Croissance et développement

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1 Croissance et développement Auteur : Frédéric Puech Formateur SVT ESPE de Bretagne

2 Objectifs Ce cours en ligne vous apportera une information de base, richement illustrée, concernant la thématique «Croissance et développement». Ce cours est divisé en 4 chapitres : Chapitre 1 : La procréation dans le monde animal Chapitre 2 : La régulation de la fonction de reproduction chez l'homme Chapitre 3 : La reproduction sexuée chez les plantes à fleur Chapitre 4 : Une stratégie particulière de colonisation du milieu : la reproduction asexuée Un ensemble d exercices accompagne chaque chapitre.

3 Chapitre 3 La reproduction sexuée chez les plantes à fleur 1 De la fleur à la graine 1.1 La fleur, organe reproducteur de la plante Comment s'organise cet organe? Réceptacle floral Schéma de l'organisation d'une fleur hermaphrodite La fleur est formée : d'une base ou réceptacle floral, soutenue par un pédoncule (pédicelle) qui la relie à la tige ; de pièces stériles : les sépales (souvent verts protégeant le bouton floral) et les pétales (colorées avec souvent à leur base des nectaires sécrétant un nectar sucré et des glandes odorantes (rôle : attirer les insectes pollinisateurs) des pièces fertiles : les étamines et le pistil Les étamines (appareil reproducteur mâle) est composé d'un filet terminé par l'anthère qui produit les grains de pollen. Le pistil (appareil reproducteur femelle) est formé de l'ovaire (contenant le ou les ovules) surmonté d'un style terminé par un stigmate. Certaines fleurs sont seulement mâles ou femelles, portées : soit par le même plant : cas du noisetier (chatons = fleurs mâles / petites fleurs rouges près des extrémités des rameaux = fleurs femelles) soit par deux plants différents : cas du peuplier D'autres sont regroupées en inflorescences grappes (ex marronnier lilas ) fleurs composées (ex marguerite pissenlits..)

4 Les grains de pollen sont produits par la paroi de l'anthère. Quand la fleur s'épanouit, les étamines murissent et les anthères s'ouvrent, libérant les grains de pollen. Les grains de pollen des Angiospermes (plantes à fleur) sont bicellulaires - La cellule végétative est une grosse cellule gorgée de réserve qui formera par la suite le tube pollinique. La paroi du grain de pollen est la paroi de la cellule végétative. - La cellule germinative ou reproductive donnera les gamètes mâles et est inclus dans la cellule végétative. Le grain de pollen = organe contenant le gamète mâle ou anthérozoïde L ovule des Angiospermes ne correspond pas aux gamètes des Mammifères. Ce sont des structures pluricellulaires qui renferment les gamètes. - L ovule est fixé à la paroi de l ovaire par le funicule (petit pédoncule) - L ovule est entouré de téguments - Le micropyle est l endroit où passe le tube pollinique - Le sac embryonnaire est formé de 7 cellules et de 8 noyaux haploïdes L'ovule = organe contenant le gamète femelle ou oosphère

5 1.2 La fleur, organe à l'origine du fruit et de la graine De la fleur au fruit : le cerisier Ce document permet de montrer le devenir de la fleur de cerisier : Quand la fleur fane, sépales, pétales et étamines disparaissent alors que l'ovaire se développe. L'ovaire en grandissant devient le fruit contenant l'amande la graine se forme donc à l'intérieur du fruit visiblement à partir de l'ovule. La graine est le résultat de la fécondation entre le grain de pollen et l'ovule. Dès que la fécondation a eu lieu, la fructification (transformation progressive de la fleur en fruit) commence. L'ovaire se développe et accumule des réserves (substances organiques) fabriquées par la plante. A l'intérieur de l'ovaire, le (ou les) ovule(s) fécondé(s) se transforment en graines qui entre en vie ralentie. La graine pourra donner une nouvelle plante si elle rencontre des conditions favorables à se germination.

