, trace, sur papier millimétré, un graphique de l’intensité de la photosynthèse en fonction de la quantité de CO2 dans le milieu.

2) La quantité de dioxyde de carbone présent dans le milieu influence-t-elle l’activité photosynthétique ? Justifie.

3) Quelle relation existe-t-il entre la quantité de dioxyde de carbone présent dans le milieu et l’activité photosynthétique ?

4) Écris l’équation bilan de la photosynthèse.

5) Situe dans l’équation bilan l’intervention du dioxyde de carbone. Comment l’équation bilan peut-elle rendre compte des résultats expérimentaux ?

2. Éclairement et photosynthèse

L’intensité lumineuse dépend de la distance entre l’objet éclairé et la source de lumière. En diminuant la distance entre la lampe et le plant de Cabomba, on augmente son éclairement. Seul l’éclairement varie, les autres conditions expérimentales sont identiques. Résultats

Distance spot-plante (cm) Éclairement (lux) Intensité de la photosynthèse (nombre de bulles/min) 185,0 1 125 10 133,0 2 250 14 85,0 4 500 26 55,5 9 000 38 31,5 18 000 49

Traitement des données, interprétations et conclusions

1) À partir des données du tableau, trace, sur papier millimétré, un graphique de l’intensité de la photosynthèse en fonction de l’éclairement.

2) L’éclairement influence-t-il l’activité photosynthétique ? Justifie.

3) Quelle relation existe-t-il entre l’intensité lumineuse et l’activité photosynthétique ?

4) Écris l’équation bilan de la photosynthèse.

5) Situe dans l’équation bilan l’intervention de la lumière. Comment l’équation bilan peut-elle rendre compte des résultats expérimentaux ?

3. Température et photosynthèse

Dans cette expérience, seule la température varie, les autres conditions expérimentales sont identiques. Résultats

Température (°C) Intensité de la photosynthèse (nombre de bulles/min)

Traitement des données, interprétations et conclusions

1) À partir des données du tableau, trace, sur papier millimétré, un graphique de l’intensité de la photosynthèse en fonction de la température.

2) La température influence-t-elle l’activité photosynthétique ? Justifie.

3) Quelle relation existe-t-il entre la température et l’activité photosynthétique ?

Prévisions

Penses-tu que la température à laquelle l’activité de la photosynthèse est maximale est la même pour toutes les plantes ? Justifie ta réponse. Imagine une expérience permettant de valider ta réponse.

ACTIVITÉ 14

VARIATION DE L’INTENSITÉ DE LA PHOTOSYNTHÈSE – Analyser des graphiques et conclure

Des scientifiques ont étudié l’influence de l’éclairement sur l’activité photosynthétique de différentes plantes vertes. Ils ont présenté leurs résultats sous forme de graphique. L’intensité de la photosynthèse est donnée en unité arbitraire (UA).

Intensité de la photosynthèse en fonction de l’éclairement

Intensité de la photosynthèse (UA)

Plante de soleil Plante d’ombre

0 20 40 60 80 100

Éclairement (% de l’éclairement solaire direct)

Analyse ce graphique et tires-en les conclusions.

L’intensité lumineuse

Dans l’obscurité, les plantes n’assimilent pas de carbone. Plus l’intensité lumineuse augmente, plus les plantes assimilent de carbone. Il y a toutefois une limite à la capacité d’assimilation : il existe une intensité maximale au-delà de laquelle l’assimilation n’augmente plus.

La quantité de dioxyde de carbone dans le milieu extérieur

L’assimilation du carbone augmente avec la quantité de dioxyde de carbone disponible, mais ici aussi, avec un plafond au-delà duquel les plantes n’en assimilent pas plus.

La température

L’intensité de la photosynthèse augmente avec la température jusqu’à une température optimale. Au-delà de cet optimum, plus la température augmente, plus l’intensité de la photosynthèse diminue.

