TD-Physiologie-Vegetale-2LSA.pdf, Examens de Calcul

Télécharge TD-Physiologie-Vegetale-2LSA.pdf et plus Examens au format PDF de Calcul sur Docsity uniquement! 1 POLYCOPIE DES TRAVAUX DIRIGES DE PHYSIOLOGIE VEGETALE Dr.HIMED Louiza 2ème année Licence Filière Sciences Alimentaires Département des Technologies Alimentaires I.N.A.T.A.A. Université des Frères Mentouri Constantine 1 Année universitaire : 2018-2019 Sommaire Préambule Enoncés TD N1. Absorption et émission d’eau chez les végétaux ....................................................... 1 TD N2. Nutrition azotée et minérale ...................................................................................... 3 TD N3. Nutrition énergétique ................................................................................................. 5 TD N4. Assimilation chlorophyllienne ................................................................................... 6 TD N5. Développement et croissance.................................................................................... 8 TD N6. Maturation des fruits ............................................................................................... 10 Solutions TD N1. Absorption et émission d’eau chez les végétaux ...................................................... 12 TD N2 . Nutrition minérale et azotée .................................................................................... 18 TD N3. Nutrition énergétique ............................................................................................... 23 TD N4. Assimilation chlorophyllienne ................................................................................. 29 TD N5. Développement et croissance................................................................................... 35 TD N6. Maturation des fruits ............................................................................................... 44 Références bibliographiques ................................................................................................ 47 1 TD N1. Absorption et émission d’eau chez les végétaux Exercice 1. Si l’on considère que le mouvement de l’eau résulte de la différence entre deux pressions ; 1. Quelles sont ces deux pressions ? 2. Calculer la pression osmotique exercée à -20°C par une solution de saccharose à 171g/l. 3. Quel est l’état dans lequel se trouve la cellule ? Exercice 2. Une racine placée dans un sol riche en sel considéré comme un milieu hypertonique (7g/l). 1. Quel est le mouvement de l’eau ? justifiez 2. Quel est l’état des cellules en contact avec le sol ? sachant que la concentration cellulaire en sel est de 5g/l. 3. Si l’on considère que les forces de résistance sont nulles.  Donner la formule de succion ?  Si la pression osmotique Po =5 atmosphère, quelle sera la valeur de S ? 4. Donner la valeur de S dans l’état d’équilibre d’une cellule. 5. Calculer la pression membranaire sachant que S = 12 atmosphère dans une cellule glucosée à 58g/l et dans une température de 18°C. Exercice 3. Une plante présentant une surface foliaire de 0,57m2 est placée dans des conditions contrôlées en présence de CaCl2 dont la masse initiale est de 20g, après 3 heures ce dernier pèse 27g. 1. Quelle est la fonction physiologique mesurée ? 2. Calculer son intensité. 3. Citer les principaux facteurs internes pouvant la modifier. Exercice 4. Selon Crydle et Blaney, l’ETP est définie comme suit : 0,254KP (1,8T + 32). K est le taux de couverture de sol en % ; P est le nombre d’heures diurnes (éclairements) du mois considéré par rapport à l’année (total d’heures diurnes de l’année). 2 T est la moyenne mensuelle des (minima + maxima)/2. Exemple de pomme de terre : si au mois de juin P = 7, K = 0,9 et T = 20°C. 1. Calculer la quantité d’eau évaporée et transpirée potentiellement (ETP). 2. Quel est l’ETR, sachant que l’ETR = 0,8 ETP ? 3. Dans le cas d’un déficit hydrique, comment doit-on procéder pour avoir un meilleur rendement ? Exercice 5. Soit deux cellules contiguës ayant pour composantes de leur potentiel hydrique les valeurs suivantes : - Cellule 1 : potentiel osmotique = -8 bars, potentiel de turgescence = 8 bars ; - Cellule 2 : potentiel osmotique = -6 bars, potentiel de turgescence = 2 bars. 1. Calculer la valeur du potentiel hydrique de chaque cellule, en déduire le sens du flux d’eau entre ces cellules. 