LE DEVELOPPEMENT VEGETAL I. La semence On appelle semence l organe ou la partie d'un végétal que l'on met généralement en terre afin de permettre la formation d'un autre végétal de même nature. La semence est la graine, si le fruit s'ouvre ; le fruit, s'il ne s'ouvre pas. A partir du moment où la semence se détache de la plante mère, sa vie présente les étapes de développement suivantes : 1. Dispersion en état de vie ralentie. 2. Acquisition de l'aptitude à germer, lorsqu'elle est dormante. Cette phase est inapparente, car la semence ne sort pas pour autant de son état de vie ralentie. 3. Germination lorsque le milieu lui fournit les conditions requises. II. La graine 1. Une plante miniature La graine d'un végétal contient une plante miniature en attente : le plantule. Grâce aux réserves nutritives également contenues dans la graine, une petite racine puis une tigelle et de jeunes feuilles se développent. Le plant devient autonome et commence sa croissance 2. La graine La graine est formée d'une plantule (le germe) reliée à deux sacs contenant des réserves nourricières (les cotylédons), le tout entouré d une enveloppe protectrice (le tégument). Réserves Tégument Cotylédon Plantule Figure 1 Coupe de graine de ricin Le développement végétal 1 / 8
3. Les réserves Selon les graines, la nature chimique des réserves diffère. Certaines sont riches en glucides (haricot, pois, blé, riz...), d'autres riches en lipides (noix, arachide, lin, ricin, tournesol), d'autres contiennent beaucoup de protides (haricot, pois...). Quelle que soit leur nature, l'observation au microscope des réserves d'une graine en cours de germination montre qu'elles sont progressivement «digérées». 4. La vie ralentie des graines Tous les êtres vivants contiennent une forte proportion d eau (90% dans une laitue, 77% dans une pomme de terre, 66% dans le corps humain ). Il n y a pas de vie sans eau. Cependant des graines ont une très faible teneur en eau : 18% dans des graines d orge, 16% dans des fèves, 11 à 14% dans du blé, 5 à 6% dans des graines d'arachide. Même placées à l'intérieur d'un fruit très riche en eau, les graines contiennent très peu d'eau ; c'est le cas d'un pépin de pomme, d'orange La faible teneur en eau est responsable de la vie ralentie : il n'y a ni fabrication de nouvelle matière ni croissance ; les échanges avec le milieu sont infimes ; les échanges nutritifs sont pratiquement nuls. Pourtant la graine n'est pas morte puisqu'elle pourra reprendre une vie active dès qu'elle retrouvera des conditions favorables. L'activité est réduite au strict minimum indispensable au maintien de la vie. 5. Les intérêts de la vie ralentie Une forme de résistance Les graines peuvent résister à des conditions très sévères qui entraîneraient la mort de la plante entière. On a montré par exemple que des graines pouvaient germer après avoir été plongées dans l'azote liquide à -196 C pendant longtemps. Certaines supportent des températures voisines de 100 C pendant plusieurs heures ou résistent à un séjour prolongé dans une atmosphère totalement dépourvue d'oxygène. Une telle résistance n'est possible que lorsque les graines sont déshydratées. La vie ralentie peut ainsi jouer un rôle considérable dans la résistance aux conditions défavorables à la vie : froid, gel, excès de chaleur, sécheresse. Le développement végétal 2 / 8
La longévité des graines La déshydratation permet aux graines de rester vivantes très longtemps. La longévité des semences est la durée pendant laquelle elles restent vivantes et gardent la possibilité de germer. Cette longévité varie considérablement selon les espèces, de quelques semaines à quelques années. Elle est en moyenne de 2 à 5 ans, mais peut atteindre chez certaines espèces (mimosa, nénuphar) une centaine d'années. La longévité dépend beaucoup des conditions de conservation. L'abaissement de la température ou une dessiccation artificielle plus poussée permet de prolonger leur durée de vie. Les procédés de conservation des semences sont fondés sur ces principes. Une déshydratation complète par lyophilisation (déshydratation après congélation) annule totalement les échanges respiratoires et permet une survie d'une durée pratiquement illimitée. 