Physiology Végétale: Auxine, Phytochrome & Stomates

Correction :

a) Phénomène étudié :

Cette expérience étudie la production et la diffusion apicale de l'auxine, ainsi que son rôle dans la croissance de l'élongation des tiges.

b) Prédiction des résultats et justifications :

• Traitement A : L'apex a libéré de l'auxine dans le bloc d'agar. En coupant le bloc en deux et en appliquant une moitié sur un côté de la tige décapitée, on fournit une source d'auxine asymétrique. L'auxine favorise l'élongation cellulaire. Une application latérale entraînera une croissance plus importante du côté où elle est appliquée, provoquant une courbure. Résultat : Croissance latérale significative entraînant une courbure de la tige.
• Traitement B : L'apex a libéré de l'auxine dans le bloc. L'application d'une moitié du bloc sur le côté de la tige décapitée fournira de l'auxine, stimulant l'élongation cellulaire de ce côté. Résultat : Croissance latérale significative entraînant une courbure de la tige. (Ce traitement est similaire au A, mais le mica dans le C rend cette distinction importante).
• Traitement C : La feuille de mica bloque le passage de l'auxine de l'apex vers le bloc d'agar. Par conséquent, le bloc ne contiendra pratiquement pas d'auxine. L'application du bloc sur la tige décapitée n'apportera pas d'auxine. Résultat : Pas de croissance significative de la tige.
• Traitement D : L'apex a libéré de l'auxine dans le bloc. La dissolution du bloc dans l'eau permet de répartir l'auxine dans une solution. L'application uniforme de cette solution sur la surface coupée de la tige décapitée fournit une concentration d'auxine équilibrée sur toute la section. L'auxine stimule l'élongation cellulaire. Résultat : Croissance uniforme significative de la tige, mais pas de courbure.

c) Décapitation et sa nécessité :

La décapitation consiste à retirer l'apex (le bourgeon terminal) de la tige. Elle est nécessaire dans cette expérience pour éliminer la source naturelle d'auxine endogène de la plante. Cela permet aux chercheurs de contrôler précisément la quantité et la localisation de l'auxine appliquée, et ainsi d'observer l'effet spécifique de l'auxine exogène sur la croissance de l'élongation de la tige, sans l'influence de l'auxine produite par l'apex d'origine.

Barème indicatif : a) 2 pts, b) 6 pts (2 pts par traitement), c) 2 pts

Correction :

a) Phénomène mis en évidence :

Ces montages mettent en évidence le transport polarisé de l'auxine. L'auxine n'est pas transportée passivement dans toutes les directions, mais suit un flux directionnel, principalement de l'apex vers la base.

b) Prédiction de la radioactivité et justification :

• Montage 1 : Le bloc source (contenant l'auxine radioactive) est à l'extrémité apicale, et le bloc receveur est à l'extrémité basale. Le transport polarisé de l'auxine se fait de l'apex vers la base. L'auxine radioactive va donc pouvoir traverser le segment de tige et se retrouver dans le bloc receveur. Résultat : Radioactivité élevée dans le bloc receveur.
• Montage 2 : Le bloc source est à l'extrémité basale, et le bloc receveur à l'extrémité apicale. Le transport polarisé de l'auxine étant de l'apex vers la base, l'auxine radioactive ne pourra pas remonter dans le sens inverse. Résultat : Radioactivité faible ou nulle dans le bloc receveur.
• Montage 3 : Le bloc source et le bloc receveur sont tous deux placés à l'extrémité apicale, avec le segment de tige entre les deux. Si l'auxine est transportée de manière polarisée le long de la tige (de l'apex vers la base), elle ne pourra pas retourner dans le bloc source. Le montage semble mal interprété ou mal décrit. Si le but est de montrer le transport le long de la tige, le bloc receveur devrait être à l'autre extrémité. Si le bloc receveur est placé à l'extrémité apicale, l'auxine radioactive ne pourra pas y arriver par transport polarisé. En supposant que le bloc receveur est effectivement à l'extrémité apicale, le résultat sera : Radioactivité faible ou nulle dans le bloc receveur. (Si le bloc receveur était à l'extrémité basale et le bloc source à l'apicale, ce serait comme le montage 1).

