Explorez les mécanismes de la nutrition carbonée des plantes avec cette série d’exercices sur les échanges gazeux chlorophylliens destinée aux élèves de 1BAC Sciences Expérimentales (SE).
Partie I : Restitution des connaissances
I-Répondre par Vrai ou Faux.
1. La photosynthèse : a. est un phénomène qui se déroule uniquement dans les feuilles vertes. b. nécessite de la lumière, du CO₂ et de l’eau. c. produit du dioxygène et du glucose. d. se déroule dans les mitochondries des cellules végétales.
2. La chlorophylle : a. est le pigment responsable de l’absorption de la lumière. b. absorbe principalement la lumière verte. c. est contenue dans les chloroplastes. d. est présente dans toutes les cellules végétales.
3. Les échanges gazeux chlorophylliens : a. consistent en une absorption de CO₂ et un dégagement de O₂ à la lumière. b. se font exclusivement par les stomates. c. sont indépendants de l’intensité lumineuse. d. impliquent une libération de CO₂ et une absorption de O₂ dans l’obscurité.
4. Le point de compensation : a. est le moment où la photosynthèse est maximale. b. correspond à l’intensité lumineuse pour laquelle la photosynthèse nette est nulle. c. est atteint lorsque la quantité de CO₂ absorbée est égale à la quantité de CO₂ dégagée par la respiration. d. n’existe pas chez les plantes à l’ombre.
II- Définissez les termes suivants :
- Photosynthèse
- Chloroplaste
- Stomate
- Photosynthèse nette
- Photosynthèse brute
- Point de compensation lumineux
Partie II : Investissement des données et utilisation des connaissances
Exercice 1
Un élève réalise l’expérience suivante : il place une plante verte dans une enceinte hermétique fermée et mesure la concentration en CO₂ à l’intérieur de l’enceinte à différentes intensités lumineuses. Il obtient les résultats suivants :
| Intensité lumineuse (klux) | Variation de [CO₂] (µmol/L/h) |
|---|---|
| 0 (obscurité) | + 4 |
| 1 | + 2 |
| 2 | 0 |
| 4 | – 3 |
| 6 | – 6 |
| 8 | – 8 |
| 10 | – 8 |
- Analysez les résultats du tableau.
- Quelle est la valeur du point de compensation lumineux ? Justifiez votre réponse.
- À quelle intensité lumineuse la photosynthèse est-elle maximale ? Comment appelle-t-on ce phénomène ?
- Expliquez pourquoi la variation de CO₂ est positive dans l’obscurité.
Exercice 2
Pour étudier l’influence de la concentration en CO₂ sur la photosynthèse, un chercheur mesure le dégagement de O₂ par une plante soumise à une lumière constante et à différentes concentrations en CO₂. Les résultats sont présentés ci-dessous :
| [CO₂] (%) | Dégagement de O₂ (µmol/h) |
|---|---|
| 0,01 | 2 |
| 0,03 | 5 |
| 0,06 | 10 |
| 0,1 | 16 |
| 0,3 | 22 |
| 0,5 | 22 |
- Analysez les données du tableau.
- Identifiez le facteur limitant de la photosynthèse dans chacune des phases du graphique.
- Proposez une hypothèse pour expliquer la stabilisation du dégagement de O₂ à partir de 0,3% de CO₂.
Exercice 3
On réalise l’expérience de van Helmont modernisée : des disques de feuilles de plantes sont placés dans deux tubes à essais contenant de l’eau de chaux (réactif qui se trouble en présence de CO₂) :
- Tube A : placé à la lumière
- Tube B : placé dans l’obscurité complète
Après 2 heures d’observation :
- Le tube A présente une eau de chaux restée claire, et les disques ont dégagé des bulles.
- Le tube B présente une eau de chaux trouble, sans dégagement de bulles.
- Interprétez les résultats observés dans chacun des tubes.
- Quelle conclusion peut-on tirer sur le rôle de la lumière dans les échanges gazeux chlorophylliens ?
- Rédigez l’équation bilan simplifiée de la photosynthèse.
Exercice 4
Un chercheur étudie l’effet de la température sur la photosynthèse. Il mesure le dégagement de O₂ à intensité lumineuse et concentration en CO₂ constantes, pour différentes températures :
| Température (°C) | Dégagement de O₂ (µmol/h) |
|---|---|
| 5 | 3 |
| 15 | 10 |
| 25 | 20 |
| 35 | 18 |
| 45 | 5 |
| 55 | 0 |
- Analysez l’évolution du dégagement de O₂ en fonction de la température.
- Quelle est la température optimale pour la photosynthèse dans cette expérience ?
- Expliquez la diminution du dégagement de O₂ au-delà de 35°C.
- À l’aide de ces données et des exercices précédents, citez trois facteurs influençant la photosynthèse.
Exercice 5
Des agriculteurs cultivent des tomates dans des serres. Ils constatent qu’en injectant du CO₂ supplémentaire dans les serres et en augmentant l’intensité de l’éclairage artificiel, leurs rendements augmentent significativement.
- Expliquez, en vous appuyant sur vos connaissances, pourquoi ces deux actions améliorent la croissance des plantes.
- Un agriculteur décide d’injecter du CO₂ la nuit pour économiser de l’énergie. Cette stratégie est-elle efficace ? Justifiez.
- En reconsidérant le bilan de la photosynthèse, expliquez pourquoi la culture en serre fermée peut conduire à un appauvrissement en CO₂ sans apport extérieur.