la reproduction sexuée chez les gymnospermes

Les gymnospermes sont des plantes faisant partie d’un sous-embranchement des spermaphytes. Elles se caractérisent par des ovules  qui sont à nu (non enclos dans un ovaire à la différence des angiospermes).

La plupart des Gymnospermes sont des Conifères, tels que les Sapins, les Pins, les Genévriers, les Cyprès, les Thuyas …

Brockhaus' Konversations-Lexikon v.8

1 – L’appareil reproducteur 

1 -1 – Le cône mâle

 Le cône mâle est constitué d’un axe, portant des écailles disposées en spirale dont chacune d’elle porte à leur face inférieure deux sacs polliniques contenant le pollen. 

Le cône mâle est considéré comme une seule fleur à nombreuses étamines

Cônes mâles du Pin
Coupe longitudinale d'un cône mâle de pin
https://www.flickr.com/photos/internetarchivebookimages/20714306726
Coupe transversale d'une écaille

Au niveau du jeune sac pollinique, des cellules mères diploïdes (2n) subissent une méiose qui donne quatre microspores haploïdes (n).
Ces microspores se développent dans les sacs polliniques et donnent chacune 4 cellules alignées: 2 cellules prothalliennes aplaties, une cellule anthéridiale et une cellule végétative. 

La paroi du grain de pollen comprend deux couches superposées : l’intine et l’exine. Latéralement, l’exine se décolle et forme deux  sacs ou ballonnets aérifères qui rendent plus léger le grain de pollen et assure sa meilleure dissémination par le vent ( dissémination anémophile ). Le grain de pollen est qualifié de gamétophyte mâle.

Source: http://siera104.com/bio/lab24.html

1 – 2 – Le cône femelle

 Le cône femelle est constitué d’un axe portant des bractées qui sont des feuilles réduites. A l’aisselle de chacune de celles-ci est insérée une écaille qui porte 2 ovules sur la face supérieure, près de l’axe. L’écaille ovulifère peut être considérée comme un carpelle et le cône femelle comme une inflorescence.

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cône femelle immature d'après Margot et Jaccottet
Source: https://www.uvt.rnu.tn/resources-uvt/cours/bv/biologie-v-3/cadres/lecon3/gymnospermes/p2.htm

Au niveau de l’ovule, la cellule mère diploïde (2n) subit une méiose qui donne quatre macrospores haploïdes dont seule la plus profonde subsiste et les 3 autres dégénèrent. La mégaspore restante s’accroît et son noyau se divise et forme un endosperme ou prothalle femelle dont la croissance ne reprendra que l’année d’après.

Pendant la deuxième année, la croissance du prothalle reprend. A la fin du printemps, se différencient les archégones ( 2 ou 3 ). Chaque archégone formera le gamète femelle ou oosphère.

http://siera104.com/bio/lab24.html

Schéma d'ovule d'une gymnosperme

2 – La pollinisation

Les grains de pollen portent deux ballonnets aérifères facilitant leur transport par le vent parfois sur de très longues distances. Au moment de la pollinisation, les grains de pollen pénètrent entre les écailles écartées des jeunes cônes femelles. Après quelques jours, les écailles se referment le cône grossit.

Les grains de pollen germent et donnent naissance chacun à un tube pollinique dont la croissance est, elle aussi, étalée sur deux années consécutives.

Coupe longitudinale d'un ovule de Pinus (gymnosperme) pendant la période de développement du tube pollinique précédant la fécondation (USDA Forest Service).

– 1ère année : la croissance du tube pollinique commence immédiatement après la pollinisation, le tube pollinique formé par la cellule végétative pénètre dans le nucelle.

Le noyau de la cellule végétative passe dans le tube, la cellule anthéridiale reste dans le corps du grain de pollen, alors que les cellules prothalliennes dégénèrent.

La cellule anthéridiale se divise en 2 cellules : cellule socle et la cellule spermatogène ou reproductrice.

-2 ème année : la croissance du tube pollinique reprend en même temps que le prothalle femelle.

Le tube pollinique se ramifie plus ou moins. La cellule spermatogène se divise et donne 2 gamètes mâles ou anthérozoïdes

3 – La fécondation

Lorsqu’un tube pollinique atteint  l’oosphère, son extrémité se lyse et les deux anthérozoïdes libérés, l’un féconde l’oosphère (le gamète femelle) qui devient un zygote diploïde et l’autre se dégénère avec le noyau végétatif et la cellule socle.

Le noyau du zygote se divise immédiatement pour donner l’embryon formée de cotylédons (premières futures feuilles), une tigelle et une courte radicule. L’endosperme accumule des réserves et le tégument ovulaire se lignifie. Ainsi l’ovule est transformé en véritable graine qui subit une déshydratation importante et entre en vie ralentie. 

Coupe schématique d'une graine; l'embryon est entouré par l'endosperme

La graine est attachée à une fine aile facilitant sa dispersion par le vent. L’écartement des écailles des cônes femelles libère les graines et leur dispersion.

cône mûr ouvert

4 – La germination des graines

Une graine ne peut germer qu’après un certain temps de latence après sa dissémination, on parle de dormance. En général, une graine présente une grande capacité de résistance aux conditions extérieures défavorables, comme l’hiver et les basses températures, la sécheresse et les conditions désertiques. Elles peuvent ainsi attendre plusieurs semaines ou plusieurs années des conditions favorables à leur germination.

Lorsque les conditions conditions extérieures deviennent favorables ( humidité, température et aération), la graine germe pour donner naissance à une nouvelle plante feuillée (Sporophyte).

La germination consiste en trois processus qui se chevauchent:

  1. Uune absorption d’eau, principalement par imbibition, qui provoque un gonflement de la graine et une rupture éventuelle du tégument;

  2. Une activité enzymatique et une augmentation des taux de respiration et d’assimilation, qui sont l’indice de l’utilisation des éléments nutritifs mis en réserve et de leur transfert vers les zones de croissance;

  3. Une augmentation de taille et une division des cellules entraînant l’apparition de la radicule et de la gemmule ( bourgeon apical de l’embryon).

http://www.cosmovisions.com/gymnospermesDeveloppement.htm

Germination de la graine de Pin.
R, radicelles. – end, endosperme. – tég, téguments. – c, cotylédons.

5 – Le cycle de développement des gymnospermes (cycle de vie)

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

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cycle_de_reproduction_gymnosperme.jpg

En exploitant le document 1, 

1 –Schématiser le cycle chromosomique des gymnospermes.

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

Sitographie: 1 , 2 ; 3 , 4 , 5

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