la reproduction sexuée chez les plantes à fleurs (Angiospermes)

Les angiospermes sont des plantes caractérisées par des organes reproducteurs regroupés dans les fleurs et des graines enfermées dans les fruits.

1 – Observation et dissection de la fleur: l’organisation de la fleur

https://fr.m.wikipedia.org/wiki/Fichier:Mature_flower_diagram-fr.svg

Dans une fleur, on distingue généralement quatre grands ensembles de pièces florales souvent regroupées en verticilles sur le réceptacle floral :

  • Deux ensembles de pièces stériles ou enveloppes florales formant le périanthe :

    • le calice constitué de sépales, destinés à protéger la fleur en bouton,

    • la corolle constituée de pétales généralement vivement colorés dont le rôle est d’attirer les animaux pollinisateurs qui sont pour la plupart des insectes.

  • Deux ensembles de pièces fertiles directement impliquées dans les phénomènes de reproduction:

    • l’androcée constituée d’étamines. Chaque étamine comprend un filet et une anthère.

    • le gynécée ou pistil au centre de la fleur. Il est formé de carpelles, libres ou soudés entre eux. Chaque carpelle est composé d’un ovaire, partie renflée et creuse contenant les ovules, et d’un style, prolongement de l’ovaire qui s’épanouit à sa partie terminale en un stigmate.

2 – La diversité des fleurs

Il y a une grande diversité au niveau:

  • Des formes, couleurs, nombre et les relations entre les pièces florales.
  • Certaines fleurs sont hermaphrodites, lorsqu’elles contiennent à la fois des étamines et des carpelles. Mais il existe aussi des fleurs unisexuées, soit mâles, avec uniquement des étamines (fleurs staminées), soit femelles, avec seulement un gynécée (fleurs pistillées).
  • Des fleurs simples ou des fleurs composées  (association de plusieurs fleurs en une structure unique)       
  • La position de l’ovaire
Auteur Ulf Mehlig License: Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5
  • La position des étamines

3 – Le diagramme floral et la formule florale

a – Le diagramme floral

Il est une représentation schématique de l’organisation des pièces florales d’une fleur. Il a été défini par John Henry Schaffner en 1916.

Il permet d’identifier facilement la famille d’une plante

On représente les différentes pièces florales en position anatomique comme pour une coupe transversale de la fleur de l’extérieur vers l’intérieur (les numéros correspondent au dessin ci-contre) :

  1. L’axe de l’inflorescence, correspondant au pédoncule floral toujours représenté en haut : avec la bractée, il définit l’axe de la fleur ;
  2. La bractée toujours représentée en bas ;
  3. Les sépales, dessinés en forme de croissants de lune évidés ;
  4. Les pétales, dessinés en forme de croissants de lune pleins ;
  5. Les étamines, représentées par des ronds évidés ;
  6. Le gynécée, dessiné en coupe transversale.

b – La formule florale

La formule florale décrit la composition d’une fleur en quelques chiffres, lettres et symboles, donc d’une manière simplifiée. Elle s’écrit sous cette forme :

nS, nP, nE, nC

Les lettres S, P, E et C correspondent respectivement aux sépalespétalesétamines et carpelles. La lettre n indique leur nombre respectif.

Lorsque les pièces sont soudées, on les note entre parenthèses ( ).

Application:

Le document suivant montre l’organisation de la fleur de moutarde

http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/spip.php?article1165

En exploitant le document, réaliser:

1 – Le diagramme floral de la fleur de moutarde.  

2 – La formule florale.

1 – Le diagramme floral de la fleur de moutarde

 

2 -La formule florale:  4P + 4S + 6E + (2C)    ou    4P + 4S + (4+2)E + (2C)

3 – La formation des grains de pollen

Les grains de pollen, sont produits au niveau des anthères des étamines

Coupe transversale d'une anthère

http://siera104.com/bio/lab25.html

Observation microscopique d'un grain de pollen

http://siera104.com/bio/lab25.html

La coupe transversale au niveau de l’anthère montre qu’elle est formée de deux loges polliniques, reliées entre elles par le connectif. Chaque loge pollinique est constituée de deux sacs polliniques à l’intérieur desquels se différencient les grains de pollen. A maturité, les grains de pollen sont libérés par ouverture des loges polliniques au niveau des fentes de déhiscence.

Les documents suivants montrent les étapes de la formation des grains de pollen.

Méiose : Animation, voir lien                                                      Mitose: Animation, voir lien

1 – En exploitant les documents, décrire les étapes de la formation des grains de pollen.  

1 – Au niveau du jeune sac pollinique, des cellules mères diploïdes (2n) subissent une méiose qui donne quatre microspores haploïdes (n).
Ces cellules subissent une  mitose qui aboutit à la formation du grain de pollen formé de deux cellules; une cellule végétative de grande taille à l’intérieur de laquelle se trouve la cellule reproductrice, de ce fait le grain de pollen est qualifié de gamétophyte mâle.

