Lesfleurs sont les structures qui produisent et portent cette génération haploïde chez les plantes à fleurs(angiospermes). Nous allons décrire la structure générale des angiospermes, l'alternance des deux générations dans leur cycle de vie, le lien avec leur reproduction sexuée et les différences avec la reproduction des gymnospermes.
Structure des angiospermes
Lesangiospermes, également connues sous le nom de plantes à fleurs, sont un groupe de plantes qui produisent des fleurs et portent des fruits contenant des graines.
Les angiospermes sont des plantes vasculaires, un groupe de plantes qui présentent une différenciation des tissus, y compris des tissus vasculaires pour le transport des nutriments. Les autres groupes de plantes vasculaires sont les gymnospermes (pins, cycades, cyprès) et les plantes vasculaires sans graines (fougères, mousses et prêles). Toutes les plantes vasculaires partagent un plan corporel de base et une structure de systèmes d'organes et de tissus.
Systèmes d'organes des angiospermes
Une plante angiosperme possède deux systèmes d'organes.
Fig 1 - Le corps de la plante angiosperme est organisé en un système de racines souterraines et un système de pousses aériennes.
- Système racinaire : le système souterrain d'une plante composé de racines. Ses principales fonctions sont d'ancrer la plante au sol, d'absorber l'eau et les minéraux, et parfois de stocker les nutriments.
- Système de pousses: la partie aérienne de la plante composée de tiges, de feuilles et de fleurs. Les organes végétatifs ou non reproductifs comprennent les feuilles où se produit la photosynthèse (qui fournit la nourriture à la plante), et les tiges portent les feuilles et les fleurs, et donnent un support structurel pour les maintenir debout. En revanche, les fleurs sont les structures reproductrices qui portent les gamètes (cellules reproductrices sexuelles) et où la reproduction sexuelle a lieu chez les angiospermes.
Les tissus des plantes angiospermes
Les organes des plantes sont constitués de plusieurs tissus, qui se répartissent en trois grands types:
- Tissu dermique: comme notre peau, c'est l'enveloppe extérieure des organes végétaux qui assure la protection contre l'environnement et permet les échanges gazeux avec le milieu.
- Tissu vasculaire: il constitue le système de transport de la plante, reliant les systèmes de racines et de pousses. L'eau et les minéraux absorbés par les racines et les molécules organiques synthétisées par la photosynthèse sont transportés dans toute la plante.
- Tissu souterrain: tous les autres tissus végétaux qui ne sont ni dermiques ni vasculaires sont des tissus souterrains (également appelés tissus fondamentaux). Ils se trouvent sous le tissu dermique et entourent et à l'intérieur du tissu vasculaire. Les tissus fondamentaux ont des fonctions diverses, notamment de soutien, de stockage et de photosynthèse.
Outre ces tissus différenciés ou spécialisés, il existe dans la plante des régions de cellules indifférenciées qui se divisent continuellement. Il s'agit de régions de croissance de la plante appelées méristèmes.
Tu peux en savoir plus sur les plantes vasculaires, leur organisation et leur structure dans nos articles Plantes vasculaires et Plantes vasculaires à graines.
Cycle de vie des angiospermes
Toutes les plantes et certaines algues ont un cycle de vie similaire connu sous le nom d'alternance des générations, ce qui signifie qu'elles ont un stade haploïde et un stade diploïde. Le stade diploïde, également appelé sporophyte (phase ou génération diploïde non sexuelle) alterne avec le stade gamétophyte (génération sexuelle haploïde). Les principales étapes du cycle de vie d'une plante, à partir de la formation du zygote, peuvent être résumées comme suit :
- Le gamète mâle (généralement porté par le pollen) féconde le gamète femelle (l'ovule), ce qui donne un zygote diploïde. Chez angiospermes, cela se produit dans la partie femelle de la fleur (plus précisément à l'intérieur de l'ovaire).
- Le zygote se développe par mitose et devient un sporophyte diploïde multicellulaire (la division par mitose ne modifie pas le nombre de chromosomes).
- À maturité, un tissu appelé sporange se forme dans la fleur sporophyte. Il contient une cellule sporocyte (cellule mère des spores) qui produit des spores haploïdes par méiose (la division par méiose réduit le nombre de chromosomes de 2n à n).
- Ces spores haploïdes subissent mitose, formant le gamétophyte haploïde multicellulaire.
- Le gamétophyte produit les gamètes haploïdes (cellules reproductrices sexuelles ) par mitose.
Ces étapes et les noms des tissus ou des structures sont communs à tous les cycles de vie des plantes et des algues (à l'exception de la partie fleur qui est spécifique aux angiospermes). Chaque groupe de plantes présente des variations ou des modifications de ce cycle de base, et certaines structures spécifiques diffèrent (comme les cônes pour les gymnospermes et les fleurs pour les angiospermes).
