Exercice 2 - Les mycorhizes : une association sym… · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Métropole Candidat libre 2021 (sujet 1)

Thème : Organisation fonctionnelle des plantes à fleurs et production de matière organique · Tiré du sujet Métropole Candidat libre 1 (2021)

Énoncé

EXERCICE 2: Les mycorhizes: une association symbiotique [8 POINTS]

« 90 % des espèces de plantes actuelles sont en interaction avec des champignons au niveau de leurs racines. L’ensemble forme une structure mixte que l’on nomme la « mycorhize », du grec ancien myco, pour champignon, et rhize pour racine ».

Source: D’après https://www.pourlascience.fr

QUESTION:

Montrer que l’association mycorhizienne entre un champignon et un végétal chlorophyllien profite aux deux partenaires.

Vous organiserez votre réponse selon une démarche de votre choix intégrant des données des documents et les connaissances utiles.

Document 1: observation microscopique de mycorhizes

Document 2: comparaison de paramètres morphologiques racinaires et foliaires de plants de Rhododendron mycorhizés ou non

On cherche à comparer les paramètres morphologiques racinaires et foliaires entre des plants de Rhododendron non mycorhizés (lot 1) et des plants de Rhododendron associés à un champignon mycorhizien (lot 2). Les mesures de la longueur des racines (figure 1) et du nombre de feuilles (figure 2) et de racines (figure 3) ont été réalisées après 20, 40, 60 et 120 jours.

Le début de l’expérience correspond au jour où les plants du lot 2 ont été mis en contact avec le champignon mycorhizien.

Document 3: des échanges de matières entre le champignon et le végétal

Document 3a: influence de la mycorhization sur l’absorption de l’ion ammonium par une espèce d’Eucalyptus

L’ion ammonium, de formule NH 4 +, contient de l’azote qui est l’un des principaux éléments nutritifs dont la plante a besoin. Pour tester l’influence de la mycorhization sur l’absorption de l’ion ammonium, de jeunes plantules d’ Eucalyptus non mycorhizées ou mycorhizées par différents champignons (Pisolithe, Scléroderme, Hydnangium), ont été alimentées pendant une semaine par une solution nutritive enrichie en 15 NH 4 +. L’azote 15 ( 15 N) est un isotope lourd de l’élément azote qui peut être quantifié après son incorporation dans les plantules par spectroscopie de masse. Les résultats de l’expérience sont présentés sur le graphique ci-dessous.

Document 3b: distribution du carbone atmosphérique au sein d’un pin mycorhizé

Pour pouvoir suivre la distribution du carbone atmosphérique au sein d’un végétal, les parties aériennes d’un pin mycorhizé ont été alimentées avec du CO 2 atmosphérique marqué radioactivement au 14 C. 48 heures après, une autoradiographie a été réalisée pour suivre la localisation du 14 C dans le végétal. Les zones sont d’autant plus sombres sur le résultat de l’autoradiographie que la quantité de carbone radioactif est importante.

La photo de gauche correspond au végétal mycorhizé et la photo de droite au résultat de l’autoradiographie.

Document 4: la sensibilité des végétaux mycorhizés ou non face à des agents pathogènes

Document 4a: comparaison du pourcentage de mortalité d’une espèce de pin contaminée par Phytophtora cinnamomi

Le microorganisme Phytophtora cinnamomi compte parmi les agents pathogènes les plus redoutés à travers le monde. Il est à l’origine de maladies racinaires conduisant au dépérissement de nombreuses espèces végétales. Des chercheurs ont étudié l’influence de la présence de mycorhizes sur la sensibilité d’une espèce de pin.

Document 4b: impact du manteau mycélien dans la défense des végétaux

Le manteau mycélien peut envelopper les racines des végétaux de façon partielle ou totale. Pour déterminer l’impact de ce manteau dans la défense des végétaux, on met en contact Phytophtora cinnamomi avec des racines d’une espèce de pin dont le manteau mycélien est plus ou moins développé et on suit le pourcentage d’infection des végétaux.

