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AP « soutien SVT »

Exercice 1. Exploiter un graphique / une expérience – mettre en relation des données. © D’après SVT 2nde 2010 Hachette Éducation.

Un expérimentateur réalise une

expérience assistée par ordinateur. Pour cela, il place dans un bioréacteur des fragments de feuille d’élodée (plante aquatique chlorophyllienne) dans de l’eau enrichie en CO2. Il mesure l’évolution des concentrations en O2 et CO2 grâce à des sondes. Les conditions de mesure sont :

- obscurité de 0 à 2 min ; - lumière de 2 min à 4 min

obscurité de 4 min à 6 min.

1. Évolution de la concentration en CO2 dans un bioréacteur contenant des chlorelles.

En 1941, les expériences de deux scientifiques américains, Ruben et Kamen, ont permis de compléter la compréhension des processus évoqués dans le document 1. Pour cela, des végétaux sont placés en présence de molécules d’eau et de dioxyde de carbone dont les éléments chimiques sont marqués à l’aide d’une technique biochimique, le tout étant effectué à la lumière. Les molécules produites sont ensuite analysées (expérience 1).

Une expérience complémentaire réalisée par d’autres chercheurs, a permis de suivre le devenir du dioxyde de carbone (expérience 2)

Expérience 1 Expérience 2 L’élément chimique O de la

molécule d’eau est marqué.

H2O* et CO2

Les deux éléments chimiques O de la molécule de dioxyde de carbone sont marqués.

H2O et CO*2

L’élément chimique C de la molécule de dioxyde de carbone est marqué.

H2O et C*O2 Molécules produites O*2 O2 C*6H12O6 (glucose) et O2

2. Des expériences complémentaires.

Question : exploiter les différentes expériences pour expliquer les phénomènes observés. Exercice 2. Exploiter des données expérimentales / graphique et mettre en relation des informations.

Un élève prépare deux ballons, l’un contenant 100 mL de solution nutritive exclusivement minérale (A), l’autre 100 mL d’eau déminéralisée (B). Il verse par la suite 2 mL d’une solution d’euglènes (algues unicellulaires chlorophylliennes) dans chaque récipient et les place à la lumière. A t=0, 3 et 6 jours, à l’aide d’une lame de comptage, il dénombre les cellules dans chaque culture (la numération est réalisée après avoir dilué 100 fois).

T (en jours) Culture A* Culture B*

0 1,2 1,2 3 1,5 1,5 6 2,2 1,4

* Comptage en millions de cellules par mL.

Étude du rôle des sels minéraux dans la multiplication de l’euglène. © SVT 2nde Belin 2010 Note : la multiplication des Euglènes implique la production de matière organique.

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L’élève fait ensuite des mesures plus précises, en étudiant divers sels minéraux.

Évolution de la biomasse produite par quatre cultures végétales dans différentes

conditions. © SVT 2nde Belin 2010

- Montrer par une exploitation rigoureuse des différentes expériences que les sels minéraux sont nécessaires à la production de matière organique par les végétaux chlorophylliens. Exercice 3. Réaliser et exploiter un graphique / Mettre en relation des informations.

On a mesuré l’ensoleillement moyen terrestre au sommet de l’atmosphère terrestre en fonction de la latitude, tout au long de l’année. Le tableau ci-dessous présente les valeurs obtenues. Les latitudes positives correspondent à l’hémisphère Nord et celles négatives à l’hémisphère Sud.

Latitudes 21 mars 22 juin 90° (pôle N) 0 524

70° 149 492 50° 280 482 30° 378 474

0° (équateur) 436 384 -30° 378 213 -50° 280 80 -70° 149 0

-90° (pôle S) 0 0

1. Énergie solaire (en W.m-2) reçue par la Terre à deux dates différentes.