6 1.3 La rencontre des cellules reproductrices La pollinisation est le transport des grains de pollen depuis les étamines jusqu'au stigmate d'une fleur de la même espèce. Lorsque l'anthère s'ouvre, les grains de pollen peuvent soit directement tomber sur le pistil de la fleur ou soit être transportés sur une autre fleur. Certaines fleurs peuvent s'autopolliniser, c'est à dire être fécondées par leurs propres grains de pollen : on parle de pollinisation directe D'autres fleurs vont être pollinisées par le vent ou les insectes : on parle de pollinisation croisée. Dans les deux cas, le grain de pollen déposé sur le stigmate du pistil se met à germer : il y a production d'un tube pollinique qui progresse dans le style en direction du sac embryonnaire de l'ovule. La cellule végétative du grain de pollen est à l'origine de ce tube pollinique. La cellule reproductrice mâle migre dans ce tube : Durant cette progression, elle se divise donnant deux gamètes mâles (ou antérozoïdes) Le tube pollinique pénètre l'ovule par le micropyle et gagne le sac embryonnaire

7 - La fécondation du gamète femelle (oosphère) avec un gamète mâle donnera une cellule œuf à l'origine de l'embryon - La fécondation du «noyau secondaire» (cellule polaire) par le 2 ème gamète mâle donnera une cellule œuf à l'origine des tissus de réserve de la graine (albumen) - Les 2 téguments de l'ovule deviendront des téguments de la graine 1.4 Bilan La formation de la graine est le résultat d'une double fécondation 2 De la graine à la nouvelle plante 2.1 La graine, organe contenu dans un fruit En botanique, le fruit est l'organe végétal protégeant la graine. Caractéristique des plantes à fleurs (Angiospermes), il succède à la fleur par transformation de l'ovaire. Quelque soit la fleur, la production de graines chez les Angiospermes s'accompagne toujours de celle d'un fruit. On distingue ainsi plusieurs catégories de fruits.

8 2.2 La graine, organe de dissémination En fonction de leur forme et de leurs caractéristiques, les graines et/ou les fruits contenant les graines peuvent être transportés plus ou moins loin de la plante qui les a produits. Il existe différentes stratégies permettant la dissémination des graines. Dissémination par les animaux : par les poils ou les vêtements (graines possédant des «crampons») : cas de la bardane, de l'aigremoine, du gratteron par le tube digestif : fruits mangés par les animaux / dissémination des graines par les excréments : cas des fruits à pépins ou noyaux, du gui par la mise en réserve de graines ou de fruits par certains animaux, parfois oubliés : cas des noisettes (écureuil), glands (geai), noix (pie), divers akènes (mulot) Dissémination par le vent : Les graines à ailettes : cas de l'érable, frêne, orme, charme, tilleul les parachutes : cas du saule, du pissenlit, de sèneçon... Fleur et fruit de bardane Akènes d'érables akènes de pissenlit akènes d'artichaut Dissémination par l'eau : exemple noix de coco graines d'iris d'eau (possèdent une poche d'air leur permettant de flotter) Dissémination par «explosion» cas des plantes développant des gousses qui éclatent au moindre choc ou au moindre coup de vent lorsqu'ils sont mûrs, projetant les graines à plusieurs mètres : cas du genêt à balais, de la balsamine... Graines d'iris d'eau Fleur de balsamine

9 2.3 La graine, organe de résistance La graine est capable de survivre des mois voir des années : cette résistance exceptionnelle est due à l'existence d'une vie ralentie, parfois même totalement suspendue. Cette vie latente est rendue possible par une déshydratation poussée de l'organe rendant impossible toute activité métabolique. Toutefois, les molécules gardent intactes leur propriétés qu'elles pourront recouvrer à condition d'être remises en solution dans l'eau (constituant de 75 à 95 % des cellules vivantes). Dans une graine on va trouver : - une plantule (= embryon comprenant une radicule qui prolonge une tigelle portant le ou les cotylédons) - des organes de réserve pour nourrir la plantule au moment de son développement (le ou les cotylédons et l albumen) - une enveloppe protectrice, le tégument souvent solide et imperméable empêchant tout échange avec le milieu extérieur. La graine sèche est donc un système fermé, en vie latente. (albumen) 2.4 La graine, organe de germination La germination d'une graine, dont le déterminisme est souvent très complexe, dépend de nombreux paramètres internes et externes. Une des principales conditions de la germination est la présence d'eau : elle permet l'imbibition des tissus déshydratés conduisant à la mise en solution des molécules. Si les autres conditions sont remplies (température, lumière, état de la graine etc.), le redémarrage du métabolisme va suivre avec son cortège d'activités cellulaires induisant de profondes transformations dans la graine (La mesure de la quantité de dioxygène consommé traduit la reprise de la l'activité respiratoire de la cellule. On constate qu'elle est associée à la reprise de la consommation d'eau) Différentes étapes de la germination d'une graine de haricot L'embryon va alors se développer en une racine, une tige et des feuilles à partir des ébauches dont il était constitué.

