Eléments de botanique Cours 7 Ptéridophytes 24/02/2015

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1 Eléments de botanique Cours 7 Ptéridophytes 24/02/2015 Bac1 sciences pharmaceutiques et sciences biologiques Denis Michez Denis.michez@umons.ac.be 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 6-7 Evolution et caractéristiques des métaphytes Bryophytes Ptéridophytes 4

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6 la Lignée Verte: Embryophytes Pteridophytes

7 # of living species in different plant groups 250, ,

8

9 Chapitre 10 Ptéridophytes 1. Caractéristiques générales, communes aux Ptéridophytes et autres Métaphytes Adaptations au milieu terrestre 9

10 Chapitre 10 Ptéridophytes 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) 10

11 Tempo d apparition des différentes lignées

12 Cooksonia, première plante vasculaire dans les gisements du Silurien

13 Chapitre 10 Ptéridophytes 1. Caractéristiques particulières des Ptéridophytes Adaptations supplémentaires au milieu terrestre Apparition des «vaisseaux» : Xylème et phloème Echanges des racines vers les feuilles: Xylème pour l eau et les sels minéraux. Cellules mortes Echanges des feuilles vers les racines: Phloème pour sucre. Cellules vivantes. Augmentent aussi la rigidité de la plante 13

14 Xylème et phloème chez les fougères Uniquement tissus primaires! Ici: Siphonastèle

15 Pholème et xylème avec paroi épaissie

16 Transport d eau et de sucre par le phloème (paroi cellulose)

17 Transport d eau et de minéraux par le xylème (paroi lignine)

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19 Chapitre 10 Ptéridophytes 1. Caractéristiques particulières des Ptéridophytes Adaptations supplémentaires au milieu terrestre Apparition des «vaisseaux» : Xylème et phloème Apparition des racines et des feuilles 19

20 Chapitre 10 Ptéridophytes 1. Caractéristiques particulières des Ptéridophytes Racines Evoluent à partir d une portion souterraine de tige

21 Chapitre 10 Ptéridophytes 1. Caractéristiques particulières des Ptéridophytes Feuilles : Evoluent à partir de tissus vasculaires Microphyllie : 1 seul vaisseau Mégaphyllie : pls vaisseaux

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23 Chapitre 10 Ptéridophytes 1. Caractéristiques particulières des Ptéridophytes Adaptations supplémentaires au milieu terrestre Apparition des «vaisseaux» : Xylème et phloème Apparition des racines et des feuilles Apparition d une cuticule épaisse 23

24 Epiderme de Ptérydophyte avec cuticule

25 Chapitre 10 Ptéridophytes 1. Caractéristiques particulières des Ptéridophytes Adaptations supplémentaires au milieu terrestre Apparition des «vaisseaux» : Xylème et phloème Apparition des racines et des feuilles Apparition d une cuticule épaisse Permet une plus grande indépendance par rapport aux ressources en eaux et permet des tailles plus grandes 25

26 Chapitre 10 Ptéridophytes Premiers arbres Taille plus élevée permet une meilleure dispersion des spores 26

27 Chapitre 10 Ptéridophytes 1. Caractéristiques particulières des Ptéridophytes Apparition des «vaisseaux» : Xylème et phloème Apparition des racines et des feuilles Apparition d une cuticule épaisse Sporophyte dominant le cycle 27

28 Sporophyte

29 Chapitre 10 Ptéridophytes 1. Caractéristiques particulières des Ptéridophytes Apparition des «vaisseaux» : Xylème et phloème Apparition des racines et des feuilles Apparition d une cuticule épaisse Sporophyte dominant le cycle Sporophyte indépendant du gamétophyte au cours de son développement 29

30 Chapitre 10 Ptéridophytes 1. Caractéristiques particulières des Ptéridophytes Apparition des «vaisseaux» : Xylème et phloème Apparition des racines et des feuilles Apparition d une cuticule épaisse Sporophyte dominant le cycle Sporophyte indépendant du gamétophyte au cours de son développement Pas de graine, sporange nu 30

31 Chapitre 10 Ptéridophytes Spore de fougère Unité de dissémination CRYPTOGAMES 31

32 CRYPTOGAMES PHANEROGAMES

33 Chapitre 10 Ptéridophytes 1. Caractéristiques particulières des Ptéridophytes Apparition des «vaisseaux» : Xylème et phloème Apparition des racines et des feuilles Apparition d une cuticule épaisse Sporophyte dominant le cycle Sporophyte indépendant du gamétophyte au cours de son développement Pas de graine, sporange nu Homosporé pour la plupart (= Isosporé) 33