Astuce : Le transport polarisé de l'auxine est médiatisé par des protéines membranaires spécifiques (pompes à protons, transporteurs ABC) qui créent un flux unidirectionnel.

Barème indicatif : a) 3 pts, b) 7 pts (2 pts pour chaque montage + justification)

Correction :

a) Rôle de la conversion Pr/Pfr :

La conversion entre Pr et Pfr permet à la plante de détecter la qualité de la lumière. La lumière rouge est généralement associée à la lumière du jour, tandis que la lumière rouge lointain est plus abondante à l'ombre (filtrée par le feuillage d'autres plantes). La forme Pfr est la forme physiologiquement active du phytochrome et déclenche des cascades de signalisation qui régulent la photomorphogenèse : germination, élongation de la tige, développement des feuilles, floraison, etc. En détectant le rapport rouge/rouge lointain, la plante peut ajuster son développement pour optimiser la photosynthèse (en évitant l'ombre) ou pour réagir à des conditions spécifiques (comme la dormance des graines).

b) Prédiction du pourcentage de germination et justifications :

Pour les graines de laitue, la lumière rouge est un signal de germination, tandis que l'obscurité ou la lumière rouge lointain l'inhibent.

• Expérience 1 : Lumière rouge (5 min) convertit Pr en Pfr. La lumière rouge lointain n'est pas appliquée, donc le rapport rouge/rouge lointain favorise la germination. Pfr est la forme active. Résultat : Germination élevée.
• Expérience 2 : Lumière rouge (Pr -> Pfr), puis lumière rouge lointain (Pfr -> Pr). La dernière irradiation étant en rouge lointain, la forme inactive Pr est majoritaire. Résultat : Germination faible (voire nulle, car la dernière irradiation "annule" le signal de germination).
• Expérience 3 : Lumière rouge lointain (Pfr -> Pr). La lumière rouge lointain convertit Pfr en Pr (ou maintient Pr si le niveau de Pfr est déjà bas). La forme inactive Pr est majoritaire. Résultat : Germination faible (voire nulle).
• Expérience 4 : Obscurité totale. Absence de lumière rouge, donc la forme Pr reste majoritaire. Les graines de laitue sont dans un état de dormance. Résultat : Germination faible (voire nulle).

Point méthode : Le résultat de la dernière exposition lumineuse est souvent déterminant pour le déclenchement de la réponse physiologique.

Barème indicatif : a) 4 pts, b) 6 pts (2 pts par expérience)

Correction :

a) Rôle des stomates :

Les stomates sont des structures régulant les échanges gazeux entre la plante et son environnement. Ils permettent :

• L'absorption du dioxyde de carbone (CO2), indispensable à la photosynthèse.
• La libération de dioxygène (O2), produit de la photosynthèse.
• La transpiration, c'est-à-dire la libération de vapeur d'eau, qui contribue au transport de l'eau et des nutriments des racines vers les feuilles et au refroidissement de la plante.

b) Effet du CO2 sur l'indice stomatique :

• Condition 1 (400 ppm) : C'est la concentration de référence. On s'attend à une ouverture stomatique "normale". Résultat : Indice stomatique moyen.
• Condition 2 (800 ppm) : Une concentration élevée de CO2 atmosphérique représente une forte disponibilité de CO2 pour la photosynthèse. La plante n'a donc pas besoin d'ouvrir ses stomates autant pour capter le CO2 nécessaire. De plus, une forte concentration de CO2 peut induire une signalisation qui conduit à la fermeture partielle des stomates. Résultat : Indice stomatique plus faible (fermeture partielle).
• Condition 3 (200 ppm) : Une concentration faible de CO2 limite l'approvisionnement en substrat pour la photosynthèse. Pour maximiser la capture de CO2, la plante aura tendance à ouvrir davantage ses stomates. Résultat : Indice stomatique plus élevé (ouverture accrue).

c) Importance de la régulation stomatique :

Une régulation précise de l'ouverture stomatique est essentielle pour la survie de la plante car elle représente un compromis entre deux besoins vitaux opposés :

• Besoin d'absorber le CO2 : Indispensable pour la photosynthèse et donc pour la production d'énergie et de matière organique. Nécessite des stomates ouverts.
• Besoin de limiter la perte d'eau (transpiration) : Une perte d'eau excessive peut conduire à la déshydratation et à la mort de la plante, surtout en conditions de stress hydrique. Nécessite des stomates fermés ou partiellement fermés.

