Eléments de botanique Cours 5 Métaphytes 03/03/2015

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1 Eléments de botanique Cours 5 Métaphytes 03/03/2015 Bac1 sciences pharmaceutiques et sciences biologiques Denis Michez 1

2 Cours 1-2 Introduction générale Caractéristiques de la vie Caractéristiques des végétaux Métabolisme végétal Les premiers végétaux Cyanobactéries Eucaryotes: reproduction et cellule 2

3 Cours 3-4 Evolution et caractéristiques des végétaux eucaryotes Champignons Algues Métaphytes 3

4

5 la Lignée Verte chlorophylle a amidon (hors chloropl.) ADN chloropl. particulier 2 flagelles isochontes...

6 Chapitre 8 Métaphytes 1. Caractéristiques générales, premières plantes terrestres Dominance dans les écosystèmes terrestres espèces 6

7 Chapitre 8 Métaphytes 1. Caractéristiques générales, premières plantes terrestres Conquête modeste au départ vers 430 MY (Ere primaire, Ordovicien) 7

8 1. Caractéristiques générales Apparition et diversification 8

9 9

10 Chapitre 8 Métaphytes 1. Caractéristiques générales, cormus Cooksonia Traces fossiles: Cooksonia Appareil végétatif plus complexe Axes verticaux ramifiés Plusieurs tissus Spores à paroi résistante 10

11 Chapitre 8 Métaphytes 1. Caractéristiques générales, cormus Complexité Versus 11

12 Chapitre 8 Métaphytes 1. Caractéristiques générales, cormus Structure du Cormus Tige Feuille Svt racines Versus Thalle

13 Chapitre 8 Métaphytes 1. Caractéristiques générales, archégone Protection gamète femelle

14 Chapitre 8 Métaphytes 1. Caractéristiques générales, embryon protégé Archégone Zygote Embryon

15 Chapitre 8 Métaphytes 1. Caractéristiques générales, Chlorophylles a et b dominantes

16 Chapitre 8 Métaphytes 1. Caractéristiques générales, 5 principales Premières plantes terrestres Présentent un port dressé ou cormus : «Cormophytes» Plante avec un archégone : «Archégoniates» Embryon protégé dans le gamétophyte: «Embryophytes» Couleur verte (Chlorophylle a et b masquent les xanthophylles) 16

17 Chapitre 8 Métaphytes 2. Contraintes de la vie terrestre et réponses adaptatives des métaphytes Evapotranspiration Séparation des ressources dans l espace Disparition de la force d Archimède Immobilité dans un milieu très changeant 17

18 Chapitre 8 Métaphytes 2.1. Evapotranspiration Contraintes : Contact avec l air non saturé (HR < 100%) Flux de vapeur vers l atmosphère Adaptations: Différentiation de l épiderme Imperméabilisation de la surface de contact par une cuticule Apparition des stomates qui permettent l échange de gaz O2 et CO2 18

19

20 Cuticule imperméable Interface air-plante hydrophobe cuticule Epiderme supérieur Pallisade Mésophylle Epiderme inférieur cuticule

21 Variabilité dans la structure de l épiderme Feuille Trichome Racine

22 Chapitre 8 Métaphytes 2.1. Evapotranspiration, échanges gazeux pour la photosynthèse Structure de l épiderme de la feuille Epiderme Mesophylle vaisseaux Epiderme

23 Chapitre 8 Métaphytes 2.1. Evapotranspiration, échanges gazeux pour la photosynthèse Structure de l épiderme de la feuille Epiderme Stomate 23

24 Chapitre 8 Métaphytes 2.1. Evapotranspiration, échanges gazeux pour la photosynthèse Structure du stomate 24

25 Chapitre 8 Métaphytes 2.1. Evapotranspiration Fonction du stomate Ouverture/fermeture contrôlée Entrée CO2 Sortie O2 25

26

27 Chapitre 8 Métaphytes 2.1. Evapotranspiration Contrainte: Dessiccation des gamètes et des spores Adaptations: Gamétophyte : protection des gamètes par des gamétanges o Gamétange mâle : Anthéridie o Gamétange femelle : Archégone Sporophyte : protection des spores par des sporanges 27

