Botanique L1 SV/ST - S2 PDF

Preview

Summary

Download Botanique L1 SV/ST - S2 PDF

Description

EC 2.01B : Biologie Végétale

Botanique I.

Définitions et classification des Spermatophytes

A. Définitions 

Qu’est-ce que la botanique ?

Le mot « botanique » vient du grec : βοταν = herbe. C’est donc l’ensemble des sciences qui s’intéressent aux végétaux.



Qu’est-ce qu’un végétal ?



Caractéristique 1 : Autotrophie pour le Carbone

Les végétaux sont autotrophes pour le carbone, ils utilisent la photosynthèse la journée (absorbent du CO₂ et relâchent de l’O₂) et la respiration la nuit (absorbent de l’O₂ et relâchent du CO₂). La transpiration est également un phénomène naturel chez eux, ils « pompent » l’eau (H₂O) dans le sol afin de l’utiliser durant la photosynthèse et la relâchent dans l’air une fois terminé. Par ailleurs, ils utilisent les minéraux présent dans le sol (tels que le nitrate, l’acide phosphorique, le potasse, le souffre, le magnésium, le calcium…) ou des oligo-éléments afin de créer leur matière organique par le biais de la photosynthèse.



Caractéristique 2 : Fixé au substrat, immobile

« Vivre immobile est à la portée de tous, mais pour vivre immobile il faut déployer beaucoup d’imagination » Francis Hallé. Mais alors comment font les végétaux pour explorer l’environnement ou pour s’acclimater à ses contraintes ? Pour ce faire ils ont mis en place un système racinaire ultra développé. De plus, ils peuvent émettre des composés volatiles qui ont un rôle dans la formation de la pluie, mais ces composés leurs permettent aussi de se défendre contre les herbivores (c’est le cas de l’acacia). A l’inverse, les végétaux peuvent également mettre en place un système afin d’attirer les animaux (odeurs, couleurs et sons) ainsi, cela permettra la dispersion des graines contenues dans les fruits. Depuis longtemps les végétaux savent faire preuves d’adaptations morphologiques, anatomiques, biochimiques, physiologiques…



Caractéristique 3 : Capable de régénération

Les végétaux sont capables de multiplication végétative (ex : fraisier) ou de clonage. Pour ce faire il existe plusieurs adaptations telles que le stolon, le bulbe, le tubercule, le rhizome… certains sont même épiphytes (végétal se développant sur un autre végétal), c’est l’exemple du Banian. 1

EC 2.01B : Biologie Végétale



Caractéristique 4 : Croissance indéfinie

Plusieurs exemples sont à noter en ce jour : -

Séquoia du parc national Redwood : 100m de hauteur Sequoiadendron giganteum « The president » : 3200 ans, plus de 75m de haut et un tronc de 8m de large Pinus longaeva « Mathusalem » : plus vieux organisme vivant car il est âgé de 4852 ans (~300 : pyramides) Colonie clonale de Houx royal en Tasmanie : environ 43 000 ans et constitué d’une centaine de troncs Colonie clonale de peuplier faux trembles à Utah : 80 000 ans pour 6 000 tonnes de bois.

Lutte contre la senescence ?

 Qu’est-ce qu’un Spermatophyte ? Le terme « Spermatophyte » vient du grec : φιτο = plante et σπησμα = graine, cela veut donc dire que ce sont des plantes à graine, de plus, cette catégorie représente plus de 90% de la diversité actuelle des végétaux. Les spermatophytes sont toutes des plantes à ovules, car la graine est issue de l’ovule, mais parmi ces plantes à ovules on retrouve également les préspermatophytes qui eux, présentent des graines dites imparfaites. A noter que le sporophyte = la plante, diploïde

 Qu’est-ce qu’un ovule chez les organismes végétaux ? Tous d’abord il ne faut dire que l’ovule des animaux, qui représente le gamète femelle, est différent de celui des végétaux. En effet, chez les plantes l’ovule est un organe complexe donc la fonction première est d’assurer l’union entre les 2 gamètes.