Tableau présentant le pourcentage d’infection par Phytophtora cinnamomi de racines d’une espèce de pin

Pourcentage d’infection 3 jours après la mise en contact avec Phytophtora cinnamomi

Pourcentage d’infection 10 jours après la mise en contact avec Phytophtora cinnamomi

Racine mycorhizée avec un manteau mycélien complet

0

6

Racine mycorhizée avec un manteau mycélien partiel

25

43

Racine non mycorhizée

100

100

Source: d’après https://hal.archives-ouvertes.fr

Énoncé: Exercice 2 - Les mycorhizes : une association sym… · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Métropole Candidat libre 2021 (sujet 1)

Corrigé

Corrigé proposé par AprenAI (non officiel)

Montrer que l’association mycorhizienne entre un champignon et un végétal chlorophyllien profite aux deux partenaires.

Réponse : Introduction Une symbiose est une association étroite, durable et à bénéfices réciproques entre deux organismes d'espèces différentes. Les mycorhizes, présentes chez 90 % des plantes, associent les racines d'un végétal chlorophyllien (autotrophe) et les hyphes d'un champignon du sol (hétérotrophe). Nous montrerons que cette association profite aux deux partenaires. I. Une structure mixte facilitant les échanges (Document 1) Les filaments mycéliens du champignon forment un manteau dense autour des racines et s'étendent dans le sol bien au-delà de celles-ci (sur plusieurs mm, d'après l'échelle de 2 mm). Cette très grande surface de contact avec le sol et avec la racine permet des échanges de matière dans les deux sens. II. Les bénéfices apportés par le champignon au végétal 1. *Meilleure nutrition minérale (Document 3a)* : l'azote est indispensable à la synthèse des acides aminés et des protéines. Au bout de 7 jours, les Eucalyptus non mycorhizés ont incorporé environ 12 µg de 15N par g de matière fraîche. Les Eucalyptus mycorhizés en ont incorporé environ 23 µg avec le Pisolithe, 25 µg avec le Scléroderme et 28 µg avec l'Hydnangium, soit environ deux fois plus. Les hyphes, qui explorent un grand volume de sol, prélèvent les ions minéraux et les transfèrent à la plante. Les connaissances indiquent qu'ils prélèvent aussi l'eau. 2. *Meilleure croissance (Document 2)* : à 120 jours, les Rhododendrons mycorhizés présentent de meilleurs paramètres que les témoins non mycorhizés : - longueur moyenne des racines d'environ 24 mm contre 10 mm ; - environ 21 feuilles par plant contre 12 ; - environ 12 racines par plant contre 5. La mycorhization stimule donc le développement racinaire et foliaire, grâce à une meilleure nutrition. 3. *Protection contre les pathogènes (Documents 4a et 4b)* : - 12 semaines après contamination par *Phytophtora cinnamomi*, la mortalité des pins mycorhizés est d'environ 12 %, contre 80 % pour les pins non mycorhizés. - Le pourcentage d'infection dépend du manteau mycélien. Avec un manteau complet, il est de 0 % à 3 jours et de 6 % à 10 jours. Avec un manteau partiel, il est de 25 % puis 43 %. Sans mycorhize, il est de 100 %. Le manteau mycélien agit donc comme une barrière physique qui protège la racine. III. Les bénéfices apportés par le végétal au champignon (Document 3b) Le pin a été alimenté en 14CO2 par ses parties aériennes. Par photosynthèse, les feuilles incorporent ce carbone dans de la matière organique (glucides). 48 h plus tard, l'autoradiographie montre du 14C dans les feuilles, la tige et les racines. Les zones les plus sombres se trouvent dans les feuilles et dans la zone de la racine mycorhizée et des filaments mycéliens. La matière organique produite par la plante a donc migré par la sève élaborée jusqu'aux racines, puis a été transférée au champignon. Le champignon, hétérotrophe et incapable de photosynthèse, obtient ainsi du végétal la matière organique carbonée nécessaire à sa nutrition et à sa croissance. Conclusion La mycorhize est une symbiose. Le champignon fournit au végétal de l'eau et des ions minéraux (dont l'azote), favorise sa croissance et le protège des pathogènes. En retour, le végétal chlorophyllien fournit au champignon les molécules organiques issues de sa photosynthèse. Chacun des deux partenaires tire donc profit de l'association.

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