Eléments de botanique Cours 8 Spermatophytes, Gymnospermes 24/03/2016

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1 Eléments de botanique Cours 8 Spermatophytes, Gymnospermes 24/03/2016 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 3-5 Evolution et caractéristiques des végétaux eucaryotes Champignons Algues Métaphytes 3

4 Cours 6-8 Evolution et caractéristiques des métaphytes Bryophytes Ptéridophytes Spermatophytes Gymnospermes Angiospermes 4

5

6 la Lignée Verte: Embryophytes Spermatophytes

7 Chapitre 11 Gymnospermes 1. Caractéristiques générales, communes aux Métaphytes Anthéridie et archégone multicellulaire avec enveloppe stérile Rétention du zygote à l intérieur de l archégone Embryon pluricellulaire (sporophyte) protégé par le gamétophyte femelle Sporange pluricellulaire Sporange pluricellulaire qui produit des méiospores contenant de la sporopollénine dans la paroi, résistante à la dessiccation Alternance de phases haploïde et diploïde (Epidermes chez la plupart) 7

8 ARCHEGONE ANTHERIDIE ZYGOTE EMBRYON SPORANGE 8

9

10 Chapitre 11 Gymnospermes 1. Caractéristiques générales, communes aux plantes vasculaires Tissus vasculaire : Xylème et phloème Racines et des feuilles Cuticule épaisse Sporophyte dominant le cycle Sporophyte indépendant 10

11 XYLEME PHLOEME RACINE FEUILLE CUTICULE SPOROPHYTE DOMINANT 11

12 la Lignée Verte: 4 lignées de Gymnospermes

13 13

14 Chapitre 11 Gymnospermes 1. Caractéristiques particulières des Gymnospermes Ancêtre = fougères à graines, Fin Dévonien début Carbonifère (375 Myr) 14 14

15 Chapitre 11 Gymnospermes 1. Caractéristiques particulières des Gymnospermes Ancêtre = fougères à graines Diversification dans le Permien, à la fin de l ère Primaire, lorsque le climat devient plus sec QUATERNAIRE TERTIAIRE CRETACEE JURASSIC TRIAS PERMIEN CARBONIFERE DEVONIEN 15

16 Chapitre 11 Gymnospermes Lignées Nbre Espèces Cycadales 130 Ginkgo 1 Conifères 600 «Gymnospermes» Gnétophytes 75 Angiospermes

17 Chapitre 11 Gymnospermes 1. Caractéristiques particulières des Gymnospermes Ancêtre = fougères à graines Diversification dans le Permien Ovule, mégasporange tégumenté indéhiscent, nu chez les Gymnospermes (Gymno = nu) 17

18 CRYPTOGAMES SPERMATOPHYTA PHANEROGAMES

19 Du spore à l ovule en quatre étapes 1. Homosporie (chez les fougères) 19

20 Du spore à l ovule 2. Hétérosporie, avec plusieurs mégaspores (chez les sélaginelles) 20

21 Du spore à l ovule 3. Hétérosporie, avec un seul mégaspore disséminé 21

22 Du spore à l ovule 4. Hétérosporie, avec un seul mégaspore non disséminé (Gymnospermes) 22

23 Schéma de l ovule mature 23

24 Chapitre 11 Gymnospermes 1. Caractéristiques particulières des Gymnospermes Ovule = Structure protectrice du sporophyte. Gamétophyte femelle (Mégagamétophyte) devient dépendant du sporophyte Avantages : Pas de risque dans la dissémination du megaspore Assure nutrition et protection du megaspore, du gamétophyte femelle, du zygote et du sporophyte de seconde génération Avantage par rapport au fougère car augmente la survie du gamétophyte femelle 24

25 Chapitre 11 Gymnospermes 1. Caractéristiques particulières des Gymnospermes Ancêtre = fougères à graines Diversification dans le Permien Ovule Graine dérive du développement de l ovule Graine de Pinus sp. 25

26 Chapitre 11 Gymnospermes 1. Caractéristiques particulières des Gymnospermes Ancêtre = fougères à graines Diversification dans le Permien Ovule Graine dérive du développement de l ovule Développement du sporophyte à partir de la graine, en totale indépendance du gamétophyte. 26

27 Chapitre 11 Gymnospermes 1. Caractéristiques particulières des Gymnospermes Développement du sporophyte à partir de la graine, en totale indépendance du gamétophyte Graine assure la fonction de disséminer, de protéger et de nourrir le sporophyte Avantage par rapport au fougère car augmente la survie du sporophyte de seconde génération 27

28 Chapitre 11 Gymnospermes 1. Caractéristiques particulières des Gymnospermes Les forêts qui réapparaissent après la grande crise de la transition Primaire/Secondaire sont des forêts de Gymnospermes. Les fougères sont supplantées! CARBONIFERE TRIAS

