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Vidéo de la leçon : Reproduction chez les plantes à fleurs Biologie

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à identifier les structures d’une fleur et à décrire les processus de formation des gamètes, de pollinisation, de fécondation et de formation des fruits et des graines.

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Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à identifier les structures d’une fleur et à les rattacher à la fonction des fleurs dans la reproduction. Nous décrirons également la formation des gamètes chez les plantes à fleurs, aussi connues sous le nom d’angiospermes. Enfin, nous verrons comment la pollinisation, la fécondation et la formation de fruits et de graines peuvent conduire à la production et à la dispersion de nouveaux organismes.

Les plantes à fleurs sont aussi appelées angiospermes. Elles représentent 80 pour cent de la variété des plantes vertes sur Terre. Les angiospermes sont caractérisées par leurs fleurs produisant des graines qui sont enfermées dans un fruit. Ces graines sont les unités de reproduction et sont capables de se développer en un nouvel organisme. Comme nous allons l’apprendre dans cette vidéo, les fruits sont une excellente adaptation des plantes à fleurs pour diffuser leurs informations génétiques contenues dans les graines sur terre via l’air, l’eau ou les animaux vers d’autres endroits. Afin de mieux comprendre comment elles se reproduisent, regardons d’abord la structure de base d’une fleur d’angiosperme typique, dont nous pouvons voir une coupe dans la figure ici. Les angiospermes peuvent être mâle, femelle ou souvent les deux. C’est parce qu’ils sont capables de contenir à la fois des organes reproducteurs masculins et féminins dans leurs fleurs.

Les organes reproducteurs sont principalement responsables de la production de gamètes, aussi appelées cellules reproductrices ou sexuelles. Les organes reproducteurs masculins produisent le gamète mâle, le pollen. Ces organes reproducteurs masculins sont appelés les étamines. Chaque étamine est constituée de deux parties, l’anthère qui produit le pollen et le filament qui la supporte. Cette fleur-ci a six étamines, mais le nombre varie en fonction des espèces d’angiospermes. Tous les organes reproducteurs masculins réunis d’une fleur s’appellent l’androcée. Pour le retenir, rappelez-vous que le préfixe andro- signifie homme. Les organes reproducteurs féminins d’une fleur sont à la fois responsables de la réception du gamète mâle et de la production du gamète femelle, l’ovule. Le stigmate est un organe souvent collant sur lequel les grains de pollen, qui contiennent le pollen des gamètes mâles, sont déposés lors d’un processus appelé pollinisation.

Le style relie le stigmate à l’ovaire. L’ovaire contient généralement plusieurs ovules, qui contiennent la cellule reproductrice. Une caractéristique distinctive des angiospermes est qu’elles sont des plantes à fleurs dont les ovules sont contenus dans un ovaire. Après la fécondation, l’ovule a tendance à se développer en une graine, tandis que, selon les espèces de plantes à fleurs, l’ovaire peut se développer en un fruit périphérique. Tous les organes reproducteurs féminins réunis d’une fleur sont appelés le pistil, ou parfois le gynécée. Nous pouvons le retenir avec le préfixe gyno- qui signifie femme ou femelle.

Les fleurs sont disposées en verticilles. Les verticilles sont les arrangements circulaires des différents ensembles d’organes floraux entourant la tige. Les fleurs des angiospermes reposent sur quatre types de verticilles, dont deux que nous avons déjà vus. Le pistil, ou gynécée, est un cercle généralement situé au centre de la fleur, entouré d’un autre cercle, l’androcée. L'androcée est suivie plus à l’extérieur d'un verticille de pétales appelé la corolle. Les pétales sont des feuilles modifiées qui sont souvent colorées et parfois parfumées. Cela permet d'attirer les pollinisateurs qui ont pour fonction de disséminer le pollen vers le stigmate féminin, de préférence sur une autre plante.

Le calice est le verticille le plus externe, et il est composé de sépales. Les sépales sont des feuilles vertes modifiées qui protègent la jeune fleur quand elle est au stade de bourgeon. Ce bourgeon peut protéger la fleur en développement et en floraison contre toute une série de pressions environnementales. Les pétales et autres structures reproductrices émergent du calice de sépales.

Voyons comment les organes reproducteurs masculins et féminins d’une fleur forment leurs gamètes. Les gamètes sont formées grâce à un type de division cellulaire appelé la méiose. La méiose est un processus qui réduit de moitié le nombre de chromosomes d’une cellule diploïde normale pour produire des gamètes haploïdes. Les cellules haploïdes sont souvent représentées par un 𝑛.

