Exercice 2 · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Polynésie 2023 (jour 1)
Thème : Organisation fonctionnelle des plantes à fleurs et production de matière organique · Tiré du sujet Jour 1 (2023)
Énoncé
EXERCICE 2 [8 points]
Le contrôle de la croissance de l'épinard
Chez l'épinard de l'espèce Spinacia oleracea, la plante se présente en rosette en période de « jours courts », c'est-à-dire lorsque l'éclairement est inférieur à 13 heures par jour. Lors du passage en « jours longs », on observe une croissance importante de la tige.
Expliquer les modalités de la croissance en longueur de la tige d'épinard lors des passages en « jours longs ».
Vous organiserez votre réponse selon une démarche de votre choix intégrant des données issues des documents et les connaissances complémentaires nécessaires.
Document 1
Document 1a - Rappel de la morphologie d'une tige
In http://svt.tice.ac-orleans-tours.fr/php5/publis/hormonesvgtaux/gibbe.htm
Document 1b - Morphologie d'un plant d'épinard selon la photopériode
Cultivé en « jours courts » (éclairement inférieur à 13 heures par jour), l'épinard est une plante en rosette. Au bout du 10 ème jour « de jours longs », il y a élongation de la tige au niveau des cellules des entre-nœuds.
Document 2 - Chaîne de biosynthèse des gibbérellines et rôle de la 3 bêta-hydroxylase
Document 2a - Voie de synthèse simplifiée des gibbérellines
Les gibbérellines (GA) sont des hormones produites dans les jeunes feuilles des bourgeons apicaux, les架构pétioles et les tiges. Une voie de synthèse simplifiée est véhiculée ci-dessous à partir d'un précurseur (P), molécule produite dans les tiges de l'épinard. Chaque étape représentée ci-dessous par une flèche est contrôlée par une enzyme spécifique. La 3 bêta-hydroxylase est l'une de ces enzymes.
D'après ens-lyon.fr
Document 2b - Rôle de la 3 bêta-hydroxylase dans la synthèse des gibbérellines
Le prohexadione-Calcium ou BX 112 est une substance inhibitrice de l'enzyme 3 bêta-hydroxylase.
Tableau présentant les quantités de gibbérellines présentes dans le plant d'épinard après 9 jours d'exposition en « jours longs » chez des plants traités ou non par le BX 112
· · Témoin non traité · Plants traités par le BX 112
Quantité de gibbérelline en nanogrammes par gramme de masse sèche (ng·g⁻¹) · GA 20 · 23,5 · 96,5
GA 1 · 6,7 · 1,5
Dossier thématique « anagène »
Document 3 - Les gibbérellines et la croissance en longueur des épinards
On cherche à déterminer la gibbérelline active et les effets de sa concentration sur la croissance en longueur de la tige d'épinard.
Document 3a - Expérience n°1 et résultats obtenus
On mesure la croissance de la tige d'épinard de « jours longs » après application d'un inhibiteur de croissance BX-112, 3 jours avant le passage en « jours longs ». On ajoute la GA 20 dans un cas et la GA 1 dans l'autre cas.
D'après ens-lyon.fr
Document 3b - Expérience n°2 et résultats obtenus
On applique l'inhibiteur de croissance BX-112 à une plante d'épinard de « jours longs », puis on applique des doses croissantes de GA 20 et GA 1. Les mesures de la taille de la tige se font après 22 jours en condition de « jours longs ».
D'après ens-lyon.fr
Document 4 - L'influence de la photopériode sur la synthèse des gibbérellines
Des chercheurs mesurent les concentrations des gibbérellines GA 20 et GA 1 présentes dans le plant d'épinard en fonction de leur durée d'éclairement en « jours longs ». Ils constatent que la tige ne commence à s'allonger qu'au dixième jour.
Tableau des quantités de gibbérellines présentes dans le plant d'épinards selon la durée d'exposition en « jours longs »
· Nombre de jours longs (éclairement > 13h/jour)
0 · 4 · 8 · 12
Quantité de gibbérellines en nanogrammes par gramme de masse sèche (ng·g⁻¹) · GA 20 · 1,4 · 6,9 · 18,1 · 23,1
GA 1 · 1,1 · 3,5 · 3,7 · 7,1
Dossier thématique « anagène »
Document 5 - Le déterminisme génétique de la croissance
Certaines plantes de petite taille, comme le pois nain Pisum nana, présentent un entre-nœud de longueur quasiment nul comparé au pois de taille classique Pisum sativum pour lequel cette longueur est beaucoup plus importante.
Le gène « Le » contrôle la synthèse de l'enzyme 3 bêta-hydroxylase qui intervient dans la croissance en longueur de la tige. Ce gène s'exprime dans la tige du pois en croissance. Dans le cas des pois de petite taille, ce gène est muté et ne permet pas la synthèse d'une enzyme fonctionnelle.
