TP2 – La photosynthèse au niveau cellulaire Les

TP2 – La photosynthèse au niveau cellulaire
Les cellules chlorophylliennes sont autotrophes pour le carbone, elles produisent des molécules organiques à partir de molécules minérales dont le CO2 qui constitue la source
de carbone.
Elles sont phototrophes, l'énergie lumineuse constitue la source d'énergie nécessaire à la photosynthèse.
On cherche à montrer que la photosynthèse se déroule dans les cellules chlorophylliennes et qu'elle s'accompagne d'échanges gazeux.
Ressources
Document 1 : Structure d'une cellule chlorophyllienne
Document 2 : Localisation cellulaire de la photosynthèse
Matériel disponible
La cellule chlorophyllienne, comme toute cellule eucaryote, est
délimitée par la membrane cytoplasmique et renferme un noyau.
Le cytoplasme renferme différents organites dont les
chloroplastes contenant la chlorophylle.
Les cellules végétales sont séparées par un cadre rigide appelé
paroi squelettique.
Dans les chloroplastes des cellules chlorophylliennes
s'effectue la synthèse de molécules organiques à partir de
substances minérales (CO2, H2O et ions).
- Plante aquatique chlorophyllienne éclairée
ou maintenue à l'obscurité pendant plusieurs
heures.
- Matériel pour la réalisation et l'observation
de préparations microscopiques.
- Eau iodée permettant de caractériser
l'amidon.
Dans un premier temps, des glucides sont produits,
principalement du glucose (C6H12O6).
6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2
Cette production de molécules organiques est le résultat de la - Dispositif ExAO avec sonde oxymétrique
photosynthèse, elle nécessite l'énergie lumineuse.
permettant de mesurer la concentration en O2
du milieu.
Une partie des molécules produites est provisoirement
- Plante aquatique placée dans un milieu
stockée dans le chloroplaste sous forme de grains d'amidon. dépourvu en CO2.
L'amidon est un glucide formé de l'assemblage d'un très
- Dispositif pour introduire du CO2 dans le
grand nombre de molécules de glucose.
milieu.
1. Concevoir deux protocoles permettant de vérifier que :
- la photosynthèse s'effectue dans les chloroplastes
- le CO2 est la source de carbone pour la photosynthèse
2. Réaliser les manipulations nécessaires décrites dans la fiche protocole.
3. Présenter les résultats obtenus.
4. Exploiter les résultats obtenus de façon à répondre au problème posé.
FICHE PROTOCLE
Montage de feuilles en présence d'eau iodée
Matériel
- Plante aquatique
- Verre de montre, pince fine
- Eau iodée
- Lames, lamelles
- Microscope
Principe
L'eau iodée de couleur jaune-orangé réagit avec l'amidon, donnant une coloration bleu-violet-noir selon la concentration.
Protocole
- La feuille doit être découpée en plusieurs fragments.
- Pour que l'eau iodée puisse pénétrer, les fragments de feuilles doivent être écrasés avec la pince fine.
- L'action de l'eau iodée est visible après 5 à 10 minutes.
- Le montage est à réaliser dans une goutte d'eau, entre lame et lamelle.
Mesure de la concentration en O2 à l'aide d'un dispositif ExAO
Matériel
- Chaîne ExAO avec sonde
oxymétrique
- Fiche technique de DataStudio
- Petite seringue, pipette
- Solution de NaHCO3 permettant
d'enrichir le milieu en CO2
- Lampe
- Plante aquatique dans une eau
dépourvue de CO2
Protocole
- Découper les feuilles en très petits fragments dans un récipient contenant de l'eau.
- Volume de suspension d'Euglènes à introduire dans le bioréacteur : 12 mL
Avant de lancer la mesure :
- Vérifier que la sonde est bien immergée dans la suspension.
- Préparer une seringue contenant 1 mL de NaHCO3.
- Régler l'agitation sur une vitesse moyenne.
- Attendre quelques minutes la stabilisation du taux d'O2.
Etapes de la mesure :
- Obscurité : 3 minutes
- Lumière : 3 minutes
- Injection de NaHCO3 : 5 minutes
- Obscurité : 3 minutes
CORRIGÉ
1.
Pour montrer que la photosynthèse s'effectue dans les chloroplastes :
L'énoncé indique que la photosynthèse nécessite de la lumière.
Le document 1 indique que les chloroplastes sont situés dans les cellules
chlorophylliennes.
Le document 2 indique que la photosynthèse conduit à la formation de glucides stockés
sous forme d'amidon.
Il faut donc rechercher au microscope la présence ou non d'amidon dans les
chloroplastes des cellules chlorophylliennes avec l'eau iodée qui caractérise l'amidon.
