type II-B

Dans un écosystème, on distingue deux types d'organismes interdépendants : des êtres vivants autotrophes pour le carbone (comme les végétaux chlorophylliens) et des êtres vivants hétérotrophes (comme les animaux).
A partir de l'étude des documents mis en relation avec vos connaissances, vous montrerez qu'une telle complémentarité des métabolismes existe aussi entre les organes d'un végétal chlorophyllien.

On demande d'identifier ces métabolismes à partir des seules données des documents et d'en donner l'équation bilan. Aucun détail du fonctionnement des organites n'est attendu.
Un schéma illustrant votre étude est attendu à l'échelle de l'organisme.

Document 1: un jeune plant de blé, végétal chlorophyllien

d'après Les grandes productions végétales, Dominique Söltner, 1987

Document 2a : rappel de bilans de transformations de glucides chez les végétaux chlorophylliens :

Saccharose + eau --> glucose + fructose
Amidon + eau --> saccharose

Document 2b : composition de l'extrémité de la racine
L'extrémité des racines de jeunes plants de blé est prélevé sur un centimètre et broyée à froid. Le jus obtenu est centrifugé. Une chromatographie est aussitôt réalisée pour déterminer les sucres présents. Les résultats obtenus sont présentés ci-dessous avec le calque d'interprétation légendé.

S = Saccharose
et M = Maltose : sucres en C12

G = glucose
et F = fructose : sucres en C6

JR = jus de jeunes racines de blé

Document 2c : composition de la sève élaborée
La sève élaborée se forme dans la feuille, organe source, puis elle est distribuée à tous les autres organes de la plante, des racines aux bourgeons. Un prélèvement de sève élaborée du blé (document 1) a permis de réaliser une chromatographie dans les conditions que celle de l'extrémité des racines du blé (voir document 2b).

On constate qu'un seul glucide est ainsi mis en évidence : le saccharose.

Document 3 : métabolisme des cellules des feuilles et des racines du plant de blé
Avec une sonde oxymétrique, le dioxygène d'un milieu de culture est mesuré pendant 4 minutes dans différentes conditions expérimentales (EXAO).
- Document 3a : mesures sur cellules de racines

On prélève sur les jeunes plants de blé l'extrémité (1 cm) des racines. Ces fragments de racine sont mis en suspension dans un milieu strictement minéral et exposés à l'obscurité ou à la lumière par période de une minute. Pendant la dernière période, on introduit du cyanure qui bloque le métabolisme respiratoire.

- Document 3b : mesures sur cellules de feuilles

On prélève sur les plants de blé des feuilles bien vertes. Les fragments de feuilles sont soumis aux mêmes conditions expérimentales que les fragments de racines.

Corrigé.

Le document 1 montre un végétal : on y voit deux organes indispensables à la vie de la plante : les feuilles d'une part et les racines d'autres part. les racines souterraines prélèvent de l'eau et des sels minéraux dans le sol. Les feuilles, à l'air libre, reçoivent de la lumière et sont en contact direct avec l'atmosphère.

La chromatographie du document 2-b permet de connaître la composition de l'extrémité de la racine : glucose et fructose. Le document 2c indique la composition de la sève élaborée au niveau des feuilles (partie chlorophyllienne de la plante) : saccharose. On en déduit qu'un processus permet la formation d'amidon au niveau des feuilles chlorophylliennes. Cet amidon devient du saccharose que l'on retrouve dans la sève élaborée : c'est une forme de transport. Au niveau des racines, le saccharose s'hydrolyse en glucose et fructose.

Quel mécanisme permet la synthèse d'amidon au niveau des feuilles? Que se passe-t-il au niveau des racines?

Le document 3-a montre les résultats d'une mesure oxymétrique de fragments de racine. On constate que la quantité d'O2 diminue au cours du temps. Lorsqu'on ajoute du cyanure au milieu, la consommation d'O2 s'arrête. Or, la faculté du cyanure est d'arrêter le métabolisme respiratoire. On en conclut que les zones de croissance racinaires ont besoin de sucres en C6 et d'O2 pour produire l'énergie nécessaire gràce au métabolisme respiratoire. L'appareil racinaire du végétal est donc hétérotrophe.

Le document 3-b montre les résultats d'une mesure oxymétrique de fragments de feuilles chlorophylliennes. Lors de la phase obscure, la quantité d'O2 dans le milieu diminue : consommation d'O2. Lors de la phase claire, elle augmente : rejet d'O2. L'ajout de cyanure, inactivant la respiration durant la phase claire, provoque un rejet plus important d'O2. cela signifie qu'à l'obscurité, la plante respire, mais aussi à la lumière... mais cette consommation d'O2 est cachée par un autre phénomène qui rejette de l'O2 : la photosynthèse. c'est cette photosynthèse qui permet la production d'amidon, à partir du CO2 atmosphérique. Ainsi, on peut dire que l'appareil foliaire des végétaux est autotrophe le jour.

Conclusion : l'organe foliaire des végétaux est autotrophe le jour gràce à la photosynthèse : cela permet la synthèse d'amidon qui s'hydrolyse ensuite en une forme de transport : le saccharose dans la sève élaborée. Le saccharose s'hydrolyse ensuite dans les racines, organes hétérotrophes qui utilisent les produits (glucose et fructose : C6) pour en tirer de l'énergie nécessaire à leur croissance gràce au métabolisme respiratoire.

Les organes foliaires et racinaires sont complémentaire et interdépendants: les feuilles ont besoin de l'eau et des sels minéraux prélevés par les racines et les racines ont besoin des glucides produits par les feuilles pour grandir.

Schéma qui résume la conclusion.