Karamö, le prof virtuelLeçon 7 sur 13
Production de la matière organique
Je sais mettre en évidence la matière organique fabriquée par une feuille, démontrer les conditions de sa production et suivre son devenir dans la plante.
- 1 h
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Réaliser et interpréter le test de l'amidon à l'eau iodée sur une feuille
- Démontrer par l'expérience que la lumière, la chlorophylle et le CO2 sont nécessaires à la production d'amidon
- Décrire le devenir des glucides fabriqués (amidon, saccharose, réserves, autres molécules organiques)
- Mesurer une production de matière organique par la méthode des demi-feuilles
Avant de commencer : La photosynthèse (définition, équation, chloroplaste) ; l'absorption du CO2 et des ions ; la circulation de la sève élaborée.
1Je découvre
Dans le jardin de l'école, à Mamou, le professeur de SVT a recouvert la veille, avec du papier aluminium découpé, une partie d'une feuille de haricot : on dirait un petit pochoir en forme de lettre K.
Le lendemain, en fin de matinée, il cueille la feuille, la plonge dans l'eau bouillante, puis dans de l'alcool chaud : la feuille devient blanchâtre. Il la rince et la trempe dans de l'eau iodée. Sous les yeux de Hawa et d'Ibrahima, la feuille prend une couleur bleu-noir… sauf la lettre K, restée jaune pâle.
« On dirait une photographie ! » s'exclame Hawa.
Ibrahima réfléchit : « Là où la lumière est arrivée, la feuille a fabriqué quelque chose que l'iode colore. Là où il y avait le cache, rien. »
Le professeur sourit : « Exactement. Mais que fabrique la feuille, dans quelles conditions exactement, et que devient ensuite ce produit ? C'est lui qui finit dans vos plats de riz, de manioc et d'arachide. »
Comment montrer que la feuille produit de la matière organique, quelles conditions sont nécessaires, et que devient cette matière dans la plante ?
2Je comprends
1. Mettre en évidence l'amidon dans une feuille
L'amidon est un glucide formé d'un très grand nombre de molécules de glucose liées entre elles. Il se colore en bleu-noir au contact de l'eau iodée (ou lugol). Mais la couleur verte de la feuille masque cette réaction : il faut d'abord la décolorer.
Méthode
Pour rechercher l'amidon dans une feuille :
- Je plonge la feuille quelques minutes dans l'eau bouillante : les cellules sont tuées et les membranes deviennent perméables.
- Je la mets dans de l'alcool chaud (au bain-marie, jamais sur la flamme : l'alcool est inflammable) : la chlorophylle se dissout, la feuille devient blanchâtre.
- Je la rince dans l'eau chaude pour la ramollir.
- Je l'étale dans une boîte et je la recouvre d'eau iodée.
- Je lis le résultat : bleu-noir = amidon présent ; jaune-brun (couleur de l'iode) = pas d'amidon.
Préparation indispensable. Avant toute expérience, on place la plante 48 heures à l'obscurité : ses feuilles utilisent ou exportent leur amidon et en sont vidées (le test est alors négatif). Tout amidon trouvé ensuite aura donc été fabriqué pendant l'expérience.
2. Les conditions de la production d'amidon
a) La lumière. C'est l'expérience du cache décrite plus haut (réalisée pour la première fois par le botaniste Sachs au XIXe siècle). Seules les parties éclairées de la feuille contiennent de l'amidon. Une plante laissée à l'obscurité n'en fabrique pas.
b) La chlorophylle. On utilise une feuille panachée, qui a des zones vertes et des zones blanches (feuilles de certaines plantes ornementales de nos cours, comme le croton ou le coléus). Après éclairement, seules les zones vertes bleuissent à l'eau iodée : les zones sans chlorophylle ne produisent pas d'amidon.
c) Le dioxyde de carbone. Une feuille éclairée enfermée dans un flacon contenant de la potasse (qui absorbe le CO2) ne fabrique pas d'amidon, tandis qu'une feuille témoin dans un flacon sans potasse en fabrique.
d) L'eau. Elle est indispensable elle aussi, mais difficile à supprimer sans tuer la feuille ; on montre son rôle autrement (voir la leçon sur le mécanisme de la photosynthèse).