Protocole :
- Prélever une feuille éclairée et une feuille non éclairée pour tester la nécessité de la
lumière.
- Recouvrir chaque feuille avec de l'eau iodée pour tester la production d'amidon.
- Observer les chloroplastes des deux feuilles au microscope.
Si les chloroplastes sont colorés en noir avec l'eau iodée, ils contiennent de l'amidon.
Si la lumière est indispensable, seuls les chloroplastes de la feuilles éclairée seront
colorés en noir, ceux de la feuille non éclairée resteront verts.
Pour montrer que le CO2 est la source de carbone pour la photosynthèse :
D'après le document 2, la production d'O2 et l'absorption de CO2 sont liées.
Ces échanges gazeux ne se font qu'en présence de lumière.
Avec la sonde oxymétrique et le dispositif ExAO, on peut mettre en évidence le rejet
d'O2 en absence et en présence de lumière.
On peut ajouter du CO2 dans le milieu pour montrer qu'il est indispensable, ce qui se
traduira par un rejet d'O2 prouvant qu'il y a bien eu photosynthèse.
On peut réaliser le protocole suivant :
- Placer la plante dans le bioréacteur et placer la sonde oxymétrique.
- Eclairer l'enceinte et lancer la mesure.
Comme le milieu est dépourvu de CO2, il ne devrait pas y avoir de rejet d'O2.
- Ajouter le CO2 dans l'enceinte.
Comme la plante est éclairée, il devrait y avoir rejet d'O2.
- Placer l'enceinte à l'obscurité.
Comme la lumière est indispensable, le rejet d'O2 devrait s'arrêter.
3.
3.
Observation microscopique d'une cellule chlorophyllienne de feuille d'élodée
colorée avec l'eau iodée (x400)
4.
On observe, uniquement dans la feuille éclairée, des chloroplastes colorés en noir par
l'eau iodée. Ils ont donc produit de l'amidon.
Par conséquent, la photosynthèse s'effectue bien dans les chloroplastes en présence
de lumière.
Evolution de la concentration en O2 d'une plante aquatique en fonction de la
lumière et du CO2
4.
En présence de lumière mais sans CO2, la concentration d'o2 tend à diminuer ce qui
caractérise la respiration. Il n'y a donc pas de photosynthèse.
En présence de lumière et de CO2, on observe une augmentation de la concentration
en O2, il y a donc rejet.
Par conséquent le rejet d'o2 est lié à la consommation de CO2.
En absence de lumière et en présence de CO2, la plante ne rejette plus d'O2 donc les
échanges gazeux ne s'effectuent qu'en présence de lumière et caractérisent bien la
photosynthèse.
Pour montrer que la photosynthèse s'effectue dans les chloroplastes :
L'énoncé indique que la photosynthèse nécessite de la lumière.
Le document 1 indique que les chloroplastes sont situés dans les cellules
chlorophylliennes.
Le document 2 indique que la photosynthèse conduit à la formation de glucides stockés
sous forme d'amidon.
Il faut donc rechercher au microscope la présence ou non d'amidon dans les
chloroplastes des cellules chlorophylliennes avec l'eau iodée qui caractérise l'amidon.
Protocole :
- Prélever une feuille éclairée et une feuille non éclairée pour tester la nécessité de la
lumière.
- Recouvrir chaque feuille avec de l'eau iodée pour tester la production d'amidon.
- Observer les chloroplastes des deux feuilles au microscope.
Si les chloroplastes sont colorés en noir avec l'eau iodée, ils contiennent de l'amidon.
Si la lumière est indispensable, seuls les chloroplastes de la feuilles éclairée seront
colorés en noir, ceux de la feuille non éclairée resteront verts.
Pour montrer que le CO2 est la source de carbone pour la photosynthèse :
D'après le document 2, la production d'O2 et l'absorption de CO2 sont liées.
Ces échanges gazeux ne se font qu'en présence de lumière.
Avec la sonde oxymétrique et le dispositif ExAO, on peut mettre en évidence le rejet
d'O2 en absence et en présence de lumière.
On peut ajouter du CO2 dans le milieu pour montrer qu'il est indispensable, ce qui se
traduira par un rejet d'O2 prouvant qu'il y a bien eu photosynthèse.
On peut réaliser le protocole suivant :
- Placer la plante dans le bioréacteur et placer la sonde oxymétrique.
- Eclairer l'enceinte et lancer la mesure.
Comme le milieu est dépourvu de CO2, il ne devrait pas y avoir de rejet d'O2.
- Ajouter le CO2 dans l'enceinte.
Comme la plante est éclairée, il devrait y avoir rejet d'O2.
- Placer l'enceinte à l'obscurité.
Comme la lumière est indispensable, le rejet d'O2 devrait s'arrêter.