 Qu’est-ce qu’une graine ? La graine est le produit de la reproduction sexuée et l’organe de mobilité pourvu de dispositifs d’approvisionnement en énergie (réserves), de résistance et de production (téguments). La graine est également l’ovule fécondé contenant un embryon en vie ralentie, en liaison avec la plante-mère. Pour qu’une graine soit parfaite, il faut que : -

Les premiers stades du développement embryonnaires se fassent au sein de la plante-mère L’accumulation de réserves se fasse après la fécondation Il y ait une discontinuité dans le cycle de vie (phase de vie ralentie et/ou dormance)

Dans le cas contraire il s’agit d’une graine imparfaite La graine est constituée de : -

Un embryon Une réserve (albumen) Un ou des tégument(s)

2

EC 2.01B : Biologie Végétale

Graine de Ricin (graine parfaite)

Graine de Pin (graine imparfaite)

Il existe 2 types de graines parfaites : -

Les graines nues => chez les Pinophytes Les graines protégées dans un ovaire (fruit) => chez les Angiospermes

B. Importance des plantes à graines 

Pour la Terre : o o o o o

C’est le 1er maillon de la chaine alimentaire = producteurs primaires Permettent la fixation des sols meubles Elles peuplent les sols les plus infertiles/désertiques (Landes, Sologne, Champagne) C’est une barrière biologique pour les vents (ex : Oyat) Oxygénation, cycle de l’eau, cycle du Carbone

3

EC 2.01B : Biologie Végétale 

Pour les Hommes : o o o o o o

Alimentation : céréales, fruits, légumes, boisson, épices… Pharmacie Cosmétique Matériaux : bois, papier, tissus Energie (canne à sucre, colza, betterave sucrière…) Ornement / Aménagement du territoire

C. Classification Exemple de l’Anemone nemorosa L. :   

7 unités systématiques hiérarchisées à la base du système linnéen : le système binaire permet de situer sans ambiguïté le taxon. Noms vernaculaires (= communs) Nom scientifique

L’embranchement des Magnolophyte (Angiosperme) est divisé en 3 principales classes : Magnolidées (Magnolopsida), Monocotylédone et Eudicotylédone La classification d’aujourd’hui est liée aux acquisitions de caractères à partir d’ancêtres communs = phylogénie → Histoire évolutive des organismes (voir l’arbre de la phylogénie de la lignée verte) Il est plus simple d’apprendre directement le vocabulaire des plantes (apprendre les noms)

D.Les acquis évolutifs des Pré-spermatophyte et des Spermatophytes D’après l’arbre de la phylogénie de la lignée verte on remarque que plusieurs évolutions se sont faites au sein des différents groupes : -

Les Archaeplastida regroupent les êtres vivants capables de photosynthèse Les Chlorobiontes fabriquent la chlorophylle a et b Les Embryophytes regroupent ceux qui forment un embryon (≠ zygote) Les Stomatophytes sont ceux qui présentent un épiderme (limite les pertes d’eau), une cuticule et des stomates (échanges gazeux) Les Polysporangiophytes (= Trachéophytes) présentent des vaisseaux conducteurs et des vraies racines Les Euphyllophytes forment des vraies feuilles (nervures ramifiées → vascularisation des tissus foliaires)

E. Situation dans le temps des principaux acquis des Préspermatophytes et des Spermatophytes Au Carbonifère (-360 à -280 MA) : flore terrestre aussi diversifiée qu’aujourd’hui, mais que « fougères à graines », fougères, lycopodes, sélaginelles, prêles (= lycophytes et moniliformopses) => ancêtres des spermatophytes. Succès des plantes à graines dû aux nombreux avantages évolutifs que procurent la graine. 4

EC 2.01B : Biologie Végétale Le dispositif « graine » est complexe, et ses caractères ont été acquis les uns après les autres. L’ovule devient une graine imparfaite puis, dans certains cas, cette graine devient une graine parfaite, selon les taxons de Spermatophytes.