2. Donnez la valeur du potentiel hydrique de ces deux cellules à l’équilibre (on considère que leur volume est identique et que leur capacité hydrique sont semblables et égales à une même constante). 3 TD N2. Nutrition azotée et minérale Exercice 1. Soit un tube en U dans le quel nous mettons dans l’une des branches de l’eau et dans l’autre une solution de NaCl. Que se passe-il ? Exercice 2. Soit un récipient fermé à sa base par une membrane et surmonté d’un tube fin. On remplit le récipient avec une solution de NaCl, si on le plonge dans un vase plein d’eau pure, on constate un changement, que se passe-il ? Exercice 3. Les éléments minéraux sont absorbés sous 3 formes. Quelles sont ses formes ? Exercice 4. Deux éléments le fer et le cuivre agissent par changement de valence quant à leur absorption. 1. A quelle catégorie d’éléments appartiennent t –ils ? Citez autres éléments de la même catégorie. 2. Expliquer leur absorption par le changement de valence. 3. Citer les principaux symptômes causés par leur carence. Exercice 5. N est un élément azoté. 1. Comment s’appelle N2.ou se trouve t-il? Quelle est sa nature ? Est-il absorbable par la plante directement? Expliquer. La décomposition des débris végétaux donne de l’azote sous forme : 2. Est-ce que cette substance est assimilable par les racines des plantes et pourquoi? Grâce aux bactéries protéolytiques nous avons : (NH4)2 S O4  H2S+2NH3 +2O2 3. Ce gaz ammoniacal dans le sol peut-il être absorbé par la plante? 6 TD N4. Assimilation chlorophyllienne Exercice 1. Décrire les principales phases de la photosynthèse en expliquant comment elles sont liées entre elles ? Exercice 2. 1. Donnez la définition des différentes appellations des plantes en C3, C4 et CAM. 2. Donnez dans un tableau les différences et les ressemblances des plantes en C3, C4 et CAM. Exercice 3. Le graphique suivant représente l’état des stomates d’un plant de Haricot au cours d’une période de 24 heures. 1. Quel est le phénomène physiologique mesuré ? 2. La ligne pointillée correspond à la fermeture partielle des stomates pendant un après midi chaud et sec.  Quel effet ce phénomène a-t-il sur les concentrations de CO2 et de l’O2 à l’intérieur de la feuille ?  Quel effet a-t-il sur la photo-respiration ?  Quels effets aurait-il chez une plante C4 en comparaison avec une plante C3? 7  Qu’est ce qui distinguerait le comportement des stomates d’une plante de type CAM du comportement représenté par ce graphique ? Représentez graphiquement le comportement stomatique de ces plantes ? Exercice 4. Ecrire la réaction globale ainsi que le bilan nécessaire à la synthèse de 3 molécules de glucose chez les plantes en C3, C4 et CAM. 8 TD N5. Développement et croissance Exercice 1. 1. Représenter graphiquement y = f(t). 2. Quel est le critère physiologique mesuré et que représente-il ? 3. Quel est le modèle obtenu ? 4. Représenter sur la courbe : Ym et Yo. 5. D’après les donnés du tableau, la croissance est-elle régulière ? Expliquer. 6. Après 32 h, la longueur est toujours égale à 15, qu’est ce qu’on peut conclure? 7. Quelle (s) est (sont) la (les) zone(s) responsable (s) de ce changement ? 8. Schématiser sur un axe vertical cette ou ces zone (s) T (h) 4 8 16 24 32 Y (longueur de la tige en mm) 0 1.9 5.7 11.6 15 Exercice 2. 1. Représenter graphiquement y = f(t). 2. Quel est le critère physiologique mesuré et que représente-il ? 3. Quel est le modèle obtenu ? 4. Représentez sur la courbe : Ym et Yo. 5. D’après les donnés du tableau, la croissance est-elle régulière ? Expliquer. 6. Citer autres critères pour mesurer cette fonction. 7. Quelle (s) est (sont) la (les) zone(s) responsable (s) de ce changement ? 