Les plantes, ancrées dans leur environnement, ont développé des stratégies de reproduction remarquables pour assurer leur survie et coloniser de nouveaux espaces. Contrairement aux animaux, leur mobilité est limitée, ce qui rend leurs modes de reproduction cruciaux pour la dispersion et la pérennité de l'espèce. Parmi ces stratégies, on distingue deux principales modalités : la reproduction asexuée et la reproduction sexuée.
La reproduction asexuée, véritable clonage naturel, permet à une plante de se multiplier localement grâce à des organes spécialisés ou non. Cette méthode assure la propagation de caractéristiques génétiques identiques à celles de la plante mère. À l'inverse, la reproduction sexuée favorise la colonisation de milieux plus éloignés, grâce à la dispersion des graines, offrant ainsi une plus grande diversité génétique et une meilleure adaptation aux changements environnementaux.
I. Les Mécanismes de la Reproduction Asexuée
La reproduction asexuée est un processus fascinant par lequel une plante mère donne naissance à une descendance génétiquement identique, des clones, par divers moyens. Cette forme de reproduction s'appuie sur les propriétés uniques des cellules végétales, permettant à presque n'importe quelle partie de la plante de générer un nouvel individu.
A. Diversité des Modalités de Reproduction Asexuée
La reproduction asexuée chez les végétaux se manifeste de multiples façons, impliquant différentes parties de la plante. Des fragments non spécialisés, tels que des tiges, des feuilles ou des racines, ainsi que des organes spécialisés, peuvent initier la formation d'une nouvelle plante, clone de la plante mère. Cette capacité de multiplication végétative, également appelée reproduction clonale, permet la formation de plusieurs individus à partir d'un seul organe.
Marcottage Naturel : Certaines plantes utilisent des tiges spécialisées appelées stolons pour se reproduire. Ces tiges rampantes s'étendent à la surface du sol et développent des racines au niveau des nœuds, là où elles entrent en contact avec un sol humide. Le fraisier est un exemple typique de plante utilisant ce mode de reproduction. Lorsque les nouveaux plants sont suffisamment développés et enracinés, le stolon finit par se décomposer, séparant ainsi les nouveaux plants de la plante mère. Le marcottage est un mode de reproduction végétative dans lequel un organe de la plante (tige) s'enracine et donne un nouveau plant avant de se séparer de la plante mère.
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Bouturage : Le bouturage consiste à utiliser un fragment de plante, la bouture, qui s'enracine après avoir été séparé de la plante mère. Cette technique est largement utilisée pour la multiplication de certaines espèces, comme la vigne. Le figuier de barbarie, par exemple, se propage par le détachement de ses raquettes (rameaux charnus) qui, en tombant au sol, s'enracinent pour former une nouvelle plante. Le bouturage est une technique très utilisée par l'homme pour reproduire des plantes à partir de feuilles, de tiges ou de racines non spécialisées.
Organes Spécialisés : D'autres organes spécialisés permettent également la reproduction asexuée, notamment les tubercules (pomme de terre), les bulbilles (ail), les rhizomes (muguet) et les drageons (framboisier).
La reproduction asexuée offre l'avantage d'une multiplication rapide et d'une colonisation efficace d'un milieu favorable. De plus, elle permet de conserver les caractéristiques génétiques d'un plant sélectionné, ce qui est particulièrement utile dans l'agriculture. Cependant, l'uniformité génétique des clones les rend également plus vulnérables aux maladies et aux changements environnementaux. Au contraire, ils peuvent tous être résistants aux produits phytosanitaires si ce sont des plantes envahissantes.
B. Les Propriétés Cellulaires à la Base du Clonage
La reproduction asexuée repose sur deux propriétés fondamentales des cellules végétales : la totipotence et la capacité de croissance indéfinie.
Totipotence : Les cellules végétales sont totipotentes, c'est-à-dire qu'elles ont la capacité de générer tous les types de cellules de l'organisme, voire un organisme entier. Cette propriété permet la reproduction asexuée à partir de tissus différenciés (tiges, feuilles, racines) ou indifférenciés (méristèmes). Les cellules des méristèmes, non encore spécialisées, peuvent subir de nombreuses divisions cellulaires (mitoses) avant de se différencier pour former un plant entier. Les cellules différenciées de tige, feuille ou racine doivent d'abord subir une dédifférenciation qui se fait sous l'influence de facteurs internes ou externes, les phytohormones. Ce sont les cellules sans lignine et sans épaississement cellulosique important qui peuvent se dédifférencier et retourner à l'état méristématique.
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Croissance Indéfinie : Les plantes ont une