Métropole, 2016, voie S
Dans son ouvrage, Éloge de la plante (2004), le botaniste Francis Hallé discute des surfaces d'échanges chez les végétaux et animaux. "Mesurer la surface d'un végétal n'est pas chose facile […] Quelle peut être la surface aérienne d'un arbre de 40 m de haut ? Une estimation de 10 000 m2 (1 ha) n'est certainement pas exagérée ; la surface "interne" permettant les échanges gazeux serait 30 fois supérieure. […]. En ce qui concerne les surfaces racinaires, les investigations sont encore plus difficiles et les données encore plus rares : la surface souterraine d'un plant de seigle serait 130 fois plus grande que la surface aérienne. […]."
Exposer en quoi les structures des organes impliqués dans les échanges nutritifs externes et internes d'une plante sont adaptées à son mode de vie fixé.
L'exposé doit être structuré avec une introduction et une conclusion et sera accompagné d'un schéma fonctionnel synthétique.
Dans quelles structures de la feuille se réalise la photosynthèse ?
Quelles sont les structures permettant à la plante de transporter la sève élaborée et la sève brute ?
Quelles sont les deux grandes structures adaptatives de la plante à la vie fixée ?
Quelle est la structure qui s'adapte au cours des variations climatiques de la journée ?
Quelle est la structure permettant aux racines d'accroître le captage de l'eau et des ions ?
Dans l'adaptation des plantes à la vie fixée quel est le rôle majeur de la feuille ?
Quelles sont les deux structures permettant la nutrition de la plante ?
Toutes les plantes sont construites sur le même modèle. Elles possèdent des feuilles, une tige et des racines. Grâce à ces structures, elles peuvent avoir des échanges avec l'atmosphère et le sol afin de fabriquer de la matière organique. Le désavantage le plus important des plantes est la vie fixée, de ce fait elles doivent s'adapter pour pouvoir se nourrir et se développer. Quelles sont les adaptations des organes de la plante qui lui permettent de se nourrir malgré la vie fixée ? Dans une première partie, on étudiera la surface d'échange avec l'atmosphère au niveau des feuilles, puis celle présente entre la plante et le sol au niveau des racines et pour terminer les communications qui peuvent avoir lieu entre toutes les cellules de la plante.
La feuille, surface d'échange entre la plante et l'atmosphère
Les feuilles sont la surface d'échange entre l'atmosphère et la plante. Elles représentent une bonne surface d'échange parce que leur épaisseur est très réduite et que leur surface est très développée. Chaque feuille est organisée en fonction des échanges qu'elle doit réaliser avec l'atmosphère. Une feuille est donc constituée :
- D'un épiderme supérieur et un épiderme inférieur. Il peut être formé d'une cuticule cireuse qui protège de la perte d'eau.
- De deux parenchymes chlorophylliens qui permettent la récupération et la transformation de l'énergie solaire en énergie chimique.
- Des stomates, situés sur la face inférieure de la feuille, qui permettent les échanges gazeux avec l'atmosphère.
La structure particulière de la feuille permet de capter la lumière et le \ce{CO2}. Ces deux éléments sont indispensables à la photosynthèse. Les deux parenchymes, le parenchyme palissadique et le parenchyme lacuneux, renferment des organites, les chloroplastes. La photosynthèse se déroule dans les chloroplastes qui vont capter l'énergie lumineuse en provenance du Soleil.
De plus, la feuille est formée de structures permettant l'entrée des gaz atmosphériques. Ces structures sont les stomates. Ils sont formés de deux cellules de garde, laissant au centre un trou, l'ostiole, laissant passer les gaz. De ce fait, le dioxyde de carbone peut pénétrer dans la chambre sous-stomatique. Cette chambre permet d'accroître la zone de contact entre les cellules des feuilles et l'atmosphère. Soleil et \ce{CO2} vont permettre aux cellules de fabriquer de la matière organique au niveau des chloroplastes, ce qui permet au final de rejeter du dioxygène. Au cours de la journée, la plante peut faire varier le diamètre de l'ostiole afin de limiter ses pertes en eau par transpiration.
Les racines, surface d'échanges entre la plante et le sol
Les racines permettent les échanges entre la plante et le sol. Elles sont les organes de la plante qui récupèrent dans le sol l'eau et les sels minéraux nécessaires à la croissance et au développement de la plante. Cette absorption se fait par l'intermédiaire de cellules spécialisées, appelées poils absorbants, dans la zone pilifère de la racine. Ces poils permettent d'augmenter la surface de contact entre la plante et le sol, de façon à avoir une récupération optimisée de la faible concentration dans le sol des ions nécessaires.
Les racines vont capter les éléments minéraux et l'eau nécessaire à la photosynthèse. La densité et la longueur des poils absorbants, ainsi que la ramification des racines, peuvent augmenter en cas de carence minérale dans le sol. Dans certains cas, cette absorption peut être facilitée par une association symbiotique, c'est-à-dire une association à bénéfice mutuel entre la plante et un autre être vivant.
Les vaisseaux conducteurs de la sève
Enfin, il existe des vaisseaux conducteurs de la sève. L'eau et les ions captés au niveau des racines vont former la sève brute. Cette sève va emprunter les vaisseaux du xylème en direction des feuilles (trajet ascendant) afin d'apporter une partie des éléments indispensables à la photosynthèse.
La sève élaborée est une sève riche en matière organique en provenance de la photosynthèse. Elle est de ce fait formée au niveau des feuilles et va circuler dans les conduits du phloème en direction de toutes les cellules de la plante qui ne peuvent fabriquer de la matière organique (trajet descendant), c'est-à-dire les racines et les bourgeons.
Les plantes possèdent donc une organisation particulière en adéquation avec la vie fixée, c'est-à-dire qu'elles ont une adaptation accrue afin de pouvoir capter la lumière au niveau des feuilles, mais aussi l'eau et les ions au niveau des racines. De plus, elles possèdent un système de circulation qui permet d'apporter aux feuilles les différents éléments nécessaires à la photosynthèse, ainsi qu'aux cellules non autotrophes de recevoir les éléments organiques indispensables à leur développement.