Les plantes Fiche bac

I

L'organisation de la plante

Les plantes ont une structure propre qui leur permet de réaliser la photosynthèse, de se reproduire et de se protéger. De tout temps, l'Homme a cherché à modeler le fonctionnement des végétaux afin de lui permettre d'en tirer profit.

La plante est un être vivant autotrophe ancré dans le sol. L'évolution lui a permis de développer des structures spécialisées et adaptées que sont les feuilles, les racines, les tiges, les fleurs et les fruits afin de pouvoir vivre, se reproduire et conquérir son environnement sans se déplacer.

A

Les feuilles, une grande surface d'échange avec l'atmosphère

Les feuilles sont une très bonne surface d'échange, avec une épaisseur très réduite et une grande surface. Elles sont constituées d'un épiderme supérieur et d'un épiderme inférieur, d'un parenchyme chlorophyllien palissadique et d'un lacuneux où l'on retrouve les chloroplastes responsables de la photosynthèse.
Sur la face inférieure se trouvent les stomates permettant l'échange avec l'atmosphère. Il existe donc une spécialisation des surfaces foliaires : la face supérieure, relativement imperméable, est la face réceptrice de la lumière, alors que la face inférieure est spécialisée dans les échanges gazeux.

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Coupe transversale d'une feuille

B

Les racines, une grande surface d'échange avec le sol

Les racines permettent de récupérer l'eau et les sels minéraux dans le sol. Elles ont aussi une très grande surface d'échange grâce aux poils absorbants présents au niveau de la zone pilifère. La multiplication de structures cylindriques de petites tailles permet d'avoir une surface d'échanges avec le sol nettement supérieure à ce qu'elle serait en n'ayant qu'une seule grosse structure cylindrique.

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La structure externe d'une racine

C

La tige, une zone de transport pour la sève brute et la sève élaborée

Dans la tige, sont présents :

  • Les vaisseaux du xylème amenant la sève brute (eau et sels minéraux) vers les feuilles où la photosynthèse va se réaliser.
  • Les vaisseaux du phloème amenant la sève élaborée (contenant de la matière organique) des feuilles vers toutes les cellules de la plante.
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Les vaisseaux conducteurs des végétaux

II

L'adaptation des plantes pour survivre et se reproduire

A

Pallier les variations d'apport d'eau, de température et d'ensoleillement chez les végétaux

Face aux variations des apports d'eau, de température et d'ensoleillement, les végétaux mettent en place de nombreux processus :

  • Mise en place de poils à la surface des tiges ou feuilles permettant à la plante de récupérer l'eau du matin et de la conserver pour le reste de la journée.
  • Capacité à stopper l'assimilation d'eau pour éviter que les cellules de la plante n'éclatent lorsqu'il y a trop d'eau.
  • Stockage d'eau par les tiges, les racines ou les feuilles qui sont transformées en organes de réserve.
  • Limitation de la transpiration, soit en réduisant les feuilles (les épines sont un exemple de feuilles réduites) ou en supprimant les feuilles (organe par lequel les plantes transpirent), soit en transformant la feuille avec une cuticule (couche imperméable qui recouvre l'épiderme) ou en enroulant la feuille, soit en fermant les stomates aux heures les plus chaudes de la journée.
  • Libération de molécules odorantes, etc.
  • Passage de l'hiver grâce à des organes de réserve ; bulbes (tulipes), des rhizomes (lys) ou des tubercules (pomme de terre).
  • Dans les milieux aquatiques, la plante pallie l'absence de racines ou de racines aériennes grâce au filtrage de l'eau par les feuilles submergées dépourvues de cuticules. Les autres feuilles disposent d'un système de flottaison pour rester en surface.

B

Se protéger des êtres vivants

Les plantes peuvent également se protéger des êtres vivants :

  • Elles produisent des toxines qui rendent les feuilles indigestes voire mortelles, pour éviter leur consommation.
  • Les épines empêchent aussi la consommation de la plante.
  • Elles élaborent des associations mutualistes, dans lesquelles la plante est défendue par une espèce (avec laquelle il y a eu coévolution) à qui elle apporte un bénéfice en contrepartie (exemple : certains acacias sont défendus par des fourmis qui trouvent dans l'arbre de quoi établir leur colonie).
C

Le contrôle génique de la mise en place de la fleur, structure indispensable à la reproduction sexuée

Il existe deux grands types de reproduction : la reproduction asexuée qui permet de produire des clones et la reproduction sexuée qui entraîne la diversité génétique. On s'intéresse au cas de la reproduction sexuée, qui nécessite obligatoirement la présence d'une fleur.

La mise en place des structures florales est contrôlée par les gènes du développement ou gènes homéotiques. Cela permet de mettre en place les verticilles qui sont des couches concentriques formées par les sépales, les pétales, les étamines et les carpelles.

Chez la fleur, les gènes du développement permettent la mise en place des structures suivantes :

  • Le calice, formé des sépales
  • La corolle, formée des pétales
  • L'androcée, composé des étamines avec les gamètes mâles, le pollen
  • Le gynécée (aussi appelé pistil), composé des carpelles qui portent les gamètes femelles, les ovules

Ces verticilles sont sous le contrôle de trois gènes homéotiques nommés A, B, C.

  • L'expression du gène A induit la formation des sépales.
  • L'expression conjointe du gène A et B induit la formation des pétales.
  • L'expression conjointe du gène B et C induit la formation des étamines.
  • L'expression du gène C induit la formation des carpelles.
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Mise en place des structures florales par les gènes homéotiques A, B et C

Lors de la reproduction sexuée, un gamète mâle (le grain de pollen) doit rencontrer un gamète femelle (l'ovule). La fleur, généralement hermaphrodite, contient les organes reproducteurs mâle et femelle.

