La reproduction sexuée chez les plantes à fleurs : Angiosperme

Introduction

La reproduction des végétaux est le moyen pour les plantes pour se multiplier, pour conquérir de nouveau territoire, pour produire les fruits (angiosperme) …

La reproduction sexuée nécessite la rencontre entre un gamète mâle et un gamète femelle (fécondation). Ces gamètes sont produits par les organes reproducteurs mâles et femelles.

Quels sont les organes reproducteurs chez les angiospermes ?

Comment se fait la rencontre entre les gamètes mâles et femelles (les plantes sont immobiles) ?

I – La naissance des plantes à graines (spermaphytes)

Quand on sème une graine d’haricot au printemps, on obtient un pied d’haricot qui fleurit en été et sur lequel se forment des graines d’haricot.

Comment se fait la germination des graines et quelles sont les conditions de germinations ?
Dans la nature, quels sont les facteurs de dispersion des graines ?

1 – De la graine aux premières pousses

La figure suivante présente des dessins schématiques d’une coupe d’une graine d’haricot et des phases de sa germination.

Q – Décrivez les phases de germination de la graine d’haricot.

R – La germination de la graine se fait en 4 étapes :

la graine gonfle, la radicule se détache et pousse vers le bas.
La tigelle pousse vers le haut, ce qui permet la plante de sortir progressivement du sol.
Apparition des premières feuilles vertes.
Les feuilles se développent et s’épanouissent, ainsi la plante devient autotrophe.

2 – Les conditions de germination

Pour mettre en évidence les conditions de germination des graines, on propose l’étude des données expérimentaux présenté par la figure suivante.

Q – En vous basant sur l’analyse de ces expériences, déduisez les conditions de germination des graines.

R –

Analyse : On constate

Sur la figure 1 que le taux de germination des graines augmente avec l’augmentation de la quantité d’aire dans le tube.
Sur la figure 2 que les graines germent seulement quand le coton est humide.
Sur la figure 3 que les graines ne germent pas à 4 °C et germent à 20 °C.

Conclusion : la germination des graines nécessite : un milieu humide, une température favorable et une bonne aération.

3 – Les facteurs de dispersion des graines

Les graines des angiospermes sont portées par les fruits. La dissémination des graines permet aux plantes de coloniser de nouveaux espaces, et germer dans des milieux différents. Cette dissémination se fait par de nombreux facteurs :

Anémochorie : C’est la dispersion des graines par le vent
Zoochorie : C’est la dispersion des graines par les animaux.

Bilan : la production, la dissémination et la germination des graines permet au angiosperme de se multiplier et de coloniser de nouveaux espaces. Mais comment ces graines sont-elles produites ?

4 – Origine de la graine

La figure suivante présente la plante du petit pois dans des étapes différentes de son cycle de vie.

Q – Décrivez ces étapes et déduisez l’origine de la graine.

R – Premièrement la plante était une graine. Et après germination, la graine donne une plante qui fleurie après certain temps. Finalement, les fleurs se transforment et donnent des fruits qui contiennent des graines de petit pois.

Donc, c’est la fleur qui est à l’origine des graines, en effet elle constitue l’appareil reproducteur des angiospermes.

Mais quels sont les constituants de la fleur, et comment elle se transforme pour donner un fruit qui contient les graines.

II – Les organes reproducteurs

1 – Constituants de la fleur

TP : dissection d’une fleur.

La figure suivante présente une coupe longitudinale de la fleur du petit pois et un dessin schématique.

Q – Décrivez les constituants de la fleur.

R – On constate que la fleur de petit pois comporte :

Les organes protecteurs qui sont :
- les sépales : constituent le calice.
- les pétales : constituent la corolle.
Les organes reproducteurs qui sont :
- Les étamines : ce sont les organes reproducteurs mâles, ils constituent l’androcée.
- Le pistil : c’est l’organe reproducteur femelle.