28 Chapitre 8 Métaphytes GAMETOPHYTE Anthéridie produit les anthérozoïdes

29 Chapitre 8 Métaphytes GAMETOPHYTE Structure permet de retenir une goutte d eau Archégone produit oosphère

30 Chapitre 8 Métaphytes Anthérozoïde, nage vers Oosphère Anthéridie Archégone Zygote Gamétophyte

31 Chapitre 8 Métaphytes Comparaison Gamétocyste vs gamétange 1 cellule vs 1 organe

32 Chapitre 8 Métaphytes SPOROPHYTE Structure sporange Ex: fougère

33 Chapitre 8 Métaphytes SPOROPHYTE Structure sporange Ex : Mousse

34 Chapitre 8 Métaphytes SPOROPHYTE + GAMETOPHYTE

35 Chapitre 8 Métaphytes 2.2. Séparation des ressources dans l espace Contraintes Milieu anisotrope versus milieu isotrope o Eau et sels dissous dans le sol o Lumière et CO 2 dans l air Adaptations Différentiation des organes aériens et souterrains Système de transport de matière entre les deux parties 35

36 Chapitre 8 Métaphytes 2.2. Séparation des ressources dans l espace Différentiation organes: système racinaire Cylindrique (eau distribuée de façon isotrope) Coupe transversale dans une racine 36

37 Pointe de la racine Poil racinaire racine Racine latérrale Méristème apical racinaire

38 root cap Méristème apical Poil racinaire absorbant racinaire Méristème qui permet la croissance Protection contre l abrasion par la coiffe (root cap)

39 Chapitre 8 Métaphytes 2.2. Séparation des ressources dans l espace Différentiation organes: système aérien Augmentation du ratio surface/volume pour les feuilles car la lumière distribuée de façon verticale (anisotrope) Grande surface de contact (compense l immobilité) Coupe transversale dans une feuille 39

40 Meristème apical Entre noeud Bourgeon axillaire Branche latérale Extrémité de la tige Branche latérale

41 Chapitre 8 Métaphytes 2.2. Séparation des ressources dans l espace Différentiation organes: système aérien Tige avec fonction de soutient Communication entre les deux pôles de l organisme, tige traversée par vaisseau (sauf pour Bryophytes) 41

42 Sclérenchyme, tissu de soutien 1) paroi secondaire (+ primaire) 2) cellule morte généralement

43 Sclérenchyme, tissu de soutien

44 Phloème et xylème avec paroi épaissie

45 Phloème et xylème, croissance secondaire

46

47 Xylène secondaire Xylène secondaire

48

49 Transport d eau et de sucre par le phloème

50 Transport d eau et de minéraux par le xylème

51 Chapitre 8 Métaphytes 2.3. Disparition de la poussée d Archimède PLANTE Contrainte: Poids spécifique plus élevé dans l air que dans l eau ALGUE Adaptation: Armature interne composée de cellules mortes à paroi épaissies et rigides (fibres) 51

52 Sclerenchyme, tissu de soutien 1) paroi secondaire (+ primaire) 2) cellule morte généralement

53 Sclérenchyme, tissu de soutien

54 Chapitre 8 Métaphytes 2.4. Milieu changeant Contraintes: Immobilité Compétiteurs Méristèmes apicaux Adaptation: Méristème et croissance continue Tige Méristème apical Racine 54

55 Point de la racine Poil racinaire racine Racine latérrale Méristème apical racinaire

56 Meristème apical caulinaire Entre noeud Bourgeon axillaire Branche latérale Extrémité tige Branche latérale

57 Chapitre 8 Métaphytes Croissance après feux ou broutage

58 Chapitre 8 Métaphytes

59 Chapitre 8 Métaphytes 3. Avantages de la vie terrestre Eau plus absorbante que l air dans la gamme des rouges Pas encore de prédation d herbivores (les plantes ont précédés les hétérotrophes sur terre) Vitesse de diffusion du CO plus élevée dans l air que dans l eau Conséquence : plus grande diversification, espèces de métaphytes contre espèces d algues 59

60 Chapitre 8 Métaphytes 4. Originalité de l archégone Fécondation a lieu dans l archégone (>< algues) Développement du zygote à l intérieure de l archégone, sur le gamétophyte Jeune sporophyte protégé par le gamétophyte Contact intime entre gamétophyte et sporophyte 60

61 Chapitre 8 Métaphytes Anthérozoïde, nage vers Oosphère Anthéridie Archégone Zygote Gamétophyte

62

63 Chapitre 8 Métaphytes 5. Origine et diversité des métaphytes : lignée verte Chloroplaste à membrane peptidoglycane dans vacuole particulière Thylacoïdes non collés Chlorophylle a Amidon (hors chloroplaste) ADN chloroplastique particulier 2 flagelles isochontes Algues rouges et vertes 63

64 la Lignée Verte...

