Transcription de la vidéo
Dans cette vidéo, nous allons découvrir le fonctionnement de la respiration dans une plante et examiner la relation étroite entre la respiration et la photosynthèse. Nous allons également voir quelques expériences simples que nous pouvons faire pour étudier la respiration et découvrir comment les plantes sont adaptées à ce processus vital.
Si vous pensiez que les animaux étaient les seuls à pouvoir faire des trucs cool, détrompez-vous. Bien que les plantes ne puissent pas courir comme nous, elles effectuent quand même de nombreux processus complexes qui nécessitent de l’énergie, qu’elles obtiennent par la respiration cellulaire. La respiration est le processus cellulaire par lequel le glucose est décomposé pour produire de l’énergie sous forme d’adénosine triphosphate ou d’ATP. Lorsque nous parlons de respiration, nous devons veiller à dire que l'énergie est libérée plutôt que fabriquée car, selon la première loi de la thermodynamique, l'énergie ne peut être ni créée ni détruite.
Il existe deux types de respiration. Le premier est aérobie, qui nécessite de l’oxygène, et le second est anaérobie, qui ne nécessite pas d’oxygène. Bien que certains organismes, tels que les bactéries, tirent leur énergie exclusivement de la respiration anaérobie, les plantes sont quant à elles capables de respirer dans les deux conditions. Cependant, la respiration aérobie est la plus fréquente chez les plantes, c’est donc celle sur laquelle nous allons nous concentrer dans cette vidéo. Alors, où se déroule la respiration dans une plante?
Tout comme les cellules animales, les cellules végétales contiennent des mitochondries. Et c’est là que le glucose est utilisé pour la réaction d’oxydation appelée respiration aérobie, qui libère de l’énergie. Avant d’explorer cette réaction plus en détail, rappelons quelques définitions importantes.
Dans une réaction chimique, un réactif est une substance qui est présente au début et qui subit un changement au cours de la réaction. En revanche, un produit est une substance produite au cours de la réaction, qui est donc présente à la fin de celle-ci. Découvrons maintenant les réactifs et les produits de la respiration en examinant ses équations chimiques. Ces équations montrent que la respiration est le processus par lequel le glucose réagit avec l’oxygène pour produire du dioxyde de carbone et de l’eau, ainsi que de l’énergie sous forme d’ATP. Dans ce type d’équation de réaction, les réactifs sont toujours représentés à gauche de la flèche et les produits sont toujours représentés à droite de la flèche. Donc, pour la respiration, les réactifs sont le glucose et l’oxygène, et les produits sont le dioxyde de carbone et l’eau, ainsi que l’énergie libérée.
Alors que les animaux, comme nous, obtiennent leur glucose de leur nourriture digérée, vous vous souviendrez peut-être que les plantes utilisent la lumière du soleil pour produire leur propre glucose grâce à un processus appelé photosynthèse. Voyons les équations de la photosynthèse. Nous pouvons en déduire que la photosynthèse est le processus par lequel le dioxyde de carbone réagit avec l’eau en présence d’énergie lumineuse pour produire du glucose et de l’oxygène. Que remarquez-vous à propos de la réaction de photosynthèse par rapport à la réaction de respiration?
Vous avez sûrement remarqué que les produits de la respiration sont les réactifs de la photosynthèse, et vice versa, les produits de la photosynthèse sont les réactifs de la respiration. Cela signifie que ces deux réactions ont une relation très étroite. Pendant que la respiration se produit dans les mitochondries, la photosynthèse a lieu dans les chloroplastes voisins. Il est également important de noter que la respiration peut avoir lieu nuit et jour, alors que la photosynthèse ne peut se passer qu’en journée car elle dépend de l’énergie lumineuse du soleil.
Nous pouvons étudier la respiration et sa relation avec la photosynthèse en effectuant quelques expériences de laboratoire simples. Cette figure montre l’installation de la première expérience. Nous avons une plante en pot et un bécher contenant de l’eau de chaux. L’eau de chaux est une solution limpide et incolore d’hydroxyde de calcium, qui est souvent utilisée dans les expériences scientifiques. En présence de dioxyde de carbone, il se forme un précipité de carbonate de calcium qui amène l’eau de chaux à devenir trouble. Elle peut donc nous indiquer si du dioxyde de carbone est produit ou non dans l’expérience.
