TP-TD 2 : Étude de la fleur : organisation et adaptation à la pollinisation

Dans le TP précédent nous nous sommes intéressés à l’appareil végétatif des plantes. Mais comment se reproduisent-elles ? Comme ce TP est aussi chargé que le précédent, votre binôme doit s’organiser. La seule contrainte est que vous devez réalisez les dissections florales et l’étude du pollen individuellement. L’étude de la genèse de la fleur peut-être réalisée en binôme. 

I – Organisation de la fleur

 Objectif : Comprendre comment une fleur est organisée et en quoi cette organisation favorise sa pollinisation.

1) À l’aide de vos observations et de la fiche méthode « dissection d’une fleur », Réalisez la dissection  de la tulipe et montrez en quoi l’organisation de la fleur favorise sa pollinisation. 

=> Fiche technique dissection florale

2) Montez entre lame et lamelle avec une goute d’eau des grains de pollens et légendez les à l’aide des indications de l’enseignant.

3) A l’aide d’un micromètre et des documents suivants, déterminez le mode de pollinisation de la  Tulipe : 

=> Fiche technique du Micromètre

 Document 1 : Comparaison des caractéristiques des plantes anémophiles et entomophiles 

 Document 2 : Comparaison des caractéristiques du pollen des plantes anémophiles et entomophiles 

 4) A l’aide de la fiche méthode « réalisation d’un diagramme floral », réalisez le diagramme florale de la Tulipe et comparez-le aux diagrammes proposés dans le document 1 : 

=> Fiche technique dissection florale et fiche analyse florale

Les notions d’ACTINOMORPHIE-ZYGOMORPHIE concerne les degrés de symétrie de la fleur celles de DIALYPETALE et GAMOPETALE concerne la soudure des pièces florales entre elles.

  • Une fleur est ACTINOMORPHE quand tous les plans passant par l’axe de la fleur et les points d’insertion de ses pièces sont des plans de symétrie.  ≈symétrie radiale
  • Une fleur est ZYGOMORPHE quand elle n’a qu’un plan de symétrie (par suite de l’irrégularité d’un de ses verticilles, de l’avortement d’une de ses pièces …) ≈symétrie bilatérale
  • Une fleur DIALYPETALE  possède des pièces florales indépendantes non soudées entre elles.
  • Une fleur GAMOPETALE  possède des pièces florales soudées entre elles.

Document 3 : Différents diagrammes polliniques

5) Ecrivez la formule de la tulipe sachant qu’on peut écrire une formule florale complète comme suit :      O nS + nP + nE + nC ou O nT + nE + nC

Convention d’écriture : 

O = Actinomorphe     X = Zygomorphe

S = sépales libres ; (S) = sépales soudés entre eux (partiellement ou totalement)

P = pétales libres ; (P) = Pétales soudés entre eux (partiellement ou totalement)

T = Tépales si les sépales et pétales ont la même couleur

E = étamines (ou A pour androcée) ; (E) = étamines soudées

C = carpelles (ou G pour gynécée) ; (C) = carpelles soudés ; précision :  C = ovaire supère (c’est à dire visible sur le pédoncule) ou la barre est au dessus du C {}si l’ovaire est infère (c’est à dire envelopé par le pédoncule qui passe donc au dessus) => Pour simplifier,  la barre représente le pédoncule

II – Morphogenèse florale

D’après http://acces.ens-lyon.fr/acces/ressources/dyna/developpement/enseigner/morphogenese-vegetale/morphogenese-florale/le-modele-abc et d’après Pour la Science dossier spécial : les végétaux insolites N° 77 Octobre-décembre 2012

1) Comment s’établit le plan d’organisation de la fleur et en particulier l’identité des organes floraux?

Document 2 : l’arabette des Dames, Arabidopsis thaliana, est une petite mauvaise herbe de la famille du colza ou de la moutarde (brassicacées). Son génome (séquencé en 2001) est court, tout comme son cycle de vie (environ six semaines), si bien qu’elle est aujourd’hui la plus utilisée des plantes pour les recherches sur les végétaux; en outre, elle produit des milliers de graines. Les biologistes manipulent facilement son génome. Connaissant les perturbations provoquées par les mutations, ils identifient les gènes mutés et en déduisent leur fonction normale. Par exemple, ils isolent des mutants dont la floraison est précoce ou, au contraire, tardive, ou qui sont insensibles à la durée du jour ou au froid hivernal.

2) A partir du diaporama sur la morphogenèse florale ainsi qu’à partir de la fiche protocole sur le  modèle génétique de la floraison et du logiciel anagène, complétez le tableau donné à la suite

=> Fiche technique Anagène

Le but est de déterminer comment la floraison est programmée

Allons plus loin :

3) A faire à la maison : D’après le document suivant, comment la fleur peut activer sa floraison dans l’année, au printemps ?