F. Phylogénie simplifiée Pré-spermatophytes

Spermatophytes

Les Spermatophytes et les Pré-spermatophytes regroupent :  

Les Angiospermes = plantes à fleurs Les Gymnospermes (terme +/- exacte) = autres plantes

5

EC 2.01B : Biologie Végétale Chez les Gymnospermes on regroupe :   



II.

Les Ginkgophytes (ginkgo biloba) : Seul espèce ayant survécu à la bombe d’Hiroshima. Les Cycadophytes Les Pinophytes o Pinacées : Epicéa (Picea), Sapins (Abies), Cèdres (Cedrus), Mélèzes (Larix), Pins (Pinus) o Araucariacées : Désespoir du singe (Araucaria araucana) o Cupressacées : Cyprès (Cupressus), Genévriers (Juniperus), Séquoias Les Gnétophytes

Appareil végétatif des Spermatophytes

Introduction L’appareil végétatif représente l’ensemble des parties d’une plante qui assure sa croissance.

Organisme unicellulaire

Organisme pluricellulaire

(ex : Algue verte)

Organisation de l’appareil végétatif ?

THALLE Pas d’organisation

CORMUS en organes → lame chlorophyllienne Tige + feuilles

Toutes les plantes à graines sont organisées en cormus

   Collet

  

Organisation en cormus :

Racines : principale et secondaire, avec, au bout, le méristème racinaire Tige(s) : au bout, le méristème de la tige et un bourgeon principal Feuilles : à leur base, des bourgeons axillaire, voir des fleurs même Collet : zone de transition entre la tige et les racines

6

EC 2.01B : Biologie Végétale

Les différentes plantes à graines :

Que des plantes ligneuses et pérennes

Dicotylédones : plantes ligneuses ou herbacées, annuelles ou pérennes Monocotylédones : que des plantes herbacées, annuelles ou pérennes

7

EC 2.01B : Biologie Végétale

A. Les Racines 1. Qu’est-ce qu’une racine ? La racine est issue du développement de la radicule (= racine embryonnaire). C’est l’organe de la plante, le plus souvent souterrain, à géotropisme positif *, qui a un rôle triple : -

Ancrage au substrat Alimentation en eau Mise en réserve (passage mauvaise saison) : organes tubérisés (déformés et hypertrophiés) = tubercules

La spécialisation des racines est intervenue tardivement, en liaison avec la conquête de milieux plus secs. De plus, comme elles sont moins soumises aux contraintes environnementales et qu’elles ont moins de pressions évolutives, elles ont pus conserver des structures anatomiques archaïques.

*Le géotropisme est l’orientation de la matière vivante sous l’influence de la pesanteur, lorsqu’il est positif il se dirige vers le bas (donc dans le sol, comme les racines) et lorsqu’il est négatif il se dirige vers le haut (donc dans l’air, comme les tiges)

2. Les différents types morphologiques racinaires Parmi les types morphologiques racinaires, on en regroupe 2 principaux : Le système pivotant : -

Une racine principale qui sert de pivot Des racines secondaires horizontales Famille des Gymnospermes et Angiospermes dicotylédones

Le système fasciculé : -

Plusieurs racines principales Les racines secondaires sont obliques de taille identique aux racines principales Famille des Angiospermes dicotylédones et monocotylédones

Certaines racines présentes parfois des nodosités (= symbioses entre les racines de plantes et les bactéries), d’autres présentent des mycorhizes (= symbiose entre les racines de plantes et les champignons), l’ensemble du sol en contact du système racinaire est alors appelé la Rhizosphère.

