1. Organisation d'un végétal

Exemple: le plant de pomme de terre : Solanum tuberosum (règne des Plantes).

Originaire des Andes (Amérique du Sud), elle a été importée en Europe à la fin du XIVème siècle mais elle ne devient une nourriture de base que vers la fin du XVIIIàme siècle. Elle est arrivée tout d'abord en Espagne, puis est repartie vers la Floride, pour revenir en Angleterre et en Iralande avant de conquérir ls côte Est des Etats-Unis. En 1845-1847 l'épidémie de "brunissure" (maladie bactérienne) en Irlande provoqua une immigration massive des irlandais vers le continent Nord américain.

Le plant de 60-80 cm de haut posséde des fleurs blanches et jaunes et des fruits verts de 2-3 cm de diamètre. Des tiges souterraines (stolons) renflées à leur extrêmité, forment des tubercules (les "pommes de terre"). On notera que les yeux du tubercule sont des bourgeons et les petites cicatrices incurvées des traces de feuilles.

Le tubercule de pomme de terre est utilisé dans l'alimentation humaine (féculant mais aussi alcool) et les feuilles peuvent donner du fourrage pour les animaux.

Ne pas confondre la pomme de terre avec la patate douce (Ipomea batatas) de la famille des liserons (Convolvulacées) qui est une plante rampante dont le tubercule, aussi comestible, est issu d'un renflement de la racine.

Les organes que vous devez reconnaître sont : la racine, la tige, le tubercule, la feuille (le pétiole et le limbe), la fleur (le pétale, le sépale, une étamine, un ovaire, un fruit, une graine). Schéma simplifié d'un plant de pomme de terre.

Le cycle de vie comprend un cycle de reproduction sexuée par les graines et un cycle de reproduction asexuée (multiplication végétative) par les tubercules. En automme et en hiver, le plant feuillé dégénère et seuls subsistent les graines et les tubercules enterrés. Schéma des cycles de vie de la pomme de terre.

Film : La plante et l'eau (Jeulin). Expérience n°2 p 88

2. L'eau et les sels minéraux pénétrent dans la plante par les poils absorbants des racines et circulent dans les vaisseaux du xylème sous forme de sève brute

L'eau pénètre avec les sels minéraux en solution par des cellules spécialisées : les poils absorbants. Ces cellules forment l'assise pilifère située à l'extrêmité de la racine. Les racines âgées sont entourées de tissus durs et imperméables (tissus sclérifiés, voir TP 6.2 ). Expérience n°2 p 90.

L'eau et les sels minéraux gagnent le cylindre central, traversent l'endoderme, et se déversent dans les vaisseaux du xylème qui forment le bois dans les tiges et racines âgées. La sève brute, ainsi formée, ne contient que des sels minéraux et de l'eau.

Les tissus conducteurs de la sève brute sont constitués de cellules mortes (vaisseaux du bois) dont la paroi est imprégnée d'une substance rigide et imperméable : la lignine. La sève brute monte dans la racine, puis dans la tige, jusqu'aux feuilles et à tous les organes aériens.

Voir dessin d'observation réalisé en TP (Fiche Méthodes n°6.2) et schéma général de synthèse de cette fiche.

Les mycorhizes sont des associations de type symbiose vraie (association à bénéfices réciproques) entre un champignon (règne des Mycètes) et les racines de nombreux arbres (Bordas p. 92-93). L'assise pilifère est remplacée par un feutrage de filaments du champignon (mycélium) qui draîne l'eau et les sels minéraux et les fournit à l'arbre qui, en retour, fournit des sucres au champignon.

3. La majorité de l'eau absorbée par une plante est rejetée par les feuilles sous forme de vapeur d'eau (c'est l'évapotranspiration)

La sève brute circulant par le xylème arrive au niveau des feuilles par les nervures. Elle irrigue les cellules de la feuille et passe pour une bonne part sous forme de vapeur d'eau dans les espaces situées entre les grosses cellules du parenchyme de la feuille (lacunes aérifères).

La vapeur d'eau sort par les stomates (évapotranspiration). Les stomates sont des structures composées de deux cellules chlorophylliennes (qui contiennent des chloroplastes) : les cellules stomatiques, bordant un orifice : l'ostiole. Schéma d'un stomate (p102). L'ostiole peut être ouvert selon la température, le degré d'humidité ou encore la lumière, grâce au gonflement des deux cellules stomatiques. La majorité des stomates sont situés à la face inférieure des feuilles. Exercice p 110 n°4. Les stomates sont habituellement fermés pendant les heures chaudes et sèches du jour. Ils s'ouvrent le matin, le soir et la nuit. Exercice p 109 n°3.

L'évapotranspiration foliaire est le moteur principal de la montée de la sève brute.

4. Le dioxygène et le dioxide de carbone entrent et sortent par les stomates et circulent dans la plante entre les cellules

Les échanges de gaz peuvent se faire à travers toutes les surfaces de la plante mais sont réalisées préférentiellement au niveau des feuilles. La cuticule, lorsqu'elle est présente, limitant les échanges gazeux, c'est essentiellement au niveau des stomates que se font les échanges gazeux.

