TP virtuel sur l'indice mitotique : racine et khi-deux

Ce TP virtuel sur l'indice mitotique reprend le TP d'écrasement d'apex racinaire des programmes d'A-level, d'AP et d'IB Biology. Les élèves hydrolysent un apex de racine d'oignon dans l'acide chlorhydrique, le colorent et l'écrasent, puis classent les cellules à ×400 en interphase, prophase, métaphase, anaphase ou télophase. Ils comparent avec un test du khi-deux l'indice mitotique de différentes zones de la racine et de racines traitées à la lectine, et estiment la durée de chaque phase. Pas besoin d'acide chaud ni de colorants toxiques.

Liens avec les programmes

• AQA A-level Biology 7402, TP obligatoire 2 (required practical 2, section 3.2.2) : écrasements colorés de cellules d'apex racinaire, identification des phases de la mitose et calcul d'un indice mitotique.
• AP Biology Unit 4 (cycle cellulaire, topic 4.6) et l'investigation d'AP sur la division cellulaire, qui compare avec un test du khi-deux l'indice mitotique de racines témoins et de racines traitées à la lectine, et fait compter des asques de Sordaria.
• IB Biology D2.1 (division cellulaire et nucléaire) : identifier les phases de la mitose sur des micrographies et calculer un indice mitotique.

Simulic n'est pas affilié à AQA, au College Board ni à l'IB, et n'est pas approuvé par eux.

Avant le TP (5 min)

Demandez : « Quelle partie d'une racine d'oignon a l'indice mitotique le plus élevé : la zone à 0–2 mm de l'apex ou la zone à 5–10 mm de l'apex ? » Sur un lien de classe, c'est la question 1 ; la simulation se débloque une fois que les élèves ont répondu.

Protocole dans la simulation

1. Dans Préparer la lame, laissez Hydrolyse HCl sur 5 min et Colorant sur Bleu de toluidine, puis appuyez sur Lire les étapes. Essayez aussi 0 et 20 min.
2. Dans Microscope, choisissez un bouton de phase, touchez chaque cellule entière du champ et appuyez sur Vérifier. Comptez vous-même un champ avant d'utiliser Compter pour moi.
3. Dans Comparer, laissez Traitement sur Témoin (eau) et Zone sur 0–2 mm de l’apex. Appuyez trois fois sur Compter 300 cellules (échantillons E1–E3).
4. Réglez Zone sur 5–10 mm de l’apex et appuyez une fois sur Compter 300 cellules (E4). Choisissez E1 dans Échantillon A et E4 dans Échantillon B, puis lisez le panneau du khi-deux.
5. Remettez Zone sur 0–2 mm et Traitement sur Lectine, puis comptez trois échantillons de plus (E5–E7). Comparez E1 et E5.

Échantillon	Traitement	Zone (mm)	I	P	M	A	T	n	Indice mitotique (%)
E1–E3	Témoin	0–2						300 chacun
E4	Témoin	5–10						300
E5–E7	Lectine	0–2						300 chacun

Résultats attendus

Les champs sont tirés au hasard : chaque groupe obtient donc des comptages différents. L'indice témoin du modèle est de 14 % à 0–2 mm, 5 % à 2–5 mm et 0,8 % à 5–10 mm ; la lectine le porte à environ 24 %. Les intervalles viennent de 100 000 exécutions du modèle, vérifiées dans le navigateur.

