Fiche de révision : Interactions et usages des Fabacées

📋 Plan du Cours

1. Organisation générale des Angiospermes
2. Surfaces d’échanges et nutrition
3. Circulation et coopération des organes
4. Développement et croissance végétale
5. Croissance orientée et saisonnière
6. Organisation reproductive de la fleur
7. Reproduction sexuée et formation des graines
8. Multiplication végétative et évolution
9. Cycle saisonnier et sénescence
10. Perception et relations écologiques
11. Symbioses et compétitions végétales
12. Phytophagie et défenses des Fabacées
13. Parasitisme et agents pathogènes
14. Fabacées dans les écosystèmes
15. Usages alimentaires et agricoles
16. Classification et domestication
17. Principes de classification phylogénétique
18. Position systématique des Fabacées

📖 1. Organisation générale des Angiospermes

🔑 Notions clés & Définitions

• Appareil végétatif : Comprend une tige portant des feuilles et ancrée dans le sol par un système racinaire.
• Appareil reproducteur : Comprend la fleur puis, après pollinisation, le fruit contenant une ou plusieurs graines.

★ À maîtriser

• La Luzerne cultivée, Medicago sativa, est la Fabacée choisie comme exemple fil conducteur du chapitre.

📌 Les plantes vivent fixées dans un milieu aérien desséchant et peu porteur, en prélevant la lumière et les gaz au-dessus du sol ainsi que l’eau, les gaz et les ions minéraux en dessous.

Compléments

• Les principaux types de port sont: le port herbacé, avec une tige souple et un individu ne dépassant pas 30 cm, le port buissonnant, avec un individu ne dépassant pas 5 m et ramifié dès sa base, le port arborescent, avec un individu dépassant 10 m, un tronc et un houppier

💡 Astuce mémo

Appareil végétatif pour se nourrir, appareil reproducteur pour se multiplier

📖 2. Surfaces d’échanges et nutrition

🔑 Notions clés & Définitions

• Photosynthèse : Est une réaction qui permet aux organismes autotrophes pour le carbone de produire de la matière organique à partir de matière minérale grâce à l’énergie lumineuse.

📝 Points essentiels

📐 Formule - La première loi de Fick décrit le flux molaire diffusif par $F_{1\to2}=-D\,S\,\frac{\Delta[X]}{e}$, avec $\Delta[X]=[X]_2-[X]_1$. - Adolf Fick, 1829-1901

📌 Une surface d’échanges est d’autant plus efficace que sa surface S et le différentiel de concentration Δ[X] sont grands, que son épaisseur e est faible et que le coefficient de diffusion D est élevé.

• Le bilan de la photosynthèse s’écrit $6\,CO_2+12\,H_2O\xrightarrow{\text{lumière}}C_6H_{12}O_6+6\,O_2+6\,H_2O$.

• Les stomates contrôlent les échanges gazeux et les pertes d’eau grâce à deux cellules de garde qui ouvrent l’ostiole lorsqu’elles sont turgescentes et le ferment lorsque leur pression hydrostatique diminue.

• Les nodosités des Fabacées contiennent des bactéries du genre Rhizobium qui fixent le diazote atmosphérique et le transforment en ammonium NH₄⁺ assimilable par la plante.

💡 Astuce mémo

Grande surface et faible épaisseur → échanges diffusifs efficaces

📖 3. Circulation et coopération des organes

★ À maîtriser

📌 Le xylème transporte la sève brute, solution d’eau et d’ions minéraux, de manière unidirectionnelle depuis les racines vers le reste de la plante, tandis que le phloème transporte la sève élaborée riche en produits organiques depuis les feuilles dans les deux directions.

• La circulation de la sève brute repose sur la poussée racinaire, due à l’entrée d’eau par osmose après transfert actif des ions dans le xylème, et sur l’appel d’eau créé par l’évapotranspiration foliaire.

📌 Un organe source produit et exporte un excédent de matière organique, tandis qu’un organe puits importe cette matière depuis les organes sources pour l’utiliser ou la stocker.

Compléments

• La sève brute est une solution très diluée de 0,1 à 2 g⋅L⁻¹ contenant des ions minéraux et quelques molécules organiques.

• La sève élaborée contient environ 200 g⋅L⁻¹ de saccharose et 8 g⋅L⁻¹ d’acides aminés, et sa vitesse de circulation est de l’ordre de 0,1 à 1 m⋅h⁻¹.

