Contrôle 3 Semestre 1 SVT 1BAC SE : Production de la matière organique et flux d’énergie (Corrigé)

Ce contrôle 3 du semestre 1 pour les 1BAC Sciences Expérimentales traite de la production de la matière organique et des flux d’énergie. À travers l’étude de la photosynthèse, des pigments chlorophylliens et des facteurs influençant le rendement végétal, testez vos capacités d’analyse expérimentale. Ce sujet avec correction complète vous permettra de maîtriser les schémas de la phase claire et de la phase sombre avant votre examen.

Contrôle Continu : Sciences de la Vie et de la Terre

Niveau : 1ère Bac Sciences Expérimentales

Durée : 2 Heures

Unité : Production de la matière organique et flux d’énergie

Partie I : Restitution des connaissances (5 Points)

1. Définissez les concepts suivants : (1 pt)

• L’osmose : ……………………………………………………………………………………………
• Le spectre d’absorption : …………………………………………………………………………..

2. Répondez par « Vrai » ou « Faux » aux affirmations suivantes : (1 pt)

• a. L’absorption de l’eau par les poils absorbants se fait toujours du milieu hypertonique vers le milieu hypotonique. (………..)
• b. L’ouverture des stomates favorise l’entrée du dioxyde de carbone (CO2) nécessaire à la photosynthèse. (………..)
• c. Le stroma du chloroplaste contient l’équipement enzymatique nécessaire à l’oxydation de l’eau. (………..)
• d. Les pigments chlorophylliens absorbent principalement les radiations vertes de la lumière blanche. (………..)

3. Cochez la (ou les) bonne(s) réponse(s) pour chaque proposition : (1 pt)

• A. La plasmolyse d’une cellule végétale se produit lorsque :
  • [ ] La pression osmotique du suc vacuolaire est supérieure à celle du milieu externe.
  • [ ] La cellule est placée dans un milieu fortement hypertonique.
  • [ ] La cellule absorbe activement des ions.
• B. Lors de la phase photochimique (claire) de la photosynthèse, il y a :
  • [ ] Fixation du CO2 sur le RuBP (Ribulose biphosphate).
  • [ ] Réduction du NADP+ en NADPH,H+ et synthèse d’ATP.
  • [ ] Synthèse de molécules organiques comme le glucose.

4. Complétez le texte ci-dessous en utilisant les termes suivants : (2 pts)

(Termes : thylakoïdes – organique – cycle de Calvin – stroma – lumineuse – chimique)

La photosynthèse se déroule en deux phases complémentaires au sein du chloroplaste. La première phase, strictement dépendante de la lumière, a lieu au niveau des …………………………. ; elle permet la conversion de l’énergie …………………………. en énergie …………………………. (ATP et NADPH,H+). La deuxième phase, appelée …………………………., se déroule dans le …………………………. et utilise cette énergie pour réduire le CO2 et synthétiser de la matière …………………………. .

Partie II : Investissement des données et utilisation des connaissances (15 Points)

Exercice 1 : Les mécanismes d’absorption cellulaire (5 Points)

Pour comprendre les échanges d’eau entre la cellule végétale et son environnement, on réalise des coupes fines dans l’épiderme rouge d’un oignon. Les fragments sont placés dans trois solutions de saccharose de concentrations différentes (C1, C2, C3) pendant 15 minutes.

L’observation microscopique permet de relever l’état des cellules résumé dans le tableau suivant :

Questions :

1. Nommez l’état cellulaire observé dans la solution 1 (C1) et dans la solution 3 (C3). (1 pt)
2. Comparez l’état de la vacuole et de la membrane plasmique dans les solutions C1 et C3. (1 pt)
3. En vous basant sur la loi de l’osmose, expliquez l’aspect de la cellule lorsqu’elle est plongée dans la solution C3 (C3 = 250 g/L). (1.5 pts)
4. Déduisez la concentration interne (isotonique) approximative du suc vacuolaire des cellules d’épiderme d’oignon avant l’expérience. Justifiez votre réponse. (1.5 pts)

Exercice 2 : Rôle des pigments et échanges gazeux chlorophylliens (5 Points)

Afin de déterminer l’efficacité des différentes radiations lumineuses sur l’intensité photosynthétique, on éclaire une suspension d’algues vertes unicellulaires (Chlorelles) par différentes longueurs d’onde. On mesure simultanément le pourcentage d’absorption de la lumière par les pigments chlorophylliens bruts et l’intensité photosynthétique (évaluée par le volume de dioxygène dégagé).