6. Le retour à la vie active L absorption d eau Si on sème des graines dans de la terre sèche, elles ne germent pas. La germination débute par une intense absorption d'eau. La plus grande partie de l'eau absorbée se concentre dans la plantule dont le poids va être multiplié par 10 ou 12 en quelques heures. Lorsque la graine est suffisamment réimbibée, la vie active reprend et on ne tarde pas à voir la radicule s'allonger. La croissance de la plantule Toutes les graines contiennent une petite plante miniature : la plantule. Après la réhydratation de la graine, la radicule s'allonge la première et passe à travers le tégument déchiré, puis la tige se met à grandir à son tour. La nouvelle plante résulte ainsi de la croissance de cette plantule. La reprise des échanges respiratoires Lorsqu'une graine germe, les échanges respiratoires reprennent. Cette consommation d'oxygène indique qu'il y a une reprise de réactions chimiques libératrices d'énergie utilisée essentiellement à la croissance, c'est-à-dire à la fabrication de nouvelle matière. Les molécules permettant cette libération d'énergie et cette synthèse de nouvelle matière sont contenues dans les réserves de la graine. Les réserves de la graine constituent donc les matériaux pour la construction de matière et une source d'énergie. Le développement végétal 3 / 8
III. La dispersion des graines La dispersion est la séparation des graines de la plante-mère. Deux cas sont possibles : le fruit reste sur la plante, s'ouvre et laisse échapper les graines, c'est le cas des fruits secs déhiscents (haricot...) ; le fruit et les graines se séparent ensemble de la plante, il ne s'ouvre pas, c'est le cas des fruits secs indéhiscents (gland du chêne...) et des fruits charnus (cerise...). Lorsqu'elles se séparent de la plante-mère, les graines sont des organes très peu hydratés, riches en matière organique. Leur activité est ralentie. 1. Dispersion par projection Certains fruits secs, comme celui du genêt, s'ouvrent brutalement à maturité, projetant leurs graines tout autour de la plante mère. 2. Dispersion par le vent De nombreuses semences, généralement de petite taille, sont munies d'un dispositif qui accroît leur surface (poils, ailes) et, de ce fait, favorise leur dispersion par le vent. 3. Dispersion par les animaux Certains transportent, à leur insu, les semences qui se fixent à la surface de leur corps grâce à un système adhésif (substance collante, crochets). L'homme, lui-même, peut véhiculer des semences sur ses vêtements, lorsqu'il se promène dans un champ. Les porteurs de semences sont le plus souvent les oiseaux et les mammifères, alors que les porteurs de grains de pollen sont généralement les insectes. Les distances parcourues par les semences sont très variables, de l'ordre du mètre à celui du millier de kilomètres. Les semences «aventureuses» - qui se dispersent loin, grâce au vent ou aux animaux migrateurs - permettent la conquête par les végétaux de territoires disponibles parfois très éloignés. Les semences «casanières» réalisent une expansion plus lente de la population végétale qui les produit. En revanche, elles ont plus de chance de tomber sur un milieu favorable à leur développement. L'homme est un disséminateur idéal pour les semences qui l'intéressent : il assure à la fois leur transport sur de grandes distances et leur implantation dans un milieu qui leur offre de bonnes conditions de développement. Le développement végétal 4 / 8
IV. La germination des graines Il suffit de mettre des graines dans du sable ou de la terre humide pour qu'elles germent au bout de quelques jours. La germination débute toujours par l'apparition de la racine qui déchire l'enveloppe de la graine ou tégument. Sur cette racine se développeront ultérieurement des racines secondaires. Ainsi, la jeune plante peut s'ancrer rapidement dans le sol et y puiser l'eau et les sels minéraux nécessaires à sa croissance. La croissance d'un végétal commence après la germination. 