Unité 2
Les échanges gazeux chlorophylliens.
1 – Mise en évidence des échanges gazeux chlorophylliens.
1 – 1 – Expériences témoins :
Pour la mise en évidence du CO2, on utilise le rouge de crésol qui est un indicateur coloré de pH permettant de détecter les variations de teneur du dioxyde de carbone.
1 – 2 – Expériences 1 :
Expériences utilisant des fragments de végétaux
1 – 3 – Expérience 2 ;
On met dans un bac d’eau une plante aquatique sous un entonnoir surmonté d’une éprouvette remplie d’eau. On éclaire le dispositif expérimental [lumière du jour ou lampe électrique]. Après 24 heures, le niveau de l’eau dans l’éprouvette a baissé, remplacé par du gaz. Le gaz recueilli dans cette expérience ravive une allumette incandescente.
1 – D’après les résultats des expériences témoins, déterminer comment la couleur du rouge du crésol se modifie selon la teneur en CO2 du milieu.
2 – En exploitant les expériences 1, interpréter les résultats obtenus.
3 – En exploitant l’expérience 2, interpréter le résultat obtenu.
4 – Déduire les échanges gazeux chlorophylliens.
1- La couleur du rouge du crésol se modifie selon la teneur en CO2 du milieu :
- A l’air libre, il a une couleur rouge orangée
- En milieu riche en CO2, il a une couleur jaune
- En milieu pauvre en CO2, il a une couleur violacée
2 – On observe que la présence de la feuille ou de la plante aquatique dans les tubes placés à la lumière a donné une couleur violacée au rouge de Crésol ; au contraire des tubes placés à l’obscurité ou contenant le fragment non chlorophyllien pour lesquels la solution est restée rouge. Donc la teneur en CO2 des tubes contenant la feuille ou la plante aquatique placés à la lumière a diminué ; ce qui veut dire que les plantes chlorophylliennes consomment du CO2 sous la lumière.
3 – Le gaz recueilli ravive une allumette incandescente. ce qui prouve que de l’oxygène a été dégagé par la plante verte.
4 – Les végétaux chlorophylliens sont capable d’absorber le dioxyde de carbone (CO2) et dégager le dioxygène (O2) en présence de la lumière, on parle des échanges gazeux chlorophylliens.
2 – Les facteurs influençant les échanges gazeux chlorophylliens
Pour connaitre les facteurs externes qui influencent les échanges gazeux chlorophylliens, on propose d’étudier les documents suivants :
Document 1 : montre la variation de la quantité d’O2 dégagé en fonction de la température ambiante.
Document 2 : montre la variation du volume de CO2 absorbé en fonction de la teneur du milieu en dioxyde de carbone (CO2).
Document 3 : montre la variation du volume de CO2 absorbé en fonction de l’éclairement.
Document 1
Document 2
Document 3
1 – En exploitant les documents 1, 2 et 3, déduire les facteurs influençant les échanges gazeux chlorophylliens.
1- Document 1: On observe une augmentation du dégagement de l’O2 avec l’augmentation de la température jusqu’à qu’il atteint le maximum entre 30° et 40°, puis ce dégagement diminue au-dessus de 40°C et s’annule vers une température supérieur à 50°C .
Document 2: On constate que l’absorption de CO2 croît avec la teneur en CO2 du milieu jusqu’à un optimum (environ 1000 ppm) et reste constante (la teneur normale dans l’atmosphère est environ 400 ppm étant très inférieure à cet optimum, le dioxyde de carbone est un facteur limitant des échanges gazeux chlorophylliens).
Document 3: On remarque que l’absorption de CO2 croît avec l’augmentation de l’intensité lumineuse jusqu’à un optimum et reste constante. A partir d’une intensité lumineuse élevée l’absorption de CO2 diminue.
On peut donc déduire que la température, la concentration en CO2 du milieu et l’intensité lumineuse sont des facteurs de l’environnement qui influencent les échanges gazeux chlorophylliens.
