Exercices: Les tissus végétaux

Nommer les principaux tissus végétaux (méristèmes, parenchymateux, de soutien, conducteurs et de revêtement) et résumer en une phrase le rôle de chacun.

Où se situent les méristèmes dans une plante ? Expliquer pourquoi, grâce à eux, une plante peut croître tout au long de sa vie, contrairement à un animal.

Distinguer le tissu parenchymateux du tissu de soutien : aspect de leurs cellules, épaisseur de la paroi cellulaire et rôle dans la plante, en indiquant où chacun est abondant.

Expliquer ce qu'est un stomate, quelles cellules le forment et quels deux processus vitaux son ouverture et sa fermeture régulent (échanges gazeux et perte d'eau).

Distinguer épiderme et cuticule, et expliquer comment ils protègent ensemble la feuille contre la dessiccation et contre l'entrée d'agents pathogènes.

Qu'est-ce que le chlorenchyme ou parenchyme chlorophyllien ? Différencier le parenchyme palissadique du parenchyme lacuneux et les relier à l'utilisation de la lumière et aux échanges gazeux.

Expliquer pourquoi les cellules conductrices du xylème (trachéides et éléments de vaisseaux) sont mortes et creuses à maturité, et pourquoi cela, loin d'être un problème, améliore leur fonction.

Qu'est-ce que le cambium et où se situe-t-il dans une tige ligneuse ? Indiquer quel tissu il produit vers l'intérieur et lequel vers l'extérieur, et ce qu'il advient d'un arbre dont on retire un anneau complet d'écorce.

Observer la coupe de feuille de l'image. a) Identifier les structures numérotées et le tissu auquel appartient chacune. b) Expliquer le lien de chaque tissu avec la photosynthèse ou le transport des sèves. c) Indiquer par quelle structure l'air entre et sort et comment cet échange est régulé.

Le xylème et le phloème sont les tissus conducteurs de la plante. Comparer leurs cellules conductrices (trachéides et éléments de vaisseaux face aux tubes criblés), le sens du transport et la sève que transporte chaque tissu.

Le collenchyme et le sclérenchyme soutiennent la plante sans lignifier toute sa surface. Expliquer la différence entre ces deux tissus de soutien et la relier au port souple d'une plante herbacée par opposition à la rigidité d'un arbre.

Expliquer comment se forme un cerne annuel de croissance dans le tronc (bois initial et bois final), ce qu'est la dendrochronologie et ce que l'on déduit des cernes très étroits ou très larges sur le climat de chaque année.

Le liège s'obtient du chêne-liège sans l'abattre. Expliquer ce qu'est le phellogène (cambium subéreux), ce qu'est le suber et pourquoi l'écorce peut être prélevée périodiquement, ainsi que la valeur écologique et économique de la subéraie (forêt de chênes-lièges).

Décrire les zones d'une jeune racine (coiffe, zone de division, zone d'allongement et zone des poils absorbants) et expliquer quels tissus interviennent dans l'absorption de l'eau et comment les poils absorbants multiplient la surface.

Comparer la feuille d'un pin (aiguille), celle d'un chêne vert et celle d'un chêne caducifolié : cuticule, forme, stomates et durée de vie de la feuille. Relier chaque caractère au climat auquel elle est adaptée (froid et sécheresse estivale face à des hivers doux et des étés humides).

Les faisceaux vasculaires relient la racine, la tige et la feuille. Expliquer comment ils sont disposés dans la tige et dans la nervure de la feuille, comment distinguer le xylème du phloème sur une coupe au microscope (taille et aspect des cellules, position) et ce que transporte chacun.

Lors d'une expédition botanique, on obtient des coupes transversales de feuilles de deux espèces végétales inconnues provenant de milieux extrêmes :

• Espèce A : épiderme pluristratifié avec une cuticule de 18 µm, stomates confinés exclusivement dans des cryptes stomatiques avec de nombreux trichomes sur la face inférieure et parenchyme palissadique très compact.

• Espèce B : épiderme unistratifié à cuticule imperceptible, stomates situés uniquement sur la face supérieure et mésophylle constitué presque entièrement de vastes cavités intercellulaires cloisonnées.

1. a) Déduire, en le justifiant, les caractéristiques écologiques de l'habitat (disponibilité en eau, exposition au rayonnement et milieu dans lequel elles flottent ou poussent) de chacune des deux espèces à partir de leurs caractères histologiques.
2. b) Prévoir les conséquences physiologiques immédiates que subirait l'espèce B si une sécheresse estivale faisait chuter drastiquement le niveau de l'eau et que ses feuilles se retrouvaient directement exposées à l'air sec et chaud.

On analyse le tronc d'un pin abattu dans une zone méditerranéenne et l'on constate que, dans les cernes correspondant aux années 2012 et 2014, l'épaisseur totale du bois est inférieure à 1,2 mm, avec peu de bois initial, alors qu'en 2010 elle dépassait 4,5 mm. Par ailleurs, une blessure profonde survenue en 2008 dans l'écorce externe a été entièrement obturée par un tissu protecteur blanchâtre.