29 Chapitre 11 Gymnospermes 1. Caractéristiques particulières des Gymnospermes MAIS problème de l hétérosporie : rencontre des gamètes! Ovule enfermé peu accessible Solution : développement du microsporophyte disséminé par le vent 29

30 Chapitre 11 Gymnospermes 1. Caractéristiques particulières des Gymnospermes Chez le Ginkgo : germination du microsporophyte et gamète nage Anthérozoïde de ginkgo Anthérozoïde de fougère 30

31 Chapitre 11 Gymnospermes 1. Caractéristiques particulières des Gymnospermes Chez les autres spermatophytes: germination du tube pollinique, gamète mâle sans flagelle Perte des anthérozoïdes 31

32 Chapitre 11 Gymnospermes 1. Caractéristiques particulières des Gymnospermes Ovule Graine dérive du développement de l ovule Développement du sporophyte à partir de la graine, en totale indépendance du gamétophyte Grain de pollen et tube pollinique Les Gymnospermes d affranchissent pleinement des milieux humides 32

33 Chapitre 11 Gymnospermes 1. Caractéristiques particulières des Gymnospermes, cycle de reproduction Cycle haplo-diploïdes Gamétophyte très réduit Dissémination par les graines 33

34 CYCLE DE DEVELOPPEMENT Sporophyte mature Cône femelle Cône mâle

35 Regardons de plus près les cônes de ce sporophyte

36 Let s zoom into the cones of this sporophyte tree. Cônes mâles Cône femelle

37

38 CYCLE DE DEVELOPPEMENT Sporophyte mature Microsporophylle Cellule mère du megaspore Cône mâle Microsporange Grain de pollen CONE MALE

39 Chapitre 11 Gymnospermes Ecaille = microsporophylle cône mâle (1cm) Grain de pollen = gamétophyte mâle microsporange Axe du cône

40 Cône mâle Grain de pollen (microspore germé en microgamétophyte)

41 Chapitre 11 Gymnospermes Exine Cellule du tube (vegetative) Intine Cellule anthéridiale Cellules prothaliennes

42 Chapitre 11 Gymnospermes Pollinisation anémophile Ballonnet aérifère 42

43 Chapitre 11 Gymnospermes Pollinisation anémophile 43

44 CYCLE DE DEVELOPPEMENT Ecaille ovulifère = Megasporophylle Sporophyte mature Cône femelle Cellule mère du megaspore Cône mâle Microsporange Grain de pollen CONE FEMELLE

45 Chapitre 11 Gymnospermes cône femelle

46 Chapitre 11 Gymnospermes Megasporophylle = écaille ovulifère ovule Axe

47 Megasporophylle Megaspore cellule mère Bractée

48 Développement du mégaspore en mégagamétophyte (gamétophyte femelle) 48

49 Mega-gamétophyte = archégone + endosperme Ovule Endosperme (n) Archégone + Oosphère (n) Tégument (2n) Nucelle

50 Schéma de l ovule 50

51 Chapitre 11 Gymnospermes Cône femelle, porte et protège l ovule développé Tégument Nucelle Micropyle Ecaille ovulifère 51

52 Tube pollinique

53 Tube pollinique (2) Ovule (megagametophyte)

54 CYCLE DE DEVELOPPEMENT Ecaille ovulifère = Megasporophylle Sporophyte mature Cône femelle Cellule mère du megaspore Germination Cône mâle Microsporange Tegument Réserve de nourriture Embryon Nouveau sporophyte Graine Archégone Ovule Pollen Pollen germe germe

55 Chapitre 11 Gymnospermes Graines Mégagaméto phyte Graine de pin Méristème apical de la tige Méristème apical racinaire Cotylédons

56 Chapitre 11 Gymnospermes Endosperme (tissu du gamétophyte haplo) Endosperme (tissu du gamétophyte haplo)

57 Chapitre 11 Gymnospermes seed seed seed seed

58 Chapitre 11 Gymnospermes

59

60

61

62 Chapitre 11 Gymnospermes 1. Caractéristiques particulières des Gymnospermes, cycle de reproduction - Conclusion Cycle digénétique haplo-diploïdes à sporophyte dominant Gamétophyte femelle très réduit et protégé par l ovule, parasite du sporophyte Oosphère n est en plus en contact avec l extérieur et la fécondation aquatique devient donc impossible Gamétophyte mâle en 6 cellules qui forment le grain de pollen Germination du pollen en tube (= siphonogamie) Dissémination et protection de l embryon par la graine 62

63

64 Chapitre 11 Gymnospermes 2. Ecologie des Gymnospermes actuels Généralité Reproduction lente > 1 an entre pollinisation et fécondation ~3 ans pour maturation graines Pollinisation anémophile (sauf Cycadales) Rarement polyploïdes Tous ligneux 72 N - 55 S : dominent végétation régions froides et arctiques (taïga et zone montagneuse) Les plus grands individus les plus vieux individus 64

