Pour avoir reproduction sexuée, il faut la présence et l’interaction d’un gamète mâle et d’un gamète femelle. Chez les animaux, le déplacement des individus permet en général l’accouplement, donc le rapprochement des gamètes. Mais chez les plantes qui ont un mode de vie fixé, ce rapprochement des individus est souvent impossible. Mais malgré cette contrainte, des adaptations leur permettent de se reproduire quand même…
a- Principe.
La reproduction asexuée, ou végétative, est un mode de reproduction assuré sans fécondation à partir d’un seul parent.
Elle repose sur la formation d’un nouvel individu à partir d’un organe végétatif.
La reproduction asexuée aboutit à un clone, c’est-à-dire à un groupe d’individus génétiquement identiques.
Ce mode de reproduction est très efficace pour coloniser rapidement un territoire donné.
b- Les organes impliqués.
La reproduction asexuée implique une grande diversité d’organes différents selon les espèces considérées...
-Des tiges spécialisées, comme les stolons (p. ex. chez le fraisier).
-Des drageons, qui sont des rejets (= petites plantes) qui se forment à partir des racines d’une plante.
-Des organes de réserves sont souvent impliqués dans la reproduction asexuée, car les réserves accumulées permettent d’apporter l’énergie nécessaire au développement du ou des nouveau(x) plant(s). Par exemple, les tubercules, les rhizomes ou les bulbes.
-Des fragments de plantes (feuilles, racines, tiges…) séparés du reste de la plante et se retrouvant en contact avec le sol peuvent parfois régénérer un plant complet.
c- Les propriétés des plantes permettant la reproduction asexuée.
La totipotence est la capacité d’une cellule à se différencier en n’importe quelle cellule spécialisée. La totipotence peut ainsi permettre de reconstituer un organisme au complet à partir d'une seule cellule.
Chez les plantes, toutes les cellules sont totipotentes : dans certains cas, des cellules peuvent se dédifférencier en cellules méristématiques. Grâce à leur capacité de croissance indéfinie, les nouveaux méristèmes obtenus peuvent régénérer une nouvelle plante. C’est ce qui se passe au sein des organes impliqués dans la reproduction asexuée (cf. 2).
En jardinage et en horticulture, certains plants peuvent être facilement multipliés…
- Par marcottage : on favorise l’apparition de racine sur une tige (par exemple un stolon) de la plante mère, puis on la sépare de la plante mère.
-Par bouturage : on coupe un fragment de la plante mère (tige, racine, …) puis on favorise l’apparition de racines sur ce fragment pour régénérer un plant.
-Par simple séparation et repiquage des organes de réserve (bulbes, tubercules, rhizome, …).
Le bouturage
A partir du XXe siècle, les avancées technologiques nous ont permis de mettre au point la culture in vitro qui permet la multiplication très rapide de n’importe quelle plante. Le principe est le suivant :
-On prélève un fragment ou une cellule de la plante,
-On dispose le fragment ou la cellule obtenu(e) sur un milieu nutritif stérile contenant des hormones végétales appropriées (en général, il s’agit d’un tube à essais contenant de la gélose).
-L’action des hormones végétales font que les cellules vont se dédifférencier et se multiplier en formant des cals (amas de cellules indifférenciées).
-A partir des cals obtenus, on régénère des méristèmes (grâce à l’action d’hormones végétales), donc des racines et des tiges, qui vont former un nouveau plant.
La culture in vitro
a- La structure des fleurs.
Les fleurs sont les organes sexuels des plantes de la famille des Angiospermes. La majorité des fleurs sont hermaphrodites, ce qui signifie qu’elles présentent à la fois des structures mâles et des structures femelles.
Structures constituant une fleur hermaphrodite « classique » :
-Les sépales : structures résistantes situées sous la fleur. Ils servent à protéger la fleur pendant son développement (lorsque la fleur est « en bouton »).
