De l'écosystème à la plante (Term S spé)
Une chaîne trophique correspond à des transferts de matière organique d'un être vivant à un autre. C'est ce qui est représentée d'une façon très simplifiée sur l'image suivante :
Ces transferts de matière commencent toujours par un producteur de matière qui est dans le cas d'un écosystème tesrrestre, une plante verte.
Un ecosystème est constituée d'un biotope (ensemble des niches écologiques) et d'une biocénose qui est l'ensemble des êtres vivants habitant l'écosystème.
En premier approche, on peut représenter une chaîne trophique de la façon suivante :
On peut préciser les relations entre les êtres vivants sur le schéma suivant :
Nous allons essayer donc essayer d'analyser comment le carbone circule à travers un écosystème. Le trajet du carbone peut être représenté d'une façon simplifiée.
Le cycle du carbone est classiquement représenté de la manière suivante :
On peut préciser certains éléments de ce cycle :
— CO2 est du carbone sous forme minérale. En même temps, il est oxydé puisqu'en présence de 2 atomes d'oxygène.
— C6H12O6, le glucose, est un exemple de carbone sous forme organique. En même temps, il n'y a plus qu'un atome d'oxygène pour un atome de carbone. Le degré d'oxydation est donc plus bas : le carbone est réduit.
Nous savons donc que le CO2 pénètre dans la plante. Quelle est la voie de pénétration ?
On fait l'expérience suivante :
On constate que le feuille est une zone noire mais aussi une très grande partie de la plante. Cela signifie que le 14C a été intégré à de nombreuses molécules organiques. La porte d'entrée de CO2 dans la plante est donc la feuille.
Afin de préciser le lieu de pénétration du CO2, on fait une observation de l'épiderme d'une feuille. On peut ainsi voir des structures de ce type :
Cette structure s'appelle un stomate. On peut constater que les deux cellules qui entourent le trou central sont chlorophylliennes. Le stomate présente un aspect très voisin quelque soit l'espèce étudiée.
Si on observe une coupe tranversale au niveau du stomate, on peut constater l'existence d'une chambre sous-stomatique dans laquelle des gaz peuvent s'accumuler, notamment le CO2.
Les photos suivantes ont été prises au MEB (microscope éléctronique à balayage). Elles montrent les stomates dans deux états. A l'obscurité, le stomate se ferme, puisque la photosynthèse ne peut se faire en absence de lumière. A la lumière, le stomate est ouvert. Le CO2 peut donc arriver au niveau des cellules photosynthétiques.
Pour bien se représenter comment est structurée un feuille, on peut observer une coupe transversale de feuille de houx.
Une schéma d'interprétation permet de remettre en place les différents éléments de la feuille.
On constate que les cellules chlorophylliennes concentrent la chlorophylle dans des organites spécifiques : les chloroplastes.
On peut les observer facilement au microscope dans une cellule d'Elodée du Canada, plante aquatique.
Les chloroplastes sont des organites à la structure très particulière. Des électronographies de chloroplastes permettent d'observer cette structure.
Il faut retenir une chose importante, la chlorophylle est située dans les thylakoïdes des chloroplastes.
On constate, sur cette électronographie, qu'il y a de l'amidon dans les chloroplastes. Cet amidon est un glucide qui est mis en évidence par le lugol ou eau iodée. Le lugol colore en bleu-violet l'amidon.
Si on monte une feuille d'élodée dans l'amidon, on obtient alors cette image :
La proximité de la chlorophyle et de l'amidon peut laisser supposer que la synthèse de l'amidon est liée au fonctionnement de la chlorophylle. Pour analyser cette hypothèse on fait une expérience.
On éclaire durant 24 h des feuilles de Pelargonium (Geranium cultivé) en prenant soin de masquer des parties de feuilles avec du papier aluminium.
On coupe les feuilles, puis ont les plonges dans l'eau bouillante, puis dans l'alcool bouillant durant quelques minutes.
A la fin de l'ébullition, l'alcool est coloré en vert, ce qui signfie que la chlorophyle est soluble dans l'alcool.
En même temps, la feuille est totalement décolorée.
On plonge ensuite les feuilles dans du lugol et on les laisse quelques minutes.
On enlève ensuite les les feuilles et on observe que la zone masquée est de couleur brun clair alors que le reste de la feuille est noirâtre.
On peut donc affirmer que la synthèse d'amidon est liée à la présence de lumière. Sur le tableau suivant, on a résumé les différents facteurs qui agissent sur la synthèse d'amidon.
La photosynthèse est donc la fabrication de glucides en utilisant du CO2, de la chlorophylle et de la lumière.
Faisons l'expérience suivante : on place un rameau d'élodée à la lumière et on observe ce qui se passe.
Au bout de quelques minutes, on observe un dégagement de bulles depuis l'extrémité du pédoncule de la plante.
Nous aurons l'occasion, un peu plus loin de déterminer la nature de ce gaz. On peut cependant déjà dire qu'il s'agit de dioxygène. On constate que si on arrête l'éclairement, le dégagement baisse jusqu'à disparaître. Cela montre bien que ce dégagement d'oxygène est lié à la lumière et donc à la photosynthèse.
On peut donc à partir des différents éléments mis en évidence par les expériences, écrire l'équation de la réduction photosynthétique du CO2 :
6 CO2 + 12 H2O = C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
On expliquera un peu plus loin pourquoi il faut 12 H2O d'un côté de l'équation et 6 de l'autre pour avoir l'équation complète de la photosynthèse.