Introduction de l’activité :
La diversité des interactions biotiques s’étudie à la lueur de leur effet sur la valeur sélective des partenaires : compétition (pour la lumière, l’eau, les nutriments, etc.), exploitation (prédation, parasitisme) et coopération (mutualisme dont symbiose). Ces interactions structurent l’organisation (biodiversité de l’écosystème), l’évolution (dynamique des populations) et le fonctionnement de l’écosystème (production, flux de matière et réservoirs, recyclage de la matière organique, etc.). Une des caractéristiques qui définit cet écosystème est la grande diversité des organismes y vivant (la biocénose) et les nombreuses interactions qui interviennent entre eux. Celles-ci ont des conséquences sur ces organismes et ont un impact sur l’évolution de ces organismes.
🧪 Démarche expérimentale : 📝
Matériel :
- Un microscope
- Lames et lamelles
- Une pince fine
- Bleu coton
- Un échantillon de racine mycorhizée
Protocole :
1. Réaliser une coupe transversale fine de l’échantillon fourni (racine mycorhizée).
2. Déposer, à l’aide d’une pince fine, une coupe fine sur une lame.
3. Ajouter une goutte de bleu coton (colorant spécifique des champignons) puis une lamelle.
4. Observer au microscope optique au grossissement approprié.
Document 1 : Une relation de proximité : la mycorhize
En 1885, il a été observé que 80 à 90 % des plantes ont leurs racines recouvertes de filaments blanchâtres identifiés comme étant des filaments de champignons appelés hyphes (éléments filamenteux, caractéristiques des champignons). Les scientifiques se sont longtemps posé la question des conséquences de cette interaction : négative, positive, neutre ? L’observation d’une mycorhize et son analyse devrait permettre d’y répondre.
a. Observation d’une mycorhize
Racine de Podospora anserina, observée au microscope optique (× 630) dont les filaments ont été colorés par un gel fluorescent, © Christian Scheckhuber (CC BY-SA 4.0)
Les champignons, par l’intermédiaire de leurs filaments mycéliens, sont très efficaces dans l’absorption de l’eau et des minéraux du sol. À l’inverse, les plantes chlorophylliennes, grâce à la photosynthèse, sont capables de produire de la matière organique comme du glucose.
Des études de marquage moléculaire ont montré que des molécules sont échangées entre les filaments mycéliens et les cellules des racines des plantes mycorhizées.
b. Comparaison de paramètres morphologiques racinaires et foliaires de plants de Rhododendron mycorhizés ou non
Cette étude expérimentale vise à comparer plusieurs paramètres de racines et feuilles de plants de rhododendrons non mycorhizés (lot 1) ou mycorhizés (lot 2). Ainsi, la longueur des racines (figure 1), le nombre de feuilles (figure 2) ou de racines (figure 3) ont été mesurés après 20, 40, 60 et 120 jours. Le début des mesures correspond au jour où les plants du deuxième lot ont été mis en contact avec le champignon.
Document 2 : Une relation de prédation intégrée à la lutte biologique : chauve-souris Sérotine et chenille processionnaire
a. Relation de prédation
Dans les Landes (Sud-Ouest de la France), les forêts de conifères (pins maritimes notamment) sont très développées et exploitées pour le bois. La présence des chenilles processionnaires (thaumetopea pityocampa) met en danger ces forêts. Celles-ci se regroupent en effet en grand nombre et se nourrissent des feuilles des pins, affaiblissant grandement les arbres.
Thaumetopea pityocampa, © Olei (CC BY-SA 3.0)
Papillon, © Alvesgaspar (CC BY-SA 4.0)
La chauve-souris Sérotine est un prédateur naturel de ces chenilles lorsqu’elles sont sous la forme de papillons.
L’INRAE (Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement) recommande ainsi la protection et mise en valeur des populations de chauve-souris pour lutter contre les chenilles processionnaires.
Chauve-souris, © Mnolf (CC BY-SA 3.0)
b. Impact de la présence des chauves-souris sur la population de chenilles processionnaires
Les chercheurs ont mesuré l’abondance des chauve-souris Sérotines et leur activité de prédation sur les papillons des chenilles processionnaires. La fécondité des papillons est ainsi représentative de l’abondance des papillons et donc des chenilles l’année suivante.
c. Exemple de modèle d’équilibre proies-prédateurs
Document 3 : La relation « étouffante » du gui avec ses hôtes
Le gui (viscum album) est une espèce de plantes qui ne possède pas de racines mais qui se fixe sur un arbre hôte dont il absorbe la sève via une structure appelée haustorium servant de suçoirs. Il récupère ainsi de la sève brute (eau et sels minéraux) et peut faire mourir des branches et épuiser l’arbre hôte.
Le gui ne doit cependant pas affaiblir trop rapidement son hôte car il est dépendant de lui pour sa nutrition et sa reproduction.
Boules de gui, © Patrick Janicek (CC BY 2.0)
Coupe transversale d'une branche de peuplier hybride (Populus × canadensis) parasitée par du gui (Viscum album), © George Chernilevsky
Fruits du gui (Viscum album), © Agnieszka Kwiecień, Nova (CC BY-SA 3.0)
Document 4 : Relation de compétition pour l’accès à une ressource, la lumière
La forêt domaniale d’Orléans est dominée par deux espèces d’arbres : le chêne autochtone (Quercus petraea) et une espèce introduite, le pin sylvestre (pinus sylvestris). Le pin a été importé pour reboiser des régions de la forêt déforestées par une surexploitation des bois et du surpâturage des animaux. Sa population est aujourd’hui vieillissante et son renouvellement difficile. Lors de la mort d’un arbre, une trouée apparaît et la lumière, jusque-là grandement absorbée par les grands arbres, arrive soudainement au sol vers les jeunes pousses ou les fougères (pteridium aquilinum). Une course vers la lumière s’opère alors.
La régénération du chêne, espèce de demi-ombre, semble pouvoir s’obtenir assez facilement mais celle du pin, espèce réputée de lumière, est plus difficile.
Pteridium aquilinum, © Hugo.arg (CC BY-SA 3.0)
Document 5 : Les différentes interactions entre deux organismes
Grâce à l’étude des documents fournis, il s’agira de montrer comment différentes interactions entre les organismes d’un écosystème contribuent à modifier la biocénose de cet écosystème.
Caractérisez, à l’aide des documents 1 et 5 le type de relation existant entre un arbre (via ses racines) et un champignon. Expliquez en quoi cette relation est un élément important caractéristique d’un écosystème en bonne santé.
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