Adaptations des plantes au climat sec Stratégies des plantes xérophytes Collège Lionel-Groulx

Adaptation des plantes aux milieux secs Plan du cours Adaptation des plantes aux milieux secs Implications d’un milieu sec Stratégies caulinaires des cactus et autres xérophytes La RuDP carboxylase et la fixation de l’O2 La photorespiration et les climats secs Stratégies d’évitement de la photorespiration La photosynthèse CAM Comparaison C4/CAM Collège Lionel-Groulx

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En présence d’un climat chaud et sec Par temps chaud, les plantes doivent fermer leurs stomates pour éviter la perte d’eau par évapotranspiration. Dans la feuille:  CO2  O2 Chaleur Sécheresse Ensoleillement Collège Lionel-Groulx

Les cactus Collège Lionel-Groulx Collège Lionel-Groulx

2. Stratégies caulinaires des cactus Plantes « agressives » Diminution de la surface de la plante = diminution de l’évapotranspiration Protection contre les herbivores. Pourquoi ? Collège Lionel-Groulx

2. Stratégies caulinaires des cactus Forme « chandelle » surface exposée indirectement proportionnelle à l’intensité lumineuse Le matin ou en fin d’après-midi: environ la moitié est exposée Le midi: seul le dessus du cactus est exposé Collège Lionel-Groulx

2. Stratégies caulinaires des xérophytes David contre Goliath Il y a beaucoup d’espèces de fourmis dans les régions tropicales et certaines sont très agressives. Voici des fourmis légionnaires qui s’attaquent à un scorpion après avoir détruit une colonie de fourmis coupeuses de feuilles.

Alternative: la mirmécophilie 2. Stratégies caulinaires des xérophytes Alternative: la mirmécophilie Collège Lionel-Groulx Collège Lionel-Groulx

Fixation du carbone CO2 Rappels P 2 Ribulose diphosphate (RuDP) 3-Phosphoglycérate (3PG) Collège Lionel-Groulx

La RubisCO Ribulose Bisphosphaste Carboxylase / Oxygénase La RubisCO et la fixation de l’O2 La RubisCO Ribulose Bisphosphaste Carboxylase / Oxygénase Permet de fixer le Carbone CO2 Permet de fixer l’Oxygène O2 Collège Lionel-Groulx

La RubisCO Capable de fixer le dioxygène (O2) La RubisCO et la fixation de l’O2 La RubisCO Capable de fixer le dioxygène (O2) Si la concentration en O2 est trop forte par rapport à celle en CO2, alors c’est l’activité oxygénase qui sera favorisée → aux dépens de l’activité carboxylase Collège Lionel-Groulx

La fixation de l’O2 O2 La photorespiration et les climats secs P P P 2-Phosphoglycolate P P P Ribulose diphosphate (RuDP) 3-Phosphoglycérate (3PG) Collège Lionel-Groulx

La photorespiration 2O2 CO2 La photorespiration et les climats secs P NAD+ 2 P P 2+1 (RuDP) (3PG) NADH+H+ NADH+H+ ATP NAD+ ADP + Pi Chloroplaste Peroxysome Mitochondrie Collège Lionel-Groulx

Le bilan de la photorespiration La photorespiration et les climats secs Le bilan de la photorespiration Perte de matière organique et d’énergie Diminue l’efficacité de la photosynthèse → réduction de 50% des rendements agricoles due aux pertes de matière organique Collège Lionel-Groulx

Pourquoi alors? Hypothèse: Vestige de l’évolution? La photorespiration et les climats secs Pourquoi alors? Hypothèse: Vestige de l’évolution? Au moment de l’apparition de la RubisCO  atmosphère pauvre en O2 Donc pas besoin de distinguer le CO2 du O2 Mais maintenant est inévitable car plus de O2 Collège Lionel-Groulx

La photorespiration et les climats secs Impact d’un climat sec Photorespiration augmente si trop de O2 par rapport au CO2 dans la feuille Quelle est la structure de la feuille responsable des échanges gazeux? Quel est l’impact du climat sec sur cette structure? Quel est l’impact du climat sec sur la composition en gaz dans la feuille lors de la photosynthèse? Quel est l’impact du climat sec sur la photorespiration? Collège Lionel-Groulx

Impact du climat (réponses) La photorespiration et les climats secs Impact du climat (réponses) Climat normal Climat sec CO2 O2 ▲O2 ▼CO2 CO2 O2 Ouverts Fermés Éviter la perte d’eau Ratio CO2 / O2 élevé Peu de photorespiration de O2 Ratio CO2 / O2 faible de photorespiration Collège Lionel-Groulx

Plantes de climats secs La photorespiration et les climats secs Plantes de climats secs Ferment les stomates pour éviter les pertes d’eau Donc augmentation de O2 vs CO2 lors de la photosynthèse Risque d’augmentation de la photorespiration Collège Lionel-Groulx

Pour éviter la photorespiration: Stratégies d’évitement de la photorespiration Pour éviter la photorespiration: Il faut un ratio CO2 / O2 élevé autour de la RubisCO Photosynthèse de type C4 Exemples: canne à sucre, maïs, graminées Photosynthèse de type CAM Exemples: ananas, cactus Les deux processus présentant de grandes ressemblances, nous nous attarderons aux cactus (CAM) Collège Lionel-Groulx

Photosynthèse CAM NUIT JOUR CO2 PEP Malate CO2 Malate PEP Malate La photosynthèse CAM Photosynthèse CAM NUIT JOUR CO2 Épiderme Épiderme O2 PEP Malate PEP carboxylase CO2 Malate PEP Malate Malate Cycle de Calvin Vacuole Collège Lionel-Groulx

Avantages de la photosynthèse CAM Même si les stomates sont fermés, on libère le CO2 stocké la nuit Donc même si quantité O2 augmente, plus de CO2 autour de la RubisCO Peu de photorespiration JOUR Épiderme O2 PEP CO2 Malate Malate Cycle de Calvin Collège Lionel-Groulx

Comparaison C4 CAM Séparation spatiale (Mésophylle vs Gaine) Climats secs et arides Première fixation du carbone à l’aide de PEP carboxylase (activité carboxylase seulement) Peu de photorespiration Séparation spatiale (Mésophylle vs Gaine) Séparation temporelle (Jour vs Nuit) Collège Lionel-Groulx

La RubisCO peut fixer le CO2 ou l’O2 Si fixation du CO2 Synthèse La RubisCO peut fixer le CO2 ou l’O2 Si fixation du CO2 Cycle de Calvin Photosynthèse normale Si fixation du O2 Photorespiration Diminution de la photosynthèse Perte de matière organique Climat sec augmente la photorespiration car le ratio CO2 / O2 diminue dans la feuille Collège Lionel-Groulx

Synthèse Pour éviter la photorespiration, il existe deux mécanismes d’adaptations des plantes de climats secs: Photosynthèse C4 Séparation spatiale qui permet qu’il y ait plus de CO2 que d’O2 autour de la RubisCO Photosynthèse CAM Séparation temporelle qui permet qu’il y ait plus de CO2 que d’O2 dans la feuille en journée Collège Lionel-Groulx