La chromatographie est une technique de séparation des substances présentes dans un mélange. Elle a permis de doser l'abondance de certaines gibbérellines chez une plante de phénotype classique (a) et chez une plante naine (b). Chaque pic permet de visualiser l'abondance d'une gibbérelline (notée GA 1, GA 8, GA 20 et GA 29).
D'après ens-lyon.fr
Corrigé
Corrigé proposé par AprenAI (non officiel)
Expliquer les modalités de la croissance en longueur de la tige d'épinard lors des passages en « jours longs ».
Réponse : Introduction Chez l'épinard (*Spinacia oleracea*), la plante est en rosette en jours courts (< 13 h d'éclairement par jour). En jours longs, la tige s'allonge fortement (montaison). On cherche les mécanismes cellulaires, hormonaux, génétiques et environnementaux de cette croissance. 1. Une croissance par élongation des entre-nœuds (Doc 1) - La tige est une succession de nœuds, où s'insèrent les feuilles, et d'entre-nœuds (Doc 1a). - En jours courts, les entre-nœuds sont très courts, d'où le port en rosette (photo A). - En jours longs, à partir du 10ᵉ jour, les cellules des entre-nœuds s'allongent et la tige grandit (photo B). - Connaissances : cet allongement cellulaire repose sur l'entrée d'eau dans la vacuole et sur le relâchement de la paroi pectocellulosique. Il s'ajoute aux divisions cellulaires des méristèmes. 2. GA1, la gibbérelline active (Docs 2 et 3) - Voie de synthèse (Doc 2a) : P → GA20 → GA1 → GA8. Chaque étape est catalysée par une enzyme spécifique. - Le BX 112 inhibe la 3β-hydroxylase. Chez les plants traités, GA20 s'accumule (de 23,5 à 96,5 ng·g⁻¹) et GA1 chute (de 6,7 à 1,5 ng·g⁻¹) (Doc 2b). La 3β-hydroxylase catalyse donc la conversion GA20 → GA1. - Doc 3a : avec le BX 112 seul, la tige ne pousse quasiment pas (moins de 5 cm vers le 24ᵉ jour). - Un apport de GA20 n'a qu'un effet très faible. - Un apport de GA1 restaure une croissance identique à celle du témoin (environ 40 cm au 20ᵉ jour). - Doc 3b : la longueur de la tige augmente avec la dose de GA1 (de 10 cm environ à 0,1 µg à plus de 40 cm à 1 µg). Les doses croissantes de GA20 restent sans effet stimulant, la longueur diminuant même légèrement. - Bilan : GA1 est la gibbérelline active, et son effet dépend de sa concentration. GA20 n'en est que le précurseur ; elle n'agit qu'après conversion en GA1 par la 3β-hydroxylase. 3. Les jours longs stimulent la synthèse des gibbérellines (Doc 4) - À J0, les teneurs sont faibles : GA20 = 1,4 ng·g⁻¹ et GA1 = 1,1 ng·g⁻¹. - En jours longs, GA20 augmente : 6,9 ng·g⁻¹ à J4, 18,1 à J8 et 23,1 à J12. - GA1 augmente aussi : 3,5 ng·g⁻¹ à J4, 3,7 à J8 et 7,1 à J12, soit environ 6 fois plus qu'à J0. - L'allongement débute au 10ᵉ jour, quand GA1 dépasse un seuil situé entre J8 et J12. - La photopériode longue, perçue par les feuilles, stimule donc la voie de synthèse des gibbérellines, en particulier la production de GA1. 4. Le déterminisme génétique de la croissance (Doc 5) - Le gène *Le* code la 3β-hydroxylase et s'exprime dans la tige en croissance. - Chez le pois nain, ce gène est muté et l'enzyme n'est pas fonctionnelle. Les entre-nœuds ont alors une longueur quasi nulle. - Chromatogramme a (pois normal) : on détecte GA20, GA1, GA29 et GA8. - Chromatogramme b (pois nain) : GA20 est très abondante (plus de 60 u.a.) et GA29 aussi. GA1 et GA8 (le dérivé de GA1) sont absentes. - Sans 3β-hydroxylase fonctionnelle, GA20 n'est pas convertie en GA1 : elle s'accumule ou est détournée vers GA29, et la tige ne s'allonge pas. - La mutation produit le même effet que l'inhibiteur BX 112 chez l'épinard. Cela confirme que l'expression du gène *Le* conditionne la synthèse de GA1, donc la croissance. Conclusion (schéma bilan) Jours longs (> 13 h) → stimulation de la synthèse des gibbérellines (P → GA20) → expression du gène *Le* → 3β-hydroxylase fonctionnelle → conversion de GA20 en GA1 → accumulation de GA1 jusqu'à un seuil (vers le 10ᵉ jour) → élongation des cellules des entre-nœuds → allongement de la tige (passage de la rosette à la plante montée). La croissance de la tige résulte donc de l'interaction entre un facteur de l'environnement (la photopériode), un facteur génétique (le gène *Le*) et une hormone (GA1) qui agit sur l'élongation cellulaire.
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