L’espèce

Les exigences de luminosité, de température et de quantité de dioxyde de carbone dans le milieu varient d’une espèce à l’autre, ce qui est à mettre en relation avec leurs préférences pour certains écosystèmes.

L’eau et les substances minérales sont absorbées au niveau des racines et doivent être partagées entre tous les organes de la plante.

Deux types de vaisseaux interviennent dans le transport : le xylème et le phloème

Le xylème assure la circulation de la sève minérale (sève brute), constituée d’eau et de substances minérales. La sève minérale monte jusqu’à la cime des plus hauts arbres grâce au phénomène d’évapotranspiration. Au niveau des feuilles, l’eau s’évapore, ce qui provoque une aspiration d’eau dans les parties sous-jacentes. D’autres phénomènes comme la poussée radiculaire contribuent à l’ascension de la sève minérale.

Le phloème assure la circulation de la sève organique (sève élaborée) qui permet l’approvisionnement en glucose de toutes les cellules de la plante. Dans les vaisseaux du phloème, la sève organique est mise sous pression, ce qui assure sa circulation.

Le glucose est fabriqué uniquement dans les organes verts, mais il est la source de carbone pour toutes les cellules de la plante. Par conséquent, il doit être transporté et distribué.

Flux de la sève minérale dans le xylème

Flux de la sève organique dans le phloème

4.1.4 Quels sont les facteurs environnementaux qui influencent l’intensité de la photosynthèse ?

4.2 Comment les substances nutritives sont-elles transportées et distribuées au sein de la plante ?

4.3 Utilisation des substances nutritives par la plante

Le glucose, l’eau et les substances minérales sont utilisés par les cellules pour fabriquer leur propre matière organique : lipides, protides, autres glu cides...

Cette fabrication nécessite de l’énergie fournie par la respiration, réalisée par toutes les cellules. Elles respirent aussi bien le jour que la nuit.

Le bilan de la respiration s’écrit :

glucose + dioxygène dioxyde + eau + énergiede carbone

et peut être modélisé par un schéma :

4.4 Le bilan des échanges gazeux

Le jour, une plante éclairée photosynthétise plus qu’elle ne respire ; le bilan de ces deux activités fait qu’elle consomme du dioxyde de carbone et pro duit du dioxygène. La nuit, à l’obscurité, seule la respiration se passe. Sur un cycle de 24 h, la plante consomme globalement du dioxyde de carbone et produit du dioxygène.

ou par l’équation bilan :

C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + énergie

La respiration cellulaire se produit aussi bien chez les plantes que chez les animaux.

ACTIVITÉ

RESPIRATION ET/OU PHOTOSYNTHÈSE – Analyser et interpréter des graphiques

Des algues unicellulaires chlorophylliennes sont placées dans un bioréacteur durant 20 minutes. Des capteurs y mesurent les concentrations de dioxyde de carbone et de dioxygène tout au long de l’expérience. Un logiciel de traitement de données permet d’établir le graphique suivant.

Concentration en CO 2 (UA)

Temps (min) 400 300 200 100 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 200 150 100 50 0

2 (UA)

Concentration en

Quels traitements imposés à ces algues pourraient expliquer les courbes obtenues ?

a. Les algues sont exposées à la lumière de 0 à 4 min puis elles ont été placées à l’ombre avant d’être mises à l’obscurité de t = 7,5 min à t = 10 min. De t = 10 min à t = 15 min, elles ont reçu le même éclairement qu’en début d’expérience.

b. Les algues sont restées à l’obscurité de 0 à 4 min puis elles ont été placées à la lumière avec une augmentation de l’éclairement à 7,5 min avant d’être remises à l’obscurité à t = 10 min.

c. Les algues ont été placées à la lumière les 10 premières minutes et à l’obscurité de t = 10 min à t = 15 min.

d. Les algues ont été placées à l’obscurité les 10 premières minutes puis elles ont été exposées à la lumière de t = 10 min à t = 15 min.

