Botanique et Biologie Végétale : Tiges, Racines, Feuilles, Photosynthèse et Cycle Cellulaire

Fiches de révision couvrant l'ensemble du cours de botanique BIOL2143 : l'anatomie et les tissus de la tige, des racines et des feuilles, les voies photosynthétiques (C3, C4, CAM) ainsi que les mécanismes du cycle et de la division cellulaire.

À quelle période géologique s'est déroulée la colonisation du milieu terrestre par les premiers végétaux ?

Il y a $470\text{ à }430\,\text{Ma}$.

Quelles sont les trois grandes catégories de cellules végétales définies selon la structure et la composition de leur paroi ?

Le parenchyme, le collenchyme et le sclérenchyme.

Quelles sont les principales caractéristiques structurales et l'état vital des cellules de parenchyme à maturité ?

Elles possèdent des parois primaires minces, sont métaboliquement actives et demeurent vivantes à maturité.

Qu'est-ce que le chlorenchyme et quel avantage lui confère la finesse de sa paroi primaire ?

Il s'agit d'un parenchyme photosynthétique spécialisé dont la paroi mince permet à la lumière et au $CO_2$ d'atteindre facilement les chloroplastes.

Quel type de soutien mécanique le collenchyme confère-t-il à la plante et comment sa paroi est-elle organisée ?

Il procure un support plastique grâce à une paroi primaire mince par endroits et épaissie de manière inégale en d'autres points.

Quelles sont les deux formes cellulaires du sclérenchyme mécanique et comment se distinguent-elles ?

Les fibres (cellules longues et flexibles) et les sclérites (cellules courtes et inflexibles).

Sur cette illustration des éléments conducteurs du xylème, quelle différence structurale fondamentale distingue la circulation de la sève dans les trachéides (a) de celle dans les éléments de vaisseaux (b) ?

L'eau circule d'une trachéide à l'autre uniquement à travers des couples de ponctuations, tandis que les éléments de vaisseaux possèdent de larges perforations ouvertes à leurs extrémités, permettant un flux continu beaucoup plus direct.

Quelles sont les cellules conductrices du phloème exclusives aux Angiospermes et à quelles cellules métaboliques régulatrices sont-elles associées ?

Les éléments de tubes criblés (munis de cloisons criblées à leurs extrémités), qui sont associés à des cellules compagnes dotées d'un noyau fonctionnel.

Comment s'organisent les faisceaux conducteurs dans la tige d'une eudicotylédone (à droite) comparativement à celle d'une monocotylédone (à gauche) ?

Chez les eudicotylédones, les faisceaux vasculaires forment un anneau ordonné entourant la moelle centrale, alors que chez les monocotylédones, ils sont dispersés dans l'ensemble du tissu fondamental en un réseau complexe.

Quels sont les trois grands types de phyllotaxie rencontrés le long d'une tige végétale ?

Alterne (une feuille par nœud), opposée (deux feuilles par nœud) et verticillée (trois feuilles ou plus par nœud).

En quels tissus primaires se développent respectivement le protoderme, le tissu provasculaire et le méristème fondamental ?

Le protoderme produit l'épiderme, le tissu provasculaire produit le xylème et le phloème primaires, et le méristème fondamental forme le cortex et la moelle.

Quelles sont les trois fonctions majeures assurées par la majorité des racines chez les végétaux ?

Ancrer solidement la plante dans le sol, absorber l'eau ainsi que les minéraux dissous, et synthétiser certaines hormones.

Comment se distinguent le système racinaire pivotant et le système racinaire fasciculé sur le plan morphologique et développemental ?

Le système pivotant provient du radicule qui donne une racine principale proéminente portant des racines latérales (typique des dicotylédones), tandis que le système fasciculé est composé de nombreuses racines adventives d'égale importance ne dérivant pas du radicule (typique des monocotylédones).

Quels rôles cruciaux la coiffe racinaire remplit-elle à l'apex de la racine ?

Elle protège le méristème apical racinaire, sécrète un mucigel lubrifiant facilitant la progression dans le sol et perçoit la gravité grâce à des amyloplastes riches en grains d'amidon.

Quel est le rôle physiologique des bandes de Caspary illustrées ici au niveau de l'endoderme racinaire ?

Imprégnées de subérine et de lignine sur leurs faces radiale et transversale, elles bloquent le passage apoplastique libre de l'eau et des minéraux, forçant leur passage sélectif à travers le protoplasme (voie symplastique) avant l'entrée dans le xylème.

Quelle couche tissulaire de cellules de parenchyme, située juste sous l'endoderme de la racine, est à l'origine de la formation des racines latérales ?

Le péricycle.

Quelle différence d'organisation interne observe-t-on au niveau de la stèle entre une racine de dicotylédone et une racine de monocotylédone ?

La racine de dicotylédone contient du xylème occupant le centre sans moelle centrale, alors que la racine de monocotylédone possède un anneau de xylème et de phloème entourant une moelle centrale bien définie.

Qu'est-ce que le vélamen et chez quel type de plantes le rencontre-t-on ?

Il s'agit d'un épiderme pluristratifié spécialisé prévenant la perte d'eau, présent sur les racines aériennes de nombreuses orchidées épiphytes.

Quelle proportion des plantes s'associe à des champignons ectomycorhiziens et en quoi les endomycorhizes à arbuscules diffèrent-elles dans leur colonisation cellulaire ?

Environ $10\,\%$ des plantes (essentiellement des arbres) forment des ectomycorhizes; les endomycorhizes à arbuscules traversent la paroi cellulaire des cellules corticales sans rompre la membrane plasmique et sont des biotrophes obligatoires.