2. Surface terrestre éclairée par un même faisceau de lumière solaire à l’équateur et à 45° de latitude (situation au 21 mars à midi). © SVT 2nde Belin 2010

1. Construisez le graphique représentant les évolutions de l’ensoleillement en fonction de la latitude au mois de mars. Echelle : - 1 cm -> 10° et 1 cm -> 40 W.m-2

2. Analysez votre graphique en utilisant le document 2.

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Exercice 4. Exploiter des expériences / Mettre en relation des informations.

Les documents ci-dessous présentent les expériences de F. Griffith, médecin et bactériologue anglais, réalisées en 1928.

Expérience 1 Expérience 2 Expérience 3 Expérience 4 Protocole Injection de bactéries

possédant une capsule

Injection de bactéries ne possédant pas de capsule

Traitement thermique des bactéries possédant une capsule, puis injection de ces bactéries

Traitement thermique des bactéries possédant une capsule, puis ajout des bactéries ne possédant pas de capsule, enfin injection.

Résultat Mort de la souris

La souris survit

La souris survit

Mort de la souris

Analyse sanguine

des souris Bactéries à capsule

Pas de bactérie

Pas de bactérie

Bactéries à capsule

Doc1. Des expériences réalisées avec deux souches bactériennes similaires, l’une possédant une capsule, l’autre non. © Hachette Éducation 2010.

On a broyé puis séparé les différents éléments composant les bactéries à capsule. Ces éléments sont

placés en contact avec des bactéries ne possédant pas de capsule.

Mélange effectué Capsules + bactéries sans capsule

Cytoplasme des bactéries à capsule + bactérie sans capsule

ADN des bactéries à capsule + bactéries

sans capsule Résultat de l’expérience

Bactéries sans capsule Bactéries sans capsule Bactéries à capsule

Doc2. D’autres expériences sont réalisées afin de comprendre les résultats obtenus. © Hachette Éducation 2010.

1. Après avoir étudié les expériences du document 1, formuler une hypothèse permettant d’expliquer la mort des souris dans l’expérience 4.

2. Vérifier l’hypothèse formulée à l’aide du document 2. Exercice 5. Exploiter des expériences / Mettre en relation des informations. © SVT 2nde Nathan 2000

1. Résumez en quelques lignes, à partir des données du schéma, le protocole suivi. 2. Précisez sous forme d’un tableau, les résultats de l’expérience. 3. Montrez, à partir de ces résultats, que le noyau contient l’information génétique de la cellule.

Les acétabulaires sont des algues surprenantes, encore abondantes le long du littoral méditerranéen. Si elles sont constituées d’une seule cellule, elles n’en demeurent pas moins géantes et apparemment très organisées : elles sont constituées d’un long pédoncule de 4 à 5 cm de long, portant une ombrelle dont le diamètre dépasse très souvent 8 mm. L’unique noyau est localisé à la base du pédoncule. Deux espèces d’acétabulaires sont facilement identifiables grâce à leurs ombrelle : A. mediterranea en possède une à bord lisse ; celle d’A. crenulata à des bords crénelés. Des expériences ont été réalisées (schéma ci-contre).

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Exercice 1. Exploiter un graphique / une expérience – mettre en relation des données.

Document 1. - Étude de la variation de concentration en CO2 et O2 dans un milieu constitué d’élodée et d’eau, selon deux conditions (lumière ou obscurité), au cours du temps. - À l’obscurité (0 à 120s) : hausse de la concentration en CO2 (environ 7 mg.L-1), baisse de celle en O2 (5 mg.L-1 environ). Même constat entre 240 et 300 s). - Si la concentration en gaz diminue dans le milieu, c’est que le végétal en consomme (et inversement, si elle augmente, il en produit). Ainsi, l’élodée produit du CO2 et consomme du O2 à l’obscurité : il s’agit de la respiration. - À la lumière, on observe l’effet inverse : baisse de la concentration en CO2 dans le milieu (de 5 mg.L-1), hausse de celle en O2 (+7 mg.L-1). L’élodée consomme du CO2 et produit du O2 : c’est la photosynthèse. La respiration se produit toujours, mais elle est masquée par la photosynthèse.

