Exercice 2 · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Asie 2026 (jour 2)
Thème : Organisation fonctionnelle des plantes à fleurs et production de matière organique · Tiré du sujet Jour 2 (2026)
Énoncé
EXERCICE 2: La radulanine, un herbicide en cours d'étude (8 POINTS)
Une équipe de scientifiques du CNRS vient de mettre en évidence une molécule, la radulanine, produite naturellement par des plantes qui pourraient l'utiliser dans leur compétition vis-à-vis d'autres espèces végétales. La radulanine pourrait être exploitée par l'être humain comme herbicide pour inhiber la croissance des plantes indésirables.
QUESTION:
Expliquer comment la radulanine inhibe la croissance de végétaux.
Vous organiserez votre réponse selon une démarche de votre choix intégrant des données des documents et les connaissances complémentaires nécessaires.
Document 1: La photosynthèse au sein du chloroplaste
Document 1a: Schéma simplifié d'un chloroplaste
D'après Campbell – Biologie 11 ème édition
Document 1b: Schéma simplifié illustrant le parcours des électrons dans les thylakoïdes du chloroplaste, depuis la photolyse de l'eau jusqu'à la formation de molécules organiques
La flèche en pointillée correspond au trajet des électrons (e −) au sein de la chaîne de transfert.
La plastoquinone (PQ) et la plastocyanine (PC) sont des protéines mobiles qui transportent les électrons. PSI et PSII sont deux photosystèmes contenant les pigments photosynthétiques.
D'après Thuillier, S. (2023). Étude du mode d'action de la radulanine A, une molécule phytotoxique d'origine naturelle. https://theses.hal.science/tel-04318019
Document 2: Les effets de la radulanine sur la chaîne photosynthétique
Document 2a: Effets de la radulanine et de quelques herbicides (nommés ici 1, 2 et 3) sur l'efficacité du PSII
D'après Thuillier, S. (2023). Étude du mode d'action de la radulanine A, une molécule phytotoxique d'origine naturelle. https://theses.hal.science/tel-04318019
Document 2b: Modèle moléculaire du PS II et site de fixation de la plastoquinone
Les acides aminés Ser-264 et His-215 du PS II sont situés très près du site de fixation avec la plastoquinone. Cette fixation joue un rôle crucial dans la chaîne de transport des électrons lors de la photosynthèse.
Le Photosystème II (PSII) possède un site de fixation pour la plastoquinone (PQ) repéré ci-dessous:
D'après Cambridge University Press
Les scientifiques supposent que la radulanine possède un mécanisme d'action analogue à celui de l'atrazine, une molécule herbicide connue.
Document 2c: Effet de la radulanine sur la production de glucides
On cherche à savoir si un traitement à la radulanine a un effet sur les molécules organiques normalement produites lors de la photosynthèse. Pour cela on mesure la concentration de six types différents de glucides produits lors de la photosynthèse dans deux situations: sans traitement à la radulanine (témoin) et avec 400 µM de radulanine. Chaque carré correspond à un type de glucide dosé.
D'après Thuillier, S. (2023). Étude du mode d'action de la radulanine A, une molécule phytotoxique d'origine naturelle. https://theses.hal.science/tel-04318019
Document 3: Effet de la radulanine sur la membrane plasmique
Les ions sont contenus dans les cellules des végétaux. Leur sortie de la cellule est un indicateur de la dégradation de la membrane. On peut mesurer cette fuite d'ions grâce à une méthode appelée conductimétrie. Elle fonctionne en évaluant la conductivité du milieu extracellulaire. Plus il y a d'ions dans le milieu extracellulaire, plus la conductivité est forte.
La fuite d'ions dans le milieu extracellulaire a été mesurée, après 8 h de traitement par la radulanine (400 µM) ou le témoin. * L'astérisque indique des différences statistiques significatives entre le témoin et les traitements.