-Les pétales : structures souvent colorées qui servent en général à la pollinisation (cf. B).
-Les étamines : structures sexuelles mâles. Elles comportent un filet au bout duquel se trouve un petit sac, l’anthère, dans lequel se trouve le pollen. Les grains de pollen contiennent les gamètes mâles, c’est-à-dire les spermatozoïdes.
-Le pistil est la structure femelle. Situé au centre de la fleur, le pistil comporte à sa base l’ovaire, qui contient les ovules. Au-dessus, le pistil devient plus effilé au niveau du style. A l’extrémité du style se trouve un petit renflement : le stigmate.
Schéma d’une fleur hermaphrodite
Chez certaines espèces, les structures sexuelles mâles et femelles sont séparées. On a alors des fleurs mâles, contenant des étamines, et des fleurs femelles, contenant un pistil.
-Chez les espèces dioïques, les plants sont monosexués : chaque plant ne comporte que des fleurs mâles ou que des fleurs femelles. On parle de diécie.
-Chez les espèces monoïques, on a également des fleurs mâles et femelles bien distinctes, mais les deux types de fleurs se trouvent au sein du même plant. On parle de monoécie.
b- Le déroulement de la fécondation.
Il ne peut y avoir fécondation que si un grain de pollen entre en contact avec le stigmate d’une fleur. Dans ce cas-là il va « germer », c'est-à-dire émettre une extension très fine, le tube pollinique. Ce tube pollinique contient les spermatozoïdes et va croitre à l’intérieur du style pour arriver jusqu’à l’ovaire. A ce moment-là, les spermatozoïdes vont pouvoir être mis en contact avec les ovules : la fécondation peut avoir lieu.
Tube pollinique et fécondation
c- Les différentes modalités de fécondation.
On peut avoir deux types de fécondation :
-La fécondation croisée implique deux individus différents.
-L’autofécondation implique que le pollen produit par un plant féconde un ovule présent dans le pistil du même plant.
La fécondation croisée peut être favorisée par certains mécanismes :
-Par la diécie.
-Par le décalage temporel entre la maturation des étamines et celle des ovaires.
-Par l’incompatibilité allélique entre grains de pollen et stigmate.
L’autofécondation peut être favorisée par l’enfermement des structures mâles et femelles ensemble au sein de la fleur (cleistogamie).
Dans le cas d’un mode de vie fixé, les deux partenaires sexuels sont parfois très éloignés l’un de l’autre. Pour les fécondations croisées, cela pose problème pour le rapprochement des gamètes...
Chez les Angiospermes, plusieurs stratégies existent. On parle de modes de pollinisation, car c’est le grain de pollen qui devra se déplacer afin de rencontrer éventuellement le stigmate d’une fleur.
Il existe deux grands modes de pollinisation, la zoogamie et l’anémogamie.
a- La zoogamie.
Dans ce mode de pollinisation, ce sont les animaux qui vont transporter les grains de pollen. En général, ce sont les insectes (pollinisation entomophile), mais il peut aussi y avoir certains oiseaux (colibris) ou certains mammifères (chauve-souris).
Les fleurs zoogames émettent différents signaux pour attirer les animaux :
-Des signaux trophiques : elles produisent du nectar, un liquide sucré très apprécié. Et dans certains cas, les grains de pollen sont riches en propolis, substance très appréciée par les abeilles par ses qualités nutritives.
Marqueurs UV (droite)
L’ophrys abeille, une orchidée sauvage
-Des signaux visuels : elles sont colorées, ce qui permet de se faire repérer plus facilement. Dans certains cas, elles présentent même des marqueurs visibles uniquement en lumière ultraviolette. Les abeilles perçoivent les rayonnements UV, et sont donc attirées par ces marqueurs.
Chez les Orchidées, la forme de la fleur permet de mimer un insecte femelle, ce qui permet d’attirer les mâles en quête de partenaires sexuels.