Conclusion : l’élodée pratique la photosynthèse uniquement en présence de lumière.

Document 2. Toutes les expériences sont effectuées à la lumière. Expérience 1. On fournit de l’eau dont l’atome d’O est marqué, à un végétal (les deux O du dioxyde de carbone ne sont pas marqués). Ce dernier produit du O2 dont le O est marqué. Hypothèse : il semble que l’atome d’O de l’O2 provienne du O de H2O. Expérience inverse : on fournit du dioxyde de carbone dont les atomes d’O sont marqués, à un végétal (cette fois-ci l’eau n’est pas marquée). L’O2 produit par ce dernier n’est pas marqué. Cela confirme donc notre hypothèse : l’O de la molécule d’O2 provient de l’O d’H2O et non de CO2. Expérience 2. Cette fois, on marque le C du CO2. Le végétal produit alors une molécule organique, le glucose, dont le C est marqué. Le C du glucose provient donc du C du CO2. Conclusion.

Les végétaux chlorophylliens réalisent donc la photosynthèse à la lumière. Ils consomment du CO2, de l’H2O (molécules minérales) et produisent du O2 et des molécules organiques (le glucose). L’O de l’O2 provient du O de H2O ; le C du glucose provient, quant à lui, du C du CO2. Equation envisageable (non équilibrée) :

lumière H2O + CO2 ---------------> C6H12O6 + O2

Exercice 2. Exploiter des données expérimentales / graphique et mettre en relation des informations.

On réalise deux expériences. Pour cela, on place des euglènes (algues unicellulaires chlorophylliennes) dans deux ballons A et B. Le ballon A contient de l’eau minérale, le B de l’eau déminéralisée (absence d’ions minéraux). Les euglènes sont passées à la lumière, et on compte la population de cellules en début d’expérience, à 3 puis à 6 jours. A l’origine, la concentration en euglènes est la même dans les deux milieux A et B (1,2 millions de cellules par mL). A J3, là encore la concentration est identique et en hausse dans les deux milieux (+ 0,3 millions de cellules par mL). A J6, les concentrations en algues sont encore en hausse dans le milieu A (+ 0,7 millions de cellules par mL), en revanche elle est en baisse dans le B (- 0,1 millions de cellules par mL). Cela se voit à la couleur des flacons, plus verte dans le milieu A, montrant visuellement plus d’algues dans ce flacon. On en conclu donc que les cellules d’euglènes se sont multipliées à la lumière, en présence d’ions minéraux en solution. Ces algues étant photosynthétiques, cela montre que ces ions sont nécessaires pour que la photosynthèse, et donc la production de matière organique, se déroule correctement.

Le graphique représente la biomasse produite par quatre cultures végétales en contact ou non avec différents sels minéraux, au cours du temps, Le lot n°1, sans ajouts de sels minéraux, est le lot témoin (référentiel). La biomasse produite est faible en 2,5 mois (environ 70 kg.m-2) Le lot n°2, en présence d’un sel minéral riche en azote, la biomasse produite est bien plus forte sur la même période de temps (160 kg.m-2). La biomasse reflétant la production de matière organique, donc la photosynthèse, on peut dire que l’azote est nécessaire à la photosynthèse. Le lot n°3, en présence d’un sel minéral riche en phosphore. La biomasse produite est équivalent au lot témoin : ce sel minéral ne semble pas avoir d’impact sur la production de matière organique, donc sur la photosynthèse. Le lot n°4 combine la présence des deux sels minéraux. La biomasse produite est cette fois bien plus importante (280 kg.m-2). Alors que le phosphore seul n’a aucun impact sur la photosynthèse, la combinaison avec l’azote semble fortement accroître le rendement de celle-ci. Conclusion :

La photosynthèse produit de la matière organique, en présence de lumière. Cette production est bien plus importante en présence de sels minéraux, particulièrement riches en N et P. Exercice 3. Réaliser et exploiter un graphique / Mettre en relation des informations.