3 – La formation du sac embryonnaire

Le sac embryonnaire se forme au niveau de l’ovaire de la carpelle

Coupe transversale d'un ovaire

http://siera104.com/bio/lab25.html

L’ovaire est formé d’un ou plusieurs carpelles. Chaque carpelle contient un ou plusieurs ovules.

L’ovule est constituée d’une partie centrale renfermant le sac embryonnaire  qui contient le gamète femelle : l’oosphère.

Schéma d'un ovule d'Angiosperme

Les documents suivants montrent les étapes de la formation du sac embryonnaire et le schéma d’un sac embryonnaire.

1 – En exploitant les documents, décrire les étapes de la formation du sac embryonnaire.  

1 – Au sein du nucelle, la cellule mère diploïde (2n) subit une méiose et donne 4 cellules haploïdes (n) dites mégaspores. Une seule de ces quatre mégaspores va survivre et les 3 autres dégénèrent. La mégaspore restante subit 3 mitoses pour donner 8 noyaux réparties en 7 cellules; une cellule centrale à 2 noyaux, 3 cellules dites Antipodes, 2 synergides et l’oosphère (le gamète femelle ). De ce fait le sac embryonnaire représente le gamétophyte femelle.

3 – La pollinisation

C’est le transport des grains de pollen depuis les étamines qui l’ont produit, jusqu’à un stigmate de l’ovaire. Ce transport est assuré dans la plupart des cas par des agents de pollinisation:

  • le vent (pollinisation anémophile), les insectes (pollinisation entomophile), l’eau (pollinisation hydrophile), l’homme(pollinisation artificielle) ou certains animaux.

La pollinisation peut être:

  • Directe ou autopollinisation, lorsque les grains de pollen d’une fleur se  déplacent vers le stigmate de la même fleur. 
  • Indirecte ou croisée, lorsque les grains de pollen d’une fleur se déplacent vers le stigmate d’une autre fleur de la même espèce.

 

a – L’importance de la pollinisation

Pour la mise en évidence du rôle de la pollinisation, on propose les expériences suivantes:

1 – En exploitant les expériences, déduire l’importance de la pollinisation.

Expérience A: expérience témoin, il y a contact entre du pollen et le pistil, le pistil se transforme en fruit contenant des graines.

Expérience B: le capuchon permet d’isoler le pistil de l’extérieur.
Sans contact avec du pollen, le pistil ne se transforme pas en fruit contenant des graines, donc le contact avec le pollen est indispensable pour que le pistil se transforme en fruit contenant des graines.

Expérience C: on introduit sous le capuchon du pollen au contact du pistil.
Le pistil se transforme en fruit contenant des graines, donc le contact avec le pollen est suffisant pour que le pistil se transforme en fruit contenant des graines.

Donc la pollinisation joue un rôle important dans la transformation de la fleur en fruit contenant des graines.

b – La germination des grains de pollen.

Des grains de pollen sont prélevés sur les étamines d’une fleur. On en dispose dans 2 milieux nutritifs A et B. On place des morceaux de pistil de la même espèce de fleur dans le milieu B. Les résultats obtenus sont indiqués sur le document 1:

Document 1

1 – En exploitant l’expérience du document 1, interpréter les résultats obtenus.

1 – On observe que les grains de pollen situés à proximité des morceaux de pistil ont tous un tube pollinique bien orienté vers les fragments de pistil alors que ceux n’ayant pas de fragment de pistil à proximité sont orientés dans tous les sens. Cela veut dire que le pistil provoque une attraction du tube pollinique.

Le document 2 montre l’origine du tube pollinique

Le document 3 montre le devenir du tube pollinique

1 – En exploitant les documents 2 et 3, décrire l’evolution du grain de pollen après la pollinisation.

1 – La pollinisation est suivie du développement du tube pollinique toujours en direction du micropyle. Cette croissance du tube pollinique est assurée par le noyau végétatif du grain de pollen.

Le noyau reproducteur subit une mitose et engendre deux gamètes mâles: les anthérozoïdes. Le noyau végétatif, après avoir dirigé la croissance du tube pollinique disparaît au voisinage de l’ovule.

4 – La fécondation et la formation de la graine

1 – A partir du document, décrire la fécondation chez les angiospermes.

1 – Les deux anthérozoïdes pénètrent dans le sac embryonnaire, l’un féconde l’oosphère engendrant ainsi un œuf diploïde appelé œuf principal ou œuf embryon. L’autre anthérozoïde s’unit aux deux noyaux du sac et engendre un œuf triploïde appelé œuf accessoire. Cette double fécondation est caractéristique des Angiospermes.

Par la suite, les synergides et les cellules antipodes dégénèrent. Il ne subsiste dans le sac que les deux œufs. L’ovule se transforme ainsi en graine et l’ovaire en fruit.

http://m.pourcher.free.fr

L’œuf accessoire se divise et donne un tissu de réserve, l’albumen tissu dans lequel s’accumulent des réserves. Au cours de sa croissance, l’albumen digère le nucelle, prend sa place et vient s’appliquer contre les téguments de l’ovule. Ces téguments s’épaississent, durcissent et deviennent les téguments de la graine. L’œuf principal se divise aussi pour donner un massif cellulaire bientôt différencié en embryon qui Continue sa croissance pour donner:
– Une radicule future racine, tournée vers le micropyle ;
– Une gemmule, jeune bourgeon situé à l’opposé de la radicule ;
– Une tigelle située entre les deux et portant latéralement une ou deux grandes expansions foliacées, le ou les cotylédons.

