La structure et les fonctions des fleurs

L’organe reproducteur femelle : le carpelle

Les parties femelles d’une fleur se composent d’un ovaire, qui contient un ou plusieurs ovules, d’un style et du stigmate. L’ovaire se trouve à la base de la fleur.

De l’ovaire, s’étend une structure tubulaire appelée style et au sommet du style se trouve une surface réceptive au pollen appelée stigmate.

Le stigmate peut prendre de nombreuses formes différentes, la plupart étant conçues pour aider à piéger le pollen. Il existe de nombreuses variations sur ce thème structurel de base.

Après la fécondation, l’ovule devient la graine et l’ovaire devient le fruit.

L’organe reproducteur mâle : l’étamine

Les parties mâles d’une fleur consistent en une ou plusieurs étamines. Chaque étamine est constituée d’anthères appariées (sacs contenant le pollen) sur un filament ou un pédoncule.

Les anthères sont les structures orange/jaune que l’on voit souvent au centre d’une fleur.

Le pollen des anthères d’une fleur est transféré au stigmate d’une autre, généralement soit par le vent, soit par des animaux, notamment des insectes.

Pétales, corolle, sépales, calice

Les structures de reproduction des plantes supérieures sont contenues dans les fleurs. Les fleurs ont plus d’un pétale, et les pétales de la fleur sont collectivement appelés la corolle. Un bouton de fleur est protégé par des structures feuillues vertes appelées sépales. Collectivement, tous les sépales forment le calice.

La corolle ou les pétales sont souvent de couleur vive avec des marques attractives pour les insectes. Les fleurs peuvent également être parfumées. Par exemple, le chèvrefeuille a des fleurs voyantes et attrayantes qui attirent les insectes le jour. Cependant, dans l’obscurité, leur spectacle coloré n’est pas très utile, et leur parfum capiteux contribue alors à attirer les papillons de nuit.

Dans les plantes pollinisées par les insectes, il y a aussi généralement des nectaires qui sécrètent du nectar sucré, situés dans la fleur. Ceux-ci incitent les insectes à visiter les fleurs. Dans leur quête de nectar, les insectes se prennent souvent des grains de pollen sur le corps. Celui-ci peut alors se balayer sur le stigmate de la prochaine fleur visitée et c’est ainsi que les fleurs sont pollinisées.
Le réceptacle est l’endroit de la tige où les organes floraux prennent naissance et se fixent.

Formation des cellules sexuelles

Les cellules sexuelles de la plante à fleurs sont appelées gamètes. Il existe des gamètes mâles et femelles donc la fleur subit une reproduction sexuée.

Formation du pollen : Développement d’un grain de pollen dans le sac pollinique d’une anthère :

Une coupe transversale de l’anthère en développement présente quatre chambres. Ces chambres sont appelées sacs polliniques (voir illustration supérieure). Chaque sac pollinique est rempli de cellules contenant de gros noyaux. Au cours de la croissance de l’anthère, chacune de ces cellules subit deux divisions méiotiques, formant une tétrade. Ces cellules sont appelées microspores. Chacune de ces microspores devient finalement un grain de pollen. Chaque sac pollinique est entouré d’un épiderme protecteur et d’une couche fibreuse. À l’intérieur de la couche fibreuse se trouve le tapetum. Celui-ci constitue une réserve de nourriture et fournira de l’énergie pour les futures divisions cellulaires.

Chaque grain de pollen est entouré d’une paroi protectrice résistante appelée exine. C’est un revêtement résistant qui permet au grain de pollen de survivre à des conditions difficiles pendant de longues périodes. L’intine est une autre fine couche protectrice.

Premièrement, chaque noyau se divise par mitose pour devenir deux noyaux. L’un est le noyau tubulaire. L’autre est le noyau génératif. La paroi de la cellule s’épaissit pour protéger le grain de pollen en développement. Lorsque l’anthère mûrit, la paroi entre les sacs polliniques appariés disparaît. Les sacs polliniques éclatent et les grains de pollen matures sont prêts à être dispersés.

Développement du sac embryonnaire

Chaque ovaire contient un ou plusieurs ovules. La structure verte en haut du schéma est l’ovule. Les téguments sont les 2 parois de l’ovule. Il y a une petite ouverture dans les parois appelée micropyle. C’est par là que le tube pollinique va entrer. (Nous en parlerons plus tard.) Le nucellus est constitué de cellules qui fournissent la nutrition nécessaire à la croissance de l’ovule. Le sac embryonnaire, également appelé mégaspore, se divise par méiose pour former 4 cellules haploïdes. Trois de ces cellules dégénèrent et une reste. Une seule mégaspore survit dans chaque ovule. Celle-ci devient le sac embryonnaire. Le noyau haploïde de la mégaspore survivante subit trois divisions mitotiques. Huit noyaux haploïdes sont maintenant présents. Dans la cellule mégaspore gonflée, six cellules haploïdes et deux noyaux polaires sont formés. L’ensemble de la structure s’appelle le sac embryonnaire. Une des cellules près de l’extrémité micropyle de l’ovule est le gamète femelle haploïde (cellule œuf).

