Cours : reproduction de la plante

Introduction : 

Les stratégies de reproduction ne sont pas les mêmes suivant que l’on considère leur efficacité. Tout dépend de l’environnement changeant ou non. Si l’environnement est stable, la reproduction asexuée confère un avantage. Si l’environnement est changeant c’est la reproduction sexuée qui confère un avantage à l’espèce, car le brassage des gènes permet d’avoir une plus grande variabilité des individus et donc de ceux qui sont capables d’évoluer. Cependant chez beaucoup d’angiospermes, les deux modalités de reproduction sont possibles assurant une plus grande efficacité de dissémination.

Photo de couverture :  d’après  JB

Problèmes : Comment les angiospermes assurent leur reproduction ? Comment la descendance se répand dans la nature et permet à une jeune plante de faire son apparition ?

I- Reproduction asexuée : 

Reproduction des plantes à fleurs et anatomie de la graine

La reproduction asexuée ou multiplication végétative aboutit à la production d’une descendance identique à l’unique parent. Elle repose sur une propriété fondamentale de la cellule végétale : la totipotence. C’est la capacité qu’a une cellule à se dédifférencier pour retrouver un caractère embryonnaire, c’est-à-dire capable de se reproduire par mitose, puis à redonner un individu entier à partir de ces cellules, identique au parent. C’est donc un clonage. Chez les plantes, les formes naturelles de multiplication végétative sont nombreuses et variées, en voici quelques unes : 

  • Les stolons : tiges minces se développant à la surface du sol. En retouchant le sol, les cellules du stolon redonne des raciles et des feuilles permettant la naissance d’une nouvelle plante identique à la première. Exemple du fraisier.
  • Les tiges souterraines, ou rhizomes, sont aussi des structures importantes particulièrement présente chez les graminées, comme par exemple le bambou.
  • Les bulbes et les tubercules sont spécialisés dans l’accumulation de réserves. Ce sont des organes qui sont capables de redonner une nouvelle plante identique à la plante mère à partir de leurs bourgeons (ou oeil). (exemple tulipe, pomme de terre).
  • Certaines racines d’arbres ou arbustes donnent des rejets, appelés drageons, pouvant être à l’origine d’un nouvel individu (exemple du cerisier)
  • Certaines plantes produisent des organes spécialisés dans la multiplication végétative, comme par exemple de petits plantules accrochés aux feuilles chez kalanchoé ou même des embryons obtenus par reproduction asexuée comme chez les citronniers, les pissenlits…

Doc 1 : Quelques modes de reproduction asexuée

Définitions : 

Totipotence : capacité de régénérer un individu complet identique à la plante mère. C’est la totipotence des cellules végétales. Elle repose sur l’aptitude à la dédifférenciation : les cellules peuvent redevenir des cellules de type embryonnaire, non spécialisées et se différencier ensuite pour donner à nouveau les différents types de cellules spécialisées (tissus).

Pluripotence : Aptitude d’une cellule à générer plusieurs types de tissus cellulaires.

La totipotence des cellules végétales est également utilisée par l’homme pour ses propres besoins. Dans le jardinage, en utilisant les propriétés naturelles des plantes, comme la pomme de terre, le fraisier etc., l’être humain peut forcer ces multiplications végétatives grâce a certaines techniques, comme le marcottage ou le repiquage de bulbes et de tubercules, ou le bouturage direct de certaines plantes (géraniums par exemple).

En laboratoire, il est possible de multiplier de façon extraordinaire et plus efficacement certains végétaux dont on a besoin grâce à cette propriété de totipotence, en partant parfois juste de quelques cellules indifférenciées qu’on appelle des cals. Ces techniques de laboratoire qui ont pour but de reproduire végétativement les plantes sont rassemblées sous le terme de culture in vitro

Doc 2 : Embryogenèse somatique => un exemple de multiplication végétative

Attention, le matériel vivant ici étudié pendant l’atelier de SVT est le mélèze (il ne s’agit donc pas d’une espèce appartenant aux Angiospermes, mais le principe est le même chez les Angiospermes). D’après JB avec le travail des élèves et l’aimable aide de l’INRA Orléans et Mme Lelu Walter.

II- Reproduction asexuée 

A) l’organe reproducteur : la fleur.

L’histoire évolutive montrent que le succès des Angiospermes (90% de la biodiversité végétale) est lié à l’invention de la fleur.  La fleur est l’organe reproducteur qui permet la production des gamètes et qui les protège. Elle est organisée en verticilles concentriques (Le verticille est constitué par plusieurs organes disposés en rayons autour d’un axe ou d’un point central).  Une fleur type est constituée des verticilles suivants (en partant de l’extérieur et en allant vers l’intérieur) : 

  • Sépales (V1)
  • Pétales (V2)
  • Etamines (V3)
  • Carpelles (V4)

Doc 3 : L’organe reproducteur : la fleur.

B) Assurer le transport des gamètes quand on est fixé

Beaucoup de fleurs sont hermaphrodites, ce qui signifie qu’elles pratiquent l’autofécondation. Ainsi les grains de pollen produits par les étamines germent directement sur le stigmate et fécondent l’ovule contenu dans l’ovaire de la même fleur grâce à un tube pollinique.

Doc 4 : Fécondation

Par contre, produire de la diversité génétique peut être un avantage dans la nature, notamment si l’environnement évolue. Cela n’est possible que si la fécondation est croisée. Il faut donc assurer le transport du pollen afin de réaliser une fécondation croisée.