Remarque : la fleur du petit pois et dit fleur bisexuée parce qu’elle contient à la fois les organes mâles et les organes femelles.

2 – Les étamines : organes reproducteur mâles

a – structure des étamines

Une étamine est formée d’une anthère portée par un filet. L’anthère comporte plusieurs sacs polliniques qui à maturité libèrent les grains de pollen, suite à l’ouverture des fentes de déhiscence.

Le grain de pollen est formé de deux cellules, une de grande tille dite cellule végétative au sein de laquelle se loge une petite cellule dite cellule reproductrice.

b – Formation des grains de pollens

La fig 1 présente une coupe transversale d’une anthère, et un dessin schématique de l’anthère avant et après maturité.

La fig 2 présente les différentes étapes de la formation des grains de pollen à partir d’une cellule mère.

Q – Décrivez les différentes étapes de formation des grains de pollen

R – Les grains de pollen se forment dans les sacs polliniques de l’anthère de l’étamine. Chacun des sacs pollinique contient des cellules diploïdes (cellules mères des microspores). Chaque cellule mère se divise par méiose et produit 4 microspores haploïdes, chacune se développant en un grain de pollen. Le grain de pollen devient mature quand son noyau générateur (reproducteur) se divise pour donner deux spermatozoïdes.

3 – Le pistil : organe reproducteur femelle

a – structure du pistil

La figure suivante présente des dessins schématiques qui illustre la structure du pistil :

A : coupe longitudinale du pistil.
B : coupe verticale au niveau de l’ovaire.
C : coupe longitudinale d’un ovule.

Q – Décrivez la structure du pistil.

R – Le pistil (gynécée) est constitué de trois parties : le stigmate, le style et l’ovaire. L’ovaire est formé d’un ou plusieurs carpelles.

Le carpelle est une enveloppe protectrice du pistil qui contient une cavité contenant un ou plusieurs ovules.

L’ovule est un organe qui renferme le gamétophyte femelle. C’est un macrosporange. Le gamétophyte femelle des angiospermes s’appelle sac embryonnaire. Il contient le gamète femelle : l’oosphère.

b – Formation du sac embryonnaire

La figure suivante montre les étapes de formation du sac embryonnaire.

Q – Décrivez la formation du sac embryonnaire.

R – Au sein du nucelle, une cellule mère diploïde (2n) subit une méiose et donne 4 cellules haploïdes dont 3 dégénèrent. La cellule restante est une méga-spore. La méga-spore n’est pas une forme de dissémination ; elle subit 3 mitoses au sein de l’ovule pour donner 8 cellules formant le sac embryonnaire. 2 des 8 cellules restent fusionnées en une seule cellule à 2 noyaux.

Ainsi le sac embryonnaire mature est formé de : 3 cellules dites antipodes, 2 synergides, une cellule centrale à 2 noyaux et le gamète femelle c’est-à-dire l’oosphère.

4 – Importance du pistil et des étamines dans la formation des graines

La fig 1 est un dessin schématique qui montre la transformation des différentes parties de la fleur du petit pois en fruit contenant des graines.

La fig 2 présente des expériences de mise en évidence de l’importance des grains de pollen dans la formation du fruit contenant des graines.

Q-1 – Comment la fleur se transforme-t-elle en fruit ?

Q-2 – Que peut-on déduire des expériences de la fig 2 ?

R-1 – La fig 1 montre que c’est l’ovaire qui se transforme et donne le fruit, alor que les ovules se transforment en graines.

R-2 –

Analyse : on constate sur la fig 2 que :

Lorsque la fleur de tulipe, qui contient les étamines et le pistil, est entourée par le sac en gaze, la fleur se transforme en fruit avec des graines.
Lorsque les étamines sont coupées de la fleur, elle ne se transforme pas en fruit.
Lorsque les étamines sont coupées et le pistil est saupoudré par les étamines d’une autre fleur de tulipe, la fleur se transforme en fruit avec des graines.