65

66

67

68 Fir

69 Chapitre 11 Gymnospermes 3. Diversité, quatre groupes contemporains importants Ginkgophytes Pinophytes Cycadophytes Gnétophytes 69

70 250, ,

71 la Lignée Verte: Ginkgophyta

72 Ginkgophyta Fossile «vivant» 60 millions d années

73 Ginkgophyta Lignées Ginkgo biloba Espèce (N) Caractéristiques 1 Doïque, pollen, gamete mâle ciliés, gros ovule, pseudofruit

74 Ginkgophyta

75 Ginkgo ovules/graines ovules graine

76 Ginkgo ovules/graines 76

77 Ginkgo cones mâles

78 Ginkgo cones mâles 78

79 Antherozoïde 79

80 80

81 81

82 la Lignée Verte: Pinophyta

83 Gymnosperms

84

85 Pinophytes Lignées Espèces (N) Caractères Conifères 600 Svt monoïques Cônes (strobiles) Aiguilles 85

86 Pinophytes Cône mâle 86

87 Pinophytes Cône femelle

88 Pinophytes «cônes»: axe + rameaux nains Écailles ovulifères sous-tendues par bractées (tailles très différentes) 88

89 Pinophytes Diversité: 5 familles 600 espèces Pinaceae Cupressaceae Podocarpaceae Araucariaceae Taxaceae Pins, épicéa, 89

90 Pinophytes Diversité: 5 familles 600 espèces Pinaceae Cupressaceae Podocarpaceae Araucariaceae Taxaceae 90 Cyprès, Genévrier

91 Pinophytes Diversité: 5 familles 600 espèces Pinaceae Cupressaceae Podocarpaceae Araucariaceae Taxaceae Podocarpus 91

92 Pinophytes Diversité: 5 familles 600 espèces Pinaceae Cupressaceae Podocarpaceae Araucariaceae Taxaceae Araucaria 92

93 Pinophytes Diversité: 5 familles 600 espèces Pinaceae Cupressaceae Podocarpaceae Araucariaceae Taxaceae Taxus baccata = If 93

94 Focus sur les Pinaceae Indigènes en Belgique? Non mais plantés Pinus sylvestris, P. nigra, Abies alba, A. maritima, Credus atlantica, C. libani Larix decidua, Pseudostuga, 94

95 Conifères Indigènes en Belgique? Oui Taxus baccata (Taxaceae) : if Juniperus communis (Cupressaceae) : genévrier 95

96 Focus sur les Pinaceae Biotopes : Hémisphère Nord (secs/humides ) 220 espèces : Pinus, Picea.. 96

97 Pinaceae Canaux à résine 97

98 Pinaceae Branches verticillées ou opposées Feuilles simples linéaires à aiguilles Pinus strobus 98

99 Pinaceae Monoïques 99

100 Pinaceae Remarquables Longévité P. longaeva SW USA 5000 ans 100

101 Pinaceae Remarquables Hauteur : Pseudostuga menziesii : 80 m haut 101

102 Sequoiadendron

103

104 Pinaceae Pollinisation fécondation : LENT Première année + 1 Mois 4 mégaspores (-3) + 3 Mois Germination du pollen + 7 Mois Fécondation de la mégaspore 2 e année 11 divisions mitotiques, 2000 noyaux libres, Formation des téguments du mégagamétophyte archégones (2, 3 ) 3 e année Dispersion des graines 104

105 Pinaceae Maturité cônes : 2 ans 105

106 Pinaceae Graines ailées: dispersion anémochore 106

107 Pinaceae 2-18 cotylédons 107

108 la Lignée Verte: Cycadophyta

109 Cycadophyta Lignées Espèces (N) Caractères Cycadales 130 Dioïques, Gamètes mâles nageant 109

110 Cycadophyta Ressemble aux fougères ou palmiers Spermoderme coloré Pollinisé par les insectes 110

111 Cycadophyta (mâle)

112 Cycadophyta (femelle)

113 Cycadophyta

114 Cycadophyta

115 Cycadophyta

116 la Lignée Verte: Gnetophyta

117 Gnetophyta Lignées Espèces (N) Caractères Gnétophytes 75 3 lignées distinctes Pas de canaux résine Gnetum Ephedra Welwitschia 117

118 Gnetophyta / Welwitschia Welwitschia mirabilis Désert d Angola desert onion

119 Gnetophyta / Welwitschia

120 Gnetophyta/Ephedra

121 Questions Dessinez et annotez les différentes parties: (i) d un ovule de pin avec un mégagamétophyte mûr, (ii) d un microgamétophyte de pin et (iii) d une graine mature de pin. Comparez les cycles de développement des Gymnospermes et des Ptéridophytes. Quels sont les grands groupes de Gymnospermes, leurs diversités et leurs caractéristiques? Donnez quelques exemples de gymnospermes en Belgique

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