Le carpelle avec un sac embryonnaire mature apparaîtra comme indiqué ci-dessous:

Pollinisation

La pollinisation est le transfert du pollen (gamète mâle) de l’anthère à un stigmate. Pollinisation croisée : le pollen est transféré sur le stigmate d’une autre plante. Augmente la variation génétique, population plus résistante aux changements environnementaux.

Autopollinisation : le pollen est transféré au stigmate de la même fleur ou d’une fleur de la même plante. Garantit la reproduction si l’agent pollinisateur est absent ou peu efficace.

La pollinisation peut être réalisée par le vent ou par des animaux. Les insectes sont les animaux les plus courants qui pollinisent un carpelle.

Les relations les plus sophistiquées entre les plantes et les insectes sont généralement celles impliquant les abeilles. Les abeilles collectent le pollen et le nectar non seulement pour elles-mêmes mais aussi pour nourrir leurs petits. Pour cette raison, les abeilles ont développé un certain nombre d’adaptations qui font d’elles de particulièrement bonnes porteuses de pollen. Les abeilles possèdent des poils spéciaux disposés de manière à former des « corbeilles » à pollen sur leurs pattes arrière et sur la partie inférieure de leur abdomen. Ces adaptations leur permettent de recueillir et de transporter de grandes quantités de pollen. Les abeilles sont des pollinisateurs idéaux car elles visitent de nombreuses fleurs en transportant beaucoup de pollen, avant de retourner à leur nid. Ainsi, la probabilité qu’une abeille transfère le pollen entre des fleurs de la même espèce est très élevée.

De nombreux insectes mangent du pollen. En mangeant, ils s’en couvrent. La pollinisation se produit lorsque le nourrisseur de pollen transfère le pollen vers les récepteurs de pollen de la même plante, ou d’une autre plante de la même espèce, car l’insecte cherche plus de pollen à manger.

Fertilisation

La fécondation est l’union des gamètes mâles et femelles pour former un zygote. Comme les gamètes mâles et femelles sont haploïdes (n), lorsque les deux s’unissent, le zygote est diploïde (2n).

La fécondation commence lorsqu’un grain de pollen se pose sur le stigmate. Le grain de pollen germe ensuite en formant un tube pollinique. Le noyau du tube contrôle la croissance du tube pollinique. Le tube pollinique est un exemple de chimiotropisme puisqu’il se développe en direction des substances chimiques produites par l’ovule. Le noyau génératif se déplace le long du tube pollinique. Il subit une mitose pour former deux noyaux haploïdes de gamètes mâles. Le tube pollinique pénètre dans l’ovule par le micropyle. Les deux noyaux de gamètes mâles sont libérés dans le sac embryonnaire. Le noyau du tube se désintègre.

Double fécondation

Puisqu’il y a 2 noyaux de spermatozoïdes qui ont atteint le sac embryonnaire, les deux noyaux vont fusionner avec les gamètes femelles. Un noyau de spermatozoïde va fusionner avec l’ovule pour former le zygote (2n) tandis que l’autre noyau de spermatozoïde fusionne avec les 2 noyaux polaires dans le sac embryonnaire pour former un noyau d’endosperme (3n).

Formation de la graine

Le fécondé devient la graine. Les téguments deviennent la paroi de la graine appelée testa. Le micropyle se ferme. Le noyau de l’endosperme conduit à la formation de l’endosperme triploïde, un tissu alimentaire. Le zygote diploïde, par mitose, se développe en un embryon végétal. L’embryon en développement se nourrit de l’endosperme. L’embryon cesse de se développer et entre en dormance. L’ovule devient une graine, qui contient un embryon végétal dormant, une réserve alimentaire et le manteau protecteur appelé testa.

L’embryon

L’embryon est constitué de la radicule ou future racine et de la plumule ou future pousse. Les cellules de l’endosperme se divisent plusieurs fois et absorbent le nucellus. Celui-ci constitue la nutrition (principalement des graisses, des huiles et de l’amidon) de l’embryon.

Il existe 2 types de graines. Certaines sont endospermiques tandis que d’autres sont non endospermiques. Dans les graines endospermiques, la réserve alimentaire est l’endosperme, qui se trouve à l’extérieur de l’embryon de la plante. Le maïs et le blé sont des exemples de ce type de graines. Les graines non endospermiques ont une réserve alimentaire à l’intérieur du ou des cotylédons de l’embryon végétal. C’est le cas des fèves.

Monocotylédones et dicotylédones

Les monocotylédones ont un cotylédon dans la graine alors que les dicotylédones ont deux cotylédons. Les cotylédons constituent des réserves alimentaires pour la jeune plante après sa germination du sol. Elle utilise ces réserves alimentaires jusqu’à ce qu’elle soit capable de fabriquer sa propre nourriture. Chez les monocotylédones, la nourriture est absorbée par l’endosperme alors que chez les dicotylédones, la nourriture est stockée dans les cotylédons.