Les résultats expérimentaux sont présentés dans le tableau ci-dessous :

Questions :

1. Sur du papier millimétré, tracez sur le même repère la courbe du spectre d’absorption (en %) et la courbe du spectre d’action (Dégagement de O2 en U.A) en fonction des longueurs d’onde. (1.5 pts)
2. Analysez les données du tableau (ou les courbes tracées) pour dégager les radiations les plus absorbées et les moins absorbées par les pigments chlorophylliens. (1 pt)
3. Comparez les variations du taux d’absorption lumineuse avec celles de l’intensité photosynthétique (dégagement de O2) pour les différentes radiations. (1 pt)
4. Déduisez le rôle précis des pigments chlorophylliens dans le processus de la photosynthèse. (1.5 pts)

Exercice 3 : Les réactions biochimiques de la photosynthèse (5 Points)

Pour comprendre les conditions de la synthèse de la matière organique, on étudie l’expérience de Calvin et Benson. Des chlorelles (algues vertes) sont cultivées dans un milieu éclairé et alimenté en CO2 non radioactif.

À l’instant T0, on injecte dans le milieu du dioxyde de carbone radioactif (14CO2). On suit ensuite, par chromatographie et autoradiographie, l’évolution de la radioactivité dans deux molécules clés du chloroplaste : le RuBP (Ribulose biphosphate, molécule à 5 carbones) et l’APG (Acide phosphoglycérique, molécule à 3 carbones).

L’expérience comporte deux phases :

• Phase A : Les chlorelles sont maintenues à la lumière en présence de 14CO2. On constate que les taux de RuBP et d’APG restent constants (stables).
• Phase B : À un instant T1, on éteint brusquement la lumière (passage à l’obscurité).

Les résultats de la Phase B montrent que la concentration d’APG augmente fortement et rapidement, tandis que la concentration de RuBP chute brutalement jusqu’à s’annuler.

Questions :

1. Analysez l’évolution des concentrations de l’APG et du RuBP après le passage à l’obscurité (Phase B). (1 pt)
2. Sachant que le RuBP se combine au CO2 pour former de l’APG, proposez une hypothèse pour expliquer l’augmentation de l’APG à l’obscurité. (1 pt)
3. Exploitez vos connaissances sur la phase claire pour expliquer pourquoi le taux de RuBP chute rapidement à l’obscurité. (1.5 pts)
4. À partir des données de cet exercice et de vos connaissances, écrivez l’équation bilan globale de la phase sombre (incorporation du CO2). (1.5 pts)

(Fin de l’épreuve – Bon courage !)

Éléments de réponse et barème de notation

Partie I : Restitution des connaissances (5 Points)

1. Définitions : (1 pt)

• L’osmose (0.5 pt) : Phénomène de diffusion de l’eau (solvant) à travers une membrane hémiperméable, du milieu le moins concentré (hypotonique) vers le milieu le plus concentré (hypertonique), dans le but d’équilibrer les concentrations.
• Le spectre d’absorption (0.5 pt) : Graphique ou courbe représentant la quantité (ou le pourcentage) de lumière absorbée par un pigment (ou un mélange de pigments chlorophylliens) en fonction des différentes longueurs d’onde de la lumière blanche.

2. Vrai ou Faux : (1 pt)

• a. Faux (0.25 pt) (L’eau se déplace du milieu hypotonique vers le milieu hypertonique).
• b. Vrai (0.25 pt)
• c. Faux (0.25 pt) (L’oxydation de l’eau a lieu dans la cavité des thylakoïdes, pas dans le stroma).
• d. Faux (0.25 pt) (Ils n’absorbent quasiment pas le vert, c’est pour cela qu’ils le réfléchissent et apparaissent verts).

3. Choix multiples (QCM) : (1 pt)

• A. [x] La cellule est placée dans un milieu fortement hypertonique. (0.5 pt)
• B. [x] Réduction du NADP+ en NADPH,H+ et synthèse d’ATP. (0.5 pt)

4. Texte à compléter : (2 pts – 0.33 pt par mot juste)

1. thylakoïdes
2. lumineuse
3. chimique
4. cycle de Calvin
5. stroma
6. organique

Partie II : Investissement des données et utilisation des connaissances (15 Points)

Exercice 1 : Les mécanismes d’absorption cellulaire (5 Points)

