Thème 1 : de la plante sauvage à la plante domestiquée

« Thème 1 : de la plante sauvage à la plante domestiquée III.

La plante produit de la matière qui lui permet de grandir, de faire des réserves, de se protéger, de se reproduire tout en restant fixée 1 La photosynthèse pour la plante 2 La photosynthèse pour base des écosystèmes et des agrosystèmes Carte géographique des écorégions de la forêt amazonienne délimitées par le WWF. Les lignes en blanc délimitent les contours de la forêt amazonienne.

Le bassin de l'Amazone est indiqué en bleu. Un champ de blé. Nous dépendons de la production issue de la photosynthèse L’activité de la photosynthèse est visible de l’espace 3 A- Les mécanismes de la photosynthèse La production de molécules organiques par les végétaux chlorophylliens s’effectue grâce à un mécanisme appelé photosynthèse. Rappel : Quelles sont les éléments nécessaires à la photosynthèse ? Quelle est sa localisation cellulaire? Nouveau : Quels mécanismes moléculaires, quelles réactions chimiques entre en jeux dans la photosynthèse ? 1- Mise en évidence de la photosynthèse : localisation, conditions nécessaires et molécules en jeux Rappel : La feuille, organe spécialisé dans la photosynthèse MO X 600 MO X 600 Les plantes chlorophylliennes utilisent le carbone du CO2 atmosphérique pour synthétiser leur matière organique. 5 Mise en évidence de l’utilisation du CO2 et de la production d’O2 lors de la photosynthèse Expérience : Principe : La cuve du bioréacteur est remplie de chlorelles (algues vertes unicellulaires) ou de fragments de feuilles d'élodée ou de feuille de Cabomba. On effectue une séquence obscurité / lumière / obscurité, en mesurant la concentration en dioxygène du milieu. Explication en vidéo : https://webtv.univ-lille.fr/video/10922/mesure-del%E2%80%99activite-photosynthetique-par-oxymetrie 6 Expérience 1 : on réalise dans un premier temps une séquence obscurité/lumière/obscurité dans un milieu en présence d’hydrogénocarbonate de sodium . (l'hydrogénocarbonate de sodium HCO3-,Na+ est soluble dans l'eau, absorbé par la plante et converti en CO2 grâce à une anhydrase carbonique) Résultats : Livre page 185 Protocole + fiche schéma téléchargeable Constat? Déduction ? 7 Expérience 2 : on réalise dans un deuxième temps une séquence obscurité/lumière/obscurité dans un milieu sans CO2, par exemple dans de l'eau distillée bouillie. Résultat : sans CO2, on observe une diminution régulière de la [O2], les cellules respirent mais en absence de CO2, ne peuvent réaliser la photosynthèse. Constat? Déduction ? 8 Déductions : Le CO2 est consommé et l’O2 est rejeté lors de la photosynthèse. Le dégagement d’O2 ne se fait que si on a réunit les conditions nécessaires à la photosynthèse (CO2 + lumière).

On peut donc supposer que les deux phénomènes sont liés et que la photosynthèse s’accompagne bien d’un rejet d’O2. 9 Mise en évidence des conditions nécessaire à production de matière organique lors de la photosynthèse Expérience à l’eau iodée sur feuille de Géranium Constat? Déduction ? En présence d’amidon, l’eau iodée initialement jaune-orange, se colore en marron foncé. Interprétation Constat : la partie de la feuille, sous le cache, placée à l’obscurité, ne présente pas de coloration marron foncée contrairement à la partie exposée à la lumière . Déduction : la lumière est donc indispensable à la production d’amidon dans la feuille (d’où le terme de photo synthèse) Constat : la partie de la feuille panachée qui n’est pas verte ne présente pas de coloration marron foncée contrairement aux parties vertes. Déduction : la chlorophylle responsable de la couleur verte est indispensable à la production d’amidon dans la feuille. Lumière et chlorophylle sont nécessaires à la production d’amidon dans les feuilles Constat? Déduction ? Mise en évidence de la production de matière organique lors de la photosynthèse Dispositif expérimental Feuille de coleus partiellement recouverte d’un cache noir Résultat du test au lugol Déduction : La présence de certains pigments autres que la chlorophylle n'est pas suffisante pour réaliser la photosynthèse. 13 Mise en évidence de la localisation cellulaire de la photosynthèse Observation au microscope optique d’une feuille d’élodée placée à l’obscurité après coloration à l’eau iodée. Constat? Déduction ? Observation au microscope optique d’une feuille d’élodée exposée à la lumière après coloration à l’eau iodée. Observations de chloroplastes au microscope optique Objectif x60 Paroi de la cellule Grain d’amidon dans les chloroplastes chloroplaste Feuille élodée éclairée pendant plusieurs heures Feuille élodée après traitement à l’eau iodée Constat : dans les cellules chlorophylliennes éclairées depuis plusieurs heures, on peut mettre en évidence la présence d’amidon dans de petits organites cytoplasmiques. Déduction : la photosynthèse se déroule donc dans ces organites : les chloroplastes. Les chloroplastes sont le lieu de la photosynthèse 16 Les chloroplastes, organite clé de la photosynthèse Modélisation 3D d’un chloroplaste membranes stroma thylacoïdes amidon Structure d’un chloroplaste au microscope électronique Comparaison de la molécule de glucose et de la molécule d’amidon Constat? Déduction ? Les molécules de glucose et d’amidon sont des molécules carbonées : elles sont constituées d’atomes de carbones.

