Organisation du Vivant Végétal. Le développement et les plans d organisation des végétaux

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1 Organisation du Vivant Végétal Le développement et les plans d organisation des végétaux Eric BONCOMPAGNI Site enseignement : 1

2 Bibliographie 1. Biochemistry & Molecular Biology of plants 2000 éd. par B. B. Buchanan, W. Gruissem & R. L. Jones. American Society of Plant Physiologists, Rockville, Maryland. 2. Biologie végétale 2000 P. H. Raven et coll., éd. De Boeck Université. 3. Biologie végétale : 2. Organisation des plantes à fleurs 1999 J.-C. Roland et F. Roland, série Atlas, éd. Dunod. 4. Biologie végétale : Plantes supérieures : appareil végétatif 1998 R. Gorenflot, éd. Masson. 5. Botanique générale 1998 W. Nultsch, éd. De Boeck Université. 6. Botanique systématique 2002 W. S. Judd et coll., éd. De Boeck Université. 7. Dictionnaire de la botanique 1999 Encyclopaedia Universalis, éd. Albin Michel. 8. Structure et développement de la plante 1999 Jean Vallade, éd. Dunod. 9. Botanique 2004 S. Meyer et coll., éd. Maloine 2

3 I. Introductions aux Angiospermes 3

4 L appareil végétatif Diversité de l embranchement Trachéophytes Embranchement Gymnospermes Sous-embranchement 4

5 La diversité dans les Embranchements des Gymnospermes et des Anthophytes Les Spermatophytes = Plantes à graines - Gymnospermes - Anthophytes : Gnétophytes Angiospermes 5

6 L appareil végétatif Diversité du sous-embranchement (Angiospermes) Eudicotylédones -2 grands groupes monophylogénétiques : - Monocotylées ou Monocotylédones - Eudicotylédones 6

7 Cycle biologique du végétal Sporophyte 2n chromosomes cellule oeuf plante mature Fécondation + ovule pollen méiose fleur Gamétophyte n chromosome 7

8 Développement de l embryon d un Angiosperme Eudicotylédone Gemmule Radicule 8

9 Mode de germination : Epigée (haricot) et Hypogée (pois) 9

10 L appareil végétatif Les méristèmes Cellule méristématique Cellule végétale fonctionnelle Différenciation cellulaire - Petite cellule - Vacuole très limité - Noyau très développé - Grande cellule - Vacuole très développé - Noyau très réduit 10

11 L appareil végétatif Méristèmes primaires apicaux MAC Elongation du végétal MAR - Elongation du végétal - Production des tissus primaires 11

12 L appareil végétatif Méristèmes secondaires Général Grant : Séquoia de 2000 ans -Hauteur 82m -Diamètre 12m Elargissement du végétal - Croissance en épaisseur - Production des tissus secondaires principalement chez les espèces ligneuses 12

13 Différenciation Cellulaire réversible Différentiation de cellule végétale Croissance cellulaire Cellule morte Ex: trachéide Cellule méristématique Différenciation Mitose Croissance Mérèse Auxèse Cellule vivante Ex: parenchyme 13

14 Différenciation Cellulaire Différentiation d un vaisseau du métaxylème Xylème : Sève brute Perforation des cloisons terminales (lignine) Ponctuation 14

15 Différenciation Cellulaire Différentiation d un élément criblé et d une cellule compagne dans le métaphloème Phloème : Sève élaborée Plasmodesmes Crible Cellule compagne Sève élaborée 15

16 Différenciation Cellulaire réversible Dédifférentiation de cellule végétale Croissance cellulaire Cellule méristématique Différenciation Mitose Croissance Etat méristématique Dédifférenciation Cellule vivante Ex: parenchyme 16

17 Les tissus primaires Epiderme et tissus conducteurs Tissus de protection - L épiderme dérive du protoderme Cuticule (cires végétales) - Les tissus conducteurs dérivent du procambium Xylème Tissus conducteurs Phloème Epiderme Stomate Dépôt de lignine sous forme d anneau 17