8. Schématiser sur un axe vertical cette ou ces zone (s) T (h) 0 4 6 8 10 12 Y (longueur de la racine en mm) 2 3 4 10 17 24 11 Exercice3 Soit la figure ci-dessous représentant la production de l’éthylène et la respiration des bananes. Interpréter ces courbes. Figure 2. L’éthylène et la respiration des bananes. La production d’éthylène endogène (A) et de CO2 (B) des fruits non traités (•) et ceux traités avec de l’éthylène 100 mg.kg−1 (ο) ou traités avec 10 µg.kg−1 1- Méthylcyclopropène (Δ) a été suivie lors de la maturation (Do Nascimento, 2006). Solutions  12 TD N1. Absorption et émission d’eau chez les végétaux Rappel de cours L’eau est nécessaire à la plante au niveau cellulaire, c’est le milieu où s’effectue toutes les réactions du métabolisme : milieu de dissolution des ions et des solutés. Elle joue plusieurs rôles, notamment le transport de solutés (ions, molécules organiques). Elle constitue aussi le squelette hydrique, responsable du port dressé des plantes (pression de turgescence). De même le sol, ensemble complexe structuré de substances minérales et organiques. La texture du sol joue un rôle dans sa compacité et détermine la facilité de pénétration dans la racine de la circulation de l’air et de l’eau. En effet, l’eau est liée aux constituants du sol par différentes forces : forces osmotiques, forces de capillarité, elles sont groupées sans terminologie de forces matricielles car elles sont dues à la trame et à la matrice du sol. Le potentiel d’eau total ou potentiel hydrique est très important à connaître, il détermine la somme des forces de liaison et des forces osmotiques. Loi de l’écoulement de l’eau: le mouvement de l’eau s’effectue dans le sens du potentiel hydrique décroissant, autrement dit du milieu le plus hydraté vers le moins hydraté. La pression osmotique est la pression qui dépend de la quantité de sels dissous dans l’eau (la solution du sol); elle affecte indirectement le mouvement de l’eau dans le sol. Selon Van't HOFF, la valeur numérique de cette dernière s'obtient par la formule: PV=nRT (P : pression osmotique ; V : volume, R : constante des gaz parfaits). L’émission d’eau dans l’atmosphère se fait généralement par la transpiration, définie comme l’émission d’eau à l’état de vapeur par le végétal dans l’atmosphère non saturée en humidité. L’eau est transpirée de la plante vers l’atmosphère par les stomates. Les parties aériennes des végétaux terrestres perdent en permanence de l’eau sous forme de vapeur d’eau vers l’atmosphère. La transpiration est définie comme étant la quantité d’eau émise par unité de temps et unité de masse ou surface de la matière végétale transpirante. 15 4. La valeur de S dans l’état d’équilibre d’une cellule est : S = 0. 5. Calcul de la pression membranaire Pm : S = ǀPo - Pmǀ S = 12 atm Po = CRT Glucose: C6H12O6 1 mole /l glu 180 g/l C mole/l 58 g/l Po = 0,32 × 0,082 × (273 + 18) Po = 7,63 atm Pm = S - ǀPoǀ = 12 – 7,63 Exercice 3. Figure 3. Plante placée dans des conditions contrôlées en présence de CaCl2 1. Le CaCl2 est un déshydratant, il a adsorbé l’eau émise par la plante. Donc la fonction physiologique mesurée est la transpiration. 2. L’intensité transpiratoire est la quantité d’eau émise en (g) par unité de surface 1m2 et par unité du temps 1h. ∆m= mf-mi = 27-20 ∆m=7g. C= 0,32 mole /l Pm= 4,37 atm CaCl2 Surface foliaire de 0,57m2 16 7g 0,57m2 x 1m2 12,28g/m2 3h y 1h L’intensité transpiratoire (IT)= 4,09 g/m2/h 3. Les principaux facteurs pouvant modifiés l’intensité transpiratoire sont : - Réduction de la surface foliaire ; - Chute naturelle des feuilles ; - Cutinisation, lignification et subérisation ; - Nombre et position des stomates… Exercice 4. ETP : Evapo-transpiration potentielle c’est la quantité d’eau évaporée et transpirée potentiellement 1. ETP = 0,254 KP (1,8T+32) ETP = 0,254 ×7 ×0,9 (1,8× 20 +32) ETP = 108,81 2. ETR c’est l’évapo-transpiration réelle ETR= 0,8 ETP donc 80% est réelle. ETR= 0,8× 108,81 ETR= 87,04 3. Pour avoir un meilleur rendement devant un déficit hydrique, il faut diminuer l’évapo- transpiration. Comme on ne peut pas varier ni la température, ni le temps d’exposition au éclairement, le seul paramètre qu’on peut modifier est la couverture du sol (40 plantes par exemple au lieu du 100 plante dans la même surface). x= 12,28g/m2 y= 4,09 g/m2/h 17 Exercice 5. Deux cellules contiguës Figure 4. Deux cellules contiguës avec un volume et capacité