Eléments de botanique Cours 7 Ptéridophytes 24/02/2015 Bac1 sciences pharmaceutiques et sciences biologiques Denis Michez Denis.michez@umons.ac.be 1
Cours 1-2 Introduction générale Caractéristiques de la vie Caractéristiques des végétaux Métabolisme végétal Les premiers végétaux Cyanobactéries Eucaryotes: reproduction et cellule 2
Cours 3-5 Evolution et caractéristiques des végétaux eucaryotes Champignons Algues Métaphytes 3
Cours 6-7 Evolution et caractéristiques des métaphytes Bryophytes Ptéridophytes 4
la Lignée Verte: Embryophytes Pteridophytes
# of living species in different plant groups 250,000 6500 12,000 1000 100 1 550
Chapitre 10 Ptéridophytes 1. Caractéristiques générales, communes aux Ptéridophytes et autres Métaphytes Adaptations au milieu terrestre 9
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
Tempo d apparition des différentes lignées
Cooksonia, première plante vasculaire dans les gisements du Silurien
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
Xylème et phloème chez les fougères Uniquement tissus primaires! Ici: Siphonastèle
Pholème et xylème avec paroi épaissie
Transport d eau et de sucre par le phloème (paroi cellulose)
Transport d eau et de minéraux par le xylème (paroi lignine)
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
Chapitre 10 Ptéridophytes 1. Caractéristiques particulières des Ptéridophytes Racines Evoluent à partir d une portion souterraine de tige
Chapitre 10 Ptéridophytes 1. Caractéristiques particulières des Ptéridophytes Feuilles : Evoluent à partir de tissus vasculaires Microphyllie : 1 seul vaisseau Mégaphyllie : pls vaisseaux
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
Epiderme de Ptérydophyte avec cuticule
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
Chapitre 10 Ptéridophytes Premiers arbres Taille plus élevée permet une meilleure dispersion des spores 26
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
Sporophyte
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
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
Chapitre 10 Ptéridophytes Spore de fougère Unité de dissémination CRYPTOGAMES 31
CRYPTOGAMES PHANEROGAMES
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
Chapitre 10 Ptéridophytes Spore de fougère 34
Chapitre 10 Ptéridophytes 1. Caractéristiques particulières des Ptéridophytes, cycle de reproduction Alternance de génération Anthérozoïde cilié Sporophyte dominant Dissémination par spore 35
Sporange Dissémination des spores Sporophyte mature Sore sur la face inférieure
Sporophyte
Fronde = sporophyte (2n) Sore = ensemble de sporange où la méïose se déroule
Sores sur la face inférieure de la fronde
Sore, indusie et sporanges
Sporange immature
Sporange mature Anneau mécanique Spore Pédicelle
Déhiscence du sporange
Sporange Jeune gamétophyte
Germination du spore et développement en prothalle Thalle chlorophyllien Filament
Prothalle Anthéridie Sporange Jeune gamétophyte Archégone
Développement d un gamétophyte réduit (= prothalle) : non vascularisé et sans épiderme Rhizoides
Gamétophyte Développement de cette phase du cycle toujours dépendante de la présence d eau
Gamétophyte
Gamétanges Archégones sur partie antérieure
Gamétanges Fougère Mousse Comparaison archégone fougère / archégone mousse Structure réduite chez les fougères (5 à 7 étages de cellules du col)
Gametophyte (prothallus) Antheridia sperm
Antheridium sperm
Gamétanges Anthéridie sur partie postérieure Anthérozoïdes ciliés Fécondation reste aquatique. Reste donc un certaine dépendance à la présence d eau
Prothalle Anthéridie Sporange Jeune gamétophyte Archégone Nouveau sporophyte Anthérozoïdes Mitose immédiate
Jeune sporophyte Jeune sporophyte diploïde fragile en croissance depuis le gametophyte haploïde
Jeune sporophyte, rapidement indépendant du gamétophyte
Sporophyte en développement Future fronde
Cormus complet rhizome racine
19 Feb. 2014 61
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
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
Vision d artiste d une forêt du Carbonifère
Chapitre 10 Ptéridophytes 1. Caractéristiques particulières des Ptéridophytes, écologie et habitat actuel Diversifié dans les habitats humides, surtout sous les tropiques 66
Chapitre 10 Ptéridophytes Producteur primaire parfois important Forêt de fougère en Tasmanie, Australie
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
Salvinia molesta Fougère aquatique invasive Lake Wilson
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
Chapitre 10 Ptéridophytes Importance des fougères: Ornamentale (indoor and outdoor). Birdnest fern Maidenhair fern Frilly boston fern Lady fern
Chapitre 10 Ptéridophytes 2. Diversité, groupe paraphylétique avec 3 clades importants Lycophytes Sphénophytes Filicophytes 72
Phylum Pterophyta Lycopodium sp. Psilotum sp. Phylum Lycophyta Equisetum sp. (horsetail) Polypodium sp. (fern)
Phylum Lycophyta Phylum Pterophyta Sélaginelles Phylum Sphenophyta Fougères Prêles
la Lignée Verte: Embryophytes Lycophyta
Chapitre 10 Ptéridophytes Lycophytes Lycopodium
Chapitre 10 Ptéridophytes 3. Lycophytes, caractéristiques générales Domine Carbonifère Lepidodendron lycophyte géant Atteint 45 m de haut.
