Contraintes physiologiques : Lumière, CO2, eau, nutriments

Question 1

Quelles sont le 4 grands facteurs qui influencent le fitness/performance d’un individu ?

Answer 1

• Ressources (lumière, eau, nutriments, CO2)
• Conditions abiotiques (Température, vent, pente, pH, etc.)
• Traits (Morphologiques, physiologique, cycle biologique, comportement)
• Interactions biotiques (Compétiteurs, prédateurs/pathogènes, mutualistes)

Question 2

Quelles sont les grandes questions de l’écologie des individus et comment fait-on pour y répondre ?

Answer 2

Comment une plante fait face aux défis associé à la lumière, l’eau, les nutriments et l’énergie solaire ?
- La clé pour répondre à cette question est les adaptations et les compromis
- Il faut donc comprendre la physiologie et la morphologie des plantes, de plus que les interactions avec leur environnement (sol, atmosphère, etc.)

Question 3

Quelles sont les réponses générale d’une plante aux défis ?

Answer 3

• Éviter : minimiser l’exposition au stress
• Résister/tolérer : minimiser les effets négatifs du stress

Question 4

Afin de maximiser sa performance/fitness, qu’est-ce qu’une plante doit faire ?

Answer 4

• Maximiser l’acquisition de ressources
• Minimiser la perte de ressources
• Répartir les ressources aux différentes fonctions (Selon les défis. Par exemple, un plante qui va manquer d’eau va envoyer ses ressources dans les racines)

Question 5

Comment est-ce que la photosynthèse à été découverte ?

Answer 5

Elle a été découverte au 18 siècle en effectuant une expérience avec des souris. On a remarqué que la flamme d’une chandelle s’étendait et qu’une souris suffoquait en absence d’oxygène, mais que la souris survivait lorsqu’il n’y avait pas d’oxygène en présence d’une plante, mais seulement quand il y avait de la lumière. Alors, la plante influençait nécessairement la composition de l’air et le processus dépendait de la lumière.

Question 6

Quelles sont les deux phases de la photosynthèse ?

Answer 6

• Phase claire : énergie solaire + produits chimiques -> produits chimiques avec plus d’énergie
• Phase sombre (fixation du carbone) : CO2 + H+ +énergie -> sucre

Question 7

Où est-ce que la phase claire de la photosynthèse à lieu ?

Answer 7

Elle a lieu dans les membranes du thylakoïde.
- L’énergie d’un photon lumineux excite le chlorophylle P680 du photosystème II (gain de 2 électrons provenant d’une molécule d’eau = libération d’oxygène).
- Transport des électrons = production d’ATP
- L’énergie d’un autre photon lumineux excite le chlorophylle P700 du photosystème I (gain de d2 électrons)
- Transport des électrons = production de NADPH)

Question 8

Où est-ce que la phase sombre (Cycle de Calvin) de la photosynthèse à lieu ?

Answer 8

Dans le stroma des chloroplastes
- La RuBisCo fixe le le carbone du CO2 sur une molécule de RuBP(5C) -> 2*3PGA (3C)
- La molécule de 3PGA subit une série de transformation à l’aide de l’énergie de la phase claire (ATP et NADPH) jusqu’à devenir du glucose
- La molécule de 3PGA est aussi recyclée pour recommencer la fixation du carbone

Question 9

Qu’est-ce que la photosynthèse nette ?

Answer 9

Photosynthèse brute - Respiration cellulaire (en termes de CO2)

Question 10

Comment est-il possible de mesure le taux de photosynthèse ?

Answer 10

CO2 absorbe la lumière infrarouge. Alors, lorsqu’on détecte moins de lumière infrarouge = plus de production de CO2

Question 11

Qu’est-ce que le point de compensation ?

Answer 11

Sans lumière, la PB=0 et la R>0, alors la PN < 0. Le point de compensation correspond à la quantité de lumière nécessaire pour que PN=0

Question 12

Quelles sont les différents moyens de s’adapter au manque de lumière (ombre) ?