💡 Astuce mémo

Xylème ascendant, phloème bidirectionnel

📖 4. Développement et croissance végétale

🔑 Notions clés & Définitions

• Développement végétal : Regroupe l’organogenèse, qui correspond à la mise en place de nouveaux organes, et la croissance, qui correspond à l’augmentation irréversible de leur taille.
• Méristème : Tissu végétal indifférencié dont les divisions cellulaires successives produisent de nouveaux tissus et organes.
• Anisotropie : Propriété d’un milieu ou d’un facteur de présenter des caractéristiques dépendantes de la direction.

★ À maîtriser

📌 Le développement embryonnaire s’étend de la fécondation à la formation de la graine, tandis que le développement post-embryonnaire s’étend de la germination à la formation d’une plante capable de se reproduire.

• La morphogenèse végétale repose successivement sur la mérèse, qui produit de nouvelles cellules par mitoses, l’auxèse, qui allonge ces cellules, puis la différenciation, qui leur confère une structure spécialisée.

Compléments

• Les principaux rôles des méristèmes sont: les méristèmes apicaux et intercalaires pour la croissance en longueur, les méristèmes secondaires pour la croissance en épaisseur, les méristèmes axillaires pour la production de ramifications

• Des germinations de Lentille placées sous une lumière dirigée d’un seul côté courbent leurs tiges vers la lumière, ce qui constitue un phototropisme positif.

💡 Astuce mémo

Mérèse → auxèse → différenciation

📖 5. Croissance orientée et saisonnière

🔑 Notions clés & Définitions

• Méristèmes secondaires : Produisent des tissus secondaires et assurent la croissance en épaisseur des végétaux ligneux.
• Tropisme : Réaction de croissance orientée d’un organe selon la répartition inégale d’un paramètre de l’environnement.

★ À maîtriser

📌 Le cambium produit le xylème secondaire, ou bois, et le phloème secondaire, ou liber, tandis que le phellogène produit essentiellement le liège protecteur, ou suber.

📌 Les tropismes sont des mouvements de croissance orientés, tandis que les tactismes sont des mouvements orientés d’organes sans croissance, comme l’héliotactisme du Tournesol.

Compléments

• Les racines de Pois placées horizontalement se courbent vers le bas en quatre heures, mais cette courbure n’apparaît pas lorsque la coiffe est supprimée.

💡 Astuce mémo

Facteur anisotrope → croissance différentielle → courbure

📖 6. Organisation reproductive de la fleur

🔑 Notions clés & Définitions

• Fleur : Structure reproductrice constituée de feuilles modifiées en enveloppes florales et en organes sexuels disposées sur un réceptacle.

★ À maîtriser

• Une fleur d’Angiosperme comprend théoriquement quatre verticilles:
  • le calice
  • la corolle
  • l’androcée
  • le gynécée

📌 Chez les Angiospermes, l’ovule est une structure pluricellulaire contenant le sac embryonnaire, alors que chez les Métazoaires l’ovule est le gamète femelle.

• Les principales caractéristiques de la fleur des Fabacées sont: calice gamosépale à cinq dents, corolle papilionacée avec étendard, deux ailes et carène, dix étamines, gynécée à un carpelle à ovaire supère

Compléments

• Les Angiospermes peuvent être hermaphrodites, dioïques ou monoïques ; environ 6 % sont dioïques et environ 7 % sont monoïques.

💡 Astuce mémo

Parties stériles : sépales et pétales ; parties fertiles : étamines et carpelles

📖 7. Reproduction sexuée et formation des graines

🔑 Notions clés & Définitions

• Siphonogamie : Fécondation réalisée grâce à la croissance d’un tube pollinique à travers le carpelle jusqu’aux ovules, ce qui permet la reproduction en milieu aérien desséchant.
• Gousse : Fruit sec caractéristique des Fabacées, possédant deux fentes de déhiscence.

★ À maîtriser

• 🔄 La reproduction sexuée des Angiospermes suit la succession:
  1. pollinisation
  2. germination du pollen
  3. croissance du tube pollinique
  4. double fécondation
  5. formation de la graine
  6. transformation de l’ovaire en fruit

📌 La double fécondation produit un zygote principal diploïde par fusion avec l’oosphère et un zygote accessoire triploïde par fusion avec les deux noyaux de la cellule centrale.

Compléments

• Les graines des Fabacées sont exalbuminées : leurs réserves sont stockées dans les cotylédons de l’embryon et elles sont riches en protéines.