18 Les tissus primaires Les différents tissus vasculaires Fibre lignifiée Pôle criblé Parenchyme Pôle vasculaire 18

19 Les tissus primaires Les tissus fondamentaux - Les tissus fondamentaux dérivent du méristème proximal Parenchyme Collenchyme Sclérenchyme a Section transversale noyau Paroi primaire Espace Intercellulaire (méat) b Section longitudinale Cellule de remplissage Paroi primaire Paroi primaire avec épaississement irrégulier Rôle de Soutien Paroi secondaire épaissie Paroi primaire 19

20 Les tissus primaires Les tissus fondamentaux - Les tissus fondamentaux dérivent du méristème proximal Endoderme Tissus sécréteurs Péricycle Tissus racinaires Organes sécréteurs Canal à résine 20

21 Les tissus secondaires Les méristèmes secondaires Méristème primaire (mitose transversale d élongation) Méristème secondaire (croissance en épaisseur) Type 1 : Tissus II aire de conductions : Assise libéro-ligneuse (cambium) Liber + Bois. -Type 2 : Tissus II aire de revêtement : Assise subéro-phellodermique (phellogène) Suber + Phelloderme. 21

22 Méristèmes primaires : Développement en longueur des plantes Méristèmes secondaires : Développement en épaisseur des plantes Tissus Secondaires Tissus Primaires 4 ans 3 ans 2 ans 1 an Coupe longitudinale (CL) 22

23 II. La racine 23

24 La racine Organisation de l apex racinaire Zone subéreuse Racine latérale Zone pilifère Poils absorbants Zone lisse Coiffe Coiffe 24

25 La racine Organisation de l apex racinaire Zone quiescente Zone active Coiffe MAR Apex racinaire chez le Maïs (Angiosperme Monocotylée) 25

26 La racine Organisation de l apex racinaire Relation entre histogénèse et régulation de l expression génique racinaire (Gène::GFP) 26

27 La racine Organisation de l apex racinaire 27

28 La racine Organisation de l apex racinaire 28

29 La racine Organisation de l apex racinaire 29

30 La racine Organisation de l apex racinaire 30

31 La racine Structure primaire Chez les Eudicotylédones Parenchyme cortical Assise pilifère ou Rhizoderme Exoderme Cortex = écorce = zone corticale Stèle = cylindre central 31

32 La racine Structure primaire Chez les Eudicotylédones Représentation schématique de la racine 32

33 Chez les Eudicotylédones : Mise en place de la vascularisation La racine Structure primaire Protophloème Endoderme EXT INT Protoxylème Stèle Métaxylème Protoxylème Phloème Différenciation centripète Péricycle Endoderme à cadre (Caspary) 33

34 Chez les Monocotylées La racine Structure primaire Représentation schématique de la racine Cortex Stèle 34

35 Chez les Monocotylées La racine Structure primaire Représentation schématique de la racine 35

36 La racine Structure primaire EXT INT Cellule de passage Endoderme en U ou fer à cheval Péricycle Phloème Protoxylème Métaxylème Parenchyme médullaire ou lacune centrale 36

37 La racine Comparaison de la structure primaire entre Eudicotylédones et Monocotylédones 37

38 La Racine Epaississement secondaire de la racine 38

39 La Racine Epaississement secondaire de la racine = liber Cambium libéroligneux = bois Assise subérophellodermique 39

40 La Racine Epaississement secondaire de la racine Disparition complète des tissus primaires racinaires 40

41 La Racine Récapitulatif de la mise en place des tissus racinaires (Eudicotylédones) M. I Protoderme Méristème apical M. fondamental Procambium 41

42 La Racine Récapitulatif de la mise en place des tissus racinaires (Eudicotylédones) M. I Tissus I Protoderme Rhizoderme Méristème apical M. fondamental Procambium Parenchyme (écorce) Cylindre central péricycle procambium Tissus conducteurs I (xylème + phloème) 42