65 Lignée Verte : Chlorophyta, Chlorophycées Ulothrix

66 Lignée Verte : Chlorophyta, Chlorophycées Cladophora

67 Chlorophycées: tendance évolutive Chlamydomonas

68 Chlorophycées: tendance évolutive Pandorina

69 Chlorophycées: tendance évolutive Pleodorina

70 Chlorophycées: tendance évolutive Volvox

71 Lignée Verte : Chlorophyta, Chlorophycées

72 Lignée Verte : Chlorophyta, Chlorophycées Acetabularia

73 Lignée Verte : Chlorophyta, Chlorophycées Enteromorpha

74 Lignée Verte : Chlorophyta, Chlorophycées Caulerpa

75 Lignée Verte : Chlorophyta, Charophycées Produits sexuels entourés de cell. spiralées + cell. réceptrices Gigantesque vacuole, chloroplastes discoïdes sans pyrénoïde, structures sexuées particulières

76 Chapitre 8 Métaphytes 5. Origine et diversité des métaphytes : lignée verte Algues vertes des rivages avec un taux de survie des zygotes faibles Rétention du zygote au sein du gamétophyte favorisée 76

77 Chapitre 8 Métaphytes Algue verte à cycle monogénétique haploïde, zygote dispersé rapidement Zygote retenu à l intérieur de l oocyste où a lieu la méiose (ex: Charophytes) Zygote retenu à l intérieur du gamétophyte et devient multicellulaire. Gamétophyte régulièrement à l air libre. Sporophyte, parasite du gamétophyte, avec des sporanges aériens. Méiose dans l air. Spores adaptés à la dissémination aérienne 77

78 Chapitre 8 Métaphytes 5. Origine et diversité des métaphytes : lignée verte Conséquences de ces premières adaptations Sporophyte le premier à s adapter au milieu terrestre Sporophyte imperméable et parasite d un gamétophyte encore aquatique Sporophyte dressé pour optimiser la dispersion Plus grand succès des méiospores, eux aussi adaptés à dessication (dépôt bord du rivage) 78

79 Chapitre 8 Métaphytes Sporophyte prend plus d importance, essentiellement aérien Gamétophyte dominant, modèle adapté au milieu humide Sporophyte dominant, modèle adapté au milieu sec 79

80 Chapitre 8 Métaphytes 5. Origine des métaphytes : origine unique Uniformité dans les cycles de développement : cycle digénétique avec sporophyte initialement parasite du gamétophyte Chlorophylles a et b masquent les xanthophylles Cytologie particulière (cytokinèse et flagelles des gamètes mâles) 80

81 Lignée Verte : Chlorophyta, Charophycée produits sexuels entourés de cell. spiralées + cell. réceptrices Gigantesque vacuole, chloroplastes discoïdes sans pyrénoïde, structures sexuées particulières

82

83 Chapitre 8 Métaphytes 5. Diversité des métaphytes : 3 grands groupes Bryophytes Ptéridophytes Spermatophytes 83

84 la Lignée Verte: Embryophytes

85 la Lignée Verte: Embryophytes Bryophytes

86 Chapitre 9 Bryophytes Marchantiophytes Hépatiques à thalle

87 Bryophytes sporange

88 Bryophytes Sphagnum sp.

89 Anthocérophytes Hépatique à feuille 89

90 la Lignée Verte: Embryophytes Pteridophytes

91 Chapitre 10 Ptéridophytes Lycophytes Lycopodium

92 Sphénophytes: Equisetum

93 Filicophytes: Aquilinum sp.

94 la Lignée Verte: Embryophytes Spermatophytes

95 Cycadophytes

96 Gnetophytes

97 Gingkophytes

98 Pinophytes

99 Angiospermes

100 Questions Quelles sont les principales adaptations des métaphytes à la vie terrestre? Décrivez l archégone des métaphytes et expliquez pourquoi il représente une avancée majeure dans l évolution des plantes. Comparez le cycle de développement d un Chlorophyte de type Charophyte et d un métaphyte de type Bryophyte Sur quels arguments repose l hypothèse selon laquelle un Charophyte est l ancêtre des plantes terrestres?

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