💡 Astuce mémo

Pollinisation → tube pollinique → double fécondation → graine et gousse

📖 8. Multiplication végétative et évolution

🔑 Notions clés & Définitions

• Multiplication végétative : Reproduction asexuée monoparentale qui produit de nouveaux individus sans méiose ni fécondation.
• Totipotence : Capacité de certaines cellules végétales à se dédifférencier, à reformer des cellules méristématiques et à produire une plante entière par mitoses.

★ À maîtriser

• Chez le Trèfle blanc, un stolon horizontal produit des racines et un bourgeon terminal qui forme un nouveau pied, puis la rupture ou la dégénérescence du stolon isole le nouvel individu.

📌 La multiplication végétative colonise rapidement un milieu grâce à des clones adaptés, mais elle rend la population vulnérable aux changements environnementaux en raison de sa faible diversité génétique.

Compléments

• Entre 1845 et 1851, le mildiou a provoqué une perte de 90 % de la production de pommes de terre en Irlande, entraînant la mort d’au moins 1 million de personnes et l’émigration supplémentaire de 2 millions d’Irlandais.

💡 Astuce mémo

Clones : colonisation rapide mais faible diversité génétique

📖 9. Cycle saisonnier et sénescence

🔑 Notions clés & Définitions

• Vernalisation : Passage par une période de froid nécessaire à la floraison de certaines plantes.
• Sénescence : Disparition progressive de tout ou partie de l’individu ou de ses organes selon le cycle de vie et les saisons.

★ À maîtriser

📌 Les plantes de jour court fleurissent lorsque la photopériode est inférieure à une valeur critique, les plantes de jour long lorsqu’elle lui est supérieure, et les plantes indifférentes ne répondent pas à cette photopériode.

• Les graines assurent la dissémination et le passage de la mauvaise saison grâce à leur déshydratation, leurs réserves, leurs téguments durcis et lignifiés, ainsi que leur position au ras du sol ou dans le sol.

Compléments

• Chez les Fabacées, la dormance tégumentaire des graines est levée par l’altération des téguments, par exemple sous l’effet de cycles de gel et de dégel.

💡 Astuce mémo

Floraison → fructification → dormance → reprise printanière

📖 10. Perception et relations écologiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Mutualisme : Interaction entre deux partenaires qui procure un bénéfice à chacun.

📝 Points essentiels

📌 Les fonctions de relation permettent à l’organisme de percevoir et de modifier ses interactions avec l’environnement, tandis que les relations écologiques décrivent les interactions entre organismes à l’échelle de l’écosystème.

• Les végétaux perçoivent leur environnement grâce à des photorécepteurs, des barorécepteurs, des chémorécepteurs et des thermorécepteurs.

• Dans la mycorhize, le champignon fournit à la plante de l’eau, des ions minéraux et des acides aminés, tandis que la plante fournit au champignon entre 20 et 40 % des hexoses produits par photosynthèse.

• Les nodosités sont des symbioses entre une Fabacée et des bactéries du genre Rhizobium, grâce auxquelles la plante assimile l’azote tandis que les bactéries bénéficient d’un milieu protégé et nutritif.

💡 Astuce mémo

Mutualisme : bénéfices réciproques ; compétition : ressources disputées

📖 11. Symbioses et compétitions végétales

🔑 Notions clés & Définitions

• Symbiose : Interaction étroite et durable entre deux organismes, qui perdure tout au long de leur vie.
• Nodosités : Symbioses entre une Fabacée et des Eubactéries du genre Rhizobium, permettant à la plante d’assimiler l’azote.

★ À maîtriser

• Les mycorhizes augmentent la croissance et la teneur en azote et en phosphore de l’Acacia mycorhizé.

📌 La compétition interspécifique par exploitation résulte de l’utilisation commune de ressources, tandis que la compétition par interférence repose sur des substances inhibitrices comme la juglone du Noyer.

Compléments

• Dans l’association Vesce-Avoine, l’Avoine produit davantage en coculture, tandis que la Vesce produit moins en raison de la concurrence interspécifique.

💡 Astuce mémo

Symbiose : bénéfice réciproque ; compétition : ressource disputée

📖 12. Phytophagie et défenses des Fabacées

🔑 Notions clés & Définitions

• Phytophagie : Consommation de végétaux par des consommateurs primaires, qui peut fragiliser la plante sans provoquer nécessairement sa mort.