43 La Racine Récapitulatif de la mise en place des tissus racinaires (Eudicotylédones) M. I Tissus I M. II Tissus II Prot Rhizoderme Mf Parenchyme (écorce) Proc Cylindre central péricycle procambium phellogène cambium Suber = liège (ext) Phelloderme (int) Phloème II = liber Périderme Tissus conducteurs I (xylème + phloème) Xylème II = bois 43

44 La Racine Ramification de la racine Péricycle Primordium radiculaire 44

45 La Racine Rôle mécanique d ancrage et de stabilisation Racines fasciculées Racine pivotante 45

46 La Racine : Relation avec l environnement biotique du sol mycorhize racine 46

47 Interaction symbiotique avec des bactéries du sol La Racine Relation avec l environnement biotique du sol La nodosité fixatrice d azote Sinorhizobium meliloti au microscope électronique 47

48 La Racine : variations morphologiques et fonctionnelles Dahlia Betterave Parties aériennes A sucre Fourragère Rouge Racines 48

49 La Racine Variations morphologiques et fonctionnelles des racines Racines aériennes (vélum des Orchidées) Racines crampons (Lierre) 49

50 La Racine Variations morphologiques et fonctionnelles des racines Racines piliers Racines suçoirs Racines respiratoires ou pneumatophores 50

51 III. La tige 51

52 La tige Construction rythmique de l appareil caulinaire Organisation répétitive d une tige feuillée : PHYTOMERE 52

53 La tige Organisation de l apex caulinaire (ou point végétatif) Tunica Corpus Méristème périphérique Méristème de la moelle (médullaire) 53

54 La tige Organisation de l apex caulinaire (ou point végétatif) Divisions anticlines Divisions périclines 54

55 La tige Organogenèse de la tige feuillée : Mise en place Initium foliaire Primordium foliaire Ebauche foliaire feuille 55

56 La tige Organogenèse de la tige feuillée : Initiation 56

57 La tige Organogenèse de la tige feuillée : Développement de la feuille 57

58 La tige Organogenèse de la tige feuillée : Initiation rythmique des feuilles 58

59 La tige Organogenèse de la tige feuillée : Notions de phyllotaxie Angle de 137,5 59

60 La tige Organogenèse de la tige feuillée : Notions de phyllotaxie Nb de feuilles par noeud =1 Alternes > =2 Verticillées 2 1 Opposées 1 60

61 La tige Organogenèse de la tige feuillée : Notions de phyllotaxie Nb de feuilles par noeud =1 Hélice foliaire Alternes distiques (Orme) spiralées orthostiques (//) #2 >2 Hélice foliaire #3 # =2 #2 #1 Hélice foliaire Opposées Opposées décussées (90 ) Verticillées par 3, 4, (Laurier rose) (Lilas, coléus) 61

62 La tige Structure primaire de la tige et d une feuille Eudicotylédones (Eustèle) Pôles vasculaires Épiderme Lacune Écorce = cortex 62

63 La tige Structure primaire de la tige et d une feuille Eudicotylédones (Eustèle) Écorce Épiderme cutinisé Phloème Moelle ou parenchyme Rayon médullaire Phloème Xylème Cambium fasciculaire Collenchyme ou sclérenchyme 63

64 La tige Structure primaire de la tige et d une feuille Stèle ou cylindre central Écorce Pôle criblé Phloème Xylème Pôle vasculaire 64

65 La tige Structure primaire de la tige et d une feuille Monocotylées (Atactostèle) 65

66 Monocotylées (Atactostèle) Épiderme cutinisé La tige Structure primaire de la tige et d une feuille Phloème Xylème Parenchyme médullaire : moelle Faisceaux cribro-vasculaires Parenchyme fondamental 66

67 La tige Structure primaire de la tige et d une feuille Protophloème Métaxylème Protoxylème 67

68 Eudicotylédones La tige Structure primaire de la tige et d une feuille 68

69 Monocotylées La tige Structure primaire de la tige et d une feuille 69

70 La tige Épaississement secondaire de la tige Cambium interfasciculaire manchon continu Cambium fasciculaire (arc) Initiales de rayons Initiales fusiformes 70

