Fiche de révision : Reproduction des spermaphytes

📋 Plan du Cours

1. Classification des végétaux
2. Cycle biologique des spermaphytes
3. Fleur et inflorescences
4. Gynécée et ovule
5. Anthères et grains de pollen
6. Pollinisation et agents pollinisateurs
7. Germination pollinique et fécondation
8. Graines et fruits des angiospermes
9. Dissémination et germination des semences
10. Reproduction du pin sylvestre
11. Tissus et méristèmes des Angiospermes
12. Croissance et développement des racines
13. Développement des tiges et des feuilles

📖 1. Classification des végétaux

🔑 Notions clés & Définitions

• Spermaphytes : Végétaux qui produisent des graines.
• Embryophytes : Végétaux terrestres dont l’embryon multicellulaire, issu du zygote, se développe au moins durant ses premiers stades aux dépens de la plante mère.
• Espèce : Ensemble d’individus semblables et interfertiles, capables de se reproduire sexuellement entre eux en donnant des descendants eux-mêmes féconds.
• Eucaryotes : Organismes dont le matériel génétique est contenu dans un noyau délimité par une enveloppe membranaire.
• Cormus : Appareil végétatif constitué de tiges et de feuilles.

★ À maîtriser

📌 La classification phylogénétique regroupe les êtres vivants selon leur généalogie et vise à former des groupes monophylétiques contenant un ancêtre commun et tous ses descendants, contrairement à la classification traditionnelle héritée de Linné.

📌 Chez les gymnospermes, les graines ne sont pas enfermées dans un fruit, tandis que chez les angiospermes elles sont protégées dans un fruit issu de la transformation de l’ovaire après fécondation.

Compléments

• La classification actuelle s’appuie sur des critères morphologiques, anatomiques, biochimiques et moléculaires, notamment les séquences d’ADN.

• Le monde vivant est réparti en trois grandes catégories :

  • les eucaryotes
  • les bactéries
  • les archées

• Les chlorobiontes possèdent des chlorophylles a et b dans des plastes, une paroi constituée de cellulose et de l’amidon de réserve contenu dans des plastes.

• Les trachéophytes sont des végétaux vasculaires dont le xylème contient des éléments conducteurs de sève brute, notamment des trachéides.

• Les angiospermes comprennent les monocotylédones, avec environ 90 000 espèces, et les dicotylédones, avec environ 200 000 espèces.

• Dans la nomenclature traditionnelle, le nom scientifique d’un organisme associe en latin le nom du genre et celui de l’espèce, suivis de l’initiale de l’auteur qui a décrit l’espèce.

💡 Astuce mémo

Ressemblance des caractères vs généalogie des lignées

📖 2. Cycle biologique des spermaphytes

★ À maîtriser

• Chez les végétaux, la méiose d’un individu diploïde produit des spores haploïdes qui se divisent par mitoses pour former un gamétophyte, lequel produit les gamètes ; leur fécondation forme un zygote diploïde qui se développe en sporophyte.

📌 La méiose divise par deux le nombre de chromosomes, tandis que la fécondation réunit deux gamètes et rétablit le nombre diploïde.

• Chez les spermaphytes, le sporophyte diploïde feuillé constitue la phase dominante et le gamétophyte est très réduit.

Compléments

📌 Chez les animaux, la méiose produit directement les gamètes, tandis que chez les végétaux elle produit des spores qui donnent un gamétophyte producteur de gamètes.

💡 Astuce mémo

Méiose : 2n vers n ; fécondation : n vers 2n

📖 3. Fleur et inflorescences

🔑 Notions clés & Définitions

• Inflorescence : Groupe de fleurs issu d’un méristème reproducteur et organisé autour d’un axe portant des fleurs et leurs pédoncules.
• Périanthe : Ensemble des pièces florales stériles, c’est-à-dire les sépales et les pétales.

★ À maîtriser

• La mise à fleur survient lorsque des méristèmes végétatifs caulinaires, sous l’influence de facteurs internes et externes comme la lumière et le froid, se transforment en méristèmes reproducteurs.