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
Chapitre 10 Ptéridophytes 3. Lycophytes, caractéristiques générales Sporanges à l aisselle des feuilles supérieures organisées en épi 80
Chapitre 10 Ptéridophytes 3. Lycophytes, caractéristiques générales Hétérosporie 81
Sélaginelles et isoètes - Hétérosporée microspores megaspores sporophylls
Sélaginelles et isoètes - Hétérosporée Megaspores megsporangium Microspores
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
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
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
MAIS Lycophyta Homosporée 87 Lycopodium lagopus
Chapitre 10 Ptéridophytes 3. Lycophytes, flore de nos régions Sélaginelles Selaginella willdenowii Selaginella arbuscula
Chapitre 10 Ptéridophytes 3. Lycophytes, flore de nos régions Lycopodes
Chapitre 10 Ptéridophytes 3. Lycophytes, flore de nos régions Isoetes Lycophytes Isoetes gunnii
la Lignée Verte: Embryophytes Sphenophyta
Chapitre 10 Ptéridophytes Sphénophytes: Equisetum
Chapitre 10 Ptéridophytes 4. Sphenophytes, caractéristiques générales Plantes à feuilles réduites à écailles verticillées Epis sporangifère = Strobile terminal Ecusson Verticille de feuille écailleuse 93
Chapitre 10 Ptéridophytes 4. Sphenophytes, caractéristiques générales Nœuds portent des verticilles de rameaux articulés Rameaux articulés Noeud Entre-noeud Noeud 94
Tige fertile Ecusson Tige stérile Strobile Rhizoïde Anthéridie Zygote Archégone Jeune sporophyte
Chapitre 10 Ptéridophytes 4. Sphenophytes, flore de nos régions Equisetum arvense 96
Chapitre 10 Ptéridophytes 4. Sphenophytes, flore de nos régions Equisetum telmateia 97
la Lignée Verte: Embryophytes Filicophyta
Chapitre 10 Ptéridophytes Filicophytes Polypodium
Chapitre 10 Ptéridophytes 5. Filicophytes, caractéristiques générales Feuilles constituant des frondes enroulée en crosse à leur jeune âge, limbe découpé, grande taille 100
Chapitre 10 Ptéridophytes 5. Filicophytes, caractéristiques générales Sores Fronde Pédicelle Spore Sporange Indusie
Chapitre 10 Ptéridophytes 5. Filicophytes, flore de nos régions Aspleniaceae, Asplenium ruta-muraria
Chapitre 10 Ptéridophytes 5. Filicophytes, flore de nos régions Dennstaediaceae, Pteridium aquilinum (fougère aigle)
Chapitre 10 Ptéridophytes 5. Filicophytes, flore de nos régions Dryopteridaceae, Dryopteris filix-mas (fougère mâle)
Chapitre 10 Ptéridophytes 5. Filicophytes, flore de nos régions Polypodiaceae, Polypodium vulgare (Polypode vulgaire)
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?
Bryophytes vs. Other Plants