1. La germination La graine comprend l'embryon, les réserves et les téguments. Les dicotylédones présentent une plantule à deux cotylédons, ce qui les différencie des monocotylédones qui n'en présentent qu'un seul. Chez les dicotylédones, l'embryon, encore appelé germe ou jeune plantule, est constitué d'une radicule (future racine), d'une tigelle (future tige), d'une gemmule (deux feuilles et futur bourgeon) et de deux autres feuilles ou cotylédons. Les réserves peuvent être autour des cotylédons (ricin) ou dans les cotylédons (haricot). Chez les monocotylédones, d'une part il n'y a qu'un cotylédon, d'autre part la tigelle ne s'allonge pas, la gemmule donne la première feuille ou coléoptile. Chez certains végétaux (haricot...), les cotylédons sont entraînés par la tigelle qui sort de terre : c'est la germination épigée. Chez d'autres (blé, pois...), la tigelle ne se développe pas, les cotylédons restent dans le sol : c'est la germination hypogée. Dans tous les cas, la germination commence par le développement de la radicule qui, après avoir écarté les téguments, s'enfonce dans le sol. Au sens strict, la germination correspond à la sortie de la radicule. Figure 2 Etapes de la germination du haricot Le développement végétal 5 / 8
2. Conditions de la germination Chez certaines espèces végétales, la graine est apte à germer dès que les conditions extérieures sont favorables. Chez d'autres espèces, elle est inapte à germer même si les conditions extérieures sont favorables car elle n'a pas atteint sa maturité, c'est la dormance. La dormance est la période de repos des plantes déclenchée par la baisse de la température et par la diminution de la durée d'exposition à la lumière du jour, due à des facteurs internes à la plante. Elle se manifeste par un quasi arrêt ou ralentissement des phénomènes vitaux et s'accompagne d'une plus grande résistance aux conditions ambiantes. L'interruption ou «levée»» de la dormance se fait sous l'effet de la température, de la lumière, de substances chimiques, Pour passer de la vie ralentie à la vie active certaines conditions sont à remplir : Des conditions internes à la graine : elle doit présenter une aptitude à germer. Des conditions externes à la graine : l'eau est nécessaire à la mobilisation des réserves par la plantule, l'air (dioxygène) permet la reprise de la respiration, la température doit être convenable. Les scientifiques ont réalisé récemment des études importantes pour mieux comprendre les relations qui existent entre ces trois facteurs : - eau, oxygène et température sont trois facteurs de la germination pratiquement indissociables ; - la quantité d'oxygène nécessaire est très faible et dépend des conditions de température ; - la température est un facteur essentiel et son mécanisme d'action complexe. Dans la nature, il suffit qu'un seul de ces facteurs soit défavorable pour empêcher la germination : la sécheresse estivale en climat méditerranéen, le froid hivernal en climat tempéré. Dans les pays tropicaux comme la Martinique et la Guadeloupe, la température reste à peu près la même toute l'année (27 C environ). Elle ne peut pas empêcher la germination des graines mais cette dernière est rendue difficile par la saison sèche. Même lorsque les semences trouvent dans leur milieu des conditions propices, elles ne germent pas nécessairement. Ainsi en climat tempéré, l'automne est, comme le printemps, doux et humide, et pourtant, peu de semences germent pendant cette saison. Des expériences ont montré en effet qu'il faut que les graines subissent une température froide pendant un certain temps pour pouvoir germer. Dans la nature, cette «dormance» préserve les semences Le développement végétal 6 / 8
formées en automne d'une germination prématurée qui exposerait au gel les fragiles plantules. La dormance hivernale est donc une adaptation au climat à saison froide. Dans les régions où la saison défavorable est l été, les semences présentent fréquemment une dormance estivale. V. Classification des végétaux La classification des végétaux repose sur le mode de reproduction et sur l organisation du végétal. Figure 3 Classification simplifiée des végétaux Le développement végétal 7 / 8
La classification des plantes à fleurs et à fruits est basée sur le nombre de cotylédons : la graine a un cotylédon : la plante est monocotylédone (graminées : blé ; liliacées : tulipe ) ; la graine a deux cotylédons : la plante est dicotylédone (cerisier, pommier, marguerite, haricot ). La classification des monocotylédones et des dicotylédones se précise en fonction des caractères morphologiques de la fleur (fleurs régulières ou non) ou/et du regroupement des fleurs sur la tige (fleurs isolées ou regroupées). Le développement végétal 8 / 8