hydrique identiques 1. Potentiel hydrique (Ph) PhC1 = PoC1 + PtC1 = -8 + 8 = 0 PhC2 = PoC2 + PtC2 = -6 + 2 = -4 bars. En déduire : le mouvement (flux) d’eau se fait toujours vers le potentiel hydrique le plus bas. Donc de la Cellule1 vers la Cellule2. Figure 5. Flux d’eau 2. La valeur du potentiel hydrique de ces deux cellules à l’équilibre est : Ph= (PhC1 + PhC2) / 2 = (0 – 4) / 2 Ph = -2 bars Flux d’eau Cellule 1 : Po = -8 bars Pt = 8 bars Cellule 2 : Po = -6 bars Pt = 2 bars 20 Exercice 3. Les éléments minéraux sont absorbés sous trois formes : - Soit dissouts dans les solutions nutritives ; - Soit adsorbés par les colloïdes ; - Soit intégrés dans des complexes moléculaires appelés chélateurs (la chélation consiste à insérer un atome ou un ion dans une partie d’une molécule le plus souvent des ions métalliques) Exercice 4. 1. Le fer et le cuivre appartiennent à la catégorie des oligoéléments. Autres éléments de la catégorie des oligoéléments : Zn, Mn, Mo, B et Cl. 2. Le fer et le cuivre agissent par changement de valence quant à leur absorption. Fe+2 Fe Fe+2 Fe+3 + 1é Fe+3 Cu+ Cu Cu+ Cu+2 + 1é Cu+2 Sachant que l’absorption est en fonction de la valence le Fe+2 et le Cu+ sont mieux absorbés en raison de leur faible valence par rapport à Fe+3 et Cu+2. 3. Principales symptômes de carence en fer et en cuivre : - Les fonctions du fer, composant essentiel de nombreuses enzymes, concernent la respiration, la synthèse de la chlorophylle et la photosynthèse. Le fer participe aux processus d'oxydoréduction en passant de Fe+2 à Fe+3 avec libération d'un électron. On le trouve dans les cytochromes et les peroxydases. Les plantes ont développé différentes stratégies pour absorber la quantité qu'il leur faut dans les sols, cependant la carence induite en sol calcaire et alcalin est fréquente et se caractérise par une forte chlorose (jaunissement allant jusqu'à la décoloration) sur les feuilles les plus jeunes. La biodisponibilité du fer diminue fortement en sols basiques par insolubilisation. On remédie à la chlorose ferrique par apport au sol ou par pulvérisation sur les feuilles de spécialités à base de fer. 21 - Le cuivre est absorbé par les racines sous forme du cation Cu+2. Il est assez abondant dans le sol, mais il est fortement lié/complexé à la matière organique. Les fonctions du cuivre, composant essentiel de nombreuses enzymes, concernent la synthèse de protéines, particulièrement de la chlorophylle. La stérilité du pollen est un effet particulier de la carence en cuivre. Elle affecte la fécondation et le remplissage des épis chez les céréales à paille, c'est la maladie des « bouts blancs », marquée par des épis vides et des repousses après récolte. Exercice 5. 1. Le N2 représente l’azote moléculaire, azote gazeux ou azote atmosphérique. - Sa nature : gaz - Le N2 n’est pas absorbé directement par la plante, il est fixé par les bactéries symbiotiques (vivant en symbiose avec les racines). 2. La décomposition des débris végétaux donne de l’azote sous forme : Cette substance n’est pas assimilable par les racines (c’est une matière organique), elle doit d’abord se décomposer. 3. Grace aux bactéries protéolytiques nous avons : (NH4)2SO4 H2S + 2NH3 + 2O2 Ce gaz ammoniacal (NH3) ne peut pas être absorbé par la plante. 4. Si on ajoute de l’eau on aura : NH3 + H2O NH4 + + OH- 5. La partie absorbée est la forme ionisée de l’azote (NH4 +). 22 Exercice 6. 1. NH4 + 2O2 NO2 + H2O La forme NO2 n’est pas absorbable, elle doit être sous la forme ionique. 2. NaNO3 + H2O NaOH + H+ + NO3 - C’est la forme NO3 - qui est absorbée par la plante. NH4NO3 + H2O NH4 + + OH- + H+ + NO3 - C’est la forme NH4 + et la forme NO3 - qui sont absorbées par la plante. 3. Le NO3 - n’est pas adsorbé par les complexes électronégatifs ; complexe argilo- humique (CAH). Figure 3. Schéma du pont calcique CAH Ca + + NO3 - Pont calcique 25 Si QR = 1, le substrat est glucidique ; Si QR ≠ 1, le substrat est non glucidique. QR ˂ 1 : Acide gras ; QR ˃ 1 : Acide organique. 