- Éclairée
- Verte (avec chlorophylle)
- Air contenant du CO2
- Test à l'eau iodée : bleu-noir
- Sous le cache ou à l'obscurité
- Blanche (zone sans chlorophylle d'une feuille panachée)
- Air privé de CO2 par la potasse
- Test à l'eau iodée : jaune-brun
Exemple
Une plante de coléus à feuilles panachées (vert et blanc) est mise 48 h à l'obscurité. On pose ensuite un cache opaque sur la moitié droite d'une feuille et on l'éclaire 6 h. On obtient, au test à l'eau iodée : moitié gauche verte : bleu-noir ; moitié gauche blanche : jaune ; moitié droite (verte ou blanche) : jaune. Interprète.
Les 48 h d'obscurité ont vidé la feuille de son amidon.
Moitié gauche verte : lumière + chlorophylle + CO2 → amidon fabriqué.
Moitié gauche blanche : lumière mais pas de chlorophylle → pas d'amidon : la chlorophylle est nécessaire.
Moitié droite : pas de lumière → pas d'amidon, même dans les zones vertes : la lumière est nécessaire.
3. Du glucose à l'amidon, et de l'amidon au saccharose
Le premier glucide stable formé par la photosynthèse est un sucre simple en C6, le glucose. On peut le mettre en évidence dans les feuilles éclairées par la liqueur de Fehling, qui donne à chaud un précipité rouge brique avec ce type de sucre.
Le glucose, soluble, ne s'accumule pas tel quel :
- le jour, une partie est aussitôt transformée en amidon, insoluble, stocké en grains dans les chloroplastes : c'est une réserve temporaire (on dit parfois « amidon d'assimilation ») ;
- la nuit, cet amidon est redécoupé en sucres ; ceux-ci sont transformés en saccharose (un sucre fait d'une molécule de glucose et d'une molécule de fructose), qui est la forme de transport des glucides dans la sève élaborée ;
- le saccharose est conduit par le phloème vers les organes qui en ont besoin.
C'est pourquoi une feuille cueillie en fin d'après-midi est riche en amidon, alors qu'une feuille cueillie à l'aube en contient très peu.
4. La synthèse des autres substances organiques
Arrivés dans les organes, les sucres servent à deux choses :
- produire de l'énergie par la respiration, dans toutes les cellules vivantes ;
- construire toutes les autres molécules de la plante.
À partir des glucides et des ions minéraux absorbés par les racines, la plante fabrique :
- la cellulose des parois cellulaires (enchaînement de glucose) ;
- les lipides (huiles et graisses), faits de C, H, O ;
- les protéines, qui exigent en plus de l'azote (venu des ions nitrate) et souvent du soufre (venu des ions sulfate) ;
- les acides nucléiques, qui exigent de l'azote et du phosphore.
Voilà pourquoi la photosynthèse et la nutrition minérale sont liées : sans nitrates, la plante produit des sucres mais pas assez de protéines, et sa croissance s'arrête.
Les organes de réserve. Une partie de la matière organique est mise en réserve dans des organes spécialisés, pour la saison sèche, la germination ou la repousse :
| Plante | Organe de réserve | Réserve principale |
|---|---|---|
| Manioc, patate douce, igname | racine tubérisée ou tubercule | amidon |
| Riz, maïs, fonio | graine (grain) | amidon |
| Arachide, palmier à huile, karité | graine ou fruit | lipides (huile, beurre) |
| Haricot, niébé, soja | graine | protéines et amidon |
| Canne à sucre | tige | saccharose |
- 1Photosynthèse dans le chloroplaste : CO2 + H2O donnent du glucose
- 2Le jour : le glucose est stocké en amidon dans la feuille (réserve temporaire)
- 3La nuit : l'amidon est transformé en saccharose, forme de transport
- 4Le saccharose circule dans la sève élaborée (phloème) vers les organes
- 5Dans les organes : respiration (énergie) ou synthèse de cellulose, lipides, protéines (avec N, S, P)
- 6Mise en réserve : amidon (manioc, riz), lipides (arachide), protéines (haricot), saccharose (canne)
5. Mesurer la production de matière organique : la méthode des demi-feuilles
Pour quantifier la production, on mesure l'augmentation de masse sèche d'une surface de feuille.