8

EC 2.01B : Biologie Végétale

3. Des racines particulières 

Des racines aériennes crampons

Exemple d’une plante grimpante, le Lierre (Hedera helix) : Ces racines n’interviennent pas dans l’alimentation en eau. Cette plante n’est pas une plante-parasite, elle serait plutôt mutualiste (protection de l’arbre contre le gel, feu, attaques de champignons…)

Racines aériennes munies d’un voile (ou velamen) qui capte l’humidité et la garde comme une éponge

 Des racines aériennes qui absorbent l’eau et

photosynthétisent Exemple d’une plante épiphyte, l’orchidée racines alimentent la plante en eau, de plus, plante-parasite, elle utilise l’arbre seulement



(Phalaenopsis sp.) : Ces cette plante n’est pas une pour support.

Des racines qui stabilisent des arbres

Exemple d’arbres des forêts tropicales : Ils possèdent des « racines-contreforts » ou « racines-échasses » dites adventives. Cela leur permet un enracinement superficiel car ce sont souvent des sols peu profonds. En résumé, il y a donc une nécessité de développer des structures particulières pour stabiliser de si grands organismes.



Des racines « tubas » : les pneumatophores

Exemple d’un arbre des mangroves (écosystème tropical de transition entre terre et mer) : se situant dans des sols marécageux, instables et gorgés d’eau stagnante, ces arbres ont donc une nécessité de stabiliser l’enracinement et d’approvisionner les racines en air. Ainsi, puisque les tiges sont au-dessus du niveau de l’eau et que les racines sont en dessous, ces arbres vont développer des racines latérales horizontales sur lesquelles des pneumatophores vont s’établir afin de sortir légèrement de l’eau. Ces structures aux tissus spongieux transmettent l’oxygène au reste des racines.



Des tubercules racinaires

Exemple d’un légume racine, le radis : c’est une plante bisannuelle, comme la carotte, certains épinards, le poireau…

9

EC 2.01B : Biologie Végétale

B. Les tiges 1. Définition : Qu’est-ce qu’une tige Il s’agit de l’organe qui porte les feuilles (soit vertes soit réduites à de minces écailles) et les organes reproducteurs au moment de la reproduction. En général la tige est aérienne, elle peut être verte ou non et avoir un port dressé, rampant ou grimpant. Néanmoins sont géotropisme est négatif (mécanismes de contrôle mal connus). La tige a une organisation complexe car elle permet l’association de différents organes : tige, feuilles, bourgeons axillaires, branches (= rameaux), fleurs-fruits. Elle assure 2 fonctions : -

Conduction de l’eau et des photosynthétats (sève brute / élaborée) Support des feuilles

a) La conduction des sèves, notion de stèle



Notion de stèle

Stèle : ensemble du système vasculaire des plantes. Même si les stèles sont différentes entre racine et tige, il y a une continuité au niveau du collet. Protostèle : Simple, primitif : Colonne de xylème central + manchon continu de phloème → Racines des Spermatophytes Eustèle : Faisceaux conducteurs individualisés : xylème et phloème superposés → Tiges des Spermatophytes -

Anneaux de faisceaux criblo-vasculaires (Angiospermes dicotylédones et Gymnospermes) Faisceaux dispersés (Angiospermes monocotylédones)

10

EC 2.01B : Biologie Végétale

b) Le support des feuilles, phyllotaxie A l’apex de la tige, il y a le bourgeon terminal qui permet la croissance de la tige principale. Des feuilles sont émises régulièrement au niveau des nœuds et l’arrangement (ou la disposition) des feuilles sur la tige se nomme la phyllotaxie : « phyllon » = feuille et « taxis » = arrangement. Au-dessus de chaque feuille il y a un bourgeon axillaire, il peut être : -

Un bourgeon à feuilles (bois) : tige minuscule + ébauche de feuilles → rameaux axillaires (càd tiges secondaires). Un bourgeon à fleur (fruits) : 3 ou 4 pédoncules terminés par un bouton floral

[rameau = branche = tige lignifiée] 

Les trois types de phyllotaxie :

Les

différentes morphologies de tiges a) Tige herbacée vs ligneuse

b) Les tiges ligneuses 11

EC 2.01B : Biologie Végétale

-

Les Ginkgophytes

Un seul tronc droit mais avec de nombreuses ramification : -

Pousses longues (auxiblastes) qui portent les feuilles Pousses courtes (mésoblastes) qui portent les appareils reproducteurs

-

Les Cycadophytes

Le tronc se développe après plusieurs années et se ramifie rarement, il est couvert d’écailles dures (= cicatrices foliaires). En général le tronc est souterrain, il contient de l’eau et de l’amidon (réserve).