4. Nous avons QR = 1,33 Donc il s’agit d’un substrat non glucidique ; c’est un acide organique qui est l’acide malique C4H6O5 + 3O2 4CO2 + 3H2O QR = 4 × 22,4 / 3× 22,4 = 1,33 Exercice 2. Les plus importants processus physiologiques observés dans les conditions normales de lumière, T°, CO2, H2O et O2 : - Photosynthèse : T°, CO2, H2O et lumière ; - Respiration : T° et O2 ; - Absorption de l’eau et des sels minéraux : H2O et T° ; - Transpiration : H2O, T° et lumière. En présence d’un déficit hydrique ; l’absorption et la photosynthèse s’arrêtent ; En absence de la lumière et de CO2 ; la photosynthèse n’aura pas lieu ; En absence d’O2 ; la respiration n’aura pas lieu ; Si l’un des phénomènes est bloqué : toutes les fonctions seront perturbées. Exercice 3. Le bilan energétique dans le cas où la plante utilise une molécule d’acide phosphoglycérique comme substrat energétique est de 16 ATP. (voir la figure de la glycolyse et celle de cycle de Krebs ci après). Acide phosphoglycérique Pyruvate (1ATP) Pyruvate Acetyl-CoA (3ATP) Acétyl-CoA Cycle de Krebs (12ATP) (a) Glucose Phase préparatoire Phospharylation du one © © ct sa conversion en __ See M ADP Glucose-6-phosphate | © H H nes M+ ADP ®) LL Phase do remboursement Transformation du Giycéraldéhyde-3-phosphate (2) D-6-en-gu- gtrctraldéhyre S-phogphate Len couplée d'ATP ! exydersen où © LEA M2 +H* 1,3-Bisphosphoglycérate (2) @-0-a, mé proèré résaion |- 2ADP 0 Phesphoénolpyruvate {2} cu, . meccde réoction 2ADP datent TE (D EC | épbesghociation ou É] Caves du sadatret) è î Pyruvats (2) eng Figure 1. Voie de la glycolyse 26  27 Figure 2. Cycle de Krebs Exercice 4. 1. Dans le cas de la fermentation, pour avoir le même gain énergétique que celui de la respiration, il faut dégrader 19 molécules de glucose. 2. Le substrat en question est le glucose. 3. Le produit formé lors d’une fermentation dans la cellule végétale est l’éthanol et le CO2. Exercice 5. Dans le cas de la dégradation d’un acide gras à n=20 atomes de carbones, le gain énergétique est : [n/2 (Acétyl CoA) + (n/2 – 1) FADH2 + (n/2 – 1) NADH2 ] – 1 (voir la figure ci-après) Bilan n=20 est : [20/2 × (12) + (20/2 – 1) ×2 + (20/2 – 1) × 3] – 1 Le bilan est 164 ATP 30 Exercice 1. Les principales phases de la photosynthèse sont : - La phase lumineuse, la phase claire, la phase photochimique, la photolyse de l’eau ou la phase I : oxydation de l’eau en oxygène sous l’action des photons 2H2O O2+4H+ + 4é Cette phase permet l’oxydation de l’eau et la production d’O2 ainsi que la synthèse du pouvoir assimilateur (ATP et NADPH2). - La phase sombre, la phase obscure, la phase de réduction de CO2, la phase de production des glucides, le cycle de Calvin CO2 Sucres phosphorylés Amidon Cette phase permet la réduction du CO2 pour la synthèse de la matière organique en utilisant le pouvoir assimilateur formé lors de la phase photochimique. Donc et pour cette raison, on dit que les deux phases de la photosynthèse sont couplées. Exercice 2. 1. Définition des différentes appellations des plantes en C3, C4 et CAM : Plantes en C3 : le premier composé formé après fixation du CO2 est un composé à 3 atomes de carbone ; c’est l’acide 3- phosphoglycérique ou le 3 phosphoglycérate. Comme exemple de plantes en C3 ; le blé, le riz, les tomates, le pommier, etc. Plantes en C4 : le premier composé formé après fixation du CO2 est un composé à 4 atomes de carbone ; c’est l’acide oxaloacétique ou l’oxloacétate. Comme exemple de plantes en C4 ; maïs, canne à sucre, etc. Plantes CAM : (Crassulacean Acid Metabolism = Metabolisme Acide des Crassulacées) ces plantes diffèrent par leur métabolisme (temps de fixation et de conversion de CO2) des plantes en C3 et C4. Ce sont des plantes adaptées à la sécheresse, le métabolisme est proche de celui ADP ATP NADP NADPH2 NADPH2 ATP 31 des plantes en C4 mais la conversion de CO2 se fait le jour. Comme exemple de plantes CAM, l’ananas, agave, etc. 2. Les différences et les ressemblances des plantes en C3, C4 et CAM. Tableau 1. Différences et ressemblances des plantes en C3, C4 et CAM Paramètres Plantes en C3 Plantes en C4 Plantes CAM Produit sur lequel se fixe le CO2 Ribulose-1,5 biphosphate Phosphoénol- pyruvate Phosphoénol- pyruvate Produit formé après fixation de CO2 Acide 3, phosphoglycérique Acide oxaloacétique Acide oxaloacétique Temps de fixation de CO2 Jour Jour Nuit / Jour Temps de conversion de CO2 en glucides Nuit Nuit Jour Lieu de conversion Cellules mésophylliennes Cellules périvasculaires Cellules mésophylliennes Consommation d’ATP 54 ATP 66 ATP 66 ATP Comportement des stomates Ouverture le jour Fermeture la nuit Ouverture le jour Fermeture la nuit Ouverture la nuit Fermeture le jour Figure 1. Différences et ressemblances des plantes en C3, C4 et CAM C el lu le s m és o p h y ll ie n n es C el lu le s m és o p h y ll ie n n es C el lu le s p ér iv as cu la ir e C el lu le s m és o p h y ll ie n n es 32 Exercice 3. 