Answer 12

• Feuilles non chevauchantes
• Feuilles minces
• Physiologie (ex. : pigments plus sensibles)
• Évasion
  Il y a des compromis aux adaptations

Question 13

Qu’est-ce que signifie un compromis ?

Answer 13

Lorsqu’une plante investit de l’énergie dans X, cette énergie n’est pas investie dans Y.Signifie qu’un trait qui est adaptatif dans un environnement ne l’est pas dans un autre environnement

Question 14

Quel est la relation entre le taux de photosynthèse maximum, la masse par superficie de feuille et l’azote par masse de feuille ?

Answer 14

Graphique 3D
Taux de photosynthèse maximum :
- Diminue lorsque la masse par superficie de feuille augmente
- Augmente avec l’azote par masse de feuille (azote essentiel à la photosynthèse)
Azote par masse de feuille :
- Diminue avec la masse par superficie de feuille
- Augmente avec le taux de photosynthèse maximal

Question 15

Quel est le compromis entre l’acquisition rapide des ressources et la conservation des ressources ?

Answer 15

Une feuille avec une courte durée de vie va avoir un taux de photosynthèse plus élevé que celui d’une feuille avec une longue durée de vie.
- Pas de feuilles avec courte durée de vie et taux de photosynthèse bas, car la stratégie est désavantagée
- Pas de feuilles avec longue durée de vie et haut taux de photosynthèse, car c’est impossible d’investir les ressources aux deux endroits

Question 16

Pourquoi une plante aurait intérêt à avoir un taux de photosynthèse maximal plus bas lorsqu’il y a beaucoup de lumière ?

Answer 16

Compromis en taux de photosynthèse maximal et photosynthèse lorsque la lumière est basse :
- Une plante qui vit dans un environnement plus sombre va avoir intérêt à avoir un point de compensation plus bas, mais un taux de photosynthèse maximal plus bas

Question 17

Quelles sont les différences entre des feuilles à l’ombre vs des feuilles au soleil ?

Answer 17

À l’ombre :
- Plus minces
- Moins de stomates
- Plus de superficie
- Plus de chlorophyll

Question 18

Est-ce que le carbone est limitant pour la croissance ?

Answer 18

En général, une augmentation de carbone résulte en une augmentation de croissance. Cependant, en absence de nutriments, l’augmentation de carbone n’affecte pas la croissance.

Question 19

De quoi dépend le flux de carbone dans la plante ?

Answer 19

Conductibilité * force
- Force = [CO2]ext/[CO2]int
L’absorption de carbone est donc passive

Question 20

Si l’absorption du carbone est passive, alors pourquoi est-ce qu’une plante n’ouvre pas toujours ses stomates ?

Answer 20

Compromis entre l’acquisition de CO2 et la perte d’eau.
- L’absorption du carbone est passive, mais la perte de l’eau aussi

Question 21

Comment se fait la photosynthèse C3 ?

Answer 21

La RuBisCo n’a pas une grande affinité pour le CO2 et elle catalyse aussi la photorespiration
- Alors, lorsque [CO2] est basse, la photorespiration est favorisée
- Par exemple, lorsqu’il fait chaud et sec, les plantes ferment leurs stomates afin de limiter la perte d’eau. La [CO2] dans les feuilles est basse et la [O2] est haute, la photorespiration est favorisée

Question 22

Comment se fait la photosynthèse C4 ?

Answer 22

La fixation du carbone est effectuée dans une cellule différente que celle en surface. L’enzyme PEP carboxylase transporte le CO2 dans la dite cellule par un intermédiaire à 4C.
- La PEP carboxylase a une affinité plus grande pour le CO2 et n’a aucune autre fonction
- Même si [CO2] faible, il n’y a presque pas de photorespiration, car la [CO2] reste toujours élevée dans la cellule où la RuBisCo fixe le carbone.