Une mauvaise régulation peut entraîner soit une photosynthèse insuffisante (si les stomates sont trop fermés), soit une déshydratation rapide (si les stomates sont trop ouverts). La plante doit donc constamment ajuster l'ouverture de ses stomates en fonction des conditions environnementales (disponibilité en eau, en CO2, intensité lumineuse, température) et de ses propres besoins physiologiques.

Barème indicatif : a) 3 pts, b) 5 pts (2 pts pour la prédiction, 3 pts pour la justification), c) 4 pts

Correction :

a) Mécanisme d'action de l'auxine sur l'élongation cellulaire :

L'auxine agit en stimulant l'élongation cellulaire. Elle se lie à des récepteurs spécifiques (comme les récepteurs TIR1) qui activent des facteurs de transcription (comme les facteurs AuxRE). Ces facteurs de transcription induisent l'expression de gènes codant pour des pompes à protons (H+-ATPases) dans la membrane plasmique. Les pompes à protons acidifient la paroi cellulaire en extrudant des protons (H+). L'acidification de la paroi active des enzymes appelées expansines. Les expansines agissent en rompant les liaisons hydrogène entre les microfibrilles de cellulose de la paroi cellulaire, ce qui la rend plus extensible. Sous l'effet de la pression de turgescence de la vacuole, la cellule peut alors s'allonger. L'auxine stimule également la synthèse de nouvelles parois.

b) Déplacement de l'auxine par gravité :

Dans la tige courbée horizontalement, des organites spécialisés appelés statolythes (plastes denses chargés d'amidon) présents dans des cellules de la columelle de la coiffe racinaire ou dans des cellules du parenchyme cortical de la tige, se déplacent sous l'effet de la gravité. Ce déplacement des statolithes induit une signalisation qui provoque le déplacement de l'auxine par transport polarisé. L'auxine est transportée et s'accumule préférentiellement sur la face inférieure de la tige (ou de la racine).

c) Concentrations relatives d'auxine :

En raison de l'accumulation induite par la gravité, la concentration d'auxine sera plus élevée sur la face inférieure de la tige que sur la face supérieure.

• Face supérieure : Concentration d'auxine faible.
• Face inférieure : Concentration d'auxine élevée.

d) Croissance différentielle et retour à la verticalité :

La concentration plus élevée d'auxine sur la face inférieure de la tige va stimuler l'élongation cellulaire de manière plus prononcée sur cette face par rapport à la face supérieure. La face inférieure s'allonge donc plus rapidement que la face supérieure. Cette croissance différentielle va provoquer une courbure ascendante de la tige, la ramenant progressivement à une orientation verticale (croissance dirigée à l'opposé de la gravité).

Point méthode : Le gravitropisme est une réponse d'une partie de la plante à la gravité, impliquant la perception par des statolithes et la redistribution de l'auxine.

Barème indicatif : a) 4 pts, b) 2 pts, c) 2 pts, d) 2 pts

Correction :

a) Signal de l'ombre par la lumière rouge lointain :

La lumière du soleil contient un rapport élevé de lumière rouge par rapport à la lumière rouge lointain. Lorsque la lumière solaire traverse le feuillage d'autres plantes, les pigments de ces feuilles absorbent fortement la lumière rouge, laissant passer plus de lumière rouge lointain. Ainsi, une augmentation du rapport rouge lointain/rouge dans la lumière reçue par une plante est un signal qu'elle se trouve à l'ombre. Le phytochrome, en passant de Pfr (majoritaire sous lumière rouge) à Pr (majoritaire sous lumière rouge lointain), permet à la plante de détecter cette condition d'ombre.

b) Réponse de floraison :

On suppose que le seuil de 12 heures de jour/nuit est déterminant.

Plante A (Jour Long) : Fleurit si Jour > 12h. Le Pfr inhibe la floraison.

