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Objectifs
· Mesurer les effets de la compétition intraspécifique sur des plantes à croissance rapide (par exemple des radis ou des arabettes des dames, Arabidopsisthaliana)
· Mesurer ces effets en termes de survie, masse individuelle des individus, paramètres de reproduction (nombre de fruits, de graines produites ; qualité des graines éventuellement)
· Concevoir et gérer une expérience ;
· Analyser des résultats expérimentaux et rédiger un rapport pour communiquer ces résultats.
Type : Laboratoire ou serre
Durée de la manipulation : Mise en place : 2h, suivi : 15 minutes trois fois par semaine pendant 4 à 6 semaines selon l’ampleur que l’on veut donner à l’expérience.Les opérations de suivi sont simples : arroser si nécessaire les pots de l’expérience, vérifier que tout se déroule normalement (bonne levée des semences, par exemple).
Organisation : Chaque élève ou groupe de deux ou trois élèves s’occuped’une répétition de l’expérience. Celle-ci consiste en cinq pots dans lesquels ont été respectivement semées 1, 5, 50, 100 et 200 graines.
Période : Toute l’année
Matériel à prévoir
· Des graines de radis ou d’Arabidopsisthaliana.
· Des arrosoirs.
· Une balance de laboratoire.
· Des pots en plastique de 15 cm de diamètre et 13,1 cm de profondeur. Il faut au minimum 15 pots (5 densités de graines répétées 3 fois). Selon le nombre d’élèves, on peut ajouter une ou plusieurs répétitions.
· Du matériel pour identifier les pots (étiquettes autocollantes, marqueur indélébile, étiquettes en plastique à enfoncer dans la terre,…).
· Terreau standard (1,5 l par pot).
· Un sac en plastique par pot (des sacs à congélation, par exemple, dans lesquels on placera les plantes que l’on récoltera à la fin de l’expérience).
· Autant de boîtes de Petri de 5 cm de diamètres que de pots.
· 3 boîtes de Petri de 9 cm de diamètres et du papier filtre de même diamètre. Une pipette Pasteur pour imbiber les papiers filtres.
· Un peu de parafilm® ou de film plastique alimentaire pour sceller les 3 boîtes de Petri.
· Par équipe : un cahier pour consigner les observations et les résultats.
· Une pince par équipe pour manipuler les graines.
· Un thermomètre minimum-maximum pour enregistrer la température à laquelle se déroule l’expérience.
Protocole
Cette expérience doit être installée dans une serre ou à proximité des fenêtres d’une salle lumineuse. La température sera de l’ordre de 20 °C, de préférence assez stable.
1. Installation
a) Remplir tous les pots de terreau en laissant 3 cm entre le bord de chaque pot et le terreau.
b) Arroser chaque pot : verser délicatement l’eau ; arrêter dès qu’elle commence à s’écouler dans le sous-pot.
c) Veiller à ce que chaque pot contienne la même quantité de terreau et soit arrosé avec la même quantité d’eau.
d) Etiqueter chaque pot. Il faudra prévoir un code binaire, avec une information pour la densité et une information pour la répétition. Exemple : D1/R1, pour Densité 1/Répétition 1.
e) Consigner le déroulement de cette première phase dans le cahier de laboratoire.
2. Semis
a) Quand tous les pots sont prêts, organiser un atelier de semis pour que l’intervalle de temps entre le premier et le dernier semis soit le plus petit possible.
b) Chaque groupe prépare ses cinq densités de semis en plaçant respectivement 1, 5, 50, 100 et 200 graines dans les boîtes de Petri de 5 cm de diamètre. On utilisera les informations de l’expérience préliminaire pour préparer les semis. Si l’expérience préliminaire indique qu’en moyenne 90 % des graines dont on dispose germent, il faudra semer 112 graines pour être sûr de réaliser la densité 100.
c) Lorsque toutes les boîtes de toutes les équipes sont prêtes, on peut semer.
d) S’efforcer de répartir régulièrement les graines à la surface du terreau puis les enfoncer légèrement (0,5 cm).
e) Consigner les diverses opérations dans le cahier de laboratoire.
3. Déroulement de l’expérience
a) La première semaine : vérifier rapidement tous les jours que tout se passe bien (terreau de tous les pots légèrement humide en surface, par exemple).
b) Au cours de la première semaine, on arrachera les plantes surnuméraires de façon à ajuster les cinq densités expérimentales.
c) A partir de la deuxième semaine, il suffira de vérifier l’humidité du terreau trois fois par semaine. N’arroser que lorsque la surface des pots présente une couleur plus claire, signe qu’elle commence à sécher. Arroser alors les pots : apporter une quantité équivalente d’eau et arrêter dès que de l’eau commence à s’écouler dans le sous-pot.
d) A partir de la deuxième semaine, toujours le même jour, observer une fois par semaine les plantes et réaliser les premières observations quantitatives :
e) Enregistrer dans le cahier de laboratoire les dates d’apparition des stades phénologiques successifs : germination, apparition des premières feuilles, floraison, fructification.
f) Consigner les données expérimentales suivantes dans le cahier de laboratoire : nombre de graines ayant germé par pot, nombre de plantes survivantes, nombre de fleurs par plante, nombre de fruits par plante. Pour les deux premières densités, on mesurera toutes les plantes. Lorsqu’il y a 50, 100 ou 200 plantes, on n’en mesurera que 10. Cette nécessité de pratiquer un échantillonnage sera discutée et organisée avec les élèves.
g) Enregistrer les opérations effectuées dans le cahier de laboratoire.
4. Fin de l’expérience
Idéalement, l’expérience s’arrête lorsque toutes les plantes approchent de la maturité : elles ont produit des fruits, plus précisément des siliques, dans lesquels on distingue des graines. Evidemment, on peut l’arrêter plus précocementen fonction des questions que l’on se pose (voir exploitation des résultats).
a) A la fin de l’expérience, couper soigneusement les plantes au ras du terreau,
b) Compter le nombre de plants avant de les placer dans le sac en plastique affecté à leur pot d’origine.
c) Peser ensemble toutes les plantes d’un pot. En divisant cette masse par le nombre de plantes, on aura une approximation du point moyen des plantes.
Exploitation des résultats
En s’appuyant sur les quatre conditions de la compétition, il faut demander aux élèves de réfléchir a priori et de faire des prédictions sur les effets de la densité. Par exemple, il semble logique de penser que des plantes limitées dans leur accès à l’eau et aux éléments nutritifs meurent plus vite que la plante isolée dans son pot. Cette mortalité sera-t-elle proportionnelle à la densité, ou augmentera-t-elle plus vite ? Au delà de l’examen de traits d’histoire de vie un par un, la classe doit également réfléchir à la manière de représenter graphiquement un compromis entre deux traits d’histoire de vie. Par exemple, on pourrait postuler que la taille ou la masse des individus diminue avec la densité. Quelle prédiction peut-on faire sur la relation entre cette masse et la longévité, ou le nombre de fleurs et de graines ?
Analyser l’effet de la densité sur les traits d’histoire de vie étudiés :
1. Biomasse totale par pot et biomasse moyenne par plante
2. durée d’apparition des stades phénologiques successifs : germination, apparition des premières feuilles, floraison, fructification.
3. nombre de graines ayant germé par pot, nombre de plantes survivantes, nombre de fleurs par plante, nombre de fruits par plante.
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