-Des signaux chimiques : Elles produisent des odeurs, voire des phéromones attractives permettant d’attirer les animaux.
Quand l’animal se pose sur la fleur pour butiner le nectar, il se frotte contre les étamines, ce qui permet aux grains de pollen de se coller dessus. Quand l’animal ira sur une autre fleur, les grains de pollen pourront se détacher et venir se poser sur le stigmate : la fécondation pourra alors avoir lieu.
Les animaux impliqués dans la zoogamie peuvent aussi présenter des adaptations permettant d’optimiser le processus : par exemple, les longues pièces buccales des abeilles permettent d’aller chercher le nectar au fond de la fleur, et la morphologie de leurs pattes leur permet de récupérer un maximum de grains de pollen.
On parle de coévolution entre pollinisateurs et plantes, car les deux acteurs évoluent conjointement, ce qui permet l’optimisation de la pollinisation.
b- L’anémogamie.
Ce mode de pollinisation utilise le vent comme vecteur (= pollinisation anémophile). Les plantes monogames ont un certain nombre de caractéristiques :
-Elles produisent énormément de grains de pollen pour augmenter les chances de rencontres avec d’autres fleurs.
-Les grains de pollen produits sont très petits, ce qui leur permet de parcourir de plus grandes distances grâce au vent.
-Les fleurs sont dotées de stigmates très ramifiés, qualifiés de plumeux, ce qui leur permet d’intercepter les grains de pollens qui passent à proximité.
Stigmates plumeux
a- La constitution des fruits et des graines.
Une fois que la fécondation a eu lieu, les pétales, les sépales et les étamines fanent. L’ovaire se transforme en fruit. Et les ovules qu’il contient se transforment en graines.
Transformation de la fleur en fruit
Le fruit peut être charnu grâce à l’accumulation de réserves (ex : cerises, pommes, prunes, etc.), ou il peut être sec (ex : pissenlit, érable, noisettes, etc.).
La graine subit une maturation : elle accumule des réserves, elle se dessèche et entre en vie ralentie.
b- La dissémination des graines.
Afin d’optimiser la reproduction sexuée, il est préférable que les individus créés soient dispersés sur de grandes distances : ceci permet en effet de coloniser de nouveau milieux.
Cette dispersion ne concerne que les graines, car après la germination, les plantes sont fixées et ne peuvent plus se déplacer. On parle de dissémination des graines.
La dissémination des graines peut avoir différents vecteurs :
-Le vent : c’est le cas par exemple des graines plumeuses (ex : chez le pissenlit) ou des graines ailées (ex : graines de l’érable).
-Les animaux : Parfois, les graines peuvent être contenues dans des fruits charnus qui peuvent être mangés par certains animaux. Dans ce cas les sucs digestifs vont permettre d’altérer le tégument de la graine, ce qui rendra la germination possible. De plus les excréments de l’animal permettront de fertiliser le sol à l’endroit où le nouveau plant prendra racine.
On peut également avoir des fruits dont la forme et la texture permettent de s’agripper au pelage de certains animaux.
-L’eau (plus rarement) : dans ce cas, les fruits sont creux ce qui leur permet de flotter (ex : noix de coco).
c- La germination des graines.
La graine contient un embryon et des tissus contenant des réserves (dans les cotylédons ou dans l’albumen selon le type de graine). La graine est protégée par un tégument rigide.
Une fois la graine formée, elle se dessèche et l’embryon entre en vie ralentie.
Lorsque les conditions sont favorables, la graine s’imbibe d’eau, ce qui affaiblit le tégument et entraine une reprise métabolique de l’embryon.
L’embryon produit alors des enzymes qui lui permettent de consommer les réserves de la graine. Grâce à ces réserves, une première racine et une première tige se développent et déchirent le tégument : c’est la germination.
Cette germination sera ensuite à l’origine d’une nouvelle plante.
Germination d'une graine et développement de la plantule