1. Jour 10h, Nuit 14h : Durée du jour < 12h. La nuit est longue. La majeure partie de la nuit, la lumière rouge lointain (ou l'absence de lumière) ramène le phytochrome en forme Pr. Le jour, la lumière rouge convertit Pr en Pfr. Si la nuit est longue, le Pfr est dégradé ou reconverti en Pr. Le rapport Pr/Pfr est tel que la floraison n'est pas inhibée. Réponse : Floraison.
2. Jour 14h, Nuit 10h : Durée du jour > 12h. La nuit est courte. La conversion Pfr -> Pr est limitée. Le Pfr reste majoritaire pendant une partie significative de la période critique. L'inhibition due au Pfr est effective. Réponse : Pas de floraison.
3. Jour 10h, Nuit 12h, interruption rouge lointain : Le jour 10h (court) induit la floraison. La nuit de 12h est longue, ce qui tend à ramener le phytochrome en Pr. L'interruption par lumière rouge lointain convertit le Pr en Pfr. Si cette interruption est courte, le Pfr peut rester présent. L'interruption de nuit avec rouge lointain, si elle est assez longue pour convertir une partie du Pr en Pfr, peut inhiber la floraison. Cependant, le facteur clé est la durée de la nuit "continue". Si la nuit est interrompue, cela simule une nuit plus courte. 10h de jour, 12h de nuit + interruption. La nuit effective est plus courte que 12h. Le jour est court (10h). Donc floraison. Réponse : Floraison.
4. Jour 14h, Nuit 10h, interruption rouge : Jour long (14h) induit le Pfr. Nuit courte (10h). L'interruption par lumière rouge convertit Pfr en Pr. Cela pourrait sembler stimuler la floraison, mais le jour est long, donc l'inhibition prévaut. La nuit est courte, donc le Pfr est maintenu. L'interruption par rouge ramène en Pr, ce qui pourrait sembler bon pour la floraison. Mais le jour est long. Le jour long inhibe. Réponse : Pas de floraison. (La longue photopériode est le facteur déterminant ici).

Plante B (Jour Court) : Fleurit si Jour < 12h. Le Pfr stimule la floraison.

1. Jour 10h, Nuit 14h : Durée du jour < 12h. La longue nuit ramène le phytochrome en Pr. Le jour, le Pfr est formé. Si le Pfr stimule la floraison pour les jours courts : Réponse : Floraison.
2. Jour 14h, Nuit 10h : Durée du jour > 12h. La nuit courte ne permet pas de réduire le niveau de Pfr. Le Pfr reste élevé. Si le Pfr inhibe la floraison des jours courts : Réponse : Pas de floraison.
3. Jour 10h, Nuit 12h, interruption rouge lointain : Jour court (10h). Nuit longue (12h). Interruption rouge lointain convertit Pfr en Pr. Si Pr inhibe la floraison des jours courts : Réponse : Pas de floraison.
4. Jour 14h, Nuit 10h, interruption rouge : Jour long (14h). Nuit courte (10h). Interruption rouge convertit Pr en Pfr. Si Pfr stimule la floraison des jours courts : Réponse : Floraison.

c) Rôle de la lumière rouge lointain lors d'une interruption de nuit pour les plantes de jour court :

Pour les plantes de jour court, la floraison est déclenchée par une longue nuit et une durée de jour courte. Le signal critique est souvent la durée de la nuit. Si la nuit est interrompue par de la lumière rouge lointain, cela convertit la forme inactive Pr en forme active Pfr. Si le Pfr est le signal qui déclenche la floraison chez les plantes de jour court, alors cette interruption peut induire la floraison même si la durée du jour n'est pas courte. Cependant, si le Pfr est le signal qui inhibe la floraison chez les plantes de jour court (cas plus fréquent), alors l'interruption par rouge lointain, qui crée du Pfr, peut inhiber la floraison, simulant une nuit plus courte et un jour plus long. Dans notre cas, on a supposé que le Pfr stimule la floraison des jours courts. Donc, l'interruption par rouge lointain convertit Pr en Pfr, ce qui devrait stimuler la floraison si le Pfr est le signal stimulant.

Si l'on suit la logique générale où Pfr est l'indicateur de jour long et Pr de nuit longue, pour une plante de jour court, il faut une longue nuit (beaucoup de Pr) et un jour court. L'interruption de nuit par rouge lointain crée du Pfr. Si le Pfr est le signal inhibiteur des jours courts, alors l'interruption de nuit par rouge lointain peut inhiber la floraison.