La signification des noms des structures peut t'aider à te souvenir de leur fonction. Par exemple, le gamétophyte produit les gamètes, le sporophyte produit les spores.
Schéma du cycle de vie des angiospermes
Le schéma ci-dessous (Fig. 2) montre le cycle de vie général d'une plante, tu peux identifier dans ce cycle les principales étapes décrites ci-dessus. N'oublie pas qu'il existe des gamètes mâles et femelles (respectivement des spermatozoïdes et des ovules) et qu'ils proviennent de gamétophytes mâles et femelles séparés. Ainsi, le développement des gamétophytes présente des variations pour chaque sexe.
Les noms généraux des structures et des tissus changent légèrement pour chaque gamétophyte. Note que pour les structures mâles, le préfixe micro- est ajouté, alors que pour les femelles, il s'agit de méga- (par exemple, le sporocyte devient respectivement microsporocyte et mégasporocyte). Cela reflète le fait que les spores et les gamètes mâles sont généralement plus petits (micro) que les femelles (méga).
Fig 2 - Schéma du cycle des angiospermes
Le cycle de vie des angiospermes comprend deux parties principales: le sporophyte étant la génération non sexuelle, il correspond à la phase de croissance d'une plante (certaines plantes peuvent toutefois se reproduire de manière asexuée). La phase du gamétophyte correspond à la reproduction sexuée d'une plante que nous décrivons ci-dessous.
Cycle de reproduction des angiospermes
Le cycle de reproduction des plantes correspond à la génération sexuelle, le gamétophyte haploïde. Chez les angiospermes, la reproduction sexuée a lieu dans la fleur puisque c'est cette structure qui produit les gamétophytes. Nous décrivons ci-dessous le processus de développement des gamétophytes mâles et femelles séparément. Le processus général est le même, mais avec quelques variations pour chaque sexe.
Développement des gamétophytes femelles et des gamètes
Le gamétophyte femelle est produit à l'intérieur de l'ovaire (la base gonflée d'un carpelle). Un ovaire peut avoir un ou plusieurs ovules. Un ovule est composé d'un tissu appelé mégasporange (microsporanges au pluriel) enfermé par les téguments (deux couches de tissu protecteur qui ont une petite ouverture appelée micropyle). Une cellule du mégasporange se différencie en un mégasporocyte (la cellule mère de la mégaspora). Chaque mégasporocyte grossit et subit la méiose, produisant 4 cellules filles haploïdes qui sont les mégaspores (les premières cellules haploïdes femelles dans le cycle de vie de la plante). Trois de ces mégaspores dégénèrent généralement et une seule survit.
Fig 3 - Schéma du développement du gamétophyte femelle chez les angiospermes
Fig4 - Micrographie d'un ovaire de Lilly (coupe transversale), les lignes en pointillé délimitent l'un des trois carpelles fusionnés. Deux ovules sont visibles sur cette coupe, dont un avec un mégasporocyte visible. Source : Ilse Anahi Carrascos, CC BY 4.0 via Wikimedia Commons
Le mégaspore survivant subit alors trois mitoses, mais sans cytokinèse (la division du cytoplasme), ce qui donne une grande cellule avec huit noyaux haploïdes. Des membranes se forment autour de six des noyaux, ce qui donne six petites cellules et la grande cellule centrale d'origine, avec les deux noyaux restants. Ces sept cellules et ces huit noyaux forment le sac embryonnaire qui est le gamétophyte femelle. Les huit noyaux ont des emplacements spécifiques à l'intérieur du sac embryonnaire :
- Trois cellules restent près du micropyle, l'une d'entre elles étant l'ovule. Cellule œuf (gamète femelle). C'est logique puisque le tube pollinique qui délivre les spermatozoïdes pénètre par le micropyle. Les deux autres, appelées cellules synergiques, siègent une de chaque côté de l'ovule et sont censées attirer le tube pollinique.
- Les trois autres cellules, appelées cellules antipodales, restent du côté opposé du micropyle. Leur fonction est inconnue.
- Les deux noyaux restants, appelés noyaux polaires, restent au centre de la grande cellule. Ceux-ci participent également au processus de fécondation.
Développement des gamétophytes mâles et des gamètes.
Le gamétophyte mâle est produit à l'intérieur de l'anthère. L'anthère contient quatre sacs polliniques appelés microsporanges (singulier microsporangium) qui renferment de nombreux microsporocytes (cellules mères des microspores). Chaque microsporocyte subit la méiose et produit 4 cellules filles haploïdes qui sont les microspores (la figure 4, image de droite, montre de nombreux microsporocytes et certains subissent ou ont subi la méiose, ce qui donne deux ou quatre cellules). Ces spores sont les premières cellules haploïdes mâles du cycle de vie de la plante et sont des grains de pollen immatures.