1. a) Expliquer à l'échelle cellulaire quel méristème secondaire est responsable de la formation des cernes de bois et comment la disponibilité en eau au printemps conditionne la taille des cellules du bois initial par rapport à celles du bois final.
2. b) Identifier le méristème secondaire qui est intervenu dans la cicatrisation de la blessure superficielle en produisant du suber et expliquer ce qu'il serait advenu de la survie de l'arbre si la blessure avait sectionné en profondeur un anneau continu de phloème tout autour du tronc.
3. c) Un élève affirme : « Si l'on plante un clou à 1,5 mètre de hauteur dans le tronc d'un jeune arbre, dans dix ans le clou sera à plus de 3 mètres parce que l'arbre grandit vers le haut. » Réfuter son affirmation en s'appuyant sur le rôle et la localisation des méristèmes primaires et secondaires.

Une équipe d'élèves soumet plusieurs plantules de haricot à deux traitements pendant trois semaines : le lot A est arrosé quotidiennement et le lot B n'est pas arrosé. En observant des coupes de feuilles au microscope, un élève note dans son cahier : « Les feuilles du lot B se sont défendues en synthétisant une cuticule trois fois plus épaisse en quelques jours et en éliminant la moitié de leurs stomates pour ne pas perdre d'eau. »

1. a) Corriger les erreurs conceptuelles de l'élève en distinguant les réponses physiologiques à court terme des adaptations anatomiques évolutives ou liées au développement.
2. b) Décrire quelles différences histologiques et cytologiques réelles on s'attendrait à observer au microscope entre les deux lots au niveau du mésophylle (turgescence cellulaire, volume vacuolaire et espaces intercellulaires) et de l'état des cellules de garde des stomates.
3. c) Justifier comment l'état des cellules de garde du lot B se répercutera sur le taux de photosynthèse et sur le transport de la sève brute depuis la racine à travers le xylème.

Les plantes crassulacées (CAM) vivent dans des zones d'aridité sévère et ouvrent leurs stomates la nuit pour fixer $\text{CO}_2$ sous forme de malate, qu'elles stockent jusqu'au lendemain.

1. a) Si l'on compare au microscope une coupe de feuille d'une plante succulente CAM et celle d'une plante mésophyte C3 typique, quelles adaptations histologiques précises s'attendrait-on à trouver concernant la proportion de parenchyme aquifère par rapport au parenchyme chlorophyllien, l'épaisseur de la feuille et le rapport surface/volume de l'organe ? Justifier la valeur adaptative de chaque caractère.
2. b) Justifier à l'échelle cytologique pourquoi les cellules parenchymateuses chargées de stocker le malate pendant la nuit nécessitent des vacuoles de taille extraordinaire par rapport au volume cytoplasmique.
3. c) Formuler une hypothèse expliquant pourquoi les plantes succulentes présentent généralement des taux de croissance et de biomasse beaucoup plus lents que les plantes non succulentes, en reliant l'histologie de leur mésophylle (résistance à la diffusion des gaz) à leur stratégie photosynthétique.

Dans une étude de dendrogéomorphologie sur un versant de montagne, on extrait des carottes cylindriques de bois de plusieurs conifères. L'analyse montre trois anomalies histologiques :

1. À partir de l'année 2011, les cernes de plusieurs arbres de la partie médiane du versant présentent une nette asymétrie : ils sont beaucoup plus larges sur la face orientée vers l'aval que sur la face orientée vers l'amont.

2. Dans le cerne de l'année 2005, 90 % des arbres du versant présentent un cerne extraordinairement étroit sur tout son périmètre, mais parfaitement concentrique et symétrique.

3. Dans le cerne de 1998 apparaît un coin nécrotique carbonisé, obturé par du tissu de callus parenchymateux et du bois postérieur.

1. a) Déduire et interpréter quel processus géologique, climatique ou écologique s'est produit sur le versant à chacune des trois dates indiquées, en justifiant les conclusions.
2. b) Expliquer le mécanisme biologique par lequel le cambium vasculaire d'un conifère produit un « bois de réaction » asymétrique lorsque le tronc perd sa verticalité.
3. c) Une entreprise de construction soutient que le versant est totalement stable et exempt de risques géologiques depuis plus d'un siècle. Utiliser les données de l'analyse pour réfuter techniquement cette position.

Les mangroves occupent la zone intertidale des côtes tropicales, sur des substrats vaseux hypoxiques et à forte salinité.