Correction du c) : En général, pour les plantes de jour court, c'est la durée de la nuit qui est le critère principal. Une longue nuit est nécessaire. L'interruption de nuit par de la lumière rouge lointain convertit Pr en Pfr. Si Pfr est le signal qui inhibe la floraison chez les plantes de jour court (car Pfr signale un jour long), alors l'interruption par rouge lointain inhibera la floraison. Si Pfr stimule la floraison (moins courant), alors elle la stimulera.

Barème indicatif : a) 3 pts, b) 9 pts (2 pts par condition pour chaque plante), c) 3 pts

Correction :

a) Cheminement du signal lumineux à la germination :

1. Perception lumineuse : La graine est exposée à la lumière rouge. Le phytochrome, présent sous forme Pr inactive, absorbe les photons de lumière rouge.
2. Conversion Pr -> Pfr : L'absorption de lumière rouge induit un changement conformationnel du phytochrome, le transformant en sa forme active Pfr.
3. Signalisation intracellulaire : La forme Pfr est biologiquement active. Elle peut migrer vers le noyau ou interagir avec d'autres composants cellulaires. Elle peut activer des voies de signalisation impliquant des kinases (cascades de phosphorylation) ou d'autres protéines régulatrices.
4. Régulation de l'expression génique : Pfr ou les voies de signalisation qu'il active peuvent se lier à des séquences régulatrices de l'ADN ou interagir avec des facteurs de transcription, modifiant ainsi l'expression de gènes cibles. Certains gènes impliqués dans la germination sont activés.
5. Réponse physiologique : L'activation des gènes appropriés conduit à la synthèse des enzymes et des protéines nécessaires au processus de germination (par exemple, enzymes de mobilisation des réserves, production d'hormones de croissance comme la gibbérelline).
6. Germination : La graine germe.

b) Régulation de l'expression génique par Pfr (exemple hypothétique) :

La forme Pfr du phytochrome peut agir comme un facteur de transcription ou interagir avec des facteurs de transcription. Par exemple, imaginons qu'il existe un gène cible codant pour une enzyme clé de la mobilisation des réserves glucidiques (nécessaire à la germination), appelé "Gène Germ-1".

Exemple hypothétique :

Dans le noyau, la forme Pfr du phytochrome (ou une protéine activée par Pfr) se lie à une séquence régulatrice spécifique sur l'ADN, en amont du promoteur du gène Germ-1. Cette liaison peut soit faciliter l'accès de l'ARN polymérase au promoteur (activation transcriptionnelle), soit recruter d'autres protéines qui activent la transcription. Ainsi, lorsque la lumière rouge est présente, le niveau de Pfr augmente, ce qui entraîne une augmentation de la transcription du gène Germ-1 et donc une production accrue de l'enzyme nécessaire à la germination.

Inversement, dans l'obscurité ou sous lumière rouge lointain, le niveau de Pfr est bas, et la transcription de Germ-1 est faible.

c) Détection de la qualité de la lumière :

Oui, les plantes peuvent détecter non seulement la présence ou l'absence de lumière, mais aussi sa qualité (sa longueur d'onde dominante). Le phytochrome est un excellent exemple de cette capacité. Il existe sous deux formes (Pr et Pfr) qui absorbent différemment la lumière. La lumière rouge convertit Pr en Pfr, tandis que la lumière rouge lointain convertit Pfr en Pr.

• Lumière du jour (lumière rouge dominante) : Favorise la forme Pfr.
• Ombre du feuillage (lumière rouge lointain dominante) : Favorise la forme Pr.

En détectant le rapport entre la lumière rouge et la lumière rouge lointain, la plante peut différencier la lumière directe du soleil de l'ombre et adapter son développement en conséquence (par exemple, en favorisant l'élongation de la tige pour échapper à l'ombre).