1. L’haricot est une plante en C3. D’après le graphique, le phénomène physiologique mesuré est le comportement des stomates (ouverture et fermeture) vis-à-vis de la lumière. 2. La ligne en pointillée correspond à la fermeture partielle des stomates pendant un après midi chaud et sec.  Effet de ce phénomène sur les concentrations de CO2 et de l’O2 à l’intérieur de la feuille : Les stomates jouent un rôle dans : - La diffusion de CO2 absorbé dans la feuille ; - La sortie de l’O2 dégagé par la photosynthèse ; - La vaporisation d’H2O qui s’effectue librement pendant leur ouverture ; S’il ya fermeture des stomates, une diminution du taux de CO2 à l’intérieur de la cellule et une augmentation de l’O2 provenant des réactions photochimiques aura lieu.  Effet sur la photo-respiration : La plante réduit sa transpiration par la fermeture des stomates dans les climats chauds pour éviter la déshydratation ce qui provoque une diminution du CO2 et une augmentation de l’O2 provenant de la photolyse de l’eau. Cette O2 remplace le CO2 et l’enzyme RuBisCO (Ribulose 1,5- biphosphate carboxylase/ oxygénase) fonctionne comme étant une oxygénase (en présence de CO2 elle fonctionne comme carboxylase). 35 TD N5. Développement et croissance Rappel de cours Le terme de développement regroupe toutes les modifications qualitatives et quantitatives qui interviennent au cours de l’édification de la plante. Les modifications quantitatives sont des phénomènes irréversibles d’augmentation de la taille ou des dimensions (longueur, surface, épaisseur, volume ou masse) : elles caractérisent la croissance. Il s’agit macroscopiquement de l’augmentation de taille des organes et donc la taille des cellules. Au niveau cellulaire, il y a également augmentation du nombre d’organites, du nombre de molécules (lipides, glucides et protides) et de leur taille (principalement les glucides de réserve). Les modifications qualitatives sont des changements des propriétés morphologiques et fonctionnelles : elles caractérisent la différenciation. Trois processus sont impliqués dans le développement d’un organe ou d’un organisme: la mérèse, l’auxèse et la différenciation. - La mérèse qui correspond au mode de croissance par multiplication du nombre de cellules (par mitoses successives). Elle s’opère dans des régions localisées: les méristèmes primaires et les méristèmes secondaires. - L'auxèse se traduit le plus souvent par une élongation des cellules, elle présente chez les végétaux des caractères particuliers du fait de la présence de la paroi pecto-cellulosique ; Elle fait appel aux parois primaire et secondaire. La plante croit suivant un certain rythme de même que ses organes. Cette croissance peut connaître une accélération, une stagnation ou une décélération. Pour mesurer cette croissance, on a traduit son évolution au cours du temps en courbe de croissance en utilisant des modèles mathématiques réduits permettant de dégager des paramètres tels que la vitesse et le taux de croissance. - Le dernier processus est la différenciation. Il s’agit d’une spécialisation des tissus pour une fonction précise. 36 Exercice 1. 1. Représentation graphique Y = f(t) : Figure 1. Représentation graphique de la longueur de la tige en fonction du temps. 2. Le critère physiologique mesuré est la longueur de la tige en mm.  Ce critère représente un stade physiologique de croissance : élongation caulinaire.  