Dans le nouveau programme de première S (2001) a été
introduite une partie relative à la morphogenèse végétale.
Dans le chapitre consacré à la croissance cellulaire et à
son contrôle, il est indiqué « La pression de turgescence
cellulaire et la plasticité pariétale permettent la croissance
cellulaire ». Bien que la notion de potentiel hydrique et les
mécanismes détaillés des échanges d’eau soient
explicitement exclus du programme, une expérience ancienne qui était
utilisée dans le passé pour calculer le potentiel hydrique
de cellules de tubercule de pomme de terre peut être utilisée
pour montrer que la longueur des cellules dépend notamment de la
pression de turgescence. En outre, l’utilisation d’un logiciel de traitement
d'images quelconque permet d'effectuer la mesure des échantillons
et le graphique représentant les variations de longueur des échantillons
en fonction de la concentration du milieu peut être construit avec
n'importe quel tableur.
Ainsi, à partir d’une expérience particulièrement
simple à réaliser qui entre parfaitement dans le cadre du
nouveau programme et en l’exploitant à l’aide de l’ordinateur, on
répond aux principales préoccupations des auteurs du programme
qui mettent l’accent sur la pratique expérimentale, le raisonnement
scientifique et l’utilisation des technologies de l’information et de la
communication.
Principes
Des échantillons de même longueur en forme de frites sont
découpés dans un tubercule de pomme de terre et sont ensuite
placés dans des tubes contenant des solutions de saccharose de concentrations
croissantes. Après incubation, les frites sont sorties des tubes,
mesurées de nouveau et on construit le graphique représentant
le pourcentage de variation de leur longueur en fonction de la concentration
de la solution. On constate ainsi que la taille des frites augmente dans
les solutions peu concentrées et diminue dans les solutions concentrées.
En outre, la variation de longueur est proportionnelle à la concentration
et elle est nulle pour une concentration donnée qu’il est possible
de déterminer graphiqument à partir de la courbe obtenue.
Protocole
Éplucher une grosse pomme de terre.
Découper des tranches d’environ 5 mm d’épaisseur dans le
sens de la longueur. Une tranche d’environ 10 cm de long convient.
Découper dans la tranche un rectangle de 40 mm de large sur la plus
grande longueur disponible.
Découper dans le rectangle une dizaine de frites identiques de 5
mm de large.
Placer les frites dans une boîte de Pétri en les alignant
au mieux.
Prendre une image de la boîte avec un scanner ou un appareil numérique
sur pied.
Plonger chaque frite dans un tube à hémolyse numéroté
comportant une concentration différente de saccharose.
Éliminer le trop plein de liquide et laisser reposer en agitant
de temps en temps. Le temps d’incubation peut se situer entre une et trois
heures, voire davantage.
Si l'on veut mettre un bouchon, prévoir un peu d'air entre le
liquide et le bouchon.
Situation initiale : frites identiques
Chaque concentration est obtenue par dilution d'une solution mère
de saccharose selon le tableau ci-dessous. Solution mère de saccharose à 34,2 g pour 100 mL d’eau
distillée (1 mol/L).
Numéros des tubes
1
2
3
4
5
6
7
8
9
mL de saccharose
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
mL d'eau
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
Concentration (mol/L)
0
0,125
0,25
0,375
0,5
0,625
0,75
0,875
1
À l’issue de l’incubation, sortir les frites des tubes et les essorer
rapidement avec du papier essuie tout.
Placer les frites dans une boîte de Pétri, dans l’ordre des
tubes, en alignant leurs bases.
Prendre une image des frites ainsi placées.
Situation finale : tailles différentes
Exploitation
des résultats
Il est possible de mesurer les frites sur un tirage papier avec une
règle mais il est plus simple de le faire directement sur l'image
numérique. On peut par exemple juxtaposer les deux images précédentes
dans une nouvelle image avec un éditeur d'image comme Photo Shop,
Paint Shop Pro, PhotoEditor, etc. Ensuite, en passant la souris sur
l'image, on relève les ordonnées des extrémités
de chaque frite avant et après traitement (voir copie d'écran
partielle de PhotoEditor ci-dessous à droite) pour déterminer
la variation de longueur.
État initial et état final superposés dans
une même image
Utilisation d'un éditeur d'images pour mesurer les frites
Une fois déterminée leur longueur, on en déduit le
pourcentage de variation pour chacune d'entre elles. Le tableau ci-dessous
indique les résultats obtenus pour les images ci-dessus.
Longueur initiale (L)
255
251
253
253
252
254
254
253
253
Longueur finale (L')
278
258
254
245
234
233
231
226
225
% de variation (L'-L . 100) L
+ 8,5
+ 2,7
+ 0,4
- 3,1
- 7,1
- 8,2
- 9
- 10,6
- 11
Concentration (mol/L)
0
0,125
0,25
0,375
0,5
0,625
0,750
0,875
1
Numéros des tubes
1
2
3
4
5
6
7
8
9
En reportant dans un tableur les valeurs de concentrations dans
chaque tube et les variations de longueur correspondantes, on obtient la
représentation graphique du phénomène. L'image ci-dessous
est une copie d'écran partielle du résultat obtenu avec Excel.
Tableau de valeur et tracé graphique
Taille des échantillons en fonction de la concentration
La courbe obtenue montre que la dimension
des frites dépend de la concentration du milieu. Dans un milieu
hypotonique, les cellules s'allongent en raison de la turgescence tandis
que dans un milieu hypertonique, elles racourcissent en raison de la plasmolyse.
Le point situé à l'intersection de la courbe et de l'axe
des abscisses permet d'évaluer la concentration équivalente
des cellules du tubercule à 0,27 mol/L.