Barème indicatif : a) 5 pts, b) 3 pts, c) 2 pts

Correction :

a) Potentiel hydrique et ouverture stomatique :

L'ouverture et la fermeture des stomates dépendent de la turgidité des cellules de garde. Lorsque les cellules de garde ont un potentiel hydrique élevé (c'est-à-dire qu'elles sont turgides, car elles ont accumulé des solutés comme des ions K+ et des acides organiques, ce qui abaisse leur potentiel hydrique interne), cela provoque une entrée d'eau par osmose. Les cellules de garde gonflent et s'arquent, créant une ouverture stomatique. Inversement, lorsque les cellules de garde ont un potentiel hydrique faible (elles perdent de l'eau, deviennent moins turgides), elles s'assouplissent et l'ouverture stomatique se ferme.

b) Contribution de la pression racinaire à la guttation :

La guttation peut être expliquée par la pression racinaire (ou pression positive du xylème). Lorsque les racines absorbent activement de l'eau du sol (ce qui abaisse le potentiel hydrique des cellules racinaires) et que la transpiration est faible (par exemple la nuit, ou par temps humide), l'eau s'accumule dans le xylème. Cette accumulation crée une pression positive qui pousse l'eau vers le haut dans la plante. Si la transpiration est insuffisante pour évacuer cette eau par les stomates, la pression racinaire peut pousser l'eau à travers les hydathodes, qui sont des structures ouvertes et reliées aux faisceaux vasculaires, provoquant ainsi la guttation.

c) Humidité atmosphérique et guttation :

Une humidité atmosphérique élevée réduit le gradient de potentiel hydrique entre la feuille et l'air. Cela diminue le taux de transpiration. Si la plante absorbe toujours de l'eau par ses racines, la combinaison d'une faible transpiration et d'une absorption d'eau continue peut entraîner une accumulation d'eau dans le xylème et une augmentation de la pression racinaire. Cette pression peut alors favoriser la guttation par les hydathodes. De plus, une humidité élevée favorise le maintien d'un potentiel hydrique élevé dans les cellules de garde, ce qui peut contribuer à une ouverture stomatique persistante, bien que le principal moteur de la guttation soit souvent la pression racinaire agissant contre des stomates peu actifs.

d) Guttation vs Transpiration :

Non, la guttation et la transpiration ne sont pas le même phénomène.

• La transpiration est la perte d'eau sous forme de vapeur à travers les stomates (principalement) et, dans une moindre mesure, par la cuticule. Elle est principalement régulée par l'ouverture des stomates et dépend du gradient de pression de vapeur d'eau entre la feuille et l'atmosphère.
• La guttation est la libération d'eau sous forme liquide à travers des structures spécifiques appelées hydathodes, souvent situées sur les marges des feuilles. Elle est principalement causée par la pression racinaire positive dans le xylème.

Les deux processus impliquent une perte d'eau par la plante, mais les mécanismes, les structures impliquées et les conditions favorisant chacun d'eux sont différents.

Barème indicatif : a) 4 pts, b) 3 pts, c) 3 pts, d) 2 pts

Correction :

a) Effets différents de l'auxine sur la tige et la racine :

Les cellules des racines et des tiges présentent une sensibilité différentielle à l'auxine. Pour les cellules de la tige, l'auxine est un stimulateur de croissance sur une large gamme de concentrations. L'élongation cellulaire est maximale à des concentrations relativement élevées (par exemple, 10^-5 M à 10^-4 M). Cependant, pour les cellules des racines, la réponse est beaucoup plus sensible. Les concentrations d'auxine qui stimulent la croissance des tiges peuvent être supra-optimales, voire inhibitrices, pour la croissance des racines. L'élongation des cellules racinaires est stimulée par des concentrations d'auxine très faibles (par exemple, 10^-10 M à 10^-8 M), et est inhibée à des concentrations plus élevées (par exemple, au-delà de 10^-6 M).