Dans notre montage expérimental, la plante et l’eau de chaux sont placées sous une cloche. Cela empêche les gaz tels que l’oxygène et le dioxyde de carbone d’entrer ou de sortir de la zone entourant la plante. Enfin, la cloche est recouverte d’un drap épais et sombre pour empêcher toute lumière d'atteindre la plante. Ce montage reste tel quel pendant 24 heures. Arrêtez un coup la vidéo et essayez de prédire ce que nous allons voir lorsque nous soulèveront la cloche après 24 heures. Voyons si vous avez raison.
Nous avons déjà dit que les plantes respirent constamment, en décomposant le glucose et l’oxygène en dioxyde de carbone et en eau. Le dioxyde de carbone produit lors de la respiration est généralement utilisé comme réactif pour la photosynthèse. Mais puisque la plante ne peut pas obtenir de lumière dans notre expérience, elle n’est pas en mesure de réaliser de photosynthèse. Ainsi, le dioxyde de carbone est libéré par la plante dans l’air intérieur de la cloche. Ce dioxyde de carbone rend l'eau de chaux trouble, ce qui démontre que la respiration se produit à l'intérieur de la plante. Voyons maintenant comment utiliser un dispositif expérimental similaire pour étudier le lien entre la respiration et la photosynthèse.
Comme vous pouvez le voir dans la figure, la deuxième expérience est montée presque exactement de la même manière que la première. Sauf que cette fois, au lieu de recouvrir la cloche d'un drap sombre, le montage est exposé à une source de lumière, en l'occurrence une lampe. Alors, que se passera-t-il si nous laissons ce dispositif de côté pendant 24 heures? Cette fois, en plus de respirer, la plante est également capable de réaliser la photosynthèse en recevant l’énergie lumineuse de la lampe. Cela signifie que le dioxyde de carbone produit pendant la respiration est immédiatement utilisé comme réactif pour la photosynthèse, il n’y a donc pas de dioxyde de carbone libéré dans l’atmosphère par la plante et l’eau de chaux reste limpide. Cela démontre que la photosynthèse se produit en même temps que la respiration chez les plantes et que les deux réactions interagissent par le biais de leurs produits et réactifs.
Nous savons que les produits de la respiration fournissent les réactifs pour la photosynthèse et vice versa, mais l’histoire ne s’arrête pas là. Vous connaissez peut-être l'idée qu'une plante est un puits de carbone net. Cela signifie qu'elle absorbe plus de dioxyde de carbone pour la photosynthèse qu'elle n'en rejette après la respiration, même si elle ne réalise la photosynthèse que pendant la journée. C’est également une source nette d’oxygène, puisqu’elle produit davantage d’oxygène par la photosynthèse qu’elle n’en consomme pour la respiration.
Alors, comment une plante est-elle adaptée à cet échange gazeux avec son environnement? Si vous zoomez sur une portion d’une feuille, vous verrez qu’elle possède beaucoup de petites ouvertures à sa surface. Chacune de ces ouvertures est appelée un stomate. Les stomates peuvent s’ouvrir et se fermer pour contrôler la diffusion du dioxyde de carbone et de l’oxygène à l’intérieur et à l’extérieur de la plante. Lorsqu'ils sont ouverts, ils permettent également à l'eau, un produit de la respiration, de diffuser de la plante à l'atmosphère sous forme de vapeur d'eau. La tige d’une plante contient également des structures importantes destinées à l’échange gazeux.
Les pores que vous pouvez voir sur cette figure sont appelés des lenticelles. Et contrairement aux stomates, elles sont toujours ouvertes. Les lenticelles facilitent les échanges de dioxyde de carbone, d’oxygène et de vapeur d’eau avec l’atmosphère. La dernière adaptation que nous allons examiner se trouve dans les racines. Les racines contiennent des cellules spécialisées appelées des poils racinaires, comme celui que vous pouvez voir sur cette figure. Les cellules de poil racinaire ont une grande surface afin de maximiser la quantité d’eau qu’elles peuvent absorber du sol. Cette eau peut également être une source d’oxygène dissous, qui peut ensuite être utilisé par la plante pour la respiration.