-

Les Pinophytes

Ramification à forte dominance apicale (=monopodiale) et ses branches sont disposées en étages (= verticilles). On constate de gros bourgeons coniques formés en automne qui s’allongent au printemps (mars-avril). Ils permettent l’allongement de la tige et le déploiement des aiguilles. Les aiguilles s’allongeront pendant toute la saison de végétation.

c) Les tiges herbacées On distingue : -

Plante à bulbe

Les tiges « normales » (ex : Tomate) Les tiges courtes ou plateaux = Tige typique des plantes en rosettes ou des plantes à bulbes (monocotylédones) Faux-tronc des palmiers ou stipe : les feuilles meurent en laissant leur base sur le stipe → rigidification de la tige herbacée.

3. Des tiges particulières    

Les tiges rampantes = stolons (ex : fraisier) Les tiges souterraines = rhizome (ex : la Parisette) → Croissance monopodiale, elle stocke des réserves pour la survie de la plante pendant la mauvaise saison. Les tiges volubiles ou grimpantes (ex : Glycine) Accumulation de réserves dans différents organes : - Accumulation de réserves au niveau tige (ex : pomme de terre) → tubercule caulinaire - Accumulation de réserves au niveau des bourgeons axillaires (ex : chou de Bruxelles)

12

EC 2.01B : Biologie Végétale

C. Les feuilles 1. Définition : Qu’est-ce qu’une feuille ?

Unité fondamentale assurant la photosynthèse

2. Les différentes morphologies de feuilles a) Les feuilles d’Angiospermes dicotylédones Le limbe et le pétiole sont bien différenciés, mais parfois, il n’y a pas de pétiole, on parle alors de feuille sessile. Certaines feuilles simples peuvent devenir composées, néanmoins les stipules sont régulièrement présentes. L’orientation de la feuille dans l’espace :

-

Lorsque la face est vers la tige (dessus de la feuille) = adaxiale Dans l’autre cas (dessous de la feuille) = abaxiale

On peut distinguer les feuilles simples des feuilles composées (constituées de folioles)

Feuilles composées

Feuille simple

13

EC 2.01B : Biologie Végétale

b) Les feuilles d’Angiospermes monocotylédones Le limbe est attaché à l’axe par la gaine foliaire (enroulement du limbe à la base de la feuille ). Ce sont des feuilles simples, parallélinerves et avec une gaine foliaire développée. ATTENTION il y a cependant de nombreuses exceptions

c) Les feuilles des Gymnospermes Il existe une diversité de forme parmi ces feuilles.

d) Les feuilles des Gnétophytes 

Gnetum (Gnetum gnemon) :

Feuille avec limbe et pétiole : cela rappelle les feuilles dicotylédones



Welwitschia mirabilis :

Feuille large et longue, à nervures parallèles : cela rappelle les feuilles monocotylédones

14

EC 2.01B : Biologie Végétale

3. Des feuilles particulières 

Les bulbes : exemple de l’oignon (Allium cepa)



Les pièges des plantes carnivores :

D.Les cycles végétatifs 1. Cycle végétatif des Spermatophytes ligneux Plante ligneuse pérenne : exemple du chêne (Quercus sp.)

15

EC 2.01B : Biologie Végétale

2. Cycle végétatif des Spermatophytes herbacés

E. Les types biologiques : la classification de Raunkier

Couche de neige = 25 cm Plantes annuelles = thérophytes → subsistent à l’état de graines

Répartition des plantes de différents types biologiques

16