• Un échantillon témoin de 300 cellules à 0–2 mm : presque toujours entre 8 % et 21 %. La moyenne de trois échantillons tombe entre 10 % et 18 %.
• Un essai dans le navigateur : E1–E3 ont donné 14,0 ; 14,0 et 17,0 % (moyenne 15,0 %) ; E4, à 5–10 mm, a donné 1,3 %, avec χ² = 34,00, bien au-dessus de 3,84.
• Lectine : E5–E7 ont donné 20,0 ; 24,3 et 22,0 %. Pourtant, E1 contre E5 a donné χ² = 3,83 : non significatif. Dans environ 1 essai sur 8, une seule paire d'échantillons de 300 cellules n'atteint pas le seuil de significativité. Regrouper les trois échantillons de chaque traitement (135 sur 900 contre 198 sur 900 cellules en mitose) donne χ² ≈ 14,6.
• Durée des phases : la prophase représente environ la moitié des cellules en mitose. Avec un cycle cellulaire de 24 h, les 900 cellules témoins regroupées donnent une prophase de 1,0–2,4 h (2,0 h dans l'essai du navigateur).

Questions pour les élèves

1. (Prédiction, reposée après le TP) Quelle zone a l'indice mitotique le plus élevé : 0–2 mm ou 5–10 mm de l'apex ?
2. Quand vous comparez des racines témoins et des racines traitées à la lectine, quelles variables doivent rester identiques ?
3. Faites compter automatiquement trois échantillons témoins de 300 cellules à 0–2 mm. Quel est leur indice mitotique moyen ?
4. Utilisez les comptages de prophase de ces trois échantillons et un cycle cellulaire de 24 h. Combien de temps dure la prophase ?
5. Un élève compare un échantillon témoin et un échantillon traité à la lectine et obtient χ² = 3,83. Que doit-il conclure, et comment pourrait-il améliorer l'investigation ?

Réponses pour l'enseignant : (1) 0–2 mm, le méristème ; 5–10 mm est la zone d'élongation. (2) La zone prélevée, la durée d'hydrolyse et le colorant. (3) Accepter 10–18 %. (4) Cellules en prophase ÷ 900 × 24 h ; accepter 1,0–2,4 h. (5) χ² est inférieur à 3,84 : l'hypothèse nulle n'est donc pas rejetée et la différence pourrait être due au hasard. Il faut compter plus de cellules, sur plus de racines, et regrouper les échantillons avant de refaire le test.

Idées fausses fréquentes

• « L'interphase est une phase de repos. » Pendant l'interphase, la phase la plus longue, les cellules grandissent et copient leur ADN.
• « L'indice mitotique ne compte que les cellules en métaphase. » Il compte toutes les cellules en prophase, métaphase, anaphase ou télophase.
• « Un plus grand écart de pourcentage prouve un effet. » E1 et E5 diffèrent de 6 points de pourcentage et échouent pourtant au test.
• « La colchicine accélère la mitose. » Elle empêche la formation du fuseau, si bien que les cellules s'accumulent en métaphase.

Prolongement

• Colchicine : faites compter automatiquement des racines traitées et expliquez le grand nombre de cellules en métaphase.
• Sordaria (AP) : dans l'onglet Sordaria, classez les asques en 4:4 ou crossing-over. Dix champs avec Compter pour moi ont donné 101 asques avec crossing-over sur 199 : 50,8 %, soit 25,4 unités de carte.

Questions fréquentes

Le lien de classe peut-il s'ouvrir sur Comparer les échantillons ?

Oui. Dans la page de partage, fixez Écran sur « Comparer les échantillons » dans les valeurs de départ du lien. Vous pouvez aussi fixer Traitement de la racine et Zone de la racine prélevée. Sinon, l'étape 3 demande aux élèves d'ouvrir l'onglet.

Pourquoi mes comptages diffèrent-ils de ceux de mon voisin ?

Chaque champ est tiré au hasard, comme sur une vraie lame. C'est pourquoi les questions acceptent un intervalle.

Les élèves doivent-ils utiliser le comptage automatique ?

Oui, après avoir compté un champ à la main et utilisé Vérifier. Le comptage à la main fait apprendre les phases ; Compter 300 cellules donne assez de cellules pour les statistiques.

Simulations et guides associés

Cycle cellulaire et mitose Méiose et origine de la diversité des gamètes

Pour travailler le microscope avant ce TP, voir le TP virtuel de microscopie. Pour d'autres idées, voir idées de leçons de biologie interactives.