Il est essentiel que les gamètes aient moitié moins de matériel génétique que les autres cellules du corps, car lorsqu’un gamète mâle haploïde fusionne avec un gamète femelle haploïde lors de la fécondation, cela produit un zygote diploïde, avec un lot complet de chromosomes souvent représenté par 2𝑛. Ce processus se produit légèrement différemment dans les organes reproducteurs masculins et féminins des angiospermes. Commençons donc par examiner de plus près la production de gamètes féminins. Rappelez-vous que le gamète féminin d’une angiosperme est l’ovule, qui est produit dans l’ovaire d’une plante. Examinons de plus près un ovule pour voir comment ce processus a lieu.

La production des ovules commence lorsque les cellules mères des spores se développent à l’intérieur de l’ovule. Les cellules mères des spores sont des cellules diploïdes car elles ont un ensemble complet de chromosomes. Une structure appelée le funicule relie l’ovule à la paroi de l’ovaire. L’ovule est entouré d’une couche externe de téguments, dans ce cas deux téguments, mais ce nombre varie selon les espèces. Il existe un petit espace dans les téguments appelé micropyle qui peut éventuellement permettre à un noyau masculin d'accéder à l'ovule et de le féconder une fois qu'il est formé. Mais revenons à ce processus de formation. La cellule mère des spores se divise par méiose. Cela forme quatre cellules haploïdes appelées mégaspores. Trois de ces mégaspores dégénèrent, tandis que la quatrième, parfois appelée mégaspore fonctionnelle, grandit et se développe dans le sac embryonnaire.

Le sac embryonnaire, parfois appelé mégagamétophyte, est appelé sac embryonnaire car il est destiné à accueillir l’embryon de la plante après la fécondation. La mégaspore fonctionnelle haploïde dans le sac embryonnaire se divise ensuite trois fois par mitose. Cela signifie qu’au final huit noyaux sont produits. Deux de ces noyaux haploïdes se déplacent vers le centre du sac embryonnaire. On les appelle les noyaux polaires. Les six autres noyaux se déplacent vers des pôles ou des extrémités opposés de l’ovule. Les noyaux aux pôles de l’ovule sont enveloppés par un cytoplasme et une fine membrane, formant six cellules distinctes. Les trois cellules les plus éloignées du micropyle sont appelées les cellules antipodales, tandis que les trois cellules du pôle opposé de l’ovule le plus proche du micropyle se développent différemment. La cellule au centre la plus proche du micropyle se développera en ovule, qui, lorsqu'il aura suffisamment grandi, sera prêt à être fécondé. Les deux cellules de chaque côté de l’ovule se développent en synergides.

Voyons comment le gamète mâle, le pollen, est ensuite produit. Les grains de pollen sont produits dans les anthères d’une fleur, où la méiose se produira de manière similaire que le développement de l’ovule dans l’ovaire. Chaque anthère contient généralement quatre sacs de grains de pollen. Avant que les grains de pollen ne se forment pendant le développement de la fleur, ces sacs sont remplis de grandes cellules mères des spores, comme celle que l’on peut voir ici. Dans l’anthère, chaque cellule mère de spores diploïde se divisera par méiose. Cela donne quatre cellules haploïdes appelées microspores. Chaque microspore se divise ensuite par mitose. Mais cette division est inégale et produit deux cellules de taille très différente.

L’une de ces cellules s’appelle la cellule générative et contient le noyau génératif. L’autre cellule s’appelle la cellule végétative et contient le noyau végétatif. Enfin, après la pollinisation, le noyau génératif se divisera par mitose. Cela donne naissance à deux spermatozoïdes, capables de féconder un ovule. Afin de permettre aux spermatozoïdes d’accéder à l’ovule, le noyau végétatif contrôle le développement d’un tube pollinique. Cela n’a lieu qu’après une pollinisation réussie. Il est utile dans le processus de fécondation, comme nous le verrons bientôt.

Une fois que la cellule végétative et la cellule générative se sont formées, les microspores peuvent être appelées grains de pollen, et leurs parois s’épaississent. Cela protège les cellules reproductrices contre les pressions environnementales comme la dessiccation. À mesure que l’anthère arrive à maturité, les parois entre les sacs de pollen se désintègrent, provoquant l’ouverture des sacs et la libération des grains de pollen. Comme nous le savons maintenant, pour que la fécondation réussisse chez les angiospermes, il faut d’abord avoir une pollinisation.