Activités complémentaires

SAVOIR

1) Recopie la grille de mots croisés ci-dessous dans ton cahier puis complète-la.

11. Pigments verts des plantes leur permettant d’utiliser l’énergie lumineuse

Àrecopieraucahier

12. Corps pur simple produit par les plantes lors de la photosynthèse

13. Processus au cours duquel la plante utilise du dioxyde de carbone et de l’eau pour fabriquer du glucose

14. Qualifie un organisme capable de fabriquer ses matières organiques à partir de matières minérales

15. Organisme aux cellules entourées d’une paroi cellulosique et réalisant la photosynthèse

16. Processus au cours duquel le glucose est dégradé, libérant ainsi de l’énergie

17. Ils apportent des éléments nutritifs dans le but d’augmenter le rendement des cultures.

Grille disponible sur Udiddit

18. Culture des plantes placées sur des dispositifs contenant des solutions nutritives dans lesquelles les racines plongent

19. Polysaccharide composé de molécules de glucose

10. Substance inorganique naturelle présente dans le sol ou l’eau

11. Molécule organique fabriquée par la plante lors de la photosynthèse

2) En t’appuyant sur un schéma simple, modélise et explique la nutrition d’une plante terrestre.

3) Décris l’influence de la lumière sur la photosynthèse.

4) Quel est le rôle de la photosynthèse ?

5) Définis les termes suivants.

a. Cellule végétale

b. Cellulose

c. Cytoplasme

d. Vacuole

e. Noyau

6) Sélectionne les affirmations correctes relatives à la vacuole des cellules végétales.

a. La vacuole peut être colorée naturellement.

b. La vacuole contient de l’amidon.

c. La vacuole rejette les déchets toxiques.

d. La vacuole occupe la quasi-totalité du volume des cellules adultes.

e. La vacuole peut contenir des réserves glucidiques et protéiques.

f. La sortie d’eau provoque la turgescence.

7) Donne un titre à cette photo et légende-la.

8) Donne les rôles des structures suivantes.

a) Paroi cellulosique

b) Membrane cytoplasmique

c) Plaste

9) Explique les différences :

a) entre osmose et diffusion ; b) entre sève minérale et sève organique.

SAVOIR FAIRE

1) Des scientifiques ont étudié l’influence de la quantité de dioxyde de carbone du milieu sur l’activité photosynthétique des plantes vertes. Ils ont présenté leurs résultats sous forme de graphique. L’intensité de la photosynthèse et la teneur en dioxyde de carbone sont données en unité arbitraire (UA).

0 0,05

0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5

Teneur en dioxyde de carbone (UA)

Analyse ce graphique et tires-en les conclusions.

2) Une expérience de physiologie végétale

Dans cette expérience, on utilise le bleu de bromothymol, un indicateur coloré que tu as déjà utilisé à l’activité 4. La couleur d’une solution de bleu de bromothymol permet d’évaluer la concentration de dioxyde de carbone dissous dans la solution comme le montre l’échelle colorimétrique ci-contre.

On prépare 5 tubes à essai que l’on remplit aux 2/3 d’une solution de bleu de bromothymol quelque peu enrichie en dioxyde de carbone.

Dans les tubes 2 et 3, on place un rameau d’élodée et dans les tubes 4 et 5, un morceau de tubercule de pomme de terre.

On verse ensuite dans les 5 tubes un peu d’huile pour empêcher les échanges avec le milieu extérieur.

Les tubes 3 et 5 sont placés à l’obscurité et les 3 autres tubes sont exposés à la lumière d’un projecteur LED de 6 W.

Après 180 minutes, on observe les différents tubes.

Concentration de dioxyde de carbone dissous

Analyse et interprète les résultats obtenus.