10 Ainsi, si la plante adulte est autotrophe (ne prélève que des substances minérales dans son milieu), l'embryon doit faire appel aux réserves de la graine pour entamer son développement. Comme un animal, il a besoin de substances organiques pour se nourrir : il est hétérotrophe. Les réserves des graines sont constituées de glucides (amidon principalement), de lipides et de protéines en proportions variables (les graines amylacées comme les céréales contiennent principalement de l'amidon). La consommation des réserves de la graine par l'embryon va fournir l'énergie et les matières premières pour former la jeune plantule. Notons incidemment qu'elles fournissent également la base de la nourriture aux quelques milliards d'êtres humains. Certaines graines sont aptes à germer immédiatement, mais la plupart passent par une période plus ou moins longue de vie ralentie (dormance, de quelques jours à de nombreuses années suivant les espèces), après laquelle elles peuvent germer lorsqu'elles rencontrent des conditions favorables. Dans les graines dépourvues d'albumen (haricot, gland), les réserves nutritives sont accumulées dans les cotylédons, renflés et charnus. Au moment de la germination, ces cotylédons peuvent sortir de terre : on parle de germination épigée (cas du haricot). Germination hypogée (gland de chêne) Germination épigée (haricot) 2.5 La nouvelle plante, un organisme en perpétuelle croissance La croissance végétale est assurée par la présence de méristèmes localisés aux extrémités des racines, dans les bourgeons apicaux (situés à l'extrémité de la tige) et dans les bourgeons axillaires (situés à l'aisselle des feuilles). Un méristème est un tissu constitué de cellules indifférenciées : il constitue une zone de croissance où ont lieu des divisions cellulaires (mitoses) permanentes (sauf l'hiver sous nos climats). Les cellules issues de cette multiplication se différencient par la suite en cellules spécialisées, formant ainsi les différents tissus constitutifs de l'organe (ex différents tissus de la tige, de la racine...) Ces méristèmes situés aux extrémités des racines et dans les bourgeons assurent la croissance de la plante en longueur. On les qualifie de méristèmes primaires (présents chez toutes les plantes) car ils mettent en place tous les tissus primaires de la plante.

11 La croissance en largeur (épaisseur) de certains organes de la plante (ex branche) est permise par la présence d'une autre zone de cellules méristématiques situées dans l'écorce : elle forme le méristème secondaire. Ce méristème secondaire est présent chez les plantes ligneuses et peut aboutir à la transformation d'une tige en branche ou en tronc (formation du bois en grande quantité). La croissance en largeur d'une plante se fait donc à la périphérie. Ce méristème secondaire est absent des plantes ne présentant aucun croissance en diamètre (ex herbacées). Le fonctionnement des méristèmes (primaires et secondaires) est tributaire des conditions climatiques du milieu. Les cernes du bois traduisent le fonctionnement cyclique du méristème secondaire : le bois d'été (cerne plus mince et plus sombre car formée de cellules plus petites) succède au bois de printemps (cerne plus épaisse, plus claire car formée de cellules plus grandes). L'estimation de l'âge d'un arbre se fait en comptant la totalité des cernes de croissance et en divisant par 2. Coupe d'un tronc de Thuya L'automne et l'hiver, l'arbre entre en dormance et les méristèmes sont au repos... la croissance du végétal s'arrête et reprendra au printemps suivant. Méristèmes apicaux des bourgeons Méristème secondaire de la tige Méristèmes apicaux des racines La reprise de la croissance végétale se traduit par «l'éclosion» des bourgeons (débourrement) : la dissection d'un bourgeon montre qu'il contient tous les éléments de la partie supérieure de la plante (petite tige + ébauches des feuilles). Le débourrement est provoqué par la hausse des températures au printemps et la montée de la sève vers les jeunes feuilles, et se traduit par le développement rapide des organes formés l'année précédente et protégés par les écailles du bourgeon

12 Éclosion d un bourgeon de Tilleul

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