3 – Les structures responsables des échanges gazeux chlorophylliens
3 – 1 – Observation microscopique de la face inférieure d’une feuille
– Faire une encoche peu profonde, perpendiculairement au grand axe, dans la face inférieure d’une feuille, puis soulever l’épiderme avec les pinces en évitant d’entraîner du parenchyme vert.
– Couper un fragment de 2 à 3 mm de coté et le placer sur une lame dans une goutte d’eau.
– Observer la préparation sous microscope optique.
– Dessiner un stomate ( structure foliaire épidermique composée de deux cellules différenciées de l’épiderme et appelées cellules de garde ou cellules stomatiques. Celles-ci délimitent un pore à ouverture ou ostiole et qui donne un accès à l’intérieur de la feuille).
Les images suivantes montrent des exemples d’observation de cellules de l’épiderme foliaire de polypode avec 2 stomates (X 150) et détail (X 600).
Les documents suivants montrent des schémas et une coupe transversale d’un stomate.
La densité des stomates est souvent très différente sur la face supérieure et la face inférieure des feuilles, avec une densité plus élevée sur la face inferieure (chez de nombreuses plantes, on peut constater une absence totale de stomates sur la face supérieure).
3 – 2 – La relation entre l’ouverture des stomates et les échanges gazeux chlorophylliens
Les documents suivants montrent les variations de l’ouverture des stomates et de l’incorporation du CO2 chez une plante chlorophyllienne au cours d’une journée.
1 – En exploitant les documents, décrire la variation de l’ouverture des stomates et de l’incorporation du CO2 au cours d’une journée.
2 – Que peut-on conclure ?
1- On observe que le pourcentage d’ouverture des stomates varie durant le jour. Il augmente le matin et connaît une diminution durant la mi-journée puis il augmente l’après-midi et diminue à son minimum durant la nuit.
On constate aussi que la quantité de CO2 incorporée par la plante varie de façon presque identique à la variation du pourcentage d’ouverture des stomates.
2- On peut conclure que l’incorporation du CO2 se fait par les stomates, donc les échanges gazeux chlorophylliens se font a travers les stomates.
3 – 3 – Mécanisme d’ouverture et de fermeture des stomates
1- Cellule épidermique;
2- Cellule de garde ;
3- Ostiole ;
4- Ions K+ ;
5- Eau ;
6- Vacuole
1 – A partir du document 1, comparer les deux stomates a et b.
2 – En exploitant les documents 1 et 2, expliquer le mécanisme d’ouverture et de fermeture des stomates.
1- Le stomate « a » est ouvert, caractérisé par un large ostiole et des cellules de gardes turgescentes avec des grandes vacuoles. Tandis que le stomate « b » est fermé avec un étroite ostiole et des cellules de gardes en plasmolyse possédant de petites vacuoles.
2 – L’entrée d’ions K+ dans les cellules stomatiques augmente l’osmolarité de la vacuole, donc la pression osmotique dans les cellules stomatiques sera supérieure à celle des cellules épidermiques, ce qui conduit à l’entrée d’eau dans les cellules stomatiques : il y a alors turgescence. Les microfibrilles de cellulose tirent sur la paroi épaisse des cellules stomatiques et augmentent l’ouverture des ostioles, d’où l’ouverture des stomates.
La sortie d’ions des cellules stomatiques diminue l’osmolarité de la vacuole, donc la pression osmotique dans les cellules stomatiques sera inférieure à celle des cellules épidermiques, ce qui conduit à la sortie d’eau : il y a plasmolyse des cellules stomatiques. Les microfibrilles de cellulose se relâchent et diminuent l’ouverture des ostioles, d’où la fermeture des stomates.
Remarque : Plusieurs facteurs peuvent influencer le taux d’ouverture des stomates comme la température du milieu, la luminosité, l’humidité relative, la concentration en CO2 …