Exercice 2 · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Nouvelle-Calédonie 2023 (jour 2)
Thème : Reproduction de la plante entre vie fixée et mobilité · Tiré du sujet Jour 2 (2023)
Énoncé
EXERCICE 2 - La pollinisation chez le Tournesol (8 points)
Le Tournesol ( Helianthus annuus) est l’un des principaux oléagineux (plantes cultivées pour leurs graines riches en matières grasses) cultivés dans le monde, notamment pour son intérêt économique et ses débouchés variés: production d’huile de Tournesol pour l’alimentation humaine, production de tourteaux (résidus obtenus après l’extraction d’huile) pour l’alimentation animale (bovins, volailles, lapins).
Alors que certaines variétés cultivées de Tournesol sont capables d’autofécondation, l’espèce sauvage dont elles sont issues est strictement allogame (pollinisation croisée obligatoire).
Identifier les éléments favorisant la fécondation croisée chez le Tournesol, puis montrer en quoi elle est plus avantageuse que l'autofécondation. Discuter ensuite de l'intérêt pour les producteurs de Tournesol d'implanter des ruches dans leurs parcelles.
Document 1: Le capitule de Tournesol ( Helianthus annuus)
Document 1a: Capitule d' Helianthus annuus
Le capitule est composé d’une rangée de fleurs stériles située en périphérie, et de fleurs fertiles nommées fleurons. Les fleurons fleurissent progressivement de la périphérie vers le centre. Chaque fleuron est hermaphrodite: il présente les pièces mâles (filet et anthères formant les étamines) et femelles (ovaire, style, stigmate) ainsi que des nectaires, glandes produisant du nectar.
Les boutons floraux situés au centre du capitule correspondent au stade de développement du fleuron avant la floraison.
Document 1b: Dynamique de floraison chez le Tournesol
Ce sont d’abord les parties mâles des fleurons qui fleurissent: lorsque les fleurons s’ouvrent, les anthères apparaissent rendant le pollen accessible. Il peut alors être récupéré par des butineurs. Le jour suivant, le fleuron se transforme et ce sont les organes femelles qui se développent. Deux stigmates apparaissent au centre du fleuron, ils se séparent et s’enroulent sur eux-mêmes. Cet enroulement positionne les grains de pollen de telle manière que la probabilité d’une autopollinisation au sein de la même fleur est considérablement limitée.
Modifié d'après: http://www.svtauclairjj.fr/coevolution/tournesol/fleurs.htm
La face externe des stigmates est recouverte par des poils gluants qui piègent les grains de pollen issus du même fleuron lors de l’enroulement des stigmates.
Seule la face interne de chaque stigmate, qui possède des papilles gluantes, est réceptive au pollen.
Source: http://www.svtauclairjj.fr/coevolution/tournesol/fleurs.htm
Document 2: Structure du grain de pollen et réceptivité des stigmates
Le pollen de Tournesol est constitué par des grains collants et ornementés d’épines sur toute leur surface, facilitant l’accrochage aux pollinisateurs. Relativement lourds, ils sont difficilement transportables par le vent.
Source: http://www.svtauclairjj.fr/coevolution/tournesol/fleurs.htm
Document 3: Effet des insectes pollinisateurs et des méthodes de pollinisation sur la production de semences (akènes) chez le Tournesol
Le fruit du tournesol est appelé akène: c'est une graine entourée d'une coque. Des expérimentations de pollinisation sont réalisées dans différentes conditions. Pour chaque condition expérimentale, le pourcentage moyen d’akènes par capitule est calculé par rapport au témoin (pollinisation libre en pots).
Remarque: l'emploi du bourdon dans les cultures est coûteux, son élevage n'étant pas complètement maîtrisé.
Source: Modifié d'après Efficacité comparée de la pollinisation d'espèces sauvages d'Helianthus par plusieurs genres d'insectes. S Meynié R Bernard
Document 4: Pourcentages d’akènes de tournesols vides selon la distance des plantations de tournesols par rapport aux ruches
En absence de fécondation, les akènes se forment mais demeurent vides et ne contiennent pas de graines.
Distance des plantations de tournesols par rapport aux ruches (en mètres)
400
600
1 070
1 600
Akènes vides (en %)
7,7
14,4
20
31,1
Observations réalisées dans la région de Kharkov (actuelle Ukraine), publiées en 1955 par Glukov.
Source: Observations sur la pollinisation du Tournesol – Jacques LECOMTE, 1962
Document 5: Effet de l'activité pollinisatrice des abeilles sur la charge en pollen des stigmates de tournesols
Sur une parcelle d’étude, on quantifie le nombre de grains de pollen déposés sur les stigmates de tournesols situés à des distances différentes (30 mètres, 280 mètres ou 530 mètres) de ruches d’abeilles pollinisatrices.
Les lettres a, b, et c indiquent la significativité statistique des différences. Lorsque les lettres sont différentes, cela indique une différence significative des résultats. Des lettres identiques correspondent à une absence de différence significative des résultats.
PT: Pollinisation tulle: fleurs isolées par un filet pour exclure les insectes pollinisateurs (les effets sur l'action du vent sont limités).
PL: Pollinisation libre: autopollinisation + pollinisation anémophile* + pollinisation entomophile**.
*Pollinisation anémophile: se dit des plantes dont le transport du pollen de fleur en fleur est assuré par le vent.
**Pollinisation entomophile: se dit des plantes dont le transport du pollen de fleur en fleur est assuré par les insectes.