Document 3 (d’après les dossiers pour la science N° 77 – OCTOBRE – DÉCEMBRE 2012  : Les végétaux insolites -) La durée du jour influe sur la floraison. Diverses protéines sont impliquées, dont les principales sont la protéine co (en marron), la protéine FT (en rouge) et la protéine FD (en vert). La quantité de l’ARN messager de la protéine co dans les cellules des feuilles évolue selon le rythme circadien: l’ARN est synthétisé durant la nuit et en fin d’après-midi, mais pas durant le reste de la journée (courbe a). Plus il y a d’ARN messager, plus la protéine co correspondante est synthétisée. Toutefois, cette protéine est stable à la lumière, alors qu’elle est dégradée dans l’obscurité. En fin d’après-midi (b), la quantité de protéines co stables devient suffisante pour activer le gène FT, qui code la protéine FT (c). Celle-ci passe alors, par de petits canaux présents dans les parois cellulaires, dans les tubes criblés du phloème (d), qui véhiculent la sève. Elle est alors transportée dans la tige jusqu’aux cellules du méristème apical (e). Là, elle se lie à la protéine FD (f). Ensemble, ces deux protéines activent une série de gènes codant des protéines qui construisent le bouton floral, d’où sortira la fleur.

III- Pollinisation et co-évolution

Il est impossible de voir tous les exemples illustrant la pollinisation et la co-évolution  tellement ils sont nombreux. En voici quelques exemples, mais bien d’autres peuvent vous être proposés le jour de l’épreuve. Ce qu’il faut cerner c’est la multitude d’adaptations permettant aux plantes ayant une vie fixée de favoriser une pollinisation croisée afin d’améliorer le brassage génétique.

Définitions

Pollinisation : Phénomène qui permet la fécondation des plantes à fleurs par le transport du pollen de l’étamine aux stigmates du pistil chez les angiospermes ou à l’ovule chez les gymnospermes; période pendant laquelle s’opère ce transfert (d’apr. Biol. t.2 1970, Bén.-Vaesk. Jard. 1981, Lar. agric. 1981)

Co-évolution : Évolution parallèle de deux espèces en étroite interaction. Chaque innovation chez une espèce ayant un effet sur l’interaction, elle contribue à la sélection de caractère symétrique chez l’autre espèce. 

1) Réalisez une observation détaillée de la plaque de Buddleia et du colza afin de déterminer le mode de pollinisation et la co-évolution qui caractérise les 2 espèces

A faire à la maison si vous n’avez pas le temps (cela fait partie de docs que vous pourriez avoir à l’écrit :

2) A l’aide des documents suivants, déterminez quelles sont les adaptations des fleurs qui permettent la réalisation d’une pollinisation croisée. Votre réponse prendra la forme du tableau suivant : 

Les documents (4 à 9) sont donnés dans le fichier pdf sécurisé jointet sont tirés de votre livre p 105

3) Une fois le grain de pollen au contact avec le stigmate, comment la fécondation peut avoir lieu ?

Document 10 (d’après la thèse d’Alexis Matamoro-Vidal Structuralisme et évolution des formes: l’exemple du pollen)

Photos illustrant des germinations de pollen en conditions in vivo chez deux espèces d’Euphorbiaceae produisant du pollen inaperturé. a : Eremocarpus setigerus. b, c et d : Jatropha integerrima. Les photos sont prises avec un éclairage classique, permettant de faire ressortir les pollens (p) et la surface stigmatique (s), superposé à un éclairage en fluorescence, permettant de faire ressortir les tubes polliniques (t). Le matériel a été préalablement fixé dans du bleu d’aniline. Echelles : 20 µm.

Document 11 : Tubes polliniques au niveau du stigmate d’une sauge commune (d’après JJ Auclair

Document 12 : Schéma simplifié de la fécondation chez les Angiospermes

Les gamètes mâles contenus dans le grain de pollen migrent dans le tube pollinique et gagnent les ovules, où a lieu la fécondation

IV- Dispersion des graines

A faire à la maison :

Dans une forêt de 50 ha, des chercheurs ont étudié la relation entre la distribution spatiale de plusieurs centaines d’espèces et le mode de dispersion de leurs graines. Des agents abiotiques comme le vent ou l’eau peuvent transporter les semences, mais les animaux en sont les principaux agents disséminateurs. En outre, la dissémination peut être passive (certaines structures des graines ou des fruits favorisent leur transport) ou active (les fruits émettent des signaux attractifs pour un animal qui va les consommer).

1) comparez les différents modes de dispersion et leurs conséquences écologiques sur le peuplement d’un nouveau milieu.

2) Quels sont les modes de dispersion des différentes graines suivantes : 

 

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