Les gaz qui pénétrent dans la plante par les stomates circulent dans les espaces aérifères situés entre les cellules : méats et lacunes (on parle de parenchymes aérifères ou lacunaires lorsque ces espaces sont de grande taille). Schéma général de synthèse de cette fiche. Chez les plantes aquatiques, les organes immergés ont souvent des espaces aérifères de grande taille, permettant ainsi aux gaz de circuler depuis les feuilles habituellement flottantes vers les tiges, feuilles et racines immergées.

5. Les substances organiques synthétisées lors de la photosynthèse par les cellules chlorophylliennes sont distribuées à toutes les cellules par la sève élaborée qui circule dans les tubes criblés du phloème

La plante respire aussi bien à l'obscurité qu'à la lumière : elle consomme du dioxygène et rejette du dioxyde de carbone.

Expériences n°1-2 p72, 3-4 p 73, 1-2 p 74, 3-4 p 75

La cellule chlorophyllienne synthètise des substances organiques en présence de lumière et de dioxyde de carbone: c'est la photosynthèse. Pendant cette photosynthèse, elle rejette du dioxygène. Exercice n°5 p86. Le dioxygène étant produit lors de la photosynthèse à la lumière, il est généralement libéré par la plante éclairée. Le dioxyde de carbone peut être absorbé par la plante à différents moments et même la nuit et peut donc être stocké dans les espaces aérifères avant d'être utilisé lors de la photosynthèse.

Les substances organiques synthétisées lors de la photosynthèse sont stockées, dans la cellule, la plupart du temps sous forme d'amidon. L'amidon est un sucre complexe composé de plusieurs unités de sucres simples accrochées les unes aux autres (polymère). L'amidon peut être coupé en petites molécules de sucres simples comme le saccharose (sucre de cuisine).

Les substances organiques synthétisées par la cellule chlorophyllienne passent dans la séve élaborée. La sève élaborée contient de l'eau, des sels minéraux mais aussi de nombreuses substances organiques nutritives (du saccharose principalement mais aussi des vitamines, des acides aminés (qui servent à construire les protéines)...) ou informatives (hormones...). Expérience n°2 p112

La sève élaborée circule dans des cellules vivantes: les tubes criblés qui forment le phloème. Dans une tige âgée les tubes du phloème forment le liber. Le phloème est situé au voisinage du xylème et forme des faisceaux conducteurs aussi bien dans les tiges (et les nervures de feuilles) que dans les racines. Schéma général de synthèse de cette fiche.

La circulation de la sève élaborée est plus lente que celle de la sève brute (quelques millimètres à l'heure par opposition à quelques centimètres à l'heure). Elle se fait aussi bien du bas de la plante vers le haut (circulation ascendante, comme pour la sève brute) que dans le sens inverse (circulation descendante). La sève élaborée distribue les produits de la photosynthèse à toutes les cellules non chlorophylliennes mais transporte aussi des informations assurant ainsi des échanges entre toutes les cellules de la plante plus rapides que ceux réalisés par les espaces situés entre les cellules.

Le saccharose circulant dans la sève élaborée est prélevé par les cellules non chlorophylliennes (elles consomment cette matière organique par respiration). Ces cellules sont donc hétérotrophes vis-à-vis du carbone : elles consomment le carbone sous une forme organique : le saccharose.

Une plante chlorophyllienne est donc globalement autotrophe vis-à-vis du carbone (elle consomme du carbone sous forme minérale : le dioxyde de carbone). Mais seules les cellules chlorophylliennes réalisent la photosynthèse et sont donc autotrophes. Les cellules non chlorophylliennes sont hétérotrophes.

6. De nombreuses cellules stockent des réserves qui sont utilisées pendant l'hiver ou au printemps

Tous les organes d'une plante peuvent stocker des réserves : la tige de pomme de terre qui devient souterraine (stolon) et se renfle pour former un tubercule ("pomme de terre") (Schéma général de synthèse de cette fiche); la racine qui se renfle et forme un tubercule ou un rhizome (iris); les feuilles même qui peuvent s'épaissir et former un bulbe (tulipe...). Le tronc des arbres possédent de nombreuses cellules du liber (faisant partie du phloème) qui stockent des réserves pour l'hiver. Exercices n°2, 3 et 4 p 123.

Les réserves sont stockées la plupart du temps directement dans le cytoplasme des cellules mais peuvent aussi l'être dans des vacuoles spécialisées.

Les réserves sont habituellement constituées d'amidon comme chez la pomme de terre mais peuvent aussi être des lipides (comme dans la graine de tournesol) ou encore des protéines (graine de ricin).

Les organes de réserve peuvent servir d'organe de survie pendant la mauvaise saison et donner un nouveau plant au printemps comme pour la pomme de terre : l'organe de réserve participe alors à la multiplication végétative (reproduction asexuée).

Les graines stockent aussi de nombreuses réserves qui seront utilisées lors de la germination. Elles assurent la reproduction sexuée.