Monocotylédones:

Dicotylédones:

Développement du fruit

L’ovaire devient un fruit. La paroi de l’ovaire devient la paroi du fruit appelée péricarpe. Le fruit protège les graines en développement et joue un rôle important dans la dispersion des graines. Ce processus est contrôlé par les auxines produites par les graines. Une fois le fruit formé, le reste des parties de la fleur meurt et tombe.

Dispersion des fruits et des graines

La dispersion des graines est la dispersion de la progéniture loin les uns des autres et de la plante mère. La dispersion a pour effet d’améliorer les chances de réussite en réduisant la compétition et la surpopulation. La dispersion permet également la colonisation de nouveaux habitats adaptés et donc, il y a une augmentation des chances de survie des espèces.

Méthodes de dispersion des graines :

Vent : les graines des plantes dispersées par le vent sont des graines légères. Elles ont une forte résistance à l’air et peuvent donc être transportées loin de la plante mère.

Dispersion par l’eau:

Les fruits qui flottent comme ceux du nénuphar et du cocotier sont transportés par l’eau. Les noix de coco peuvent voyager sur des milliers de kilomètres à travers les mers et les océans.

Les cocotiers originaux des îles des mers du Sud ont poussé à partir de fruits, qui ont été transportés là depuis le continent par les courants océaniques.

Dispersion animale:

Certaines plantes ont des fruits juteux que les animaux aiment manger.

L’animal mange le fruit mais seule la partie juteuse est digérée.
Les noyaux et les pépins passent dans le système digestif de l’animal et sont excrétés pour former de nouvelles plantes. Celle-ci peut être très éloignée de la plante mère. Les graines de mûres, de cerises et de pommes sont dispersées de cette façon.

Les oiseaux aiment aussi manger des fruits et ils aident à disperser les graines vers d’autres zones par leurs excréments.

Le gui a des fruits collants qui attirent les oiseaux. Les graines collantes se collent au bec de l’oiseau. Ils frottent ensuite leur bec pour le nettoyer sur l’écorce des arbres. Les graines collantes restent sur l’écorce pour donner naissance à de nouvelles plantes de gui – le gui est une plante parasite.

Les écureuils ramassent des noix comme les glands et les enterrent pour se nourrir en hiver, mais ils oublient souvent où ils les ont enterrés et ceux-ci poussent dans de nouveaux arbres.

Certains fruits comme celui de la bardane ont des graines avec des crochets. Celles-ci s’accrochent à la fourrure des animaux et sont emportées.

Autodispersion : Certaines plantes ont des gousses qui explosent à maturité et projettent les graines. Les lupins, les ajoncs et les genêts dispersent leurs graines de cette manière. Les pois et les haricots conservent également leurs graines dans une gousse. Lorsque les graines sont mûres et que la gousse a séché, celle-ci éclate et les pois et les haricots sont dispersés.

La dormance

La dormance est une période d’inactivité. Il y a très peu d’activité cellulaire et aucune croissance. Une ou plusieurs des raisons suivantes entraînent la dormance :

Auxines qui inhibent la croissance- Inhibiteurs de croissance

Le testa est imperméable à l’eau et à l’oxygène- Le testa finira par se décomposer et permettra à l’eau et à l’oxygène de pénétrer dans la graine.

Le testa peut être trop dur pour que l’embryon puisse germer.

Un Auxin (régulateur de croissance) peut être absent jusqu’à ce que des conditions environnementales appropriées se développent.

Germination

L’embryon germera à partir de la graine si les conditions environnementales appropriées sont présentes. Lorsque cela se produit, l’embryon reprend sa croissance.

Pour que la germination se produise, les conditions suivantes doivent être présentes :
L’eau doit être présente. Cela permet à la graine de gonfler et aux enzymes de fonctionner.
L’oxygène doit être présent dans le sol.
La température doit être adaptée à l’espèce de la plante. Les températures adéquates sont généralement comprises entre 5 et 30 degrés Celsius selon l’espèce.
La période de dormance doit être complète.
Certaines graines ont besoin de lumière et d’autres d’obscurité.

Événements de la germination

Lorsque la germination commence, la première chose qui se produit est l’absorption d’eau par la graine à travers le micropyle et à travers le testa.

Les enzymes du sol digèrent maintenant les aliments stockés dans les graines :
Les huiles deviennent des acides gras et du glycérol
L’amidon devient du glucose
Les protéines deviennent des acides aminés
Ces aliments sont maintenant absorbés par l’embryon.
Le glucose et les acides aminés fabriquent de nouvelles structures telles que les parois cellulaires et les enzymes.
Les graisses et le glucose sont utilisés dans la respiration cellulaire pour produire de l’énergie.
Les aliments stockés de la graine sont utilisés à mesure que l’embryon grossit.
La radicule grossit et perce le testa. Elle devient les racines de la nouvelle plante.
La plumule grossit et émerge au-dessus du sol.
Les feuilles se forment.

La germination se produit différemment selon les plantes. Chez certaines plantes, le cotylédon reste sous terre alors que chez d’autres, le cotylédon émerge au-dessus du sol. Les schémas ci-dessous montrent ces 2 méthodes de germination.

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