Elle peut être assurée très aléatoirement en transportant les grains de pollen soit par le biais du vent (anémogamie) ou soit par le biais de l’eau (hydrogamie). Dans ce cas, peu de grains de pollen atteignent un autre stigmate, les pertes sont alors considérables.

La fécondation croisée peut être plus efficace si le vecteur du transport est un animal (zoogamie). Plus le partenariat est étroit, et plus chaque espèce peut avoir développé des spécificités vis à vis de son partenaire. Ainsi, l’évolution parallèle de deux espèces en étroite interaction est appelée co-évolution. C’est notamment le cas d’insectes intervenant dans la pollinisation de plantes spécifiques (entomogamie).

Doc 5 : Vision dans les UV de certains insectes

L’ultraviolet fait apparaître les pétales bleu-violet, et la base bistre-jaune. Les stigmates émettent ne vive luminescence blanche qui illumine les étamines d’une lueur jaune verdâtre. Les anthères bistre, ouvertes, libèrent du pollen luminescent blanc jaunâtre. Sur les pétales, du pollen disséminé par des insectes forme des traînées luminescentes jaune pâle.  D’après pour la Science janvier 2018, N°483

Définitions : 

Pollinisation : Transport et dépot d’un grain de pollen sur le stigmate du pistil d’une fleur. ATTENTION : ce n’est pas la fécondation.

Doc 6 : le sphinx et l’orchidée

Butinage de l’orchidée vu par Pascal Le Roch (© P. Le Roch/MNHN) – Un cas de coévolution est illustré ici par une orchidée et son pollinisateur, un sphinx. La fleur possède un nectaire (tube) très long qui peut atteindre plus de 30 centimètres tandis que l’insecte est doté d’une trompe presque aussi longue qui lui permet d’accéder au nectar situé au fond du nectaire. D’après Darwin, la plante et l’animal se seraient adaptés l’un à l’autre au cours du temps. Selon une autre hypothèse récente, l’allongement du nectaire serait une réponse de l’orchidée à la trompe du papillon. d’après http://www.docsciences.fr

III- De la dissémination des graines à leur germination

A) de l’ovule à la graine

Une fois l’ovule fécondé, le zygote se divise et ensuite donne un embryon (une mini-plante). Il est normalement constitué d’une tigelle, d’un radicule et d’un (Monocotylédones) ou de deux cotylédons (Dicotylédones). Le tout est contenu dans une graine possèdant ou non des réserves et enveloppée d’un tégument. 

On distingue trois types de graines d’angiospermes en fonction de la structure stockant les réserves.

Si les réserves sont accumulées dans :

  • l’albumen = partie spécialisée dans le stockage de nutriment en vue da la germination de l’embryon ; la graine est dite albuminée (blé, riz, maïs, café, tomate, …) ;
  • les cotylédons de l’embryon, La graine est dite exalbuminée (pois, haricot, soja, arabette, …) ;

La différenciation de l’ovaire donne le fruit.

Doc 7 : graine de Maïs (monocotylédones)

D’après JB

Doc. 8 : Graine de haricot.

D’après SVT-dijon

La diversité des fruits et des graines montrent encore des stratégies évolutives différentes. Comme la pollinisation, on observe des graines dispersées directement  par effet mécanique (exemple du Spartier ou du concombre sauvage). D’autres graines sont dispersées soit par le vent (anémochorie) ou par l’eau (Hydrochorie). 

La dispersion des graines peut aussi être assurée grâce à un animal (zoochorie) soit par adhérence de la graine, soit par ingestion du fruit allant même jusqu’à conférer à la graine un pouvoir germinatif plus grand.

Doc. 9 : Dissémination des graines

9A- balistique et hydrochorie

9B- quelques exemples d’anémogamie

9C- quelques exemples de zoochorie

B) La graine et sa germination

Après la fécondation, les téguments se développent, se rigidifient et protègent l’intérieur de la graine mécaniquement et chimiquement, en produisant par exemple des polyphénols (anti microbiens). La graine peut être maintenue en dormance grâce à l’action de ces polyphénols mais aussi d’une hormone (l’acide abscissique ou ABA). En retardant le moment de la germination, la dormance autorise les graines à voyager et à se disséminer loin de leur lieu de production, ce qui permet la colonisation de nouveaux endroits.

La levée de dormance n’est activée que par un cumul de conditions qui varient selon les graines (comme le passage au froid, par exemple, ou le passage par un intestin animal). Après imbibition de la graine,  une autre hormone (l’Acide gibbéréllique ou GA3) permet d’activer l’utilisation des réserves, afin que le radicule croit pour donner les futures racines fonctionnelles et qu’au niveau caulinaire, les premières feuilles soient fonctionnelles pour que la photosynthèse apportent les produits organiques en quantité suffisante.

Définitions : 

Imbibition : Absorption de l’eau par la graine

Une fois germée, le plantule donne une nouvelle plante qui, à maturité sexuelle, pourra à son tour se reproduire.

Doc. 26 : Germination de la graine 

Animation sur la germination d’après JBoscq

Conclusion

Le succès évolutif des angiospermes est lié à la fois à leur capacité d’adaptation face à des environnements changeants mais aussi à leur capacité d’assurer une reproduction efficace par l’invention de la fleur. Si les modes de reproduction asexués sont multiples et l’autogamie possible, assurer la fécondation croisée et la dissémination des graines par différents vecteurs ont été les moyens les plus efficaces d’assurer la colonisation de tous les milieux.

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