34 Chapitre 10 Ptéridophytes Spore de fougère 34

35 Chapitre 10 Ptéridophytes 1. Caractéristiques particulières des Ptéridophytes, cycle de reproduction Alternance de génération Anthérozoïde cilié Sporophyte dominant Dissémination par spore 35

36 Sporange Dissémination des spores Sporophyte mature Sore sur la face inférieure

37 Sporophyte

38 Fronde = sporophyte (2n) Sore = ensemble de sporange où la méïose se déroule

39 Sores sur la face inférieure de la fronde

40 Sore, indusie et sporanges

41 Sporange immature

42 Sporange mature Anneau mécanique Spore Pédicelle

43 Déhiscence du sporange

44 Sporange Jeune gamétophyte

45 Germination du spore et développement en prothalle Thalle chlorophyllien Filament

46 Prothalle Anthéridie Sporange Jeune gamétophyte Archégone

47 Développement d un gamétophyte réduit (= prothalle) : non vascularisé et sans épiderme Rhizoides

48 Gamétophyte Développement de cette phase du cycle toujours dépendante de la présence d eau

49 Gamétophyte

50 Gamétanges Archégones sur partie antérieure

51 Gamétanges Fougère Mousse Comparaison archégone fougère / archégone mousse Structure réduite chez les fougères (5 à 7 étages de cellules du col)

52 Gametophyte (prothallus) Antheridia sperm

53 Antheridium sperm

54 Gamétanges Anthéridie sur partie postérieure Anthérozoïdes ciliés Fécondation reste aquatique. Reste donc un certaine dépendance à la présence d eau

55 Prothalle Anthéridie Sporange Jeune gamétophyte Archégone Nouveau sporophyte Anthérozoïdes Mitose immédiate

56 Jeune sporophyte Jeune sporophyte diploïde fragile en croissance depuis le gametophyte haploïde

57 Jeune sporophyte, rapidement indépendant du gamétophyte

58 Sporophyte en développement Future fronde

59 Cormus complet rhizome racine

60

61 19 Feb

62 Chapitre 10 Ptéridophytes 1. Caractéristiques particulières des Ptéridophytes, cycle de reproduction Alternance de génération Anthérozoïde cilié Simplification du gamétophyte Simplification des gamétanges Sporophyte dominant (forme seul un cormus) Dissémination par spore 62

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64 Chapitre 10 Ptéridophytes 1. Caractéristiques particulières des Ptéridophytes, Importance dans l histoire des plantes Groupe dominant pendant le carbonifère Grande activité photosynthétique et stockage du carbone : le pourcentage d O2 dans l atmosphère atteint son maximum (21%) Sources d énergie fossile (charbon, gaz, pétrole) proviennent de la fossilisation de ce groupe 64

65 Vision d artiste d une forêt du Carbonifère

66 Chapitre 10 Ptéridophytes 1. Caractéristiques particulières des Ptéridophytes, écologie et habitat actuel Diversifié dans les habitats humides, surtout sous les tropiques 66

67 Chapitre 10 Ptéridophytes Producteur primaire parfois important Forêt de fougère en Tasmanie, Australie

68 Chapitre 10 Ptéridophytes 1. Caractéristiques particulières des Ptéridophytes, écologie et habitat actuel Diversifié dans les habitats humides, surtout sous les tropiques Certaines espèces invasives 68

69 Salvinia molesta Fougère aquatique invasive Lake Wilson

70 Chapitre 10 Ptéridophytes 1. Caractéristiques particulières des Ptéridophytes, écologie et habitat actuel Diversifié dans les habitats humides, surtout sous les tropiques Certaines espèces invasives Plantes ornementales 70

71 Chapitre 10 Ptéridophytes Importance des fougères: Ornamentale (indoor and outdoor). Birdnest fern Maidenhair fern Frilly boston fern Lady fern

72 Chapitre 10 Ptéridophytes 2. Diversité, groupe paraphylétique avec 3 clades importants Lycophytes Sphénophytes Filicophytes 72

73 Phylum Pterophyta Lycopodium sp. Psilotum sp. Phylum Lycophyta Equisetum sp. (horsetail) Polypodium sp. (fern)

74 Phylum Lycophyta Phylum Pterophyta Sélaginelles Phylum Sphenophyta Fougères Prêles

75 la Lignée Verte: Embryophytes Lycophyta

76 Chapitre 10 Ptéridophytes Lycophytes Lycopodium

77 Chapitre 10 Ptéridophytes 3. Lycophytes, caractéristiques générales Domine Carbonifère Lepidodendron lycophyte géant Atteint 45 m de haut.

