Du carbone minéral aux composants du vivant
Les outils de la photosynthèse
Objectif : Les végétaux sont capables de convertir l’énergie lumineuse en énergie chimique qu’ils emmagasinent dans des molécules organiques : c’est la photosynthèse.Quels sont les outils nécessaires à ce processus ?
1. Notions d’autotrophie et d’hétérotrophie
a. Autotrophie
Les végétaux sont des êtres autotrophes (du grec autos, « soi-même », ettrophe, « nourriture ») : ils se nourrissent exclusivement de nutriments minéraux (eau, CO2, sels minéraux) et ils sont capables de produire leur propre matière organique.Les végétaux sont des producteurs primaires de matière organique, ils alimentent toute la chaîne alimentaire (ex. : les arbres, les algues, etc.).
b. Hétérotrophie
Les êtres vivants qui, en plus de l’eau et des sels minéraux,doivent trouver dans leur nourriture des constituants organiques car ils sont incapables de les synthétiser, sont dits hétérotrophes (du grec heteros, « autre »).Ces êtres vivants qui utilisent de façon directe ou indirecte la matière organique végétale sont des producteurs secondaires.
2. Les outils de la photosynthèse
a. Le dioxyde de carbone CO2
Le carbone se trouve à l’état oxydé dansl’atmosphère sous forme de CO2 et à l’état réduit dans la matière organique.
Il existe un véritable cycle du carbone :
Le carbone minéral (CO2 atmosphérique et CO2 dissous dans l’eau) est utilisé par les producteurs primaires pour la fabrication de leur matière organique lors de la photosynthèse : le carbone passe d’un état oxydé à un état réduit (carbone organique).
Les producteurs secondairesvont consommer de cette matière organique, l’oxyder et libérer du CO2 dans l’atmosphère. Le carbone est donc recyclé en continu.
La présence de CO2 est indispensable à la photosynthèse.
b. La lumière
Une plante verte placée à l’obscurité dépérit rapidement, donc la photosynthèse nécessite de la lumière.Les végétaux convertissent cette énergie lumineuse en énergie chimique : ce sont desphoto-autotrophes.Cette énergie chimique est emmagasinée dans des molécules organiques, dont les glucides : l’amidon est une forme de réserve importante des végétaux ; c’est un polyholoside (polymère de glucose) facilement mis en évidence par l’eau iodée qui se teinte en bleu foncé.Les végétaux n’absorbent qu’à certaines longueur d’ondes : aux extrémités du spectre visible dans les couleurs bleu etrouge. Ils n’absorbent pas dans le vert, d’où leur coloration verte.
c. Feuille verte et chloroplastes
Seules les parties vertes de la plante (feuilles et tiges éventuellement) réalisent la photosynthèse.
Une coupe de feuille révèle plusieurs tissus :
L’épiderme supérieur : c’est un tissu superficiel, formé d’une couche unique de cellules. La paroi externe des cellules est épaissie par lacuticule.
Le parenchyme chlorophyllien : il possède de nombreux chloroplastes (organites cellulaires spécifiques des végétaux) qui contiennent le pigment vert responsable de la couleur des feuilles, la chlorophylle.A l’intérieur du chloroplaste se trouve le stroma et de nombreux sacs aplatis, appelés thylakoïdes (les empilements denses de thylakoïde sont des grana). Les chloroplastes sont le siègede la photosynthèse.Ce parenchyme laisse apparaître deux couches distinctes : le parenchyme palissadique formé de deux assises de cellules légèrement cylindriques, et le parenchyme lacuneux riche en lacunes remplies d’eau et responsables de l’atmosphère interne qui règne à l’intérieur de la feuille.Ce parenchyme est parcouru par un tissu vasculaire qui véhicule la sève brute impliquée dans lesapports d’eau et de sels minéraux.
L’épiderme inférieur : il possède des ouvertures ou stomates (l’ouverture centrale du stomate est l’ostiole) bordées par deux cellules stomatiques qui se resserrent ou s’écartent, règlant ainsi les possibilités d’échanges gazeux et de vapeur d’eau avec le milieu extérieur.
L’atmosphère interne de la feuille communique avec l’extérieur par les stomates. Le CO2…