Conclusion : Ces expériences montrent que la déposition des grains de pollens sur stigmate du pistil est indispensable pour la transformation de la fleur en fruit avec graine. Cette opération est appelée pollinisation.

III – Pollinisation, fécondation et formation des graines

1 – Pollinisation

a – Les facteurs de pollinisation

La pollinisation est le transport des grains de pollen produit par les étamines sur le stigmate d’un carpelle de même espèce. Pour les angiospermes la pollinisation peut être :

Biotique : c’est un être vivant qui assure le transport des grains de pollen.
Abiotique : l’agent transporteur est un facteur non vivant (comme le vent).

Les fleurs pollinisées par les êtres vivants (spécialement les abeilles) se caractérise par : des couleurs vives attirantes, un parfum sucré et possèdent des glandes nectarifères qui produisent le nectar.

b – germination du grain du pollen

Il ne suffit pas que les grains de pollen tombent sur le pistil pour qu’une graine se forme. Il faut d’abord que le pollen germe.

La fig 1 est une observation microscopique d’un grain de pollen en cours de germination, et la fig 2 présente des schémas des étapes de la germination.

Q-1 – Décrivez les différentes étapes de la germination du grain de pollen.

La fig 4 est un schéma qui montre le trajet du tube pollinique durant la germination au niveau du pistil.

Q-2 – à l’aide des résultats de l’expérience présenté par la fig 3, expliquez le trajet du tube pollinique.

R-1 – Durant la germination, le grain de pollen émet le tube pollinique, c’est un prolongement de la cellule végétative. Durant la croissance du tube pollinique, le noyau végétatif est toujours à l’extrémité suivie par la cellule reproductrice qui subit une mitose et donne deux cellules haploïdes. Ce sont deux gamètes mâles (les anthérozoïdes).

R-2 – Au niveau du pistil, le tube pollinique traverse les tissus du style ; et se dirige vers l’ovule. En fait, comme le montre les résultats expérimentaux de la fig 3, le tube pollinique est attiré par l’ovaire. C’est le chimiotactisme.

2 – Fécondation

La fécondation est le stade de la reproduction sexuée consistant en une fusion des deux gamètes : mâle et femelle.

Les angiospermes se caractérisent par un type spécial de fécondation.

Q – À l’aide de la figure suivante, déterminez le type de fécondation chez les angiospermes, et décrivez ses étapes.

Les angiospermes se caractérisent par la double fécondation ; en fait, lorsque le tube pollinique arrive jusqu’à l’ovule, il la pénètre à travers le micropyle. Il traverse le nucelle pour atteindre le sac embryonnaire. L’un des anthérozoïdes féconde l’oosphère pour donner l’œuf principal (2n), alors que l’autre anthérozoïde fusionne avec les noyaux du sac pour donner l’œuf secondaire (3n).

3 – formation de la graine

Après la fécondation des synergides et les antipodes dégénèrent. L’ovaire se transforme en fruit ; l’ovule se transforme en graine.

L’œuf principal se développe par mitose, pour donner l’embryon qui est constitué d’une radicule, d’une tigelle, de deux cotylédons et d’un bourgeon terminal (gemmule).

L’œuf secondaire se développe par mitose pour donner l’albumen.

Remarque : L’essentiel du volume de la graine est occupé par les deux cotylédons pour certaines espèces ; ou par l’albumen pour d’autres. L’albumen et les cotylédons sont des tissus riches en réserves nutritives. Ils assurent la nutrition de l’embryon au moment de la germination de la graine.

Conclusion : Dans ce cours, on a vu que la reproduction sexuée des gymnospermes débute par la germination d’une graine… et après plusieurs étapes de développement la plante obtenue par germination va produire aussi des graines. Ceci constitue un cycle de vie.

Quels sont les phénomènes clé d’un cycle de vie ?
Quels sont les caractéristiques du cycle de vie des angiospermes ?