78 Chapitre 10 Ptéridophytes 3. Lycophytes, caractéristiques générales Feuilles jamais enroulées en crosse, linéaires ou réduites à des écailles disposées en hélice sur les axes 78

79

80 Chapitre 10 Ptéridophytes 3. Lycophytes, caractéristiques générales Sporanges à l aisselle des feuilles supérieures organisées en épi 80

81 Chapitre 10 Ptéridophytes 3. Lycophytes, caractéristiques générales Hétérosporie 81

82 Sélaginelles et isoètes - Hétérosporée microspores megaspores sporophylls

83 Sélaginelles et isoètes - Hétérosporée Megaspores megsporangium Microspores

84 Chapitre 10 Ptéridophytes 3. Lycophytes, caractéristiques générales Etapes importantes dans la transition vers les Spermatophytes Réduction de l haplophase Spécialisation sexuelle des gamétophytes Apparition indépendante des Phanérophytes 84

85 Chapitre 10 Ptéridophytes 3. Lycophytes, caractéristiques générales Origine et avantage de l hétérosporie Apparition dans les traces fossiles de macrospore vers 380 millions d années (Dévonien) Même avantages que l anisogamie, spécialisation pour répondre à deux contraintes antagonistes, grande nombre versus le plus de matière de réserve possible Microsporange Macrosporange 85

86 Chapitre 10 Ptéridophytes 3. Lycophytes, caractéristiques générales Inconvénient de l hétérosporie Dissémination moins efficace que les fougères homothalliques (besoin de la dissémination des deux spores pour coloniser un nouvel habitat) 86

87 MAIS Lycophyta Homosporée 87 Lycopodium lagopus

88 Chapitre 10 Ptéridophytes 3. Lycophytes, flore de nos régions Sélaginelles Selaginella willdenowii Selaginella arbuscula

89 Chapitre 10 Ptéridophytes 3. Lycophytes, flore de nos régions Lycopodes

90 Chapitre 10 Ptéridophytes 3. Lycophytes, flore de nos régions Isoetes Lycophytes Isoetes gunnii

91 la Lignée Verte: Embryophytes Sphenophyta

92 Chapitre 10 Ptéridophytes Sphénophytes: Equisetum

93 Chapitre 10 Ptéridophytes 4. Sphenophytes, caractéristiques générales Plantes à feuilles réduites à écailles verticillées Epis sporangifère = Strobile terminal Ecusson Verticille de feuille écailleuse 93

94 Chapitre 10 Ptéridophytes 4. Sphenophytes, caractéristiques générales Nœuds portent des verticilles de rameaux articulés Rameaux articulés Noeud Entre-noeud Noeud 94

95 Tige fertile Ecusson Tige stérile Strobile Rhizoïde Anthéridie Zygote Archégone Jeune sporophyte

96 Chapitre 10 Ptéridophytes 4. Sphenophytes, flore de nos régions Equisetum arvense 96

97 Chapitre 10 Ptéridophytes 4. Sphenophytes, flore de nos régions Equisetum telmateia 97

98 la Lignée Verte: Embryophytes Filicophyta

99 Chapitre 10 Ptéridophytes Filicophytes Polypodium

100 Chapitre 10 Ptéridophytes 5. Filicophytes, caractéristiques générales Feuilles constituant des frondes enroulée en crosse à leur jeune âge, limbe découpé, grande taille 100

101 Chapitre 10 Ptéridophytes 5. Filicophytes, caractéristiques générales Sores Fronde Pédicelle Spore Sporange Indusie

102 Chapitre 10 Ptéridophytes 5. Filicophytes, flore de nos régions Aspleniaceae, Asplenium ruta-muraria

103 Chapitre 10 Ptéridophytes 5. Filicophytes, flore de nos régions Dennstaediaceae, Pteridium aquilinum (fougère aigle)

104 Chapitre 10 Ptéridophytes 5. Filicophytes, flore de nos régions Dryopteridaceae, Dryopteris filix-mas (fougère mâle)

105 Chapitre 10 Ptéridophytes 5. Filicophytes, flore de nos régions Polypodiaceae, Polypodium vulgare (Polypode vulgaire)

106 Questions A l aide de deux exemples, comparez le cycle de développement d une mousse et d une fougère homosporée On dit souvent que les Bryophytes sont les «amphibiens du règne végétal», mais on pourrait dire la même chose des cryptogames vasculaires. Expliquez pourquoi. Quelles sont les différences entre les Lycophytes et les Sphenophytes?

107 Bryophytes vs. Other Plants