1. Identification de l’état cellulaire : (1 pt)
   • Solution 1 (C1) : Cellule en état de turgescence. (0.5 pt)
   • Solution 3 (C3) : Cellule en état de plasmolyse. (0.5 pt)
2. Comparaison : (1 pt)
   • Dans C1 (turgescence), la vacuole est très volumineuse (gorgée d’eau) et pousse la membrane plasmique qui est plaquée contre la paroi.
   • Dans C3 (plasmolyse), la vacuole est de petite taille (réduite) et la membrane plasmique s’est décollée de la paroi pectocellulosique.
3. Explication par la loi de l’osmose : (1.5 pts)La solution C3 (250 g/L) est un milieu fortement hypertonique par rapport au suc vacuolaire de la cellule d’oignon. Selon la loi de l’osmose, l’eau quitte le milieu le moins concentré (la vacuole / milieu intra-cellulaire) vers le milieu le plus concentré (la solution C3 / milieu extra-cellulaire). Cette perte d’eau massive provoque la diminution du volume vacuolaire et le décollement de la membrane : c’est la plasmolyse.
4. Déduction de la concentration isotonique : (1.5 pts)
   • Déduction : La concentration interne du suc vacuolaire (isotonique) est proche de 90 g/L (soit la concentration de la solution C2). (0.5 pt)
   • Justification : Dans la solution C2, la cellule présente un volume vacuolaire normal et la membrane n’exerce pas de pression extrême sur la paroi (ni turgescence maximale, ni plasmolyse). Cela indique qu’il y a un équilibre osmotique : les flux d’eau entrants et sortants sont équivalents, donc la concentration externe (C2) est approximativement égale à la concentration interne de la cellule. (1 pt)

Exercice 2 : Rôle des pigments et échanges gazeux chlorophylliens (5 Points)

1. Tracé des courbes : (1.5 pts)(À évaluer sur la copie de l’élève)
   • Titre correct (0.25 pt)
   • Axes bien orientés et légendés avec unités (0.5 pt)
   • Respect de l’échelle (0.25 pt)
   • Tracé correct et soigné des deux courbes (Spectre d’action et Spectre d’absorption) avec une légende pour les distinguer (0.5 pt).
2. Analyse de l’absorption : (1 pt)Les radiations les plus absorbées sont situées dans le Bleu (à 430 nm avec 85%) et dans le Rouge (à 660 nm avec 75%). La radiation la moins absorbée est le Vert (à 550 nm avec seulement 5%).
3. Comparaison : (1 pt)On observe un parallélisme parfait (une corrélation) entre le taux d’absorption lumineuse et le dégagement de O2 : l’intensité photosynthétique est maximale pour les radiations fortement absorbées (bleu et rouge) et elle est minimale pour les radiations très peu absorbées (vert).
4. Déduction du rôle des pigments : (1.5 pts)Les pigments chlorophylliens jouent le rôle de « récepteurs » ou « capteurs » d’énergie : ils absorbent spécifiquement certaines radiations lumineuses utiles (l’énergie lumineuse) pour la convertir en énergie chimique, ce qui déclenche les réactions de la photosynthèse (la phase photochimique qui produit l’O2).

Exercice 3 : Les réactions biochimiques de la photosynthèse (5 Points)

1. Analyse (Phase B) : (1 pt)Immédiatement après le passage à l’obscurité, on constate une augmentation brutale de la concentration de l’APG (qui s’accumule) et, parallèlement, une chute rapide de la concentration du RuBP jusqu’à son annulation.
2. Hypothèse : (1 pt)On peut supposer que la réaction de fixation du CO2 sur le RuBP pour former de l’APG ne nécessite pas directement la présence de lumière (elle continue à l’obscurité), ce qui explique l’accumulation d’APG.
3. Explication de la chute du RuBP : (1.5 pts)Durant la phase claire (à la lumière), le chloroplaste produit de l’énergie (ATP) et du pouvoir réducteur (NADPH,H+). Ces molécules sont obligatoires pour réduire l’APG et régénérer le RuBP lors du cycle de Calvin. En passant à l’obscurité, la production d’ATP et de NADPH,H+ s’arrête. L’APG s’accumule car il ne peut plus être transformé, et le RuBP continue d’être consommé pour fixer le CO2 mais n’est plus du tout régénéré. Par conséquent, son taux chute jusqu’à épuisement.
4. Équation bilan globale de la phase sombre : (1.5 pts)(Accepter l’équation avec ou sans la simplification de l’eau, l’essentiel est de voir l’utilisation de l’ATP, du NADPH,H+ et du CO2 pour former du glucose).

6CO2 + 18ATP + 12NADPH,H+ —-> C6H12O6 + 18ADP + 18Pi + 12NADP+ + 6H2O