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On constate que l’énergie solaire reçue est nulle aux pôles, et croît lorsqu’on se dirige vers l’équateur, où elle atteint un maximum. Or, le schéma du document 2 montre qu’à l’équateur, 1m2 de rayon solaire éclaire 1 m2 au sol. Inversement, à mi-chemin du pôle (45°), 1 m2 de rayon solaire éclaire 1,4m2 au sol : par conséquent l’énergie est répartie sur une plus grande surface qu’à l’équateur. Ainsi, plus on monte en latitude, plus le m2 d’énergie se répartit sur une grande surface, et donc moins l’énergie reçue sur une même unité de surface est grande. Cela est dû à la sphéricité de la Terre, et cela explique l’évolution constatée dans le graphique. Exercice 4. Exploiter des expériences / Mettre en relation des informations.

Prélèvement des données Interprétation / mise en relation Expérience 1. Les bactéries à capsule provoquent la mort de la souris. Expérience 2. Les bactéries à capsule ne provoquent pas la mort de la souris (et son éliminées de l’organisme). Expérience 3. Les bactéries à capsules traitées thermiquement ne provoquent pas la mort de la souris (et sont éliminées). Expérience 4. Même protocole que l’expérience 3, mais ajout en plus de bactéries sans capsule. Cela provoque une mort de la souris, et l’apparition de bactéries à capsule.

- Témoin 1, prouvant la pathogénicité des bactéries à capsule. - Témoin 2, prouvant la non-pathogénicité des bactéries sans capsule. - Le traitement thermique tue les bactéries (destruction des molécules cellulaires, du métabolisme, de la structure cellulaire). - Il semble que les bactéries à capsule mortes aient transféré un facteur aux bactéries sans capsule, les transformant en bactérie à capsule et tuant la souris. - Hypothèse : transfert d’une capsule d’une bactérie à l’autre, ou transfert d’une information (ADN, gène).

Prélèvement des données Interprétation / mise en relation

Expérience 1. Capsules seules et bactéries sans capsule : obtention de bactéries sans capsule Expérience 3. Membrane des bactéries à capsules seules et bactéries sans capsule : obtention de bactéries sans capsule. Expérience 3. ADN de bactéries à capsules seules et bactéries sans capsule : obtention de bactéries sans capsule.

- L’hypothèse d’un transfert de capsule est invalidée. - Le cytoplasme n’est pas le facteur transformant. - L’ADN est le facteur transformant.

0  100  200  300  400  500  

Energie  (W.m-­‐2)  

Latitude  (°)  

Energie  solaire  reçue  selon  les  latitudes  en  mars  

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Exercice 5. Exploiter des expériences / Mettre en relation des informations. © SVT 2nde Nathan 2000 1. Résumez en quelques lignes, à partir des données du schéma, le protocole suivi. - On sectionne les deux algues en 3 morceaux (base avec noyau, milieu du pédoncule, ombrelle) - On récupère la partie médiane de l’algue (c’est à dire le pédoncule). - On la greffe sur à la suite de la partie basale de l’autre type d’algue (qui contient le noyau). L’expérience est

similaire pour chaque type d’algue. On observe la reconstitution de l’ombrelle suite à l’expérience. 2. Précisez sous forme d’un tableau, les résultats de l’expérience.

Protocole Résultat - Prélèvement d’un fragment de pédoncule de A. A. mediterranea - Greffe sur partie basale d’A. crenulata.

-> Ombrelle de A. crenulata

- Prélèvement d’un fragment de pédoncule de A. crenulata. - Greffe sur partie basale d’A. mediterranea

-> Ombrelle de A. mediterranea

Tableau des résultats des expériences.

3. Montrez, à partir de ces résultats, que le noyau contient l’information génétique de la cellule.

Malgré la greffe d’une partie du pédoncule de l’autre algue (qui ne contient que du cytoplasme), le chapeau qui repousse correspond à la partie basale, c’est-à-dire celle qui contient le noyau. Le noyau contient bien l’IG.