Echanges gazeux et production de la matière organique

La production de la matière organique de la part des plantes vertes (chlorophylliennes) exige l’intervention de structures spécifiques et des éléments nécessaires pour cette production. Une plante chlorophillienne, comme tout etre vivant, établit differents types d’échanges avec le milieu exterieur, échange d’eau et aussi des gaz pour produire de la matière organique mais aussi de l’énergie chimique:

• Comment se font ces échanges gazeux?
• Quel est le mécanisme de l’éxploitation et de la conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique?
• Quels sont les structures et mécanismes responsables de la production de la maatière organique?
• Quelle est la nature de la matière organique?

Mise en évidence des échanges gazeux clorophylliens

L’absorption du CO₂

Manipulation: le Bleu de Bromothymol (BBT) est un  indicateur coloré, utilisé pour la détection du CO2 dans les solutions:

 

- En présence du CO2 la solution prend une couleur verte

• En absence du CO2 la couleur est bleue

On fait cultiver des plantes de l’élodée (plante chlorophyllienne aquatique)  puis on prépare  4 tubes à essai en modifiant les conditions expérimentales pour chacun des 4 tubes:

• Tube 1: Eau + BBT
• Tube 2: Eau + CO2 + BBT
• Tube 3: Eau + CO2 + Elodée + BBT
• Tube 4: Eau + CO2 + Elodée + BBT sans lumière

Résultats:

• Les tubes 1 et 2 sont témoins: Le BBT en présence du CO2 donne une couleur verte et en absence du CO2 la couleur est bleue.
• Le tube 3: les contours de la plantes deviennent bleue: absence du CO2 à proximité de la plante implique l’absorption de ce gaz par la plante
• Le tube 4: en obscurité et en gardant les memes conditions précédente la couleur bleue disparait impliquant un role essentiel de la lumière dans l’absorption du CO2

Déduction:

La plante chlorophylienne absorbe le CO2 en présence de la lumière

Le dégagement du dioxygène

Manipulation:

On prépare 3 milieux expérimentaux composé de:

• Une plante d’élodée sous un entonnoir
• Un tube à essai renversé
• Eau

En modifiant deux variables: Le CO2 et la lumière

Le protocole expérimental et les résultats sont présentés par la figure suivante:

Résultats:

• Milieu 1: en absence de la lumière la plante ne produit pas d’O2
• Milieu 2: en présence de la lumière et du CO2, la plante dégage l’O2
• Milieu 3: en présence de la lumière avec le manque du CO2 la plante ne dégage plus de l’O2

Déduction:

En présence de la lumière, les plantes chlorophylliennes absorbent le CO2 pour dégager l’O2

Les facteurs agissant sur les échanges gazeux

Dans l’objectif de controler l’ensemble des paramètres et varibles d’une manipulation, on procède à l’utilisation du système informatique et ainsi les résultats seront plus rapides mais aussi plus fiables.

La température

En gardant L’intensité de l’éclairement et la concentration constantes, on augmente progressivement le degré de température du milieu de culture d’une plante chlorophyllienne. La figure suivante présente les résultats de cette expérience:

Analyse:

Dans des températures plus faibles que la Temperature optimale (37°C):  Le volume d’O2 dégagé augmente impliquant une augmentation de l’intensité de photosynthèse

Si la temperature diminue danss ce premier intervalle, l’intensité de la photosynthèse diminue parallélement pour retourner à la valeur initiale

Dans des temperatures supérieures de 37°C: l’intensité photosynthétique diminue. Si l’on diminue le degré de temperature dans cet intervalle l’intensite de la photosynthèse ne peut pas récupérer son allure initiale du fait de la destruction de quelques structures internes de la plante (dans des temperatures des élevées)

Déduction:

Le degré de température contrôle l’intensité de la photosynthèse

La teneur en CO2

Manipulation

En gardant le degré de température et l’intensité d’éclairement constantes, on fait augmenter le taux du CO2 dans l’air ambiant d’une plante chlorophyllienne, on obtient les résultats suivants:

Analyse et déductions:

• l’intervalle 1: dans des taux très faibles de CO2, la photosynthèse ne peut pas s’exécuter et la plante absorbe ainsi le CO2 au lieu de le dégager (respiration au lieu de la photosynthèse)
• L’intervalle 2: à partir d’un taux avoisinant 0,15% de CO2, la photosynthèse commence et augmente d’intensité en parallèle de l’augmentation du taux de CO2 jusqu’à 0,09%
• L’intervalle 3 et 4: à partir de 0,09% toute augmentation du taux de CO2 n’a pas d’effet sur la photosynthèse
• L’intervalle 5: une concentration très élevée en CO2 dépassant les 2% inhibe la photosynthèse

Le taux du CO2 est un facteur agissant sur la photosynthèse qui ne peut commencer que dans des teneurs faibles de CO2, sera plus intense dans des teneurs entre 0,03% et 0,00%, mais lorsque le CO2 atteint des taux très élevés, ce sera toxique pour la plante qui commence à d’arreter ses fonctions vitales.

L’intensité de l’éclairement

Manipulation: en gardant le taux de CO2 et la température constants, on augmente progressivement l’intensité de l’éclairage , on obtient les résultats suivants:

Pour une plante de lumière

La photosynthèse commence à partir d’une intensité d’éclairement « C1 »  appelé point de compensation

L’intensité de la photosynthèse augmente en parallèle avec l’augmentation de l’intensité d’éclairement jusqu’au point de saturation « S1 » représentant l’intensité optimum pour la plus forte intensité de photosynthèse, à partir duquel toute nouvelle intensité d’éclairement n’a aucun effet sur la photosynthèse.

Pour la plante d’ombre

L’évolution de l’intensité de photosynthèse reste la même, à l’exception des faibles valeurs de C1 et S1.

Les structures responsales des échanges gazeux