Nous avons désormais tout appris sur la respiration dans les plantes. Essayons quelques questions pratiques pour tester nos connaissances sur ce sujet.
Lequel des gaz suivants est produit par la respiration aérobie? (A) le dioxyde de soufre, (B) le monoxyde de carbone, (C) le dioxyde de carbone, (D) l’oxygène ou (E) l’hydrogène.
La respiration est le processus cellulaire par lequel le glucose est décomposé pour libérer de l’énergie sous forme d’adénosine triphosphate ou d’ATP. Tout comme les cellules animales, les cellules végétales sont capables de deux types de respiration: aérobie, qui nécessite de l’oxygène, et anaérobie, qui ne nécessite pas d’oxygène. Cette question nous interroge sur la respiration aérobie, qui est la plus courante. Examinons-la plus en détail.
Vous vous souvenez peut-être que la respiration aérobie a lieu dans des organites appelés mitochondries. Voyons l'équation de la réaction chimique qui se produit ici. De cette équation, nous pouvons voir que le glucose réagit avec l’oxygène pour produire du dioxyde de carbone, de l’eau et de l’énergie sous forme d’ATP. Les substances indiquées à gauche de la flèche désignent les réactifs car elles sont présentes au début de la réaction. Et les substances indiquées à droite de la flèche sont appelées des produits car elles sont produites pendant la réaction.
Maintenant, revenons à notre question. Les deux seuls gaz impliqués dans la respiration aérobie sont le dioxyde de carbone et l’oxygène. Et la question nous demande de déterminer celui qui est produit par la réaction. Nous savons que l’oxygène est un réactif. Par conséquent, le gaz produit par la respiration aérobie est le dioxyde de carbone (C).
Faisons une autre question.
En supposant que la plante est en vie et en bonne santé, quelle est la conclusion de ce montage expérimental montré ci-dessous? (A) La plante respirera mais n’effectuera pas de photosynthèse. (B) La plante effectuera la photosynthèse mais ne respirera pas. (C) La plante ne respirera pas et n’effectuera pas de photosynthèse. Ou (D) la plante effectuera la photosynthèse et respirera.
Retirons pour le moment les options à choix multiples et rappelons ce que sont la respiration et la photosynthèse. Vous vous souvenez peut-être que les cellules végétales effectuent deux réactions chimiques très importantes. La première est la respiration, et la seconde est la photosynthèse. La respiration aérobie est le processus par lequel le glucose est décomposé en présence d’oxygène pour produire du dioxyde de carbone et de l’eau et pour libérer de l’énergie sous forme d’ATP. C’est ainsi que les plantes obtiennent toute l’énergie dont elles ont besoin pour survivre. La photosynthèse est le processus par lequel les plantes convertissent le dioxyde de carbone et l’eau en glucose et en oxygène grâce à l’énergie lumineuse.
Comme la photosynthèse requiert de l'énergie lumineuse, elle ne peut avoir lieu que lorsqu’il fait soleil ou en présence d'une autre source de lumière. La respiration, en revanche, se produit constamment avec ou sans source de lumière. Analysons maintenant le dispositif expérimental présenté dans le schéma.
On nous dit que la plante en pot est vivante et en bonne santé; nous savons donc qu’elle va respirer. Nous pouvons également voir que la plante reçoit de l’énergie lumineuse de cette lampe, ce qui signifie qu’elle réalisera également la photosynthèse. Nous pouvons donc conclure qu’avec cette condition expérimentale, la bonne réponse est (D); la plante réalisera la photosynthèse et respirera.
Résumons ce que nous avons appris dans cette vidéo en passant en revue les points clés. Nous avons découvert que la respiration est le processus par lequel le glucose est décomposé pour libérer de l’énergie sous forme d’ATP. La respiration aérobie a lieu dans les mitochondries. Le glucose et l’oxygène sont les réactifs de la respiration; le dioxyde de carbone, l’eau et l’énergie sont les produits.
La respiration est étroitement liée à la photosynthèse; les produits d’une réaction fournissent les réactifs de l’autre. La respiration chez les plantes se produit tout le temps, alors que la photosynthèse ne peut se produire qu’à la lumière. Et enfin, les plantes possèdent des stomates, des lenticelles et des poils racinaires, ce qui leur permet d’échanger des gaz et de l’eau avec leur environnement.