Les atomes de carbone sont liés à des H et O. L’amidon est une molécule de plus grande taille constituée d’un enchaînement de molécules de glucose. 21 A partir de CO2 (carbone minéral) et d’H2O la photosynthèse aboutit à la formation d’une molécule organique, un sucre simple : le glucose. Le glucose est une molécule énergétique commune utilisable par les cellules. Le glucose peut être transporté et utilisé pour la production d’autres molécules organiques comme l’amidon. L’amidon est une grosse molécule (un polymère de glucose) permettant le stockage d’énergie. 22 Bilan. Réaction de la photosynthèse est redémontré : 6CO2 + 12H2O → C6H12O6 glucose réduit + 6O2 + 6H2O Il y a ensuite une polymérisation de glucose pour former de l’amidon. Pour que la réaction de la photosynthèse soit bien démontrée, il faut comprendre l'origine des corps formés.

Le carbone (C) des glucides provient forcément du carbone du CO2, mais d'où vient le dioxygène formé? On pouvait penser qu'il provenait de l'oxygène du CO2 mais ce n'est pas le cas. De plus comment est utilisé l’énergie lumineuse ? 23 2- Le rôle des pigments dans la photosynthèse Chromatographie des pigments chlorophylliens Constat? Déduction ? bordas p214 Principe de la chromatographie : Une chromatographie est composée d’une phase mobile ici le solvant (ici l’éthanol) et d’une phase fixe ici le papier (fait de cellulose). On dépose une goutte de pigments bruts sur une feuille de papier.

On place la feuille de papier dans un récipient hermétique dans lequel on a placé un solvant approprié (ici l’éthanol est un solvant organique dans lequel peut se dissoudre les molécules de chlorophylles et de carotènes qui sont enchâssées dans les membranes cellulaires, donc qui ont une affinité pour les lipides et qui ne peuvent pas se dissoudre dans l’eau). Le solvant monte dans la feuille par capillarité en entraînant les pigments de manière différentielle selon leur affinité avec le solvant et la phase fixe. On peut distinguer ainsi deux catégories principales de pigments : les chlorophylles (vertes) et les caroténoïdes 26 Epinard Constat? Déduction ? Prunus 27 Par chromatographie, on met en évidence la présence de plusieurs pigments différents présents dans les feuilles : Chlorophylle a, Chlorophylle b, Xanthophylles, Carotènes. Ces pigments forment des complexes moléculaires enchâssés dans la membrane des thylakoïdes des chloroplastes. 28 Rappels de physique La lumière blanche est composé de plusieurs ondes qui ont des longueurs d’ondes différentes , en passant à travers un prisme optique, se décompose pour faire apparaître le spectre visible. 29 L’absorption de la lumière par les pigments des végétaux = spectre d’absorption L’absorption de radiations lumineuses par les pigments extrait d’une feuille d’épinard. 30 En découpant la portion de papier avec la chlorophylle a et en la rediluant 31 En découpant la portion de papier avec le carotène et en le rediluant 32 Les pigments d’une feuille d’un végétal absorbent à des longueurs d’ondes différentes, globalement, une absorption dans le bleu et le rouge mais pas dans le vert. La lumière verte est donc réfléchie, ce qui explique la couleur des feuilles. 33 Implication de la chlorophylle dans la photosynthèse Hachette p136 Une expérience historique de Engelmann : lien entre absorption de la lumière par les pigments des végétaux et la photosynthèse. Activité élève : livre p 196-197 Constat? Déduction ? 35 Constat : Les bactéries sont réparties essentiellement au niveau des portions de filament d’algue spirogyre exposés à la lumière bleu et rouge. On voit que les bactéries sont attirées par le dioxygène. Déduction : les végétaux (ici l’algue spirogyre) ont donc une activité photosynthétique (dégagement de dioxygène) maximale pour des longueurs d’onde d’environ 450 nm (bleu) et de 600 nm (rouge) : c’est le spectre d’action. On remarque que le spectre d’action coïncide avec le spectre d’absorption des pigments des végétaux. L’absorption de la lumière par les pigments des végétaux doit donc intervenir dans la photosynthèse. Comment les pigments interviennent t-il dans la photosynthèse ? 36 Mise en évidence de l’utilisation de l’énergie lumineuse par les pigments On cherche à montrer que l’énergie absorbée par la chlorophylle peut être transférée à un accepteur d’électrons. 37 Principe de l’oxydoréduction : La matière organique produite lors de la photosynthèse est réduite. Lors d’une réaction d’oxydoréduction, des échanges d’électrons ont lieu.... »