Ce phénomène est souvent expliqué par la théorie de la "dose-réponse", où la sensibilité des cellules à un stimulus varie selon le type de tissu.

b) Gravitropisme positif des racines :

Lorsqu'une racine est courbée horizontalement, la gravité induit un déplacement de l'auxine, qui s'accumule sur la face inférieure de la racine. Dans la racine, cette concentration d'auxine accrue sur la face inférieure est inhibitrice pour l'élongation cellulaire. Par conséquent, la face inférieure de la racine s'élongera moins que la face supérieure (où la concentration d'auxine est plus faible et donc moins inhibitrice, voire légèrement stimulante). Cette croissance différentielle, avec moins d'élongation sur la face inférieure et plus sur la face supérieure, provoque une courbure vers le bas (gravitropisme positif), ramenant la racine à s'orienter parallèlement à la force de gravité.

c) Application d'auxine sur racine décapitée :

Si l'on applique de l'auxine sur toute la circonférence de la partie supérieure d'une racine décapitée, et en supposant que la concentration appliquée est dans la gamme qui serait optimale pour la tige (donc supra-optimale pour la racine), on observera une inhibition de la croissance, voire aucun changement significatif. La concentration d'auxine apportée serait trop élevée pour stimuler l'élongation des cellules racinaires et entraînerait plutôt une inhibition de leur croissance par rapport à une racine non traitée ou traitée avec une concentration plus faible.

Astuce : La réponse d'une plante à l'auxine est fortement dépendante de la concentration et du type de tissu.

Barème indicatif : a) 4 pts, b) 4 pts, c) 2 pts

Correction :

a) Influence individuelle de la lumière et du stress hydrique :

• Lumière : La lumière, en particulier la lumière bleue, est un signal majeur pour l'ouverture des stomates. Elle active les pompes à protons dans les cellules de garde, provoquant l'entrée d'ions et d'eau, et donc l'ouverture des stomates. La lumière est indispensable à la photosynthèse, qui nécessite du CO2, donc les stomates doivent s'ouvrir pour capter ce gaz. Effet : Ouverture des stomates.
• Stress hydrique : En cas de manque d'eau, la plante doit réduire ses pertes d'eau par transpiration. Le stress hydrique déclenche la production de l'hormone acide abscissique (ABA). L'ABA agit sur les cellules de garde pour induire la fermeture des stomates, même en présence de lumière. Effet : Fermeture des stomates.

b) Prédiction de l'indice stomatique et justification :

Il s'agit d'intégrer les deux signaux. La lumière favorise l'ouverture, le stress hydrique favorise la fermeture. La plante cherche à trouver un équilibre.

• Expérience 1 : Forte lumière, hydratation normale. Les deux signaux vont dans le même sens : lumière favorise ouverture, bonne hydratation permet ouverture. Les stomates s'ouvriront largement. Résultat : Indice stomatique élevé.
• Expérience 2 : Forte lumière, stress hydrique. La lumière favorise l'ouverture, mais le stress hydrique, via l'ABA, induit la fermeture. Le stress hydrique est une menace plus immédiate pour la survie. La plante va privilégier la conservation de l'eau. L'ouverture sera donc réduite. Résultat : Indice stomatique faible (fermeture significative).
• Expérience 3 : Obscurité totale, hydratation normale. L'absence de lumière supprime le signal d'ouverture. La bonne hydratation ne pousse pas à la fermeture. Les stomates seront donc probablement partiellement ouverts, mais pas autant qu'en pleine lumière. Résultat : Indice stomatique faible à moyen.
• Expérience 4 : Obscurité totale, stress hydrique. L'obscurité ne stimule pas l'ouverture, et le stress hydrique induit la fermeture. Les deux signaux vont dans le sens de la fermeture. Les stomates seront fermés. Résultat : Indice stomatique très faible (proche de la fermeture totale).

c) Action de l'acide abscissique (ABA) :

L'acide abscissique (ABA) est une phytohormone clé dans la réponse au stress hydrique. Il agit sur les cellules de garde en provoquant une sortie d'ions (notamment K+) et de sucrose du cytoplasme des cellules de garde. Cette sortie d'ions diminue le potentiel hydrique des cellules de garde, entraînant une perte de turgescence. Les cellules de garde s'assouplissent, et les stomates se ferment. Cette action de l'ABA est parfaitement cohérente avec les prédictions pour les expériences 2 et 4, où le stress hydrique conduit à une fermeture des stomates malgré la présence de lumière dans l'expérience 2. L'ABA permet à la plante de réagir rapidement à un déficit hydrique pour limiter les pertes d'eau, même au détriment de la capture de CO2.

Barème indicatif : a) 4 pts, b) 6 pts (2 pts par expérience + justification), c) 2 pts