3) L’expérience suivante est menée avec une cellule artificielle dont la membrane est perméable à l’eau (H2O) et aux ions Na+ et Cl

On remplit la cellule artificielle d’une solution aqueuse de chlorure de sodium (9 g/L) et on la place dans une solution aqueuse de chlorure de sodium (18 g/L). En solution aqueuse, le chlorure de sodium se trouve sous forme d’ions Na+ et Cl . En utilisant un vocabulaire scientifique précis, explique quels seront les mouvements respectifs des molécules d’eau et des ions Na+ et Cl– .

Couleur de la solution

À l’obscurité À la lumière

4) La plante verte échange du dioxygène ( ) et du dioxyde de carbone ( ) avec son environnement. a) Sélectionne le modèle qui illustre au mieux ces échanges lorsque la plante est maintenue à la lumière.

1 2 3 4

b) Justifie ton choix.

5) Modélise le bilan de la respiration en utilisant les termes suivants : dioxyde de carbone, dioxygène, eau, énergie et glucose.

Index

absorption 16, 40 additif alimentaire 19 aliment 18 amidon 28, 88 amylase 33, 36 anorexie 56 appareil 10 appareil digestif 29 association 105 autotrophe 85, 114 bile 35 biocénose 100 biodiversité 119 biologie 8 biomasse 117 biotope 100 bol alimentaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 bouche 33 boulimie 56 carnivore 12 cellule 10 cellule végétale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 cellulose 28, 72 chaîne alimentaire 12, 114 chaîne trophique 114 chlorophylle 88 chyme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 côlon 37 commensalisme 105 compétition 102, 104 consommateur 12, 114 coopération . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 cycle biogéochimique du carbone 123 cycle du carbone 122 cytoplasme 72 décomposeur 12, 114 détritivore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 diffusion 81 digestion 16, 29 eau 18, 25, 28 écosystème 100, 110 élément minéral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18, 26 émulsifier 35 énergie 23, 88, 93 enzyme 25

équilibre des écosystèmes 119 espèce 100 estomac 35 facteur abiotique 100 facteur biotique 100 fèces 37 fermentation 44 fermentation alcoolique 44 fermentation lactique 44 fibres alimentaires 19, 26 flux d’énergie 116 glucide 18, 24, 28 glucose 28, 85, 88 gros intestin 37 héliophile 109 herbivore 12 hétérotrophe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18, 114 hormone 25 hydrosphère 122 hypertonique 81 hypotonique 81 IMC (Indice de Masse Corporelle) . . . . . . . . . . . . . . 55 intestin grêle 35 kJ (kilojoule) 23 lipase 36 lipide 18, 24, 28 lithosphère . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 membrane cytoplasmique 72 métabolisme 16, 45 métabolisme de base 46 mutualisme 106 noyau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 nutriment 29 obésité 55 œsophage 33 organe 10 osmose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 parasitisme 106 paroi cellulosique 72 peptidase 36 péristaltisme 33, 37 phloème . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 photosynthèse 85, 88 plaste 72 prédation 105

producteur 12, 114 protéase 36 protéine 18, 28 protide 18, 25, 28 pyramide alimentaire 49 ration alimentaire 49 relation interspécifique 102 relation intraspécifique 102 réseau trophique 12, 114 respiration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42, 93 rôle énergétique 23 rôle fonctionnel 23 rôle plastique 23 salive 33 sciaphile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 sels minéraux 28, 73 sève brute 92 sève élaborée 92

sève minérale 92 sève organique 92 sol 108 suc digestif 29 suc gastrique 35 suc intestinal 36 suc pancréatique 36 sucrase 36 symbiose 106 système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 tissu 10 transfert de matière 116 transformateur 114 turgescence 72 vacuole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 villosité 40 vitamine 19, 27, 28 xylème 92

Table des matières

Comment utiliser BIO pour tous ?