📌 Dans une inflorescence indéfinie de type grappe, l’axe continue de croître et porte latéralement des fleurs, tandis que dans une cyme l’axe principal se termine par la première fleur.

• De l’extérieur vers l’intérieur, les pièces florales sont :
  • les sépales
  • les pétales
  • les étamines
  • le ou les carpelles

📌 Une espèce monoïque porte des fleurs mâles et femelles sur le même individu, tandis qu’une espèce dioïque porte les fleurs mâles et femelles sur des individus différents.

Compléments

• Un épi est une grappe dont les pédoncules sont très réduits ou absents, tandis qu’un capitule porte des fleurs sessiles disposées en plateau, les plus jeunes au centre.

• Une fleur actinomorphe présente une symétrie axiale, tandis qu’une fleur zygomorphe présente une symétrie bilatérale.

• Une corolle dialypétale possède des pétales libres, tandis qu’une corolle gamopétale possède des pétales soudés.

• Les pièces florales sont généralement en multiples de cinq chez les dicotylédones et en multiples de trois chez les monocotylédones.

📖 4. Gynécée et ovule

🔑 Notions clés & Définitions

• Gynécée : Ensemble des carpelles de la fleur et correspond au pistil.
• Placentation : Disposition des ovules sur le placenta, à l’intérieur de l’ovaire.

★ À maîtriser

• Un carpelle comprend un ovaire contenant les ovules, surmonté d’un style et d’un stigmate.

📌 La placentation axile associe des carpelles fermés et soudés, la placentation pariétale place les ovules contre la paroi d’une seule loge, et la placentation centrale possède un placenta central dans une seule loge après résorption des cloisons internes.

• Le sac embryonnaire des angiospermes comprend sept cellules haploïdes et huit noyaux : trois antipodes, une cellule centrale à deux noyaux polaires et un complexe gamétique formé de deux synergides et d’une oosphère.

Compléments

📌 Un ovaire supère se situe au-dessus du niveau d’insertion des autres pièces florales, tandis qu’un ovaire infère se situe en dessous.

• Un ovule anatrope est renversé et présente un raphé soudé au funicule, tandis que le micropyle correspond à l’interruption des téguments de l’ovule.

• 🔄 La formation du sac embryonnaire suit les étapes suivantes : la cellule sporogène diploïde subit une méiose, quatre macrospores sont produites, trois macrospores avortent, la macrospore fertile subit trois mitoses, le sac embryonnaire se forme

📖 5. Anthères et grains de pollen

★ À maîtriser

• Chaque étamine est constituée d’un filet qui la rattache au réceptacle et d’une anthère où se forme le pollen.

• La déshydratation de l’anthère rétracte ses cellules ; les parois lignifiées de l’assise mécanique résistent à cette rétraction, ce qui crée une tension et provoque la rupture de la fente de déhiscence.

• La paroi du pollen comprend une exine externe résistante à base de sporopollénine et une intine interne de nature pectocellulosique.

Compléments

• Une jeune anthère comprend quatre sacs polliniques, qui fusionnent deux à deux à maturité pour former deux loges polliniques.

• Les tissus et assises de l’anthère comprennent : un épiderme, une assise mécanique lignifiée, une assise transitoire qui dégénère, un tapis nutritif participant à la formation de la paroi du pollen

• Environ 70 % des espèces d’angiospermes possèdent un pollen bicellulaire composé d’une cellule végétative et d’une cellule reproductrice incluse dans celle-ci.

• Les apertures, ou pores germinatifs, sont des zones où l’exine est amincie ou absente et par lesquelles le tube pollinique peut sortir.

• La cellule sporogène produit quatre microspores haploïdes réunies en tétrade ; après lyse de la paroi de callose, chaque microspore se sépare et subit une mitose asymétrique donnant une cellule végétative et une cellule reproductrice.