Question 23

Quelles sont les avantages et les désavantages de la photosynthèse C4 ?

Answer 23

Avantages :
- Efficacité de l’utilisation de l’eau élevé
- Efficacité de l’utilisation de l’azote élevé
- Taux de photosynthèse maximum élevé
Désavantage :
- Photosynthèse plus coûteuse

Question 24

Dans quelles conditions les C4 sont avantagées ou non ?

Answer 24

Elles sont avantagées lorsque la température augmente, mais pas lorsque le CO2 augmente avec la température.

Question 25

Comment fonctionne la photosynthèse CAM ?

Answer 25

La nuit, pendant que c’est moins humide, les stomates de la plante sont ouverts et le CO2 est stocker sous forme d’acide malique
- Permet une perte moins grande d’eau que si les plantes ouvraient leurs stomates pendant le jour
Le jour, le stock de carbone est utilisé pour faire la fixation du carbone en utilisant l’énergie solaire.

Question 26

Qu’est-ce que le potentiel hydrique ?

Answer 26

Énergie potentielle de l’eau (dans la plante, dans le sol, etc.) - Énergie potentielle de l’eau dans l’eau pure
- L’eau se déplace d’un potentiel hydrique élevé à un potentiel hydrique faible

Question 27

Quelles sont les différentes composantes du potentiel hydrique ?

Answer 27

Osmotique :
- Eau se déplace où il y a plus de solutés
Pression
Capillaire :
- Eau collée sur un objet a moins d’énergie potentielle
Gravité

Question 28

Comment s’adapter aux conditions sèches ?

Answer 28

• Efficacité de l’utilisation de l’eau
• Morphologie/comportement (potentiel de pression négatif = éléments courts et minces)
• Physiologie
• Évasion

Question 29

Donnez des exemples d’adaptations physiologiques à la sécheresse.

Answer 29

• Augmentation des solutés dans une cellule pour promouvoir l’absorption de l’eau.
• Feuilles extrêmement petites pour limiter la perte en eau
• Feuilles perdues pendant la saison sèche (photosynthèse seulement sur tiges)

Question 30

Comment une plante peut s’adapter aux conditions d’inondations ?

Answer 30

Adaptations morphologiques qui facilitent l’échange de gaz

Question 31

Quelles sont les conséquences d’un climat trop froid ou trop chaude sur les plantes ?

Answer 31

Froid
- Dommage aux tissus
- Processus physiologiques couteux
- Manque de temps
Chaud
- Dénaturation des enzymes
- Dommage aux membranes
- Augmentation de la photorespiration

Question 32

Comment est-ce que les conifères s’adaptent au climat froid ?

Answer 32

• Augmentent la concentration osmotique de leurs cellules afin de réduire le point de congélation et d’éviter le dommage aux feuilles
• Surfusion ne marche pas quand il fait trop froid, c’est pourquoi la limite forestière se retrouve ou la température moyenne pendant la saison de croissance est 5-8 degrés.

Question 33

Quel est la différence entre les feuillus et les conifères

Answer 33

Feuillus
- Taux de photosynthèse haut
- Susceptible au gel
Conifères
- Taux de photosynthèse bas
- Tolérance au gel
- Capacité d’exploiter de brèves conditions non gelées

Question 34

Quelles conditions favorise des feuilles caduques vs des feuilles sempervirent ?

Answer 34

Feuillus sempervirent :
- Forêt tropicale (croissance à l’année longue)
Feuillus caduques :
- Forêt tempérée (grand avantage pour les feuillus pendant la saison de croissance)
Conifères sempervirent :
- Forêt boréale (saison de croissance très courte
Conifère caduques :
- Très rare

Question 35

Qu’est-ce qui détermine la capacité d’une espèce à éviter la saison froide ?