71 Bois homoxylés Pin (Pinus silvestris) C. Transversale C. Radiale C. Tangentielle Rayon unisérié Trachéide Ponctuation aréolée 71

72 Cambium Bois hétéroxylés Bouleau (Betula alba) Xylème I Vaisseau ponctué à perforations scalariformes Rayon ligneux Rayon libérien 72

73 La tige Épaississement secondaire de la tige Écorce Moelle Écorce Moelle Phloème I Xylème I Phloème I Phloème II Cambium Xylème I Xylème II Liège = Suber Zone subéro phellodermique Phelloderme Phloème II Xylème II Cambium Rayon ligneux 73

74 La tige Épaississement secondaire de la tige Périderme Phellogène Liége Phellogène Phelloderme 74

75 La tige Épaississement secondaire de la tige Rhytidome lenticelle 75

76 La tige Épaississement secondaire de la tige Tronc Stipe 76

77 La tige Épaississement secondaire de la tige Cas des plantes Monocotylées MEP = Méristème d élargissement primaire Monocotylées à bulbes arborescentes Bulbe Plateau Arborescente Stipe Méristème caulinaire > MEP MES = Méristème d élargissement secondaire Monocotylées arborescentes Yucca Dracaena Parenchyme cortical Initiales > Parenchyme secondaire 77

78 La tige Ramification de la tige feuillée Monopodiale (hêtre) Monochasial Sympodiale (Lilas) Dichasial Acrotonie 78

79 La tige Ramification de la tige feuillée Hypotonie Basitonie 79

80 La tige Ramification de la tige feuillée Epitonie Amphitonie 80

81 La tige Ramification de la tige feuillée isophyllie anisophyllie port herbacée 81

82 La tige Variations morphologiques et fonctionnelles de la tige feuillée 82

83 La tige Variations morphologiques et fonctionnelles de la tige feuillée 83

84 La tige Variations morphologiques et fonctionnelles de la tige feuillée Ramification monopodiale Rhizome Tige Stolon Rhizome Tubercule Bulbe Ramification sympodiale Monochasiale Dichasiale 84

85 La tige Variations morphologiques et fonctionnelles de la tige feuillée Bulbe à Caïeux : Ail (Allium sativum) Bulbe tuniqué : Oignon (bisannuel) Allium cepa Bulbe solide : Colchique (Colchicum automnale) 85

86 La tige Transition de l état végétatif à l état reproducteur Cours de N. Pauly 86

87 La tige La sénescence du végétal 87

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90 Le contrôle du développement Acquisition d un plan d organisation 90

91 Le contrôle du développement Acquisition de l identité cellulaire Ablation laser division cellulaire 91

92 Le contrôle du développement Contrôle génétique de l identité cellulaire STM = shootmeristemless Tige sans méristème WUS = wuschel De l Allemand = tignasse CLV = clavata 92

93 Le contrôle du développement Plasticité du développement post-embryonnaire Influence de l environnement sur le phénotype : Pin de Jeffrey (Pinus jeffreyi) 93

