Chapitre 12 - La vie fixée des plantes à fleurs
Chapitre 12 - La vie fixée des plantes à fleurs
Les plantes à fleurs ont une vie fixée entre deux milieux, l'air et le sol. Elles ne peuvent se déplacer ni pour chercher des substances nutritives ni pour se mettre à l'abri, ni pour se reproduire. Au cours de leur évolution, des caractères sont apparus et ont été sélectionnés permettant une adaptation à cette vie fixée.
Problématique : Comment se réalisent les échanges entre une plante et son milieu ?
I – L'organisation des plantes à fleurs :
Activité 24 – L'organisation d'une plante à fleurs
1) Les plantes à fleurs dans leur environnement :
Une plante vit à l'interface du sol, contenant de l'eau liquide et des minéraux, et de l'air, contenant divers gaz et laissant passer la lumière solaire. Les racines ancrent la plante dans le sol et y prélèvent l'eau et les ions dont elle a besoin. Les tiges et les feuilles se dressent et s'orientent au-dessus du sol, permettant à la plante de capter l'énergie lumineuse et d'échanger les gaz nécessaires à la photosynthèse. L'ensemble forme l'appareil végétatif.
On distingue deux grands types de plantes à fleurs :
- les plantes herbacées, de petite taille, à tiges souples, chlorophylliennes et peu ramifiées,
- les plantes ligneuses, de grande taille, à tiges rigides, brunes et très ramifères.
2) De vastes surfaces d'échanges :
La nutrition des plantes repose sur des organes spécialisés.
a) Le système racinaire :
Chaque plante dispose d'un réseau de racines très longues et très fines. Ce sont des surfaces d’échange entre la plante et la solution du sol (eau et ions minéraux).
L’absorption de l’eau et des ions minéraux se fait grâce à des cellules spécialisées, les poils absorbants, situées dans la zone pilifère près de l’extrémité de la racine. La finesse, la longueur et le nombre de poils absorbants démultiplient la surface de contact entre la plante et la solution du sol (ions en faible concentration).
b) Les feuilles :
Les feuilles sont la surface d’échange entre l’atmosphère et la plante. Plates et fines, elles offrent une grande surface. Une feuille est constituée :
- d’un épiderme supérieur et un épiderme inférieur. L'épiderme peut être recouvert d'une cuticule cireuse imperméable aux gaz, ce qui protège contre la déshydratation.
- de cellules chlorophylliennes (parenchyme palissadique et parenchyme lacuneux), en charge de la photosynthèse, situées de préférence sur la face supérieure de la feuille.
-de stomates, petits orifices situés sur la face inférieure de la feuille, qui s'ouvrent en présence de lumière, permettant l'absorption de CO2 et le rejet d'O2 et d'eau.
Les stomates sont composés de deux cellules de garde qui peuvent gonfler en se gorgeant d’eau (turgescence) et ainsi ouvrir l'ostiole (orifice) afin de réguler les échanges. Sous l'ostiole, une cavité sous-stomatique (lacune, chambre) renferme une atmosphère interne. La surface d'échanges gazeux correspond donc à toutes les surfaces exposées à l'atmosphère interne.
3) Des vaisseaux conducteurs de sève :
L'eau et les ions absorbés dans le sol constituent la sève brute. Elle circule de manière ascendante, des racines jusqu'aux feuilles, dans les vaisseaux du xylème. Ils sont constitués de files de cellules mortes, allongées, dont ne subsiste que la paroi latérale, renforcée par des dépôts de lignine.
La sève élaborée est riche en molécules organiques, surtout en glucides. Elle est distribuée de manière descendante depuis les feuilles jusqu'aux organes non photosynthétiques comme les racines ou les bourgeons. Elle circule dans les vaisseaux du phloème, constitués de files de cellules vivantes, allongées, aux parois de cellulose Les parois transversales sont criblées de nombreux orifices laissant passer la sève.
II – La lutte contre les agressions :
Activité 25 – La régulation de la perte en eau par les végétaux
1) Protection contre les agressions du milieu physique :
Pour se développer correctement, une plante doit subvenir à ses besoins. Or les quantités d'eau et de lumière, ainsi que la température, sont variables au cours de la journée, des saisons et des régions du globe. Les plantes ont donc développé de multiples adaptations leur permettant de réguler ces paramètres (manque ou excès).
Quand le milieu est chaud et sec, le principal problème est de prélever et conserver au maximum le peu d'eau qui tombe. Les plantes peuvent :
- utiliser les poils à la surface des tiges ou feuilles pour récupérer la rosée et de la conserver pour le reste de la journée.
- stopper l'assimilation d'eau par les racines pour éviter que leurs cellules éclatent lorsqu'il y a trop d'eau (arrêt de l’aspiration foliaire par fermeture des stomates).