D'après Thuillier, S. (2023). Étude du mode d'action de la radulanine A, une molécule phytotoxique d'origine naturelle. https://theses.hal.science/tel-04318019
Document 4: Mouvement de l'eau en fonction de la concentration en ions du milieu
La vacuole est un organite contenant un liquide concentré en substances diverses dissoutes, notamment des ions. Cette concentration en ions dans la vacuole contribue à établir une pression de turgescence essentielle pour maintenir la forme et la rigidité de la cellule.
1 - Si le milieu extérieur a la même concentration en ions que la vacuole. Il n'y a aucun échange d'eau. La cellule n'exerce aucune pression sur la paroi. La pression de turgescence est normale.
2 - Le milieu extracellulaire est plus concentré que la vacuole. L'eau sort de la cellule. La pression de turgescence devient nulle.
D'après Ehosioke, et al. https://doi.org/10.5194/bg-22-2853-2025
Document 5: Taux de croissance racinaire de plants de maïs en fonction de la pression de turgescence
Racines de maïs placées dans des conditions de pression de turgescence croissante.
D'après https://www.plantes-et-eau.fr - états-et-transferts-hydriques
Corrigé
Corrigé proposé par AprenAI (non officiel)
Expliquer comment la radulanine inhibe la croissance de végétaux.
Réponse : Une réponse synthétique et structurée doit comporter les éléments suivants : 1. Inhibition de la photosynthèse et de la production de matière organique : - *Fonctionnement normal :* Dans les thylakoïdes des chloroplastes, l'énergie lumineuse active le PSII, permettant la photolyse de l'eau (). Les électrons sont transférés via la plastoquinone (PQ) puis la plastocyanine le long de la chaîne photosynthétique jusqu'au PSI, permettant la réduction de en et la production d'ATP dans le stroma. Ces molécules énergétiques permettent la fixation du et la synthèse de glucides et autres molécules organiques (Docs 1a, 1b). - *Action de la radulanine :* La radulanine diminue significativement l'efficacité du PSII (Doc 2a), de manière dose-dépendante (efficacité divisée par ~1,7 à 100 µM et par ~6 à 400 µM, tombant à moins de 0,1 unité arbitraire contre 0,6 chez le témoin). Comme l'atrazine, elle se fixe sur le site de liaison de la plastoquinone du PSII au niveau des résidus Ser-264 et His-215 (Doc 2b), bloquant ainsi le transfert d'électrons vers la PQ. Le blocage de la chaîne empêche la formation de pouvoir réducteur et d'ATP, conduisant à une forte diminution de la synthèse de nombreux glucides (Doc 2c). Privée de glucides, la plante manque de matière organique carbonée pour élaborer de nouvelles parois et alimenter son métabolisme cellulaire. 2. Altération membranaire, perte de turgescence et arrêt de l'élongation cellulaire : - *Dégradation membranaire :* Le traitement à la radulanine (400 µM) entraîne une fuite importante d'ions cellulaires mesurée par conductimétrie (~55 % contre ~28 % pour le témoin, Doc 3), démontrant une dégradation de la membrane plasmique. - *Chute de turgescence :* La sortie massive d'ions augmente la concentration ionique du milieu extracellulaire. Par osmose, l'eau quitte la vacuole et la cellule vers le milieu extérieur plus concentré (plasmolyse, Doc 4). La pression de turgescence exercée sur la paroi pecto-cellulosique devient nulle. - *Conséquence sur la croissance :* La croissance végétale repose sur la multiplication cellulaire (méristèmes) et l'élongation cellulaire. L'élongation requiert impérativement une pression de turgescence qui pousse contre la paroi rendue extensible. Comme le montre le Doc 5, le taux de croissance racinaire est directement proportionnel à la pression de turgescence (de 0 µm/min à 0,25 MPa jusqu'à ~60 µm/min à 0,6 MPa). Lorsque la turgescence chute à des valeurs proches de zéro, la croissance racinaire s'annule complètement. Conclusion : La radulanine inhibe la croissance végétale par une double action synergique : un déficit énergétique et structural (blocage de la photosynthèse et de la synthèse de biomasse) et une impossibilité mécanique d'allongement cellulaire (perte d'ions, chute de turgescence consécutive à la dégradation membranaire).
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