Quel genre bactérien symbiotique pénètre les poils racinaires des légumineuses pour induire la formation de nodules fixateurs d'azote ?

Le genre Rhizobium.

Quel organe racinaire modifié est illustré ici en train de pénétrer le bois d'une plante hôte pour en extraire les nutriments ?

Un haustorium (ou suçoir), structure spécialisée développée par certaines plantes parasites.

Quels critères morphologiques permettent de différencier avec certitude une feuille composée (pennée ou palmée) d'un rameau portant des feuilles simples ?

L'absence de bourgeon axillaire à l'aisselle des pétiolules, l'absence de bourgeon terminal à l'extrémité du rachis et l'agencement strict de tous les folioles dans un seul plan bidimensionnel.

Quels flux ioniques et phénomènes osmotiques entraînent l'ouverture des cellules de garde d'un stomate sous l'action de la lumière ?

La lumière induit un gradient de protons ($H^+$) provoquant l'accumulation d'ions $K^+$ et $Cl^-$ dans les cellules de garde, ce qui entraîne un appel d'eau par osmose ($H_2O$), provoquant leur turgescence et l'ouverture de l'ostiole.

Quels sont les deux tissus spécialisés constituant le mésophylle sur cette micrographie et quelles sont leurs fonctions respectives ?

Le mésophylle palissadique (en haut), siège principal de la captation lumineuse et de la photosynthèse, et le mésophylle lacuneux (en bas), réseau aérifère facilitant la circulation et la diffusion du $CO_2$ vers les cellules photosynthétiques.

Quelles variations hormonales déclenchent l'abscission foliaire à la base du pétiole chez les plantes à feuilles caduques ?

Une diminution de la production d'auxine associée à une augmentation de la production d'éthylène.

Quelle est l'origine anatomique respective des épines de cactus, des aiguillons de rosier et des épines d'aubépine ?

Les épines de cactus sont des feuilles modifiées, les aiguillons de rosier sont des émergences superficielles de l'épiderme et du cortex, et les épines d'aubépine sont des tiges modifiées lignifiées.

Pourquoi la RubisCO provoque-t-elle la photorespiration chez les plantes en C3 et quelle en est la conséquence énergétique ?

Parce qu'elle possède une affinité pour le dioxygène ($O_2$), dont la fixation produit du phosphoglycolate à $2C$ ; la réassimilation de ce composé consomme de l'ATP et du NADH, diminuant le rendement net de la photosynthèse d'environ $50\,\%$.

Selon ce schéma du métabolisme en C4, comment s'effectue la compartimentation spatiale entre la phase de carboxylation et le cycle de Calvin ?

La fixation initiale du $CO_2$ est réalisée dans les cellules du mésophylle par la PEP carboxylase (formant un composé en C4), puis ce composé migre dans les cellules de la gaine fasciculaire où il subit une décarboxylation libérant du $CO_2$ concentré pour le cycle de Calvin orchestré par la RubisCO.

Combien de molécules d'$ATP$ sont nécessaires pour synthétiser une molécule de glucose chez une plante en C4 comparativement à une plante en C3 ?

$30\,\text{ATP}$ chez les plantes en C4, contre $18\,\text{ATP}$ chez les plantes en C3.

Quel cycle biochimique et quel stockage vacuolaire se produisent durant la nuit chez les plantes en CAM selon ce schéma ?

Les stomates ouverts absorbent le $CO_2$, qui est converti en oxaloacétate puis en malate par la PEP carboxylase, pour être finalement stocké sous forme d'acide malique dans la vacuole.

Quels sont les milieux écologiques qui avantagent respectivement les plantes en C3, C4 et CAM ?

Les plantes en C3 dominent les climats tempérés et humides, les plantes en C4 surpassent les C3 dans les climats chauds et arides, et les plantes en CAM sont optimisées pour les climats chauds et extrêmement arides.

Quelles sont les trois phases successives de l'interphase et quel événement se déroule lors de la phase S ?

Les phases G1, S et G2 ; la phase S (Synthesis) est le moment où l'ADN nucléaire est entièrement répliqué.

Durant quelle phase de l'interphase la cellule végétale synthétise-t-elle les tubulines $\alpha$ et $\beta$ nécessaires à l'élaboration du fuseau de division ?

Pendant la phase G2 (Gap 2).

Quel complexe de microtubules cytosquelettiques est illustré ici en train de diriger les vésicules golgiennes pour former la plaque cellulaire lors de la cytocinèse végétale ?

Le phragmoplaste.

Quelles sont les cinq sous-étapes successives caractérisant la prophase I de la méiose ?

Leptotène, zygotène, pachytène, diplotène et diacinèse.

Quel mécanisme cytogénétique survenant au stade pachytène de la prophase I est représenté sur cette illustration ?

L'enjambement (ou crossing-over), processus au cours duquel des fragments homologues de chromatides non-sœurs s'échangent par recombinaison réciproque.

Qu'est-ce qu'un cénocyte (coenocyte) et par quelle anomalie de la division cellulaire se forme-t-il ?

Une cellule multinucléée issue de plusieurs caryocinèses (divisions du noyau) successives non suivies de cytocinèse (division du cytoplasme).

Comment s'effectue la division des mitochondries et des plastes au sein des cellules végétales ?

Par segmentation autonome (fission binaire) indépendamment du cycle cellulaire nucléaire, grâce à la réplication de leur ADN circulaire d'origine procaryote.