- fermer leurs stomates pour éviter la perte d'eau lors des heures les plus chaudes de la journée. À l'inverse, si la température est idéale la plante garde des stomates ouverts.
- libérer des molécules odorantes afin de rafraîchir leur environnement immédiat lorsque la température est trop importante (effet brumisateur).
Ex. : plantes aromatiques comme la menthe, la lavande…
- enrouler leurs feuilles lorsqu'il fait trop chaud pour éviter qu'elles ne perdent trop d'eau et les dérouler quand la température redevient clémente.
Ex. : L’Oyat
- stocker l'eau dans les tiges, les racines ou les feuilles qui sont transformées en organes de réserve.
Ex. : les plantes succulentes.
- prélever l'eau par le biais de racines profondes, de poils retenant l'eau ou bien de feuilles dont la forme permet de récupérer l'eau.
- limiter la transpiration, soit en réduisant ou en supprimant les feuilles (épines), soit en recouvrant la feuille d’une cuticule, soit en enroulant la feuille.
Les plantes sont aussi sensibles aux variations de lumière puisqu'un manque de lumière empêche la plante de faire de la photosynthèse. Inversement, un excès de lumière peut aussi leur être fatal. Pour s'en protéger, certaines plantes sont couvertes de poils qui ombrent les feuilles.
Ex. : Cyste cotonneux.
Lorsque le milieu est froid, les plantes doivent survivre au gel et capter la chaleur au maximum. Les adaptations consistent à :
- résister au froid grâce à un mode de vie ralenti (chute des feuilles), des feuilles réduites et une pilosité ou un duvet qui protège de la neige et du froid, voire produire une sorte d'antigel qui protège les cellules ou même expulser l'eau contenue dans leurs organes.
- conserver la chaleur grâce à une petite taille (qui protège aussi du vent et de la neige), à un développement en forme de coussin, de tapis, ou à un développement en groupe.
- entrer en dormance c’est-à-dire passer l’hiver grâce à des organes de réserve.
Ex. : bulbes (oignon, tulipe), rhizomes (asperge, lys) et tubercules (pomme de terre, topinambours).
Les plantes annuelles meurent et ce sont leurs graines qui survivent à la saison froide.
Dans les milieux aquatiques, les plantes vivent partiellement dans l'eau. Elles y survivent par le biais :
- des prélèvements d'eau et de gaz grâce au filtrage de l'eau par les feuilles submergées dépourvues de cuticule. Les autres feuilles disposent d'un système de flottaison pour rester en surface.
- de l'ancrage permis par l'air contenu dans les tiges en l'absence de racines. La flottaison est ainsi rendue possible. Pour les végétaux qui ont des racines, celles-ci sont modifiées (contrefort, pneumatophore).
2) Protection contre les autres êtres vivants :
Les plantes ne peuvent fuir devant leurs prédateurs : elles ont donc développé d'autres stratégies de défense. Par exemple, pour lutter contre les herbivores :
- épines ou poils sur les feuilles et les tiges,
Ex. : le houx
- glandes sur les feuilles produisant des molécules qui les rendent peu appétissantes (mauvaise odeur, mauvais gout), voire toxiques.
Ex. : en Afrique, l'acacia produit des tanins (toxines) lorsque les koudous (grandes antilopes) commencent à les brouter.
Il existe parfois des relations d'entraide entre plantes voisines de la même espèce, ainsi que des associations à bénéfice mutuel entre certaines plantes et des espèces nuisibles aux animaux herbivores.
Ex. : L’accacia et les fourmis.
III – La reproduction des plantes à fleurs :
D3 – La fleur
1) Les types de reproduction :
Les plantes sont capables de deux types de reproduction :
– asexuée ou végétative : cette reproduction est avantageuse pour produire beaucoup de descendants en peu de temps, mais désavantageuse car ce sont des clones, donc peu diversifiés génétiquement et vite décimés quand il y a nécessité d'adaptation.
- sexuée : par fusion du gamète mâle (pollen) avec le gamète femelle (ovule).
Dans le cas de la reproduction sexuée, les plantes peuvent être :
- monoïques : elles portent des fleurs mâles et des fleurs femelles sur le même individu.
- dioïques : elles portent un seul type de fleur (mâle ou femelle) par individu.
- hermaphrodites : tous les individus portent sur la même fleur l'organe mâle formé par les étamines et l'organe femelle porté par le pistil.
2) L'organisation de la fleur :
La fleur, organe reproducteur de la plante, est constituée de quatre types d'organes disposés sur des cercles concentriques virtuels, les verticilles. De l'extérieur vers l'intérieur de la fleur, on trouve :
- les sépales, le plus souvent verts et ayant l'apparence de petites feuilles, constituent le calice.