Principe. Le matin, on découpe à l'emporte-pièce des disques de surface connue dans une moitié de plusieurs feuilles ; on les sèche et on les pèse. Le soir, on fait de même dans l'autre moitié (restée sur la plante, éclairée toute la journée). La différence de masse sèche, rapportée à la surface, mesure la matière organique accumulée dans la feuille pendant la journée.
Cette mesure donne une production nette : pendant la journée, la feuille a aussi consommé une partie de ses sucres par la respiration et en a exporté une autre partie par la sève élaborée. La production réelle est donc plus grande.
Exemple
À 7 h, 20 disques de 1 cm² prélevés dans une moitié de feuilles de manioc ont une masse sèche de 96 mg. À 17 h, 20 disques de 1 cm² prélevés dans l'autre moitié ont une masse sèche de 126 mg. Calcule la production nette de matière sèche par dm² et par heure.
Gain : 126 − 96 = 30 mg pour 20 cm², en 10 h (de 7 h à 17 h).
Par cm² : 30 ÷ 20 = 1,5 mg ; par dm² (100 cm²) : 1,5 × 100 = 150 mg.
Par heure : 150 ÷ 10 = 15 mg de matière sèche par dm² et par heure.
Exemple
En utilisant l'équation de la photosynthèse, calcule la masse de CO2 nécessaire pour fabriquer ces 150 mg de matière sèche par dm², en supposant qu'il s'agit uniquement de glucides (C6H12O6, M = 180 g/mol).
180 g de glucose exigent 6 × 44 = 264 g de CO2.
Pour 150 mg : 150 × 264 ÷ 180 = 220 mg de CO2 par dm².
3Je retiens
Je retiens
L'amidon se colore en bleu-noir à l'eau iodée ; on décolore d'abord la feuille (eau bouillante puis alcool chaud).
Une plante mise 48 h à l'obscurité perd l'amidon de ses feuilles.
La production d'amidon exige : lumière (cache), chlorophylle (feuille panachée), CO2 (potasse), eau.
Le premier sucre formé est le glucose ; il est stocké le jour en amidon dans les chloroplastes (réserve temporaire).
La nuit, l'amidon devient saccharose, forme de transport dans la sève élaborée.
Avec les ions minéraux (N, S, P), la plante fabrique cellulose, lipides, protéines, acides nucléiques.
Méthode des demi-feuilles : gain de masse sèche par unité de surface = production nette.
4Erreurs fréquentes
- Oublier de mettre la plante à l'obscurité avant l'expérience : l'amidon déjà présent fausse le résultat.
- Chauffer l'alcool directement sur la flamme : c'est dangereux, on utilise toujours un bain-marie.
- Dire que la plante transporte de l'amidon dans la sève : l'amidon est insoluble ; la forme de transport est le saccharose.
- Confondre production nette (mesurée par la masse sèche) et production réelle : la respiration et l'exportation font que la production réelle est plus grande.
5Je m’exerce
1Exercice 1
(Questions de cours)
a) Décris les étapes du test de l'amidon sur une feuille.
b) Pourquoi place-t-on la plante 48 heures à l'obscurité avant l'expérience ?
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) On plonge la feuille quelques minutes dans l'eau bouillante, puis dans l'alcool chaud au bain-marie pour dissoudre la chlorophylle ; on la rince à l'eau chaude, on l'étale et on la recouvre d'eau iodée. Une coloration bleu-noir indique la présence d'amidon ; une coloration jaune-brun, son absence.
b) Pour que les feuilles utilisent ou exportent leur amidon : au début de l'expérience, elles n'en contiennent plus, et l'amidon trouvé ensuite a forcément été fabriqué pendant l'expérience.
2Exercice 2
On dispose d'une plante à feuilles panachées vert et blanc, mise 48 h à l'obscurité. Une feuille A est laissée à l'air libre à la lumière ; une feuille B est enfermée à la lumière dans un flacon contenant de la potasse ; une feuille C est laissée à l'obscurité. Indique, pour les zones vertes et blanches de chaque feuille, le résultat attendu du test à l'eau iodée, et justifie.