Source: https://www.edp-open.org/articles/ocl/full_html/2017/06/ocl170050s/ocl170050s.html#F2
Document 6: Effet des visites des abeilles sur la teneur en matière grasse des graines de tournesols
Source: d'après Barbier et al, 1967
Document 7: Un des mécanismes pouvant empêcher l’autofécondation
Les plantes disposent de deux allèles du gène S, gène impliqué dans les mécanismes de l’auto-incompatibilité (Exemple: S1 et S3 pour la plante A). Le pollen haploïde produit par la plante ne contient qu'un seul allèle alors que les cellules du style et de l'ovaire sont diploïdes. Une germination du grain de pollen aboutissant à une fécondation de l'ovule ne sera possible que si le grain de pollen porte un allèle différent des allèles de l'ovaire. Une croix indique un arrêt de la germination du grain de pollen.
Source: https://rnbio.upmc.fr/bio-veg_pollinisation5_5
Corrigé
Corrigé proposé par AprenAI (non officiel)
Identifier les éléments favorisant la fécondation croisée chez le Tournesol, puis montrer en quoi elle est plus avantageuse que l'autofécondation. Discuter ensuite de l'intérêt pour les producteurs de Tournesol d'implanter des ruches dans leurs parcelles.
Réponse : Introduction Le Tournesol (*Helianthus annuus*) est un oléagineux d'intérêt économique majeur. Ses fleurons sont hermaphrodites, mais l'espèce sauvage est strictement allogame. Nous identifierons les éléments qui favorisent la fécondation croisée, puis ses avantages par rapport à l'autofécondation, et enfin l'intérêt pour les producteurs d'implanter des ruches. ### 1. Les éléments favorisant la fécondation croisée * Protandrie (Doc 1b) : dans chaque fleuron, les anthères libèrent d'abord le pollen (stade mâle, le matin). Les stigmates n'apparaissent que le lendemain (stade femelle). Le pollen d'un fleuron est donc libéré avant que ses propres stigmates soient réceptifs. * Dispositifs morphologiques (Doc 1b) : * Les deux stigmates se séparent et s'enroulent. * Leur face externe porte des poils gluants qui piègent le pollen du même fleuron. * Seule la face interne, munie de papilles, est réceptive. L'autopollinisation intra-florale est donc très limitée. * Pollen adapté aux insectes (Doc 2) : * Les grains sont lourds, donc peu transportés par le vent. * Ils sont collants et couverts d'épines, ce qui facilite leur accrochage aux pollinisateurs. * Les nectaires (Doc 1a) attirent les insectes butineurs, qui transportent le pollen d'une fleur à l'autre et d'une plante à l'autre : la pollinisation est entomophile. * Doc 5 : sous tulle (PT), donc sans insectes, la charge pollinique des stigmates reste faible (environ 50 à 110 grains). La pollinisation par le vent et l'autopollinisation sont donc peu efficaces. * Auto-incompatibilité génétique (Doc 7) : un grain de pollen portant un allèle S identique à l'un des allèles du pistil ne germe pas. Par exemple, le pollen S1 ou S3 est bloqué sur la plante A (S1/S3), et le pollen S3 est bloqué sur la plante B (S3/S3). L'autofécondation est ainsi impossible, et seul un pollen étranger portant un allèle différent peut féconder l'ovule. ### 2. Avantages de la fécondation croisée par rapport à l'autofécondation * Production de semences (Doc 3) : l'autofécondation manuelle ne donne que 35,9 % d'akènes par rapport au témoin. La pollinisation libre en plein champ, croisée par les insectes, en donne 156,8 %, soit plus de 4 fois plus. * Avantage génétique (connaissances) : la fécondation croisée brasse les génomes de deux individus. Elle augmente la diversité génétique et l'hétérozygotie, et limite la consanguinité et l'expression d'allèles récessifs défavorables. La descendance est plus vigoureuse et plus adaptable aux changements de l'environnement. ### 3. Intérêt d'implanter des ruches dans les parcelles * Efficacité des abeilles (Doc 3) : l'abeille assure 87,9 % d'akènes, plus que la mégachile (77,1 %) ou la mouche (72,9 %). Seul le bourdon fait mieux (105,7 %), mais son emploi est coûteux car son élevage est mal maîtrisé. L'abeille domestique est donc le pollinisateur le plus rentable. La pollinisation libre en plein champ (156,8 %) montre en outre l'intérêt d'une forte activité pollinisatrice. * Charge pollinique (Doc 5) : * En pollinisation libre (PL), les stigmates reçoivent environ 330 à 340 grains, contre environ 50 à 110 sous tulle (PT). La différence est significative (lettre a contre b ou c). * L'apport de pollen est donc assuré essentiellement par les insectes. * Jusqu'à 530 m des ruches, cette charge ne diffère pas significativement (même lettre a). * Distance aux ruches (Doc 4) : le pourcentage d'akènes vides, donc non fécondés, augmente avec l'éloignement des ruches. Il passe de 7,7 % à 400 m à 14,4 % à 600 m, 20 % à 1 070 m et 31,1 % à 1 600 m. Les ruches doivent donc être placées dans ou à proximité immédiate des parcelles, idéalement à moins de 400 à 500 m. * Qualité de la récolte (Doc 6) : les capitules visités par les abeilles produisent des graines plus riches en matière grasse. La teneur la plus fréquente est d'environ 51 %, contre environ 41 % chez le témoin. Cela compte pour un oléagineux destiné à l'huile. ### Conclusion Le Tournesol présente plusieurs dispositifs favorisant l'allogamie : protandrie, enroulement des stigmates, pollen adapté aux insectes, nectaires et auto-incompatibilité. La fécondation croisée donne plus d'akènes pleins et une plus grande diversité génétique. Implanter des ruches à proximité des parcelles est donc avantageux pour les producteurs : elles augmentent le rendement en graines, réduisent la part d'akènes vides et améliorent la teneur en huile, pour un coût moindre que d'autres pollinisateurs comme le bourdon.
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