- les pétales de formes et de couleurs variés composent la corolle.
- les étamines, organes mâles de la fleur, sont faites d'une fine tige, le filet, portant des sacs à pollen, les anthères.
- le pistil, organe femelle de la fleur, contient des ovules répartis dans plusieurs loges, les carpelles, l'ensemble formant l'ovaire. Celui-ci est prolongé par un style et terminé par les stigmates.
On peut schématiser l'organisation d'une fleur sous forme d'un diagramme floral et l’écrire grâce à la formule florale.
3) La mise en place des pièces florales :
La mise en place des pièces florales s'effectue sous le contrôle de gènes du développement classés en trois groupes : A, B et C. La mutation d'un de ces gènes entraîne la formation d'une fleur anormale.
Ex. : L'arabette des dames.
4) La pollinisation :
Les étamines produisent des grains de pollen renfermant le gamète mâle. Le pistil contient de nombreux ovules renfermant le gamète femelle. Si un grain de pollen se dépose sur le pistil d'une fleur de la même espèce, il germe, développe un tube pollinique qui croît dans le style et féconde l'ovule.
Chez la plupart des plantes, même si elles sont portent les organes reproducteurs mâle et femelle, la fécondation est croisée. Cela présente l'avantage de produire de la diversité génétique. L'évolution a favorisé l'apparition de mécanismes empêchant l'autofécondation ou favorisant la fécondation croisée.
La pollinisation peut se faire grâce :
- au vent = anémogamie,
- à l'eau = hydrogamie,
- aux animaux = zoogamie.
La majorité des fleurs est pollinisée par les insectes = entomogamie. Ils sont attirés par l'odeur, la forme, la couleur des fleurs et la présence de nectar.
Il n'existe parfois qu'un seul insecte capable de poloniser une espèce de plante : c'est une coévolution. Les adaptations des deux espèces partenaires s'influencent mutuellement. Si cette coévolution est trop poussée, elle peut être risquée, car si l'une des espèces disparaît, l'autre aussi.
Ex. : yucca glauque et teigne du yucca.
5) De la fleur au fruit :
D4 – Les fruits et la dispersion des graines
Après fécondation, les ovules se transforment en graine et les fleurs en fruits. Les pétales flétrissent, le pistil grossit, et, le plus souvent, c'est lui qui engendre le fruit contenant les graines.
Il existe plusieurs types de fruits :
- les fruits secs :
▪ les fruits secs indéhiscents (qui ne s'ouvrent pas à maturité) : akènes, samares et caryopse.
Ex. : châtaigne, gland, érable, blé…
▪ les fruits secs déhiscents (s'ouvrent à maturité pour libérer les graines) : follicule, gousse, silique et capsule.
Ex. : hellébore, pois, giroflée, pavot…
- les fruits charnus :
▪ les baies ou fruits à pépins (se caractérisent par l'exocarpe ordinairement mince et par le mésocarpe et l'endocarpe charnus, ce qui fait que les graines sont libres dans la chair du fruit).
Ex. : tomate, raisin, avocat…
▪ les drupes ou fruits à noyau (se caractérisent par un endocarpe sclérifié entourant la ou les graines).
Ex. : pêche, cerise, noix, amande…
- les fruits multiples : une seule fleur produit plusieurs fruits.
Ex. : mûre (ensemble de drupes).
- les fruits complexes.
Ex. : fraise (akènes sur réceptacle floral charnu), pomme, poire, melon…
- les fruits composés.
Ex. : ananas (formé à partir d'une inflorescence).
6) La dispersion des graines :
Sans transport, les graines ne peuvent germer qu'au pied de la plante mère. La colonisation de nouveaux milieux est alors limitée et les nouveaux plants subissent la concurrence de leurs parents pour l'accès à la lumière et aux ressources du sol. Les fruits contenant les graines sont donc dispersés par différents agents :
- par la plante elle-même = autochorie,
Ex. : balsamine, genêt, arabette des dames, concombre d'eau…
- par le vent = anémochorie,
Ex. : clématite, orme, tilleul, pissenlit, érable…
- par l'eau = hydrochorie,
Ex. : lotus, nénuphar, noix de coco…
- par les animaux = zoochorie :
▪ accrochés aux poils ou aux plumes = épizoochorie,
Ex. : benoite, gaillet grateron…
▪ consommés puis graines rejetées dans les excréments = endozoochorie,
Ex. : belladone, sureau noir, lierre, gui…
▪ mis en réserve puis oubliés.
Ex. : noisettes, noix…
La collaboration entre animal disséminateur et plante produit souvent une coévolution se traduisant par des relations parfois très spécifiques et étroites entre les deux partenaires.