Corrigé bac SVT 2025 Métropole jour 2 — Exercice 1 : Production de molécules de réserve et domestication : de la betterave maritime à la betterave sucrière

Introduction

Une plante cultivée (blé, pomme de terre, betterave sucrière…) est une plante domestiquée : issue d'une espèce sauvage, elle a été transformée par des siècles de sélection exercée par l'être humain, au point que ses organes de réserve — grain, tubercule, racine, fruit — sont bien plus développés que ceux de son ancêtre. Le document l'illustre : la racine de la betterave maritime sauvage (Beta vulgaris maritima) mesure 3 à 4 cm de diamètre pour environ 4{,}5 % de sucre, celle de la betterave sucrière environ 15 cm pour 20 %, soit un diamètre environ quatre fois plus grand ($15/4\approx 3,8$) et une teneur multipliée par plus de quatre ($20/4,5\approx 4,4$). Les molécules de réserve sont des molécules organiques accumulées dans des organes spécialisés pour traverser une période défavorable ou assurer la reproduction.

Comment une plante, organisme autotrophe et fixé, fabrique-t-elle ces molécules de réserve, et par quels processus la domestication a-t-elle pu produire des variétés aux organes de stockage si développés ? La matière organique est produite par la photosynthèse dans les feuilles (I), puis transportée et transformée en réserves dans des organes spécialisés (II) ; la sélection artificielle, empirique puis programmée, a orienté la diversité génétique vers des organes de stockage hypertrophiés (III).

I. Les feuilles produisent la matière organique par photosynthèse

La plante est autotrophe : elle fabrique sa matière organique à partir de matière minérale. Les feuilles, plates et étalées, offrent une grande surface à la lumière ; leurs stomates laissent entrer le dioxyde de carbone et sortir le dioxygène et la vapeur d'eau. L'eau et les ions minéraux, prélevés dans le sol par les poils absorbants des racines (aidés par les mycorhizes), montent jusqu'aux feuilles dans la sève brute, par le xylème.

Dans les cellules de la feuille, les chloroplastes renferment les pigments chlorophylliens (chlorophylles, carotènes, xanthophylles, séparables par chromatographie). Ces pigments captent l'énergie lumineuse, qui est convertie en énergie chimique : la photolyse de l'eau libère du dioxygène, et l'énergie récupérée sert à la réduction du $\mathrm{CO}{}_2$ en glucose et autres sucres solubles. Le bilan s'écrit :

$$6\mathrm{CO}{}_2+6\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\stackrel{\text{lumieˋre, chlorophylle}}{\to }\mathrm{C}{}_6\mathrm{H}{}_{12}\mathrm{O}{}_6+6\mathrm{O}{}_2.$$

Des expériences classiques l'établissent. Une feuille de pélargonium partiellement couverte d'un cache opaque, éclairée quelques heures, puis décolorée à l'alcool et traitée à l'eau iodée, ne bleuit que dans la zone éclairée : la lumière est nécessaire à la synthèse d'amidon, premier produit de stockage formé dans le chloroplaste ; sur une feuille panachée, seules les zones vertes bleuissent : la chlorophylle est indispensable. Dans une enceinte munie de sondes, des chlorelles éclairées consomment le $\mathrm{CO}{}_2$ et rejettent de l'$\mathrm{O}{}_2$, et font l'inverse à l'obscurité (respiration). Enfin, le marquage de l'eau par l'isotope ${}^{18}$O montre que le dioxygène dégagé provient de l'eau, et le marquage du $\mathrm{CO}{}_2$ par le carbone 14 montre que le carbone se retrouve, en quelques minutes, dans le glucose puis dans le saccharose et l'amidon.