Autres critères mesurables : - Le diamètre ou l’épaisseur de la tige ; croissance en épaisseur ; - Le poids de la tige ; - La surface foliaire ; - La longueur de la racine, etc. 3. Le modèle obtenu est un modèle linéaire de la forme y = at + b. 4. Représentation de Y0 et Ym sur la courbe (voir le graphe).  Ym = 15mm s’observe au temps t = 32h ;  Y0 = 0 aucune croissance au temps t = 4h. -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 5 10 15 20 25 30 35 t (h) Ym Y0 Y (mm) 37 5. Pour voir si la croissance est régulière ou non, il faut calculer la vitesse ou le taux de croissance à chaque intervalle du temps. Vitesse de croissance : V = ∆y / ∆t Taux de croissance : = ∆y / y∆t  Vitesse de croissance (V) : V1 = ∆y1 / ∆t1 = (1,9 – 0) / (8 – 4) = 0,475 mm/h V2 = ∆y2 / ∆t2 = (5,7 – 1,9) / (16 – 8) = 0,475 mm/h V3 = ∆y3 / ∆t3 = (11,6 – 5,7) / (24 – 16) = 0,737 mm/h V4 = ∆y4 / ∆t4 = (15 – 11,6) / (32 – 24) = 0,425 mm/h La croissance n’est pas régulière car la tige croit avec une vitesse irrégulière  Taux de croissance ( ) : 1 = ∆y1 / y1∆t1 = (1,9 – 0) / 1,9 (8 – 4) = 0,25 25% 2 = ∆y2 / y2∆t2 = (5,7 – 1,9) / 5,7 (16 – 8) = 0,08 8% 3 = ∆y3 / y3∆t3 = (11,6 – 5,7) / 11,6 (24 – 16) = 0,06 6% 4 = ∆y4 / y4∆t4 = (15 – 11,6) / 15 (32 – 24) = 0,028 2,8% La croissance n’est pas régulière car la tige croit avec des taux différents. 6. Après 32h la longueur de la tige est toujours égale à 15mm, donc il y a stabilisation de la croissance indiquant que 15mm est la longueur maximale. 7. Les zones responsables de cette croissance sont : - Apex caulinaire ; - Méristème intercalaire. 40 7. Schématisation de la zone de croissance de la racine : Figure 4. Zone de croissance de la racine (apex racinaire). Exercice 3. Hypocotyle : la partie de la tige située entre la base et les premiers cotylédons de la plante. Auxine : est une phytohormone de croissance végétale, elle intervient dans les premiers stades. 1. La figure représente la cinétique d’évolution d’hypocotyle de soja en fonction du temps sous l’effet de l’auxine. 2. Interprétation des phases : - Phase I : une phase latente et elle dure une dizaine de minutes (l’hypocotyle s’adapte au milieu riche en auxine ; - Phase II : une phase de stimulation intense où le taux de croissance augmente très rapidement, permettant d’atteindre en moins de deux heures au taux de croissance ayant 5 à 10 fois la valeur initiale ; - Phase III : une phase de régression de la stimulation où après une légère reprise, le taux de croissance diminue pour finalement s’annuler au bout de 14h. 3. Il a été constaté que si l’alimentation est insuffisante ou en présence de l’un de ses inhibiteurs (inhibiteurs de la synthèse protéique ou inhibiteurs de la synthèse d’ATP), son allure change particulièrement au niveau de la deuxième phase. On peut conclure que la stimulation de la croissance exige une alimentation en eau suffisante pour que la turgescence soit maintenue. Elle exige aussi un apport d’énergie important (les Apex racinaire 41 inhibiteurs bloquent la synthèse d’ATP) et une protéogénèse continue (supprimée par les inhibiteurs de la synthèse protéique). Exercice 4. 1. Les différentes étapes du passage d’un méristème caulinaire de l’état végétatif à l’état reproducteur. Figure 5. Diagramme des étapes du passage d’un méristème caulinaire de l’état végétatif à l’état reproducteur. 42 2. Explication des étapes de floraison : Première phase : virage floral  Induction florale : étape initial, où la prise de décision est faite en fonction des facteurs externes et internes. - Stimuli externes : dépendent de la localisation géographique, de la température et de la lumière (environnement) ; - Stimuli internes (endogène) : capacité de la plante à fleurir (son âge, taille de l’appareil végétatif, etc.)  Evocation florale : - Mise en route du programme de floraison induit par les changements visibles dans la plante ; - Réorganisation du méristème apical : la plante passe d’un état végétatif à un état reproducteur. Deuxième phase : morphogénèse florale A partir de la réorganisation du méristème, le retour en arrière est impossible. La morphogénèse est uniquement sous un contrôle génétique et non sous un contrôle de facteurs environnementaux.  