94 Le contrôle du développement Capacité de dédifférenciation cellulaire Saintpaulia sp. 94

95 A B C D E LEXIQUE DE BOTANIQUE (2009) Albumen Tissu de réserve qui se développe à partir du nucelle après la fécondation Anaphase Troisième phase de la mitose caractérisée par la migration des chromosomes aux deux pôles du fuseau achromatique Androcée Appareil reproducteur mâle de la fleur des Angiospermes. L'androcée regroupe les étamines Angiosperme Plante possédant des fleurs répondant à la définition du texte Anthérozoide Gamète mâle Anticline Deux divisions sont anticlines si les parois auxquelles elles donnent naissance sont perpendiculaires Antipodes Groupe de trois cellules se formant au pôle chalazial du sac embryonnaire Apex L'apex est la pointe terminale d'un axe végétal quelque soit son rang hiérarchique dans l'architecture de la plante Apoplasme Réseau continu dans le corps de la plante formé par l'ensemble des parois pectocellulosiques des cellules Autotrophie Système nutritionnel d'un être vivant utilisant la matière minérale pour synthétiser la matière organique Biosphère Ensemble des êtres vivants de la planète Bourgeon Structure végétale constituée par un axe très court généralement (la phytomérisation n'a pas encore produit ses effets), renfermant un méristème à son apex et recouvert par des feuilles transformées en écailles Bractée Feuille servant de repère topologique à un quelconque organe de la plante. Exemple : la bractée florale est une feuille à l'aisselle de laquelle se trouve une fleur Bulbe Tige contractée, souterraine la plupart du temps, portant des feuilles transformées en écailles Calice Ensemble des sépales à l'extérieur d'une fleur Cambium Méristème intervenant dans une seconde étape de la vie de certaines plantes Carpelle Unité de reproduction femelle de la fleur Centrifuge Se déployant du centre à la périphérie d'une structure Centripète Se déployant de la périphérie au centre d'une structure Chalaze Zone à la base de l'ovule où se rencontrent téguments, nucelle et vascularisation Coiffe Ensemble de cellules protectrices recouvrant le méristème apical radiculaire d'une plante Collenchyme Tissu de soutien cellulosique dans la tige d'une plante Corolle Ensemble des pétales de la fleur, doublant le calice vers l'intérieur Corpus Zone profonde d'un méristème apical caulinaire Cotylédon Expansion, latérale généralement, sur l'axe de l'embryon. Les cotylédons jouent souvent le rôle d'accumulateur de substances de réserve Cytodiérèse Ensemble des transformations à l'intérieur du noyau lors d'une mitose Cytokinèse Ensemble des mécanismes scindant une cellule-mère en deux cellules-filles à la mitose Cytosquelette Système protéinique formant une trame plus ou moins rigide dans le volume cellulaire :actine, microfilaments et microtubules sont les principaux composants du cytosquelette Dérivée Cellule méristématique directement issue de la division d'une cellule initiale Dominance apicale Mécanisme inhibiteur localisé dans un méristème qui empêche le développement d'éléments voisins Ecorce Ensemble des tissus situés entre tissu de revêtement et cylindre central dans la structure anatomique d'une plante Embryon Organisme issu de la segmentation du zygote à l'intérieur des tissus de la graine. C'est à partir de l'embryon que se formera la plante adulte après la germination de la graine Endoderme Assise la plus interne de l'écorce, elle montre souvent des cellules à parois subérifiées Entre-nœud Zone du phytomère qui s'allonge le plus souvent et ne produit aucun élément à sa périphérie Site enseignement : 95