3

Les compétences terminales et savoirs requis en sciences de base 4

Les compétences terminales et savoirs requis en sciences générales 5

Chapitre 1 Le vivant : ce que tu sais déjà 7

1 La biologie 8

2 Mais qu’est-ce que le vivant ? 8

2.1 Les vivants utilisent de la matière et de l’énergie 8

2.2 Les vivants ressentent et réagissent 8

2.3 Les vivants se reproduisent 9

2.4 Les vivants s’adaptent et évoluent 9

2.5 Les vivants sont constitués d’une unité fondamentale : la cellule 10

3 À chacun sa place, à chacun son maillon 12

4 Le vocabulaire relatif aux savoirs et savoir-faire 13

Chapitre 2 Nous sommes des consommateurs 15

1 De l’assiette à la cellule 16

2 Que mange-t-on ? 17

3 On est ce qu’on mange 22

3.1 Les glucides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.2 Les lipides 24

3.3 Les protides 25

3.4 L’eau 25

3.5 Les éléments minéraux 26

3.6 Les fibres 26

3.7 Les vitamines 27

4 Le grand voyage des aliments 29

4.1 La bouche 33 4.2 L’œsophage 33 4.3 L’estomac 35 4.4 L’intestin grêle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

4.5 Le gros intestin 37

5 Le dernier voyage des nutriments 40

5.1 Le sas d’entrée : l’absorption des nutriments 40

5.2 La voie navigable : transport et distribution des nutriments 41

5.3 Les nutriments arrivent au bout de leur voyage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

5.4 Comment la cellule produit-elle son énergie en l’absence de dioxygène ? 44

6 Se nourrir : une question d’équilibre 45

6.1 Les besoins énergétiques 46

6.2 La santé dans l’assiette 49

6.3 Manger c’est bien, bien manger c’est mieux ! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

7 Les dysfonctionnements alimentaires 54

7.1 Les maladies liées à l’apport quantitatif en aliments ou nutriments 55

7.2 Les maladies liées à la nature des aliments consommés 56

7.3 Les maladies métaboliques 57

Activités complémentaires 58

Chapitre 3 Ce sont des producteurs 63

1 Anatomie externe d’une plante à fleurs 64

2 Quelle est la structure des cellules végétales ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

3 La plante se nourrit 73

3.1 Quelles sont les substances minérales nécessaires à la plante ? 73

3.2 Les plantes sont ce qu’elles absorbent 73

3.3 Le modèle de la nutrition végétale 75

3.4 Par quels mécanismes les plantes échangent-elles des substances avec leur environnement ? 76

4 Quel est le devenir des éléments absorbés par la plante ? 82

4.1 La photosynthèse chlorophyllienne 85

4.1.1 Dans quelles conditions la plante réalise-t-elle la photosynthèse ? 85

4.1.2 Pourquoi les plantes vertes sont-elles vertes ? 85

4.1.3 Bilan et rôle de la photosynthèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

4.1.4 Quels sont les facteurs environnementaux qui influencent l’intensité de la photosynthèse ? 92

4.2 Comment les substances nutritives sont-elles transportées et distribuées au sein de la plante ? 92

4.3 Utilisation des substances nutritives par la plante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

4.4 Le bilan des échanges gazeux 93

Activités complémentaires 95

Chapitre 4 L’écosystème, une mécanique bien huilée 99

1 Les êtres vivants vivent dans des écosystèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

1.1 L’écosystème 100

1.2 Les relations entre les êtres vivants 102

1.2.1 Les relations intraspécifiques 102

1.2.2 Les relations interspécifiques 104

2 Pourquoi les organismes s’installent-ils dans un endroit plutôt que dans un autre ? 108

2.1 Le sol 108

2.2 L’eau, un autre milieu de vie 108 2.3 La lumière 109

2.4 Les perturbations du biotope 110

3 L’écosystème, une multitude de relations 110

4 La diversité dans les niveaux trophiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

4.1 Les vivants utilisent de la matière et de l’énergie qu’ils prélèvent dans l’environnement 114

4.2 Tout écosystème est traversé par deux flux 116

5 L’équilibre des écosystèmes 119

6 Le cycle du carbone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

Activités complémentaires 124

Index 139