💡 Astuce mémo

Déshydratation → tension des parois → ouverture de l’anthère

📖 6. Pollinisation et agents pollinisateurs

🔑 Notions clés & Définitions

• Pollinisation : Transfert du pollen de l’anthère au stigmate d’une fleur.

★ À maîtriser

📌 L’autopollinisation, ou autogamie, transfère le pollen entre fleurs du même individu, tandis que la pollinisation croisée, ou allogamie, transfère le pollen entre individus différents et favorise le brassage génétique.

📌 La pollinisation entomophile est assurée par les insectes, tandis que la pollinisation anémogame est assurée par le vent.

Compléments

• La pollinisation croisée est obligatoire dans les cas suivants : les espèces dioïques, la séparation temporelle des sexes par protandrie, la séparation temporelle des sexes par protogynie, l’auto-incompatibilité pollen-pistil

📌 La protandrie correspond à la maturation du pollen avant la réceptivité du stigmate, tandis que la protogynie correspond à la réceptivité du stigmate avant la maturité des étamines.

• Les fleurs entomophiles attirent les insectes par leur périanthe souvent coloré, leurs molécules odorantes et leur nectar produit par des nectaires.

• Les pollens transportés par les insectes sont généralement gros, très ornementés et parfois recouverts d’un enduit visqueux qui facilite leur accrochage.

• Les espèces anémophiles produisent beaucoup de pollen petit, léger et lisse, et leurs fleurs ne possèdent généralement ni organes attractifs spectaculaires, ni nectar, ni parfum.

💡 Astuce mémo

Vent : pollen léger et lisse ; insectes : fleurs attractives et pollen accrocheur

📖 7. Germination pollinique et fécondation

🔑 Notions clés & Définitions

• Siphonogamie : Transfert des gamètes mâles jusqu’à l’ovule par le tube pollinique, sans libération des gamètes dans le milieu extérieur.

★ À maîtriser

• Après la pollinisation, le grain de pollen s’hydrate sur le stigmate, reprend son métabolisme et émet par une aperture un tube pollinique issu de la cellule végétative.

• 🔄 La double fécondation comporte deux fusions : un gamète mâle haploïde fusionne avec l’oosphère haploïde et forme le zygote diploïde, le zygote principal donne l’embryon, l’autre gamète mâle fusionne avec les deux noyaux polaires, le zygote accessoire triploïde donne l’albumen

Compléments

• Le tube pollinique progresse dans le style jusqu’à l’ovaire, puis atteint le sac embryonnaire en passant par le micropyle.

📌 Dans un style plein, le tube pollinique progresse entre des cellules dont les espaces intercellulaires sont gélifiés, tandis que dans un style creux il avance dans un canal contenant du mucilage.

• La croissance apicale du tube pollinique est orientée par chimiotropisme sous l’effet de molécules produites par l’ovule et peut atteindre plusieurs millimètres par heure, voire un centimètre par heure chez le maïs.

• Le tube pollinique pénètre une synergide par son appareil filiforme, éclate et libère les deux gamètes mâles, tandis que le noyau végétatif dégénère.

💡 Astuce mémo

Pollen hydraté → tube pollinique → deux fusions

📖 8. Graines et fruits des angiospermes

🔑 Notions clés & Définitions

• Parthénocarpie : Développement d’un fruit sans fécondation, ce qui produit un fruit sans pépins.
• Fruits secs : Péricarpe déshydraté et plus ou moins sclérifié.

★ À maîtriser

• La graine résulte de la transformation de l’ovule fécondé et constitue un organe de dissémination capable de résister aux conditions climatiques défavorables.

• À maturité, une graine contient un ou plusieurs téguments protecteurs, un embryon diploïde issu du zygote principal et des réserves utilisées lors de la germination.

📌 Une graine exalbuminée a consommé l’albumen et stocke ses réserves dans des cotylédons développés, tandis qu’une graine albuminée conserve un albumen riche en réserves et possède un embryon plus petit.