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La structure de la fleur

Une fois formé, le pollen doit aller se poser sur le stigmate afin que la fécondation se réalise. La plante étant immobile, en fonction des plantes le pollen a plusieurs moyens de transport pour atteindre le pistil.

Le pollen peut se disperser de trois manières différentes :

  • L'anémogamie : par le vent
  • La zoogamie : par les animaux, les abeilles le plus souvent
  • L'hydrogamie : par l'eau, dans le cas des plantes aquatiques
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Les différents moyens de dispersion des graines

La reproduction sexuée aboutit à la formation d'un fruit qui contient les graines. Les graines renferment des plantules et des substances de réserve et elles doivent être dispersées au maximum pour une plus grande occupation de la plante dans son environnement. L'objectif est ici d'éviter (ou de limiter) la concurrence que pourraient se faire la plante-mère et ses descendants.

Il existe plusieurs moyens de dissémination des graines :

  • L'autochorie : les fruits éclatent à maturité.
  • La barochorie : les fruits tombent par gravité.
  • L'anémochorie : les fruits munis de plumes ou d'ailettes sont transportés par le vent.
  • L'hydrochorie : les fruits sont transportés par flottaison dans l'eau.
  • La zoochorie : les fruits sont transportés par accrochage dans le pelage des animaux ou disséminés par les excréments après leur consommation.
III

La domestication de la plante

La domestication

La domestication d'une espèce sauvage est réalisée dans le but de sélectionner un caractère intéressant pour l'Homme. La domestication va entraîner la perte de caractères indispensables à la survie de l'espèce dans le milieu naturel, cela se nomme le syndrome de domestication.

A

Le but de la domestication des plantes sauvages

La domestication des plantes sauvages est réalisée dans plusieurs buts :

  • Une augmentation de rendement
  • Une résistance aux mauvaises conditions climatiques
  • Une résistance aux maladies et aux insectes
  • Une amélioration de la qualité intrinsèque de certaines plantes destinées à une utilisation autre que l'alimentation (pharmaceutique, textile, carburant, etc.)

Cette domestication existe depuis les débuts de l'agriculture. Elle conduit à la production de plantes diversifiées, productives et localement adaptées aux besoins et conditions.

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Une technique empirique : la sélection massale

La sélection massale

La sélection massale est une sélection des graines et des plants sur des caractères subjectifs (goût, aspect, etc.) sans s'intéresser au brassage génétique des espèces sélectionnées.

La sélection massale a été la première technique d'amélioration des cultures utilisée dans l'histoire de l'agriculture. Elle consiste à sélectionner les graines apparaissant comme les plus adaptées à la culture pour les semer l'année suivante.

Elle est dite "empirique" car basée sur la pratique, sans nécessairement avoir une base théorique scientifique, et parce qu'elle ne tient pas compte des brassages génétiques au cours de la reproduction sexuée.

Cette technique a mené à la création des variétés au sein d'une espèce.

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L'amélioration des plantes à l'aide de croisements

Afin d'obtenir de meilleurs plants, des croisements ont été réalisés.

Il existe d'abord les croisements intraspécifiques, entre individus de la même espèce. On obtient, à la génération suivante, de nouveaux plants dont certains possèdent divers caractères recherchés. Ceci conduit à l'obtention d'une nouvelle variété plus optimale.

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Le croisement intraspécifique

Il existe également des croisements interspécifiques ou hybridation, entre individus d'espèces différentes. On nomme hybridation le processus de fécondation croisée : le pollen d'une espèce va féconder l'ovule d'une autre espèce. Cela formera un hybride ayant des caractères provenant de deux espèces. Ces caractères, ces capacités nouvelles qui apparaîtront lors de la première génération après hybridation, caractérisent le phénomène d'hétérosis.

Afin de s'assurer que les "parents" transmettent leurs caractéristiques aux générations suivantes, on crée des lignées pures (homozygotes) de ces individus. Pour cela, on effectue des autofécondations répétées et on élimine les descendants non conformes lors de chaque génération.

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L'hybridation

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L'utilisation d'organismes génétiquement modifiés (OGM) et l'amélioration des plantes

Les OGM sont fabriqués par transgénèse afin d'apporter de nouvelles caractéristiques au végétal formé.

La transgénèse

La transgénèse est une technique issue du génie génétique qui consiste à intégrer dans le génome de l'individu d'une espèce un gène issu d'une autre espèce.

Les étapes de la transgénèse sont :

  • Repérer un caractère intéressant dans un organisme vivant et identifier la protéine responsable de ce caractère
  • Identifier et isoler le gène d'intérêt codant pour cette protéine
  • Extraire le gène grâce à des enzymes de restriction
  • Réaliser un transgène : insérer le gène d'intérêt dans l'ADN circulaire d'une bactérie
  • Transférer le plasmide de la bactérie (ADN circulaire) aux cellules végétales. Le plasmide pourra alors à son tour intégrer son ADN à l'ADN végétal.
  • Sélectionner les cellules exprimant le gène introduit
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Les différentes étapes de la transgénèse

Les intérêts de la transgénèse sont nombreux. Par exemple, elle peut permettre aux plantes de produire leur propre insecticide afin de diminuer l'épandage d'insecticides chimiques. Par ailleurs, il est possible d'intégrer le gène provenant d'une autre espèce, même d'une espèce animale.
Cependant, l'impact des OGM sur l'environnement n'est pas encore suffisamment mesuré. Il faut donc rester vigilant sur leur utilisation.