La pollinisation est le processus par lequel les grains de pollen sont transportés d’une anthère à un stigmate. Il existe deux principaux types de pollinisation: l’autopollinisation et la pollinisation croisée. Voyons d’abord l’autopollinisation.

L’autopollinisation est le processus par lequel le pollen de la fleur d’une plante se déplace vers le stigmate de la même fleur ou le stigmate d’une fleur différente sur la même plante pour féconder l’ovule de cette plante. L’autopollinisation peut être avantageuse car elle ne nécessite pas de trouver une autre plante pour se reproduire. Comme dans l’autopollinisation, le pollen se déplace généralement sur de courtes distances, cela élimine également le besoin de pollinisateurs pour transférer le pollen vers les fleurs d’autres plantes. Il n’y a cependant pas de variation du matériel génétique de la progéniture produite par autopollinisation, ce sont des clones qui les a produits. Cela signifie que les plantes produites par autopollinisation ne sont pas particulièrement résistantes aux changements des conditions environnementales, comme l’apparition de nouvelles maladies, ce qui les rend vulnérables à l’extinction. La pollinisation croisée évite ce problème. Étudions-la de plus près.

La pollinisation croisée a lieu lorsque le pollen de l’anthère d’une plante est transporté vers le stigmate d’une fleur sur une autre plante de la même espèce. La pollinisation croisée a beaucoup plus de chances d’augmenter la diversité génétique et donc la capacité de survie de la progéniture produite en évitant l’autopollinisation. Cependant, ce processus peut être beaucoup plus lent, et il repose à la fois sur la recherche d’un partenaire et sur des méthodes de pollinisation à longue distance, telles que les animaux pollinisateurs, le vent, l’eau ou divers autres mécanismes de pollinisation à longue distance que les angiospermes peuvent adopter pour transférer leur pollen à une autre plante. Une fois la pollinisation réussie, le processus de fécondation peut commencer.

Pour que la fécondation se produise, lorsqu’un grain de pollen comme celui-ci atterrit sur un stigmate, il doit atteindre l’ovule, qui, comme nous l’avons appris précédemment, est situé le plus proche du micropyle à l’intérieur de l’ovule situé dans l’ovaire. Voyons comment le grain de pollen peut couvrir cette distance. Une fois qu'il s'est posé sur le stigmate, on dit que le grain de pollen germe. Rappelez-vous, dans le grain de pollen à ce stade, il y a deux noyaux: le noyau végétatif et le noyau génératif. Ensuite, le noyau végétatif commence à former une structure appelée tube pollinique, qui grandit dans le style de la partie femelle de la fleur. Le noyau végétatif descend dans ce tube pollinique, et le noyau génératif le suit de près. Le noyau végétatif libère des enzymes qui facilitent son passage à travers le style, jusqu’à ce qu’il atteigne le micropyle de l’ovule. Le noyau végétatif pénètre ensuite dans l’ovule à travers le micropyle avant d’arrêter la croissance du tube pollinique.

Au cours de son voyage dans le tube pollinique, le noyau génératif a été divisé par mitose pour former deux spermatozoïdes. Ces spermatozoïde peuvent ensuite pénétrer dans l’ovule à travers le micropyle. Comme le noyau végétatif a maintenant rempli sa fonction, il se désintègre alors. Les deux spermatozoïdes qui sont entrés dans l’ovule seront capables de féconder l’ovule. Le processus de fécondation chez les angiospermes implique deux événements majeurs de fécondation. On l’appelle donc souvent double fécondation. L’une de ces fécondations implique la fusion du spermatozoïde haploïde le noyau d’ovule haploïde. Cela produit un zygote diploïde.

Les deux noyaux cellulaires synergiques situés de part et d'autre de l'ovule sont censés aider le noyau du spermatozoïde à atteindre l'ovule pour la fécondation. L’autre événement de fécondation a lieu dans le sac embryonnaire, car l’autre spermatozoïde fusionne avec les deux noyaux polaires du sac embryonnaire. Cela forme le noyau de l’endosperme, qui est triploïde et souvent représenté par 3𝑛. Ce processus est souvent appelé triple fusion, car trois noyaux fusionnent. Alors que le noyau de l'endosperme se divise continuellement et forme le tissu de l'endosperme, le zygote se divise également plusieurs fois et finit par former un embryon rempli de cellules diploïdes. Le rôle de l’endosperme est d’assurer l’alimentation de l’embryon en développement. Il entoure l’embryon et fera au final faire partie de la graine.