• 🔄 Après la fécondation : l’ovule se transforme en graine, l’ovaire se transforme en fruit entourant les graines, les autres pièces florales dégénèrent

📌 Une baie possède un péricarpe entièrement charnu dans lequel baignent les graines, tandis qu’une drupe possède un endocarpe dur et sclérifié entourant un noyau.

• Dans une drupe, l’endocarpe est dur et sclérifié, comme chez la pêche, la cerise et l’olive.

📌 Les fruits déhiscents s’ouvrent à maturité pour libérer leurs graines, tandis que les fruits indéhiscents ne s’ouvrent pas.

• Les principaux fruits secs déhiscents sont les suivants :

  • Le follicule s’ouvre par une fente.
  • La gousse s’ouvre par deux fentes.
  • La silique possède quatre fentes et une fausse cloison membraneuse.
  • La capsule présente différents types de déhiscence.

• Parmi les fruits secs indéhiscents, on distingue :

  • L’akène contient une graine et ne s’ouvre pas.
  • Le caryopse est un akène dont le péricarpe est soudé aux téguments de la graine.
  • La samare est un akène ailé à une graine.

Compléments

• Les téguments de la graine proviennent de ceux de l’ovule, s’épaississent par divisions cellulaires, se lignifient, se pigmentent puis meurent en ne laissant que leurs parois.

• L’embryon se forme à partir du zygote principal, d’abord accompagné d’un suspenseur nutritif, puis passe par les stades globuleux et cordiforme avant que le suspenseur ne dégénère.

• L’embryon mûr comprend : une radicule à l’origine de la racine principale, une gemmule qui donnera la tige et les feuilles de l’épicotyle, une tigelle qui peut s’allonger pour former l’hypocotyle

• 🔄 Avant leur libération, les graines : se déshydratent, entrent en vie ralentie, subissent des modifications physiologiques et entrent en dormance, attendent des conditions favorables à la germination

• Le péricarpe comprend :

  • l’épicarpe externe
  • le mésocarpe
  • l’endocarpe

💡 Astuce mémo

Drupe à noyau, akène à graine nue

📖 9. Dissémination et germination des semences

🔑 Notions clés & Définitions

• Semence : Graine seule ou graine accompagnée de tout ou partie du fruit.

★ À maîtriser

• L’anémochorie est la dissémination par le vent de graines légères ou de fruits, comme l’akène poilu du pissenlit et la samare du charme.

• La zoochorie se fait par accrochage aux poils ou aux plumes de fruits munis de crochets, comme la benoîte, ou par ingestion de fruits dont les téguments résistent, comme les mûres.

📌 Il existe deux types de germination selon l’espèce : la germination hypogée et la germination épigée.

Compléments

• La dissémination des semences favorise la multiplication de l’espèce et la colonisation du milieu.

• L’auto-dissémination a lieu lorsque le fruit s’ouvre à maturité et rejette les graines ; certains fruits charnus tombent et pourrissent, libérant leurs graines.

• L’hydrochorie est la dissémination par l’eau de fruits flottants et résistants à la putréfaction, comme la noix de coco.

📖 10. Reproduction du pin sylvestre

★ À maîtriser

• Le cycle de reproduction du pin sylvestre s’étale sur deux ans.

• Le pin est monoïque : les cônes mâles et femelles sont portés par des rameaux différents.

• Les quatre cellules du grain de pollen sont :

  • Deux cellules prothalliennes.
  • Une cellule générative qui donnera les gamètes mâles.
  • Une cellule végétative qui donnera le tube pollinique.

• Au printemps, le pollen est libéré, transporté par le vent jusqu’aux ovules et capté au niveau du micropyle par une goutte de liquide, puis il pénètre dans le nucelle.

• Après la méiose de la cellule mère, une seule des quatre macrospores persiste ; elle subit des divisions nucléaires sans division du cytoplasme et forme un endosperme cénocytique.

• Pendant la deuxième année, la cellule générative forme deux gamètes mâles immobiles par mitose ; le tube pollinique les conduit jusqu’à l’archégone, où un gamète féconde l’oosphère.

