La plante araignée, un modèle pour étudier les cellules spécialisées en seconde

Présentation générale

Callisia fragrans, vrille dorée, est une espèce de plante à fleurs du genre Callisia, de la famille des araignées, Commelinaceae, originaire du Mexique.

Son développement est très rapide. Elle présente également une reproduction asexuée. Des stolons apparaissent en fin de saison et produisent une plantule à leur extrémité.

L’organisation cellulaire offre des supports pour aborder, les notions d’organe, tissus, cellules spécialisées, organites et matrice extracellulaire , à partir d’observations microscopiques (optique et polarisant).

Plante Araignée et cellules différenciées

Act.1 : L'organisation cellulaire de la feuille

Ce TP se déroule sur deux séances d'1h30. Il comprend 6 ateliers permettant d'observer de diverses façon la feuille de la même plante. Dans tous les cas, une photographie légendée sera demandée, qui devra ensuite être placée dans un espace numérique de partage (Elea permet de le faire par exemple).

• Atelier 1 : L'épiderme supérieur observé au microscope optique avec coloration au bleu de méthylène pour observer l'unique couche de cellule épidermique.
• Atelier 2 : Les cellules chlorophylliennes observées au microscope optique sans coloration
• Atelier 3 : L'épiderme inférieur observé au microscope optique sans coloration met en évidence les cellules épidermiques et les stomates (dont les cellules de garde sont chlorophylliennes)
• Atelier 4 : Cellules et contenu cytoplasmique avec une observation microscopique de coupe transversale avec coloration au bleu de méthylène, mettant en évidence des cristaux d'oxalate de calcium (encore plus visible en lumière polarisée et analysée (LPA)
• Atelier 5 : Cellules et contenu cytoplasmique avec une observation microscopique de coupe transversale avec coloration au rouge neutre, mettant en évidence les vacuoles
• Atelier 6 : Cellules et contenu cytoplasmique avec une observation microscopique de coupe transversale avec coloration à l'eau iodée, mettant en évidence la présence d'amidon dans les chloroplastes

On arrive alors aux caractéristiques cellulaires suivantes pour les cellules observées :

Cellules	Paroi	Dans le cytoplasme	Autres caractères	Fonction
Épiderme	Cellulose	Noyau	Ponctuations	Limite les pertes d’eau Protection contre la lumière
Cellules chlorophylliennes	Cellulose	Noyau Vacuole chloroplastes	Présence d'amidon dans les chloroplastes	Photosynthèse
Cellules palissadiques sous l’épiderme	Cellulose	Noyau Grosse vacuole avec cristaux d’oxalate de calcium		Accumulation d’eau et de substances (réserves
Cellules de garde des stomates	Cellulose	Noyau Vacuole chloroplastes	Forme une ouverture ouverte ou fermée au niveau de l’épiderme inférieure	Échanges gazeux entre la feuille et le milieu extérieur

On arrive donc à la conclusion que la feuille présente différents types de cellules qui se distinguent par leur forme, par le contenu cytoplasmique en organites (chloroplaste, vacuole) et molécules (amidon, oxalate de calcium...) en rapport avec une fonction : ce sont des cellules spécialisées.

Plante Araignée et cellules différenciées

Act.2 : La matrice extracellulaire

Pour lancer cette activité, on rappelle que l’observation d’une coupe transversale de feuille ou d’un prélèvement d’épiderme montre que les cellules sont entourées d’une paroi qui permet l’adhésion des cellules entre elles. L'idée va être ici d'étudier la structure et la chimie de la paroi grâce à :

• L'analyse de photographies en microscopie électronique
• L'observation 3D du glucose et de la cellulose grâce à libmol.

Lien vers la molécule de glucose sur libmol

Lien vers la molécule de cellulose sur libmol

On arrive ainsi à la conclusion suivante : La cellulose est formée de chaines de glucose juxtaposées dans un plan.
La paroi cellulosique est formée de la superposition de plusieurs plans qui expliquent les feuillets superposés observables au microscope électronique.
Les parois adhèrent entre elles et lient les cellules en tissu au niveau des organes. La matrice extracellulaire cellulosique des végétaux a pour rôle l’adhésion cellulaire.
Son imprégnation par différents colorants (rouge neutre, bleu de méthylène, etc.) montre qu’elle riche en eau.
La paroi cellulosique est à la fois résistante et élastique.

Plante Araignée et cellules différenciées

Place dans les programmes et cohérence verticale

En 2^nde, elle permet d'étudier l'organisation fonctionnelle des êtres vivants, en particulier "Les niveaux d'organisation des êtres vivants pluricellulaire sont explorés. La notion de cellule spécialisée, avec ses caractéristiques structurelles et métaboliques..."

La séquence proposée comprend deux activités qui se déroulent sur 3 TPs d'1h30 :

• Observations microscopique (avec ou sans coloration) pour analyser les cellules différenciées de la feuille
• Analyse électronographie et utilisation de libmol pour comprendre la structure de la paroi
• Une activité bonus peut être proposée pour anticiper le programme d'enseignement scientifique en 1re pour aborder la découverte des cellules avec l'invention du microscope

Des liens peuvent être fait avec le reste du programme de seconde

• Ces êtres vivants sont importants pour le recyclage de la matière organique végétale et la formation du sol (Chapitre : La formation et le fonctionnement du sol).
• Chez les animaux dont le régime alimentaire est basé sur la consommation plantes, le tube digestif contient des bactéries qui digèrent la cellulose ce qui permet de réutiliser le glucose qui la compose. Ces bactéries vivent en symbiose dans le tube digestif. (Chapitre de seconde, sur le microbiote)
  REM : En revanche, les végétaux ne peuvent pas réutiliser leur propre cellulose comme source de glucose (ce n’est pas une molécule de réserve) et les animaux n’ont pas la machinerie enzymatique pour le faire eux-mêmes. La symbiose avec le microbiote est nécessaire.

Ou avec les programmes des classes ultérieures

• 1re Enseignement scientifique (Une structure complexe : la cellule vivante)
• Terminale spécialité (Les mécanismes non génétiques de diversification du vivant)

Compétences du CRCN/Pix