Initiation florale : débute après la réorganisation du méristème préfloral ou inflorescentiel. L’initiation florale est la formation de territoires destinés à former les organes spécifiques de la fleur : les verticilles ; diagramme floral : sépale, pétale, étamine et carpelle.  Floraison : formation des fleurs et épanouissement des pièces florales ; ouverture des pétales. 45 Exercice 1. Interprétation de la figure ci-après : Figure 1. Evolution de l’amidon, des sucres totaux, des extraits secs solubles et de l’acidité titrable dans la pulpe de banane au cours de la maturation (Madamba et al., 1977) L’amidon est le composant le plus important de la pulpe des fruits du bananier à l’état vert de maturation. La composition des bananes change de manière importante au cours de la maturation. Des auteurs ont étudié le métabolisme des hydrates de carbone dans le fruit à deux stades de maturité du bananier. Leurs résultats indiquent une variation de concentration du glucose, du fructose, du saccharose et de l’amidon lors de la maturité du bananier. La teneur en amidon des bananes varie en moyenne entre 70 % et 80 % dans la période pré- climactérique (correspondant au non dépolymérisation de l’amidon) à moins d'1 % à la fin de la période climactérique. Par contre, les sucres, principalement le saccharose, s'accumulent à plus de 10 % par rapport à la matière fraîche du fruit. Le total des sucres solubles peut atteindre 16 % ou plus (par rapport à la matière fraîche) à la fin de la période climactérique, indiquant ainsi la vitesse élevée de conversion. Les amylases interviennent dans l’hydrolyse de l’amidon mais elles ne sont probablement pas liées à la synthèse du saccharose. La conversion de l’amidon en saccharose, au cours de la maturation de la banane, implique plusieurs enzymes et plus d’une voie de synthèse. 46 L’importance de cette transformation est connue en fonction de la physiologie du fruit mais les mécanismes impliqués sont peu connus. Exercice 2. Au cours de la maturation de la banane, les teneurs en amidon, en sucres réducteurs et en saccharose changent du stade 1 de maturation (61,7 % ; 0,2 % et 1,2 %, respectivement) au stade 9 de maturation (2,6 % ; 33,6 % et 53,2 % respectivement) (Tableau 1 de l’énoncé). Des auteurs ont suivi, au cours de la maturation de la banane, les concentrations en amidon, en saccharose, en glucose et en fructose ainsi que les activités de plusieurs enzymes impliquées dans la synthèse du saccharose. L’amidon se dégrade alors que la teneur en saccharose augmente avec accumulation du glucose et du fructose. La teneur en cellulose reste constante au cours de la maturation. L’activité de l’UDP-glucose pyrophosphorylase reste constante, tandis que les activités de la sucrose synthase et de l’invertase augmentent. Ces changements observés au niveau des sucres et des enzymes ont montré que la transformation de l'amidon en saccharose, par l'intermédiaire du glucose 1-phosphate et l’UDP-glucose, pourrait être le mécanisme de la dégradation de l'amidon au cours de la maturation. Exercice 3. L’expérimentation a montré que les fruits (bananes) qui ont été exposés à l'éthylène (T = 20 °C) ont atteint la phase climactérique en 2 jours après le traitement, alors que les fruits non traités (T = 20 °C) prenaient 12 jours pour voir leurs caractéristiques de production d'éthylène et du taux de CO2 s’accroître (Figure 2 de l’énoncé). Les taux élevés de CO2 sont des inhibiteurs de l’action de l’éthylène. Par ailleurs, le pic climactérique est supprimé sous un haut taux de CO2. L’activité enzymatique diminue en stockant le fruit dans une atmosphère de 10 % en CO2. Ces résultats indiquent une relation étroite entre l’activé de cette enzyme et le pic climactérique. L’activation du NADP-dépendant isocitrate dehydrogenase (NADP-IDH) correspond au pic climactérique de la banane verte traitée avec du propylène dont la structure chimique est proche de l’éthylène. Cependant, cette activité enzymatique est fortement supprimée avec l’exposition du fruit au CO2. Les études ont montré que les basses températures prolongent la durée de survie des fruits et que le froid a un rôle important dans le ralentissement du métabolisme. Références bibliographiques