• 🔄 La formation de la graine de pin se déroule ainsi :

  1. L’ovule se transforme en graine et le zygote en embryon.
  2. Les cotylédons accumulent des réserves.
  3. La graine se déshydrate et entre en vie ralentie.

• Les écailles du cône femelle commencent à s’entrouvrir à l’automne de la deuxième année ; la dispersion s’achève au printemps de la troisième année et le cône tombe l’année N+2.

Compléments

• Les grains de pollen du pin sont formés dans deux sacs situés sous chaque écaille du cône mâle, à partir de cellules mères de spores qui subissent la méiose.

• L’exine du pollen du pin est imprégnée de sporopollénine et forme deux ballonnets remplis d’air, adaptation à la pollinisation par le vent.

• À la fin de la première année, le tube pollinique a commencé à croître dans le nucelle, mais aucun gamète mâle ou femelle n’est encore formé.

• Chez le pin, la fécondation est simple et la siphonogamie assure le transport des gamètes immobiles par le tube pollinique.

• Même si plusieurs oosphères sont fécondées, une seule se développe.

• L’embryon du pin possède de nombreux cotylédons et comprend une gemmule, une tigelle et une radicule.

💡 Astuce mémo

Printemps 1 : pollinisation ; année 2 : fécondation ; printemps 3 : dispersion achevée

📖 11. Tissus et méristèmes des Angiospermes

🔑 Notions clés & Définitions

• Méristème : Zone de cellules indifférenciées qui se divisent activement et assurent une croissance continue de l’appareil végétatif.

★ À maîtriser

• La croissance végétative associe la croissance et l’organogenèse, tandis que l’histogenèse correspond à la formation des tissus ; leur ensemble produit la morphogenèse.

📌 La mérèse augmente le nombre de cellules par division, tandis que l’auxèse augmente leur volume.

📌 Les méristèmes primaires assurent la croissance en longueur, tandis que les méristèmes secondaires assurent la croissance en épaisseur.

• Les méristèmes secondaires, présents uniquement chez les dicotylédones, apparaissent par dédifférenciation de tissus primaires et forment des assises annulaires dont les divisions produisent des files radiales de cellules.

• Le cambium libéro-ligneux produit le xylème secondaire vers l’intérieur et le phloème secondaire vers l’extérieur.

• Les parenchymes comprennent des formes chlorophylliennes, amylifères et aquifères, respectivement liées à la photosynthèse, à la synthèse et au stockage de l’amidon, et au stockage de l’eau.

📌 Le collenchyme est formé de cellules vivantes à paroi cellulosique qui supportent un certain étirement, tandis que le sclérenchyme est formé de cellules mortes à paroi lignifiée qui ne peuvent pas s’étirer.

• Le xylème transporte la sève brute ascendante, composée d’eau et de sels minéraux, tandis que le phloème transporte la sève élaborée, notamment chargée de saccharose, depuis les feuilles.

• Les éléments conducteurs du xylème sont morts à maturité, tandis que les cellules criblées du phloème restent vivantes mais perdent leur noyau et sont associées à des cellules compagnes.

Compléments

📌 La différenciation est la spécialisation des cellules, qui acquièrent des caractères structuraux et biochimiques liés à une fonction particulière.

• L’épiderme recouvre les organes aériens et porte une cuticule lipidique imperméable qui protège contre l’évaporation ; les stomates permettent les échanges gazeux.

• Dans la racine, le rhizoderme peut former une assise pilifère portant des poils absorbants, puis les régions âgées sont recouvertes par une assise subéreuse chez les dicotylédones ou une couche subéreuse chez les monocotylédones.

• Le suber est constitué de cellules mortes à parois imprégnées de subérine, qui isolent et protègent l’organe ; le suber, le phellogène et le phelloderme forment le périderme.

📌 Les trachéides conservent leurs parois terminales et la sève passe par des ponctuations, tandis que les vaisseaux possèdent des parois terminales perforées.

