Nutrition des végétaux : comparer des cultures témoins

Comment un végétal se nourrit-il ?

Un animal se nourrit en mangeant d'autres êtres vivants. Une plante verte, elle, fabrique elle-même sa matière à partir de ressources minérales : elle est autotrophe. La matière qu'elle fabrique, comme les sucres, est de la matière organique, celle qui constitue les êtres vivants.

Ce dont la plante a besoin

Trois ressources sont prélevées dans le milieu :

• l'eau et les sels minéraux dissous, absorbés dans le sol par les racines et conduits vers les feuilles par la sève brute ;
• le dioxyde de carbone de l'air, qui pénètre dans les feuilles par de minuscules ouvertures, les stomates ;
• la lumière, qui apporte l'énergie nécessaire.

Dans les parties vertes, la lumière permet de fabriquer des sucres à partir d'eau et de dioxyde de carbone, et du dioxygène est rejeté : c'est la photosynthèse. Les sucres sont ensuite distribués par la sève élaborée vers toute la plante, utilisés pour grandir ou stockés (racines, fruits, graines). Les sels minéraux interviennent dans la fabrication d'autres constituants, comme les protéines ; sans eux, la croissance est réduite et les feuilles sont pâles.

Comparer des cultures témoins

Pour savoir si un facteur est nécessaire, on compare des cultures identiques en tout point sauf un. La culture témoin reçoit les conditions normales et sert de référence. L'autre culture est privée du seul facteur étudié. Si une différence apparaît, elle est due à ce facteur. Il faut aussi plusieurs plantes par lot et des mesures (hauteur, couleur, nombre de feuilles) plutôt qu'une simple impression.

Un exemple concret

Trois lots de plantules de cresson de même âge sont arrosés de la même façon. Le lot A reste près d'une fenêtre : c'est le témoin. Le lot B est placé dans un placard fermé. Le lot C reste près de la fenêtre mais reçoit de l'eau sans sels minéraux. Après deux semaines, A est vert et robuste. B est plus long, jaune et fragile : c'est l'étiolement, la plantule s'allonge grâce à ses réserves, qu'elle transforme en constituants, mais sans pouvoir réaliser la photosynthèse, donc sans fabriquer de matière organique à partir de matière minérale. C pousse peu et ses feuilles sont pâles. Comme un seul facteur change à chaque fois, on conclut que la lumière et les sels minéraux sont nécessaires.

Un piège à éviter

Beaucoup pensent que la plante « mange la terre ». C'est inexact. Le sol fournit l'eau et les sels minéraux, en faible quantité, mais l'essentiel de la matière organique est fabriqué à partir du dioxyde de carbone de l'air et de l'eau, grâce à la lumière. De même, un engrais n'est pas un aliment qui remplace la lumière : sans lumière, une plante ne fabrique pas de sucres par photosynthèse à partir d'eau et de dioxyde de carbone, même bien fertilisée.

Exercice 1 : lire les résultats de trois lots

Données pédagogiques simplifiées. Trois lots de 10 plantules de haricot, de même âge, sont suivis pendant 14 jours à la même température et arrosés avec le même volume d'eau.

1. Quel lot sert de témoin ? Justifie.
2. Pour les lots B et C, indique le facteur étudié et la conclusion possible.
3. Le lot B est le plus grand : explique pourquoi ce n'est pas un signe de bonne santé.

Exercice 2 : critiquer un protocole

Lina veut savoir si la lumière est nécessaire à la croissance. Elle place un pot de menthe sur un balcon ensoleillé, arrosé chaque jour avec de l'engrais. Elle place un pot de basilic dans une cave, arrosé une fois par semaine, sans engrais. Au bout d'un mois, le basilic est jaune et chétif. Lina conclut : « la lumière est indispensable ».

1. Relève trois différences entre les deux pots, autres que la lumière.
2. Explique pourquoi la conclusion de Lina n'est pas valable.
3. Propose un protocole corrigé : lots, lot témoin, conditions identiques, mesures.

Exercice 3 : d'où vient la matière de la plante ?

Données pédagogiques simplifiées. Deux pots identiques contiennent chacun une plantule de haricot dans de la terre sèche. Les masses sont mesurées au départ puis après 21 jours. Un pot reste à la lumière, l'autre à l'obscurité, arrosés de la même façon.

1. Calcule la variation de masse sèche de la plante dans chaque pot.
2. Dans le pot éclairé, calcule la part maximale du gain de masse de la plante qui peut venir de la terre.
3. Un élève affirme que la plante se nourrit de terre. Réponds en utilisant les résultats des deux pots.

Correction complète

Exercice 1 : correction

1. Le lot A est le témoin : il reçoit toutes les conditions normales (lumière, eau, sels minéraux) et sert de référence pour comparer les autres lots.
2. Lot B : le facteur étudié est la lumière, car c'est la seule différence avec A. Sans lumière, les feuilles sont jaunes : la lumière est nécessaire à des feuilles vertes et à une croissance normale. Lot C : le facteur étudié est la présence de sels minéraux. Sans eux, la croissance est de 5 cm au lieu de 12 cm (7 cm de moins) et les feuilles sont pâles : les sels minéraux sont nécessaires à une croissance normale.
3. Les plantules du lot B s'allongent en utilisant leurs réserves, à la recherche de lumière. Sans lumière, elles ne font pas de photosynthèse : elles ne fabriquent pas de matière organique à partir de matière minérale, mais elles transforment leurs réserves en constituants. Elles sont jaunes et fragiles et finiraient par mourir : c'est l'étiolement.

Exercice 2 : correction

1. Les deux pots diffèrent par l'espèce (menthe et basilic), la fréquence d'arrosage (chaque jour et une fois par semaine) et la présence d'engrais. La température du lieu peut aussi différer.
2. Plusieurs facteurs changent en même temps. On ne peut donc pas savoir si l'état du basilic vient du manque de lumière, du manque d'eau, de l'absence d'engrais ou de l'espèce. Il n'y a de plus qu'une seule plante par condition.
3. On prend deux lots de 10 plantules de la même espèce et du même âge. Le lot témoin est placé à la lumière, l'autre lot dans un placard. Tout le reste est identique : même terre, même volume d'eau, même fréquence d'arrosage, même température, même engrais ou absence d'engrais pour les deux. Chaque semaine, on mesure la hauteur, on compte les feuilles et on note leur couleur, puis on compare les moyennes des deux lots.

Exercice 3 : correction

1. Pot éclairé : 2,3 − 0,5 = +1,8 g. Pot à l'obscurité : 0,4 − 0,5 = −0,1 g.
2. La terre éclairée a perdu 500,0 − 499,8 = 0,2 g. Au maximum, 0,2 g sur 1,8 g viennent de la terre, soit 0,2 ÷ 1,8 ≈ 0,11, c'est-à-dire environ 11 %.
3. L'affirmation est fausse. La terre ne peut expliquer qu'environ 11 % du gain, soit 0,2 g. Les 1,6 g restants (1,8 − 0,2) ont une autre origine : le dioxyde de carbone de l'air et l'eau, transformés grâce à la lumière. À l'obscurité, la plante ne gagne pas de masse malgré la même terre et le même arrosage, elle en perd même un peu, car elle consomme ses réserves sans photosynthèse. La terre seule ne suffit donc pas à faire grandir la plante.