★ À maîtriser

• 🔄 Le pâturage provoque successivement:
  1. une défoliation
  2. un piétinement
  3. des dépôts d’excréments

📌 Les plantes répondent aux phytophages par l’évitement, la tolérance ou la résistance, cette dernière limitant la consommation ou favorisant les prédateurs des herbivores.

• Chez l’Acacia corne de bœuf, les fourmis protègent la plante contre les herbivores en échange de nectar et d’excroissances riches en protéines et en lipides.

Compléments

• Les phytophages comprennent notamment:

  • les Mammifères ruminants
  • les Insectes
  • les Mollusques
  • certains champignons et bactéries parasites

• Les défenses végétales peuvent être constitutives, toujours exprimées, ou induites après l’attaque d’un herbivore.

• Les tanins peuvent réduire la digestibilité des plantes en formant des complexes avec les protéines ou les enzymes digestives des herbivores.

💡 Astuce mémo

Évitement → tolérance → résistance

📖 13. Parasitisme et agents pathogènes

🔑 Notions clés & Définitions

• Parasitisme : Interaction durable dans laquelle un parasite se nourrit d’un hôte sans entraîner rapidement sa mort, même si elle peut devenir fatale à long terme.
• BCMV : Virus à ARN simple brin de 10 kb, responsable de la mosaïque du Haricot et parasite cellulaire obligatoire.

📝 Points essentiels

• 🔄 Le cycle du Puceron vert du Pois comprend: une reproduction asexuée par parthénogenèse de février à mai, la colonisation de nouveaux hôtes par des femelles ailées de mai à fin juin, une reproduction sexuée à l’automne

• Le Puceron vert du Pois provoque des dégâts directs par prélèvement de sève et peut transmettre plus de 30 virus à son hôte.

• Après son entrée dans la cellule, le BCMV se décapside, traduit son ARN en polyprotéine, réplique son ARN, puis forme et transporte de nouveaux virions vers les cellules voisines.

📌 La reconnaissance d’éliciteurs pathogènes déclenche une réaction d’hypersensibilité dans laquelle les cellules voisines meurent par apoptose, limitant la progression du pathogène.

💡 Astuce mémo

Parasite → affaiblissement de l’hôte → symptômes et pertes

📖 14. Fabacées dans les écosystèmes

🔑 Notions clés & Définitions

• Écosystème : Comprend un biotope, une biocénose et l’ensemble des interactions qui existent entre eux.
• Réseau trophique : Ensemble des chaînes alimentaires reliées dans un écosystème, par lesquelles circulent matière et énergie.
• Pyramide trophique : Représentation proportionnelle des effectifs, de la biomasse ou de l’énergie contenus dans chaque niveau trophique.

📝 Points essentiels

• Dans une prairie, les producteurs primaires occupent le niveau trophique 1, les phytophages le niveau 2 et les parasites ou prédateurs des phytophages le niveau 3.

💡 Astuce mémo

Producteur → phytophage → prédateur ou parasite → décomposeur

📖 15. Usages alimentaires et agricoles

🔑 Notions clés & Définitions

• Agrosystème : Écosystème transformé par et pour l’espèce humaine dans une optique de production.
• Engrais vert : Matériel végétal incorporé encore vert dans le sol afin d’améliorer sa fertilité.

★ À maîtriser

• Les graines protéagineuses de Fabacées contiennent 20 à 40 % de protéines de la matière sèche et sont généralement riches en lysine mais pauvres en acides aminés soufrés et en tryptophane.

• Après la fauche, les racines de Fabacées laissées dans le sol se décomposent et libèrent une partie de l’azote fixé sous forme de NH4+ disponible pour les racines.

Compléments

• Les graines amylacées de Fabacées contiennent 40 à 50 % d’amidon et 1 à 6 % de matières grasses du produit sec.

• Les engrais verts améliorent:

  • l’état sanitaire du sol et des cultures
  • la vie biologique du sol
  • la structure du sol
  • la protection contre l’évaporation

💡 Astuce mémo

Nodosités → fixation de l’azote → enrichissement du sol

📖 16. Classification et domestication

🔑 Notions clés & Définitions

• Phylogénie : Étude des liens évolutifs entre les espèces.
• Caractère homologue : Caractère commun hérité d’un ancêtre commun.
• Domestication : Mécanisme de transformation des espèces sauvages lors de leur utilisation par les êtres humains.

★ À maîtriser

• Chaque fourche d’un arbre phylogénétique correspond à un ancêtre commun hypothétique ayant transmis des états dérivés de caractères à ses descendants.