📖 12. Croissance et développement des racines

★ À maîtriser

📌 Chez les dicotylédones, la racine principale persiste et forme un système pivotant ; chez les monocotylédones, elle dégénère généralement et les racines adventives forment un système fasciculé.

• La coiffe protège le méristème apical racinaire ; ses cellules se renouvellent et sécrètent un mucigel lubrifiant qui facilite la progression de la racine dans le sol.

• Le long de la racine se succèdent la coiffe, la zone d’élongation, la zone pilifère et la zone de ramification ; une zone d’épaississement secondaire apparaît ensuite chez les dicotylédones.

• L’allongement racinaire est apical et maximal dans la région subapicale ; la zone pilifère ne s’allonge pas, ce qui évite la destruction des poils absorbants.

• Les racines latérales se forment à partir du péricycle : ses cellules se dédifférencient et se divisent pour produire un primordium qui traverse le cortex, puis forme un méristème, une coiffe et une nouvelle racine.

• Dans la racine, le cambium produit le phloème secondaire vers l’extérieur et le xylème secondaire vers l’intérieur, tandis que le phellogène issu du péricycle forme le suber vers l’extérieur et le phelloderme vers l’intérieur.

Compléments

• Le centre quiescent de la racine peut reprendre une activité méristématique et régénérer la coiffe et le méristème en cas de dommage.

• Dans le méristème apical racinaire, le méristème proximal forme les tissus périphériques, tandis que le procambium central forme les tissus conducteurs et le parenchyme médullaire.

• Chez les dicotylédones, le cambium racinaire se forme entre xylème et phloème, puis des divisions du péricycle relient les arcs cambiaux.

• Le cambium racinaire fonctionne par saisons, s’arrête en hiver et reprend au printemps, formant des cernes annuels ; une nouvelle assise subéro-phellodermique se met en place chaque année.

💡 Astuce mémo

Coiffe, élongation, zone pilifère, ramification

📖 13. Développement des tiges et des feuilles

🔑 Notions clés & Définitions

• Phytomère : Motif répétitif de la tige feuillée, composé d’un nœud, d’un entre-nœud, d’une feuille et d’un bourgeon axillaire.

★ À maîtriser

• La tige s’allonge par apparition de nouveaux entre-nœuds au sommet et par élongation des jeunes entre-nœuds ; l’auxèse n’a lieu que dans ces derniers.

• L’anneau initial du méristème caulinaire forme les primordiums foliaires et les tissus externes de la tige, tandis que le méristème médullaire forme le parenchyme médullaire.

• Dans la tige, le phloème se différencie d’abord vers l’extérieur du cordon procambial, puis le xylème se différencie vers l’intérieur.

• La croissance du limbe est assurée par le méristème terminal en longueur et le méristème marginal en largeur, puis les feuilles adultes perdent leurs méristèmes.

Compléments

• Les feuilles sont insérées aux nœuds et un bourgeon axillaire se trouve à l’aisselle de chaque feuille ; le bourgeon apical contient le méristème apical entouré de jeunes feuilles.

• Le méristème apical caulinaire comprend une tunica superficielle dont les cellules se divisent seulement de façon anticline et un corpus profond dont les cellules se divisent dans plusieurs directions.

• La zone apicale axiale du méristème caulinaire est un méristème d’attente qui devient méristématique en réponse aux signaux de floraison et peut former le méristème reproducteur.

• L’initiation des feuilles sur la tige peut être alternée, opposée ou verticillée.

• Chez les dicotylédones, les cordons procambiaux forment un cercle unique dans la tige, tandis que chez les monocotylédones ils forment plusieurs cercles.

• Chez les dicotylédones, les cellules méristématiques disparaissent rapidement de la base des feuilles et un pétiole se forme, tandis que les feuilles des monocotylédones restent sessiles.

• Dans les feuilles, le procambium forme des nervures à xylème et phloème superposés chez les dicotylédones, tandis que les faisceaux procambiaux sont parallèles chez les monocotylédones.

📊 Tableaux de synthèse

Types de pollinisation

Types de graines