1. a) Lors d'une expérience de terrain, on scelle avec une résine imperméable toutes les lenticelles des pneumatophores d'une plantule de palétuvier. Au bout de 48 heures, on détecte un arrêt presque total de l'absorption racinaire des ions potassium et nitrate, bien que ces nutriments soient abondants dans la vase. Justifier physiologiquement ce résultat en indiquant quel processus respiratoire cellulaire et quel mécanisme de transport transmembranaire ont été compromis par le manque d'oxygène.
2. b) Si l'on observe au microscope l'écorce de la racine d'un palétuvier et qu'on la compare à celle d'un arbre de forêt tempérée non inondable, quel tissu parenchymateux spécialisé s'attendrait-on à voir hypertrophié et quelle est sa fonction biomécanique et respiratoire ?
3. c) L'eau de mer présente un potentiel hydrique nettement négatif en raison des sels dissous. Expliquer quel problème osmotique rencontrent les cellules de l'endoderme et du parenchyme racinaire pour absorber l'eau et comment elles le résolvent au niveau vacuolaire pour éviter la plasmolyse.

Un agriculteur réalise deux essais de multiplication dans son exploitation :

• Essai 1 : Il greffe des greffons d'une variété sélectionnée de poirier sur des porte-greffes sauvages. Dans un groupe de porte-greffes, il aligne soigneusement les zones périphériques de la tige et la greffe prend ; dans un autre groupe, les greffons sont insérés en croix, le cortex du greffon se retrouvant en contact direct avec le bois de cœur du porte-greffe, et tous se dessèchent et meurent.

• Essai 2 : Il récolte les graines des poires issues des arbres ayant réussi dans l'essai 1 et les sème, en espérant obtenir des plants donnant exactement le même fruit sans avoir à greffer de nouveau.

1. a) Justifier à l'échelle histologique et cytologique pourquoi l'union a échoué dans le second groupe de l'essai 1 et quel méristème doit coïncider avec une précision millimétrique pour que la continuité des tissus conducteurs soit rétablie.
2. b) Réfuter, en l'argumentant, l'attente de l'agriculteur dans l'essai 2, en expliquant la différence biologique entre la reproduction végétative (origine mitotique du greffon) et la reproduction sexuée (méiose et recombinaison lors de la formation des graines).
3. c) Si un insecte foreur perfore et détruit un anneau complet de phloème à la base du tronc du porte-greffe (sous la zone de greffe), prévoir ce qu'il adviendra, à court et à moyen terme, de la cime de l'arbre et des racines.

Dans un laboratoire de technologie du bois, on étudie deux échantillons cubiques identiques de bois (échantillon A et échantillon B) :

• Échantillon A : Système ligneux homoxylé formé à 92 % de trachéides à ponctuations aréolées et de rayons parenchymateux unisériés très fins ; densité de 0,42 g/cm³.

• Échantillon B : Système ligneux hétéroxylé avec de nombreux vaisseaux de grand diamètre, une forte proportion de fibres sclérenchymateuses à parois densément lignifiées et des rayons parenchymateux larges ; densité de 0,88 g/cm³.

1. a) Déduire à quel grand groupe végétal (gymnospermes ou angiospermes dicotylédones) appartient chaque échantillon, en justifiant la déduction par les types cellulaires observés dans le xylème secondaire.
2. b) Prévoir et justifier lequel des deux bois présentera la plus grande résistance mécanique à la flexion et aux chocs, et lequel aura le plus grand risque de subir une embolie ou une cavitation dans ses éléments conducteurs lors d'un gel intense.
3. c) Un ébéniste observe qu'une porte construite en bois massif de l'échantillon B frotte contre le cadre pendant les mois humides de l'hiver, mais s'ajuste avec du jeu pendant l'été sec. Expliquer la cause physico-chimique de ce phénomène au niveau de la paroi cellulaire végétale et citer quel composant macromoléculaire est le principal responsable de cette hygroscopicité.

Défi du thème. Comment la végétation de votre environnement résiste-t-elle aux variations du temps atmosphérique grâce à son anatomie interne ? En tant que botaniste conseiller, votre mission consiste à relier la structure tissulaire de végétaux accessibles aux conditions climatiques réelles de votre commune.

1. Recueil de données climatiques : Consulter le site de Météo-France et relever l'humidité relative moyenne et les précipitations cumulées de la station météorologique la plus proche de chez vous au cours des $30$ derniers jours.

2. Observation et mesure à la maison : Sélectionner deux échantillons végétaux courants à la maison (par exemple, une branche de céleri et une feuille de laurier ou une plante grasse). Avec l'appareil photo de votre téléphone portable et une règle graduée en millimètres, estimer des épaisseurs (par exemple, des limbes foliaires de $0,2$ mm à $0,5$ mm) et identifier à l'œil nu les tissus conducteurs (faisceaux de xylème et de phloème), les tissus de revêtement et les tissus de soutien (collenchyme ou sclérenchyme).

3. Rapport technique argumenté : Rédiger un rapport d'une page comprenant un tableau comparatif. Justifier comment la répartition et le développement des parenchymes, des tissus vasculaires et des tissus de soutien permettent à chaque végétal de répondre aux niveaux d'aridité ou d'humidité enregistrés par Météo-France.

Seront évalués :

• L'identification anatomique correcte et la justification fonctionnelle des différents tissus végétaux observés.

• L'intégration rigoureuse des données météorologiques officielles de Météo-France dans l'argumentation.

• La qualité technique, la précision des estimations et la clarté de l'organisation du compte rendu comparatif.