Voyons le développement des semences. Il existe deux types de semences différents qu’un angiosperme peut former en fonction de son espèce: une graine monocotylédone ou une graine dicotylédone. Un cotylédon est une structure qui se développera éventuellement en les premières feuilles de l'embryon. Le préfixe mono- signifie un, et les monocotylédones ont généralement un seul cotylédon. Le préfixe di- signifie deux, les graines dicotylédones ont donc deux cotylédons.

Le maïs et l’orge sont des exemples courants de monocotylédones. Les graines des monocotylédones ont généralement un endosperme très important qui fournit de la nourriture à l'embryon en développement et au semis en germination avant qu'ils ne soient capables de photosynthèse. En fait, lorsque nous mangeons des graines comme celles-ci, la valeur nutritionnelle provient de leur endosperme. Les haricots et les pois sont des exemples de dicotylédones communs. Les deux cotylédons des graines de dicotylédones absorbent parfois les éléments nutritifs de l'endosperme, sans en laisser beaucoup.

Chez les monocotylédones et les dicotylédones, les téguments de l’ovule se développent parfois en un tégument dur, appelé testa. Le testa aide à protéger l’embryon en développement contre la dessiccation ou les dommages mécaniques, entre autres contraintes environnementales. Maintenant que nous savons comment les graines se forment, voyons comment les fruits peuvent se développer autour d’elles. Les fruits sont vraiment utiles aux plantes car ils incitent les herbivores affamés à manger les graines d’une plante, puis à les déposer dans leurs excréments à un autre endroit afin que les graines puissent germer. Dans de nombreux angiospermes, si la fécondation réussit, le calice des sépales et des pétales qui composent la corolle se flétriront et tomberont. Cela arrivera également généralement à l’androcée ou aux étamines et même au stigmate et au style, ne laissant que l’ovaire et bien sûr l’embryon en développement.

Des hormones comme les auxines peuvent s’accumuler dans l’ovaire après la pollinisation. Cela peut le faire mûrir et devenir un fruit. La paroi de l’ovaire est transformée en une structure appelée péricarpe, qui entoure le fruit. Et l’ovule se transforme en une graine dans le fruit contenant l’embryon en développement. La graine est entourée de sa couche résistante de testa. La partie rouge du schéma à gauche représente le fruit charnu lui-même, qui se développe généralement à partir de l’ovaire et agit comme une incitation pour les herbivores. Les fruits qui se développent à partir de l’ovaire sont souvent appelés les vrais fruits, comme la mangue. Cependant, les différentes espèces d’angiospermes peuvent développer leurs fruits très différemment. Certains fruits gardent différents organes. Par exemple, la grenade, qui se développe également à partir de l’ovaire, conserve un groupe d’étamines et son calice de sépales.

Les faux fruits se développent à partir d’une autre partie de la plante que l’ovaire. Par exemple, dans les pommes, c’est le réceptacle situé juste en dessous de l’ovaire qui se transforme en fruit charnu au lieu de l’ovaire lui-même. L’ovaire et le véritable fruit se trouvent au milieu de la pomme et contiennent les graines. Il est intéressant de noter que certains fruits peuvent être produits sans fécondation préalable. Cela se produit par un processus appelé parthénocarpie. La parthénocarpie peut être naturelle, mais elle est généralement induite artificiellement à produire commercialement beaucoup de fruits sans graines. Par exemple, si vous coupez une banane fécondée en deux, vous verrez qu’elle est pleine de graines. Mais dans la parthénocarpie artificielle, une solution artificielle d’extraits de pollen, parfois appelée AIA, peut imiter les effets des auxines qui stimulent généralement la croissance des fruits, même si aucune fécondation ne s’est produite. Ces fruits ne contiendront pas de graines car la graine est l’embryon en développement d’une plante fécondée.

Récapitulons les point clés que nous avons appris dans cette vidéo. Les angiospermes produisent généralement des graines. Leurs fleurs consistent en quatre parois principales. Alors que le pollen se forme dans les anthères, les ovules se forment dans l’ovaire. Les angiospermes peuvent effectuer soit une autopollinisation, soit une pollinisation croisée. Et la double fécondation a lieu lorsque les spermatozoïdes fusionnent avec l’ovule et les deux noyaux polaires. Cela finit par former une graine et éventuellement un fruit qui entoure la graine.

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