Answer 35

Variation des phénomènes périodique de la vie végétale (Phénologie) :
- Temps nécessaire pour la maturation des graines permet de déterminer les limites des distributions géographiques
- Pas de grosses graines dans les habitats très froids, car la saison de croissance n’est pas assez longue

Question 36

Qu’est-ce que la couche limite ?

Answer 36

La couche limite est un couche qui entoure les feuilles et qui limite la perte de chaleur des feuilles. Plus la feuille est grande pour la couche limite est épaisse :
- Perte de chaleur par transpiration (dépende de l’ouverture des stomates), par convection et par conduction.

Question 37

Comment est-ce que la couche limite varie selon les conditions climatiques ?

Answer 37

• Dans les environnements humides, les grandes feuille perdent assez de chaleur par transpiration pour maintenir le bilan énergétique
• Dans les environnements chauds et secs, les feuilles sont à risque de surchauffer. Les feuilles sont donc plus petite afin d’avoir une mince couche limite et augmenter la convection.
• De plus, les feuilles ont d’autres adaptations contre la surchauffe : Angle des feuilles réduit l’énergie radiante et feuilles pubescentes.

Question 38

Quel est la différence entre la saturation, la capacité au champ et le point de flétrissement ?

Answer 38

Saturation
- Quantité maximale d’eau que le sol peut contenir avant drainage
Capacité au champ
- Quantité maximale d’eau que le sol peut retenir après un drainage complet, mais sans excès d’eau libre
Point de flétrissement
- Quantité d’eau restante dans le sol lorsque les plantes ne sont plus capables d’extraire suffisamment d’eau pour compenser la perte par transpiration.

Question 39

Comment est-ce que le pH agit sur la capacité d’échange cationiques ?

Answer 39

Des cations comme la Ca2+, le Mg2+, le K+ et le Na+ provenant de la décomposition de matière organique sont abondants dans le sol et sont tenus par les charges négatives :
- H+ ont plus d’affinités pour les surfaces négatives, ils interagissent donc beaucoup avec la disponibilité des autres cations
- Une acidité faible libère des nutriments que les plantes peuvent absorber, mais une acidité forte libère trop de nutriments
- La pluie cause du lessivage
- Al3+ augmente l’acidité

Question 40

Dans quels types de sols est-ce que les concentrations en H+ est plus élevée ?

Answer 40

Dans les sols argileux, le ratio surface/volume est plus grand = plus de place pour les H+

Question 41

Quelles sont les conséquences pour l’effet de l’agriculture dans les tropiques et les zones tempérées ?

Answer 41

Lorsqu’on regarde la végétation, on peut croire que l’agriculture dans les tropiques seraient plus profitables à cause de l’immense productivité, mais :
- Le sol des tropiques ne stock pas beaucoup de nutriments. Les nutriments sont tous stockés dans la végétation à cause du taux de décomposition rapide et de la réabsorption rapide.
- Dans les zones tempérées, le taux de décomposition est lent et le sol stock beaucoup de nutriments.

Question 42

Qu’est-ce que des micro et des macronutriments ?

Answer 42

• Macronutriments : nutriments que la plante a besoin en grande quantité
• Micronutriments : nutriments que la plante a besoin en petites quantités
• Stœchiométrie : proportions relatives des différents éléments

Question 43

Comment est-ce que les plantes absorbent les nutriments ?

Answer 43

1) Diffusion simple
2) Diffusion facilitée
3) Transport actif
La plupart des nutriments et de l’eau sont absorbés par les poils racinaires

Question 44

Quelles sont les différents adaptations à un manque de nutriments ?

Answer 44

Augmenter la capacité d’absorption :
- Plus de racines (relatifs à la quantité de feuilles et de tiges)
- Plus de protéines transmembranaires
- Différentes protéines transmembranaires
Augmenter l’efficacité de l’utilisation des nutriments :
- Recyclage (Résorption des nutriments avant la mort des feuilles)
- Longue durée de vie des feuilles
- Défense des tissus
- Carnivores
Mutualismes