Compléments

• Le syndrome de domestication est l’ensemble des transformations d’une espèce sauvage produites par la sélection artificielle de caractères favorables à son utilisation humaine.

📖 17. Principes de classification phylogénétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Taxon : Unité regroupant des organismes partageant des caractères communs hérités de leurs ancêtres et pouvant correspondre à une espèce, à un groupe d’espèces ou à une population distincte.
• Groupe monophylétique : Groupe rassemblant un ancêtre commun et l’intégralité de ses descendants, défini par le partage d’états dérivés caractéristiques appelés synapomorphies.

★ À maîtriser

📌 Les caractères homologues sont hérités d’un ancêtre commun, tandis que les caractères issus d’une convergence évolutive apparaissent indépendamment dans différentes lignées et que la réversion correspond à la perte secondaire d’un caractère.

Compléments

• Dans un arbre phylogénétique, chaque fourche représente un ancêtre commun hypothétique, les branches se distinguent par des innovations évolutives transmises à leurs descendants et les groupes obtenus sont emboîtés selon leur apparentement.

💡 Astuce mémo

Caractères homologues → ancêtre commun → groupes emboîtés

📖 18. Position systématique des Fabacées

🔑 Notions clés & Définitions

• Lignée verte : Ensemble caractérisé par la présence d’un chloroplaste, de chlorophylle a et de la RubisCO, dont la grande sous-unité est codée par l’ADN chloroplastique.
• Producteur primaire : Organismes photolithotrophes autotrophes pour le carbone participant aux flux d’énergie et de matière des écosystèmes.
• Embryophytes : Les Embryophytes possèdent un embryon pluricellulaire se développant sur la plante mère, une cuticule protectrice contre la déshydratation et de la sporopollénine dans la paroi des spores.

★ À maîtriser

📌 Les trois grands groupes monophylétiques du vivant sont les Eubactéries, les Archées et les Eucaryotes.

• Les Fabacées sont des Eucaryotes pluricellulaires à cellules nucléées appartenant à la Lignée verte, aux Embryophytes, aux Angiospermes et aux Eudicotylédones.

• Les Angiospermes se caractérisent notamment par une fleur complexe, un sac embryonnaire, une double fécondation, un grain de pollen à trois noyaux, du bois hétéroxylé et une tunica à deux couches dans le méristème apical caulinaire.

• La symbiose des Fabacées avec Rhizobium permet la fixation de l’azote, l’exploitation de sols pauvres, puis l’enrichissement du sol après la mort de la plante par restitution de l’azote organique de sa biomasse.

📌 Les facteurs abiotiques comme la luminosité et la teneur en ions du sol limitent la production primaire des Fabacées, tandis que les interactions avec la biocénose contribuent à la biodiversité, à la résistance de l’écosystème et à la pollinisation.

• Les adaptations de l’appareil végétatif à la vie fixée comprennent:

  • la croissance indéfinie
  • l’exploration de nouvelles ressources
  • la multiplication végétative
  • la colonisation du milieu

• Les adaptations de l’appareil végétatif au milieu aérien comprennent: l’ancrage dans le sol, les tissus secondaires qui rigidifient la tige, la protection contre la déshydratation

• Les principales adaptations reproductrices sont: le déplacement du gamétophyte mâle grâce aux Insectes, un pollen résistant, des gamètes femelles protégés dans l’ovule et dans l’ovaire, une graine permettant le passage de la mauvaise saison

📌 La fécondation interne constitue une convergence entre les Fabacées et la Vache face au milieu desséchant, tandis que leurs structures de soutien et de protection contre la dessiccation reposent sur des stratégies différentes.

Compléments

• Les trois sous-familles de Fabacées sont:

  • les Mimosoïdées
  • les Caesalpinioïdées
  • les Faboïdées

• Les usages humains des Fabacées comprennent les usages mellifères, fourragers, alimentaires et comme engrais verts.

📌 La culture des Fabacées ne nécessite pas d’engrais azotés, ce qui contribue à diminuer l’eutrophisation et l’accumulation des gaz à effet de serre.

📌 Face au milieu peu porteur, la Vache possède un endosquelette tandis que la plante utilise un hydrosquelette ou la lignification de ses parois épaisses, et face au milieu desséchant la Vache internalise sa respiration tandis que la plante ferme ses stomates et utilise une cuticule ou un suber imperméables.

💡 Astuce mémo

Eucaryotes → Lignée verte → Embryophytes → Angiospermes → Eudicotylédones

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison du xylème et du phloème

Types de croissance végétale