Exercice 2 · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Métropole 2022 (sujet 1)
Thème : Reproduction de la plante entre vie fixée et mobilité · Tiré du sujet Métropole France 1 (2022)
Énoncé
EXERCICE 2: Allogamie chez les angiospermes (8 POINTS)
Contrairement à l'autogamie, l'allogamie correspond à la fécondation croisée entre individus distincts d'une même espèce. D'une manière générale, l'allogamie est plus favorable à la diversité génétique que l'autogamie. Des mécanismes favorisant ce mode de reproduction ont été sélectionnés dans de nombreux groupes d'angiospermes au cours de l'évolution. C'est le cas en particulier au sein d'espèces capables de produire de la chaleur (thermogéniques) comme chez les philodendrons.
QUESTION
Expliquer en quoi les particularités des philodendrons thermogéniques favorisent l'allogamie.
Vous organiserez votre réponse selon une démarche de votre choix intégrant des données des documents et les connaissances utiles.
Document 1: les inflorescences de philodendrons
Les philodendrons ont des fleurs mâles et des fleurs femelles disposées sur un axe. L'ensemble forme une inflorescence entourée par une structure ressemblant à une grande feuille, la bractée.
Document 2: la thermogenèse chez les angiospermes
Document 2a: la respiration alternative
La majorité des angiospermes présente une température proche de celle de l'environnement. Cependant, certains végétaux ont des tissus qui sont capables de produire de la chaleur par un ensemble de mécanismes que l'on nomme « thermogenèse ». La thermogenèse a lieu au sein des membranes mitochondriales des tissus concernés.
Document 2b: profil d'expression du gène UCP
Une analyse de l'expression du gène codant pour la protéine UCP a été réalisée dans différentes parties d'un plant de philodendron thermogénique et à différents moments. Les résultats sont présentés dans le document ci-dessous. La présence d'une bande blanche indique que le gène UCP est exprimé et son intensité traduit le niveau d'expression du gène.
Document 3: thermogenèse et reproduction sexuée
Document 3a: photographies de l'inflorescence de Philodendron adamantun pendant la période de reproduction sexuée
L'inflorescence de chaque individu suit le processus de maturation décrit ci-dessous. Cependant, il existe un décalage dans le temps de la maturation des inflorescences de différents individus. Par ailleurs, lorsque les fleurs mâles d'un organisme deviennent matures, les pistils de la même inflorescence ne sont plus réceptifs aux pollens.
Sur les différentes observations effectuées pendant l'expérience, seule l'espèce de coléoptère Erioscelis emarginata a été trouvée au contact de l'inflorescence.
Document 3b: évolution de la thermogenèse de Philodendron solimoesense
L'évolution de la thermogenèse de Philodendron solimoesense est comparable à celle de Philodendron adamantun. On a mesuré la différence de température entre l'inflorescence et l'air ambiant à partir du moment où les fleurs femelles atteignent leur maturité.
Document 4: libération de molécules odorantes par l'inflorescence des philodendrons
Document 4a: effet des molécules odorantes
Des études menées sur Philodendron adamantun ont montré que ses inflorescences émettaient une odeur lors du premier jour de la période de reproduction sexuée vers 18h30. La présence de 39 composés volatils différents a été révélée. Le dihydro-β-ionone et le méthyl jasmonate faisaient partie des composés les plus présents. Pour comprendre le rôle de ces substances émises par le végétal, on a placé à l'extérieur des appâts parfumés contenant ces deux molécules pendant 4 nuits et on a compté le nombre d'insectes s'en approchant.
Document 4b: effet de la température sur le mouvement des masses d'air
La masse volumique de l'air varie en fonction de différents paramètres comme la pression atmosphérique, la température et l'humidité. Une diminution locale de la masse volumique de l'air conduit à un mouvement ascendant de cette masse.
Température en °C · Masse volumique en kg/m³ · Température en °C · Masse volumique en kg/m³
-5 · 1,316 · 25 · 1,184
0 · 1,292 · 30 · 1,164
5 · 1,269 · 35 · 1,146
10 · 1,247 · 40 · 1,127
15 · 1,225 · 45 · 1,110
20 · 1,204 · 50 · 1,092
Corrigé
Corrigé établi d’après les éléments de correction officiels
Expliquer en quoi les particularités des philodendrons thermogéniques favorisent l'allogamie.
Réponse : Une démarche argumentée intégrant : - La séparation spatiale des fleurs mâles et femelles sur l'inflorescence et leur séparation temporelle de maturation (protogynie : les fleurs femelles mûrissent le 1er jour, les fleurs mâles le 2e jour alors que les pistils ne sont plus réceptifs), empêchant l'autogamie. - Le décalage de floraison entre individus distincts, rendant nécessaire la pollinisation croisée. - La production de chaleur (thermogenèse) due à la protéine mitochondriale UCP qui dissipe le gradient de protons sans synthèse d'ATP au niveau de la zone stérile de l'inflorescence. - L'émission de composés volatils (dihydro-β-ionone et méthyl jasmonate) facilitée par la convection thermique ascendante (l'air chaud étant moins dense), attirant spécifiquement le coléoptère pollinisateur *Erioscelis emarginata*. - Le transport du pollen d'une inflorescence mature en fleurs mâles vers une autre plante dont les fleurs femelles sont réceptives.
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