Fig 5 - Schéma du développement du gamétophyte mâle chez les angiospermes.
Fig 6 - Grains de pollen sur une anthère matureSource : Ali Shah Lakhani via Unsplash
Fig 7 - Coupe transversale d'une anthèreSource : Bruce Kirchoff via flickr
Chaque microspore subit ensuite une mitose, ce qui donne un grain de pollen mature composé de deux cellules. Le grain de pollen mature est le gamétophyte mâle. Les cellules sont la cellule tubulaire et la cellule générative, ce ne sont pas encore les gamètes, le processus se termine lorsque le pollen atteint la structure reproductrice femelle.
À ce moment-là, l'anthère arrive à maturité et éclate pour libérer les grains de pollen. Le pollen est transporté de l'anthère au pistil d'une autre fleur par la pollinisation. Une fois sur la structure reproductrice femelle, le grain de pollen germe et la cellule reproductrice se divise une fois par mitose pour produire deux cellules, les gamètes mâles (deux spermatozoïdes).
Lapollinisation est le transfert du pollen de la structure reproductrice mâle à la structure reproductrice femelle chez les plantes à graines.
Différence entre le cycle de vie des angiospermes et celui des gymnospermes
Chez les plantes vasculaires (fougères et alliées, gymnospermes et angiospermes), le sporophyte est la phase dominante. Les gymnospermes et les angiospermes (toutes deux productrices de graines) portent en permanence les gamétophytes à l'intérieur de l'organisme (le gamétophyte est complètement dépendant du sporophyte). Cela signifie que lorsque tu vois une fougère, un pin, un cyprès ou n'importe quelle plante à fleurs, tu vois la génération du sporophyte. En fait, pour voir le gamétophyte des gymnospermes et des angiospermes, tu devrais le chercher dans les structures reproductrices de la plante (cônes chez les gymnospermes et fleurs chez les angiospermes) au microscope, car il est très petit.
Il existe quelques différences entre les cycles de vie des gymnospermes et des angiospermes, notamment en ce qui concerne la reproduction. Le tableau 1 ci-dessous résume ces différences :
Caractéristiques | Gymnospermes | Angiospermes |
Structure qui porte les parties reproductrices | Cônes femelles, cônes mâles | Fleurs qui peuvent être bisexuelles ou unisexuelles |
Structure reproductrice mâle | Les microsporanges sont situés à la surface d'une écaille. | Les microsporanges se trouvent à l'intérieur de l'anthère. |
Structure reproductive femelle | Le mégasporange se trouve à l'intérieur d'un ovule situé à la surface d'une écaille. L'ovule possède une couche de tégument mais n'est pas enfermé dans un ovaire. Le gamétophyte femelle est composé de nombreuses cellules et contient deux ou trois archégones (les structures qui enferment un ovule) | Le mégasporange se trouve à l'intérieur d'un ovule enfermé dans un ovaire. L'ovule possède deux couches de tégument. Le gamétophyte femelle est le sac embryonnaire composé de sept cellules et de huit noyaux (un seul est un ovule). |
Fécondation | Fécondation simple, un spermatozoïde féconde un ovule. | Fécondation double, un spermatozoïde féconde l'ovule et un autre spermatozoïde féconde les deux noyaux polaires. |
Graine | La graine se développe à la surface de l'écaille. Elle contient l'embryon et un tissu nutritif haploïde (issu du gamétophyte femelle), protégé par un tégument | La graine se développe à l'intérieur de l'ovaire, l'ovaire devient le fruit. Il contient l'embryon et un tissu nutritif triploïde (issu de la double fécondation), protégé par le fruit. |
Tableau 1 : Les différences entre les cycles de vie des gymnospermes et des angiospermes.
Cycle de vie des angiospermes - Principaux enseignements
- Lesangiospermes sont organisées en un système de racines (souterraines) et de pousses (tiges aériennes, feuilles et fleurs).
- Le cycle de vie de toutes les plantes consiste en une alternance de générations qui comprend une phase sporophyte non sexuée et une phase gamétophyte sexuée.
- La génération dominante chez les plantes vasculaires (fougères et alliées, gymnospermes et angiospermes) est le sporophyte.
- Le gamétophyte des angiospermes est complètement dépendant du sporophyte (les grains de pollen ne sortent que pour la fécondation mais ne se développent pas en dehors du sporophyte).
- La production de gamètes et la fécondation chez les angiospermes, qui sont des processus de reproduction sexuée, ont lieu dans la fleur.
- Chez les angiospermes, le gamétophyte mâle (grain de pollen) est produit à l'intérieur de l'anthère tandis que le gamétophyte femelle (sac embryonnaire) est produit à l'intérieur de l'ovule.
Références
- Mary Ann Clark et al, Biology 2e, Openstax version web 2022
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