Voir le corrigéCacher le corrigé
Feuille A : zones vertes bleu-noir (lumière, chlorophylle et CO2 présents) ; zones blanches jaune-brun (pas de chlorophylle).
Feuille B : zones vertes et blanches jaune-brun : la potasse a supprimé le CO2, indispensable à la production d'amidon.
Feuille C : zones vertes et blanches jaune-brun : sans lumière, pas de photosynthèse.
3Exercice 3
Explique pourquoi une feuille de patate douce cueillie à 18 h contient beaucoup d'amidon, alors qu'une feuille de la même plante cueillie à 5 h du matin en contient très peu. Que devient l'amidon pendant la nuit ?
Voir le corrigéCacher le corrigé
À 18 h, la feuille a fait de la photosynthèse toute la journée : le glucose produit a été stocké sous forme d'amidon dans les chloroplastes. Pendant la nuit, il n'y a plus de photosynthèse ; l'amidon est transformé en sucres, puis en saccharose, qui quitte la feuille par la sève élaborée vers les autres organes (tubercules, racines, bourgeons). Une partie est aussi consommée par la respiration. À l'aube, la feuille est donc presque vide d'amidon.
4Exercice 4
On prélève 10 disques de 2 cm² dans des feuilles de maïs à 8 h (masse sèche : 84 mg) et 10 disques de 2 cm² dans l'autre moitié des mêmes feuilles à 14 h (masse sèche : 108 mg).
a) Calcule la production nette de matière sèche en mg par dm² et par heure.
b) Pourquoi cette valeur est-elle inférieure à la production réelle de la feuille ?
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Surface prélevée à chaque fois : 10 × 2 = 20 cm². Gain : 108 − 84 = 24 mg pour 20 cm² en 6 h. Par cm² : 24 ÷ 20 = 1,2 mg ; par dm² : 1,2 × 100 = 120 mg. Par heure : 120 ÷ 6 = 20 mg par dm² et par heure.
b) Pendant ces 6 heures, la feuille a aussi respiré (consommation d'une partie des sucres) et a exporté une partie des sucres par la sève élaborée. La masse sèche restée dans la feuille ne représente donc qu'une partie de ce qui a été produit.
5Exercice 5
(Type examen) Un cultivateur de Boké plante deux parcelles de maïs identiques. La parcelle 1 reçoit un engrais azoté ; la parcelle 2 n'en reçoit pas. On mesure à la floraison la teneur des feuilles en chlorophylle, l'intensité de la photosynthèse et la masse sèche des épis.
| Mesure | Parcelle 1 | Parcelle 2 |
|---|---|---|
| Chlorophylle (unités relatives) | 100 | 55 |
| Photosynthèse (unités relatives) | 100 | 60 |
| Masse sèche des épis (g par plant) | 150 | 75 |
a) Calcule, pour la parcelle 2, la baisse en pourcentage de chaque mesure par rapport à la parcelle 1.
b) Explique pourquoi le manque d'azote réduit la teneur en chlorophylle.
c) Explique l'enchaînement qui conduit à des épis plus petits.
d) Quelle autre raison, liée à la composition du grain, explique la plus faible récolte ?
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Chlorophylle : (100 − 55) ÷ 100 × 100 = 45 % de baisse. Photosynthèse : (100 − 60) ÷ 100 × 100 = 40 %. Masse sèche des épis : (150 − 75) ÷ 150 × 100 = 50 %.
b) L'azote entre dans la composition de la molécule de chlorophylle (et des protéines des chloroplastes) ; sans apport d'azote, la plante fabrique moins de chlorophylle.
c) Moins de chlorophylle → moins de lumière captée → photosynthèse plus faible → moins de glucides produits → moins de saccharose transporté vers les épis → moins d'amidon mis en réserve dans les grains → épis plus légers.
d) Les grains contiennent aussi des protéines, dont la fabrication exige de l'azote ; sans engrais azoté, la plante ne peut pas en fabriquer autant, ce qui réduit encore la masse des grains.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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