Au cours de sa maturation, les graines subissent une déshydratation, qui a pour conséquence un ralentissement très important des fonctions physiologiques (les échanges respiratoires ne sont même plus mesurables). Cet état de vie ralentie permet de supporter les conditions défavorables.

5 – La germination de la graine: Voir lien 

Lorsque les conditions deviennent favorables, les graines germent pour donner une jeune plantule.

Quelles sont les conditions de germination d’une graine ?

a – Les conditions de germination d’une graine

Pour la mise en évidence de certaines conditions nécessaire à la germination des graines, On propose les expériences suivantes:

On met des graines dans des différents milieux, les conditions et les résultats sont indiqués sur le tableau suivant:

1 – En exploitant les expériences, déduire les conditions de la germination des  graines.

1 – Eexperience 1: la germination des graines indiques toutes les conditions sont favorable (témoin).

Experience 2:  les graines n’ont pas germé à cause de la température de 4 °C.

Experience 3:  les graines n’ont pas germé à cause de l’absence d’eau.

Experience 4: les graines n’ont pas germé à cause de l’absence d’oxygène.

Experience 5: les graines ont germé à mais les plantules ne deviennent pas vertes à cause l’absence de la lumière.

Donc la germination efficace nécessite l’humidité, la chaleur et l’oxygénation. Cependant, l’exposition à la lumière est indispensable pour que les premières feuilles verdissent. 

b – Les étapes de la germination

https://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Bean_germination.jpg
https://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Germination-fr.svg

Les graines absorbent l’eau et gonflent: c’est l’imbibition qui rende les téguments flexibles et perméables aux gaz, ce qui permet aux graines de revenir à la vie active, en déchirant les téguments et l’émérgence du radicule. La température convenable active les réactions metaboliques qui en présence d’oxygène permettent la décomposition des réserves organiques pour la production de l’énergie nécessaire pour le développement de l’embryon.

On peut distinguer les modes de germinations suivants:

  • la germination épigée : comme chez le haricot par exemple. La graine est soulevée hors du sol par accroissement rapide de la tigelle qui donne l’axe hypocotyle qui soulève les deux cotylédons hors du sol. La gemmule se développe (après la radicule) et donne une tige feuillée au-dessus des deux cotylédons. Le premier entre-nœud donne l’épicotyle.
  • la germination hypogée : comme chez le maïs. La graine reste dans le sol, la tigelle ne se développe pas et le ou les cotylédons restent dans le sol.

6 – Le cycle de développement des angiospermes (cycle de vie)

Le document 1 montre les étapes du cycle de développement des Angiospermes

Document 1

https://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Angiosperm_life_cycle_diagram-fr.svg

Document 2: Le vocabulaire des cycles de développement (particulièrement ceux des végétaux)

  • Cycle de développement= cycle de vie = cycle biologique = cycle biotique: ensemble cyclique du déroulement de la vie d’un organisme eucaryote impliquant une reproduction sexuée avec méiose et fécondation.
  • Phase : épisode chromosomique associé à un cycle de reproduction, pouvant être haploïde (haplophase) ou diploïde (diplophase).  Si la méiose est immédiatement suivie de la fécondation (sans mitoses) : cycle diplophasique (ou diplobiontique).  Si la fécondation est immédiatement suivie d’une méiose (le zygote la subit immédiatement) : cycle haplophasique (ou haplobiontique).
  • Génération : étape du cycle vital comprenant au moins une mitose (= développement végétatif). Une génération va du zygote ou d’une spore jusqu’à la production de gamètes ou de spores après un épisode végétatif plus ou moins long (pas de génération si fécondation juste après méiose, ou si méiose juste après fécondation).
    Si 1 génération dans le cycle : cycle monogénétique
    Si 2 générations : cycle digénétique
    Si 3 générations : cycle trigénétique.
  • Spore = cellule généralement haploïde dont les divisions cellulaires (mitoses) produisent généralement un gamétophyte. Ce gamétophyte est une génération haploïde qui produit des gamètes.
  • Gamète : cellule haploïde qui subit la fécondation pour l’obtention d’un zygote qui subit des mitoses et donne le sporophyte diploïde.

En exploitant les documents 1 et 2, 

1 –Schématiser le cycle chromosomique des angiospermes.

Utiliser un trait épais rouge pour illustrer la diplophase (phase à 2n chromosomes), et un trait mince bleu pour l’haplophase (la phase à n chromosomes).

2 – Déduire le type de ce cycle.

1 – Le cycle chromosomique

2- le cycle se caractérise par l’alternance de deux générations:

  • Une génération haploide produisant les gamètes, appelé gamétophyte.
  • Une génération diploïde produisant les spores, appelé sporophyte.

Donc c’est un cycle digénétique haplodiplophasique

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