96 F G H I L M N O P Epicotyle Partie de l'axe sus-cotylédonaire à la germination de certaines graines Epiderme Tissu de revêtement des tiges Etamine Unité de reproduction mâle de la fleur Eucaryote Plantes dont les cellules possèdent un noyau vrai Evocation florale Processus établissant la floraison chez une Angiosperme Exine Tégument externe d'un ovule d'angiosperme Fruit Organe contenant les graines élaboré à partir du gynécée après la fécondation Funicule Pédoncule réunissant l'ovule au placenta carpellaire Gaine Base élargie du pétiole assurant l'insertion d'une feuille sur une tige Graine Produit de transformation d'un ovule végétal après fécondation Gynécée Ensemble des carpelles, unités de reproduction femelles Hétérotrophie Système nutritionnel d'un être vivant utilisant la matière organique Hypocotyle Partie de l'axe sous-cotylédonaire à la germination de certaines graines Hypoderme Une ou plusieurs couches de cellules de revêtement doublant l'épiderme dans certaines anatomies de tiges Inflorescence Groupement de fleurs Initiale Cellule méristématique restant à l'intérieur du méristème où elle ne se différencie jamais Interphase Intervalle de temps compris entre deux mitoses successives au cours du cycle cellulaire Intine Tégument interne de l'ovule des Angiospermes Limbe foliaire Partie élargie et aplatie de la feuille, siège privilégié de la photosynthèse Méat Espace libre entre trois cellules servant à la circulation de gaz dans le corps de la plante Méristème Groupe de cellules douées du pouvoir de division Métaphase Seconde phase de la mitose caractérisée par la constitution de la plaque équatoriale Micropyle Interruption des téguments ovulaires mettant directement en contact le tube pollinique et les synergides Mitose Processus de division cellulaire des Eucaryotes Moelle Zone interne du cylindre central dans l'anatomie d'une plante Monopode Système de ramification dans lequel c'est l'axe principal qui reste prédominant Nœud Partie du phytomère qui ne s'allonge pas mais porte feuilles et bourgeons ou fleurs Nucelle Tissu ovulaire dans lequel se différencie le sac embryonnaire Oosphère Gamète femelle Ovule Ensemble complexe de tissus renfermant l'oosphère (terme non équivalent à l'ovule des animaux) Parenchyme Tissu de réserve cellulosique Périanthe Ensemble des organes protecteurs de la fleur, calice et corolle Péricline Deux divisions sont périclines si les parois auxquelles elles donnent naissance sont parallèles Péricycle Zone externe du cylindre central Pétale Pièce florale généralement colorée s'interposant entre sépales et étamines Pétiole Pédoncule plus ou moins allongé prolongeant le limbe foliaire à sa base Phelloderme Tissu secondaire de réserve généralement Phellogène Cambium situé dans l'écorce produisant phelloderme et suber Phloème Elément conducteur de la sève élaborée Phragmoplaste Dispositif de construction d'une nouvelle paroi à la mitose Phytomère Encore appelé module, un phytomère est une unité dorganisation de la plante Site enseignement : 96

97 R S T X Z Plante annuelle Plante parcourant son cycle en une année (ou moins) d'une graine à la graine de la génération suivante Plante perenne Plante fleurissant plusieurs fois au cours de sa vie Plantule Petit organisme transitoire entre embryon et plante mature Pollen Le grain de pollen est un ensemble de deux à trois cellules où se trouvent les anthérozoïdes Procambium Tissu embryonnaire au centre du cylindre central Procaryote Plante dont les cellules sont dépourvues de vrai noyau Prophase Première phase de la mitose pendant laquelle les chromosomes s'individualisent Protoderme Tissu embryonnaire à l'origine des tissus de revêtement Rhizoderme Tissu de revêtement dans la racine d'une plante Rhizome Tige souterraine de certaines plantes Scissiparité Mode de division archaïque au cours duquel une cellule (procaryote) se scinde en deux Sclérenchyme Tissu de soutien incrusté de lignine dans certaines anatomies végétales Scutellum Cotylédon unique, fortement transformé des Graminées Segmentation Mode de division cellulaire non suivi de croissance cellulaire Sépale Pièce florale généralement verte et de petite taille à l'extérieur de la fleur Spermaphyte Plante produisant des graines au cours de leur reproduction Spore Forme de résistance de certains végétaux Stomate Dispositif cellulaire de l'épiderme assurant les échanges gazeux entre milieu intérieur et milieu extérieur de la plante Suber Tissu à cellules dont les parois sont épaissies et étanchéifiées par des incrustations de subérine Suspenseur Organe en file cellulaire assurant le lien entre embryon et tissu nutritif dans la graine Symplasme Réseau interne réunissant en un seul ensemble lescytoplasmes des cellules d'une plante Sympode Type de ramification dans lequel c'est l'axe secondaire qui prédomine sur l'axe principal Synergides Groupe de deux cellules au pôle micropylaire du sac embryonnaire. Les synergides entourent l'oosphère et participent à la fécondation Télophase Dernière phase de la mitose au cours de laquelle les deux cellules-filles se séparent Totipotence Propriétés de certaines cellules non différenciées capables de produire n'importe quel type de cellule, voire un organisme entier Tubercule Racine ou partie de racine accumulant des substances de réserve dans leurs cellules Tunica Zone superficielle d'un méristème apical caulinaire Xylème Tissu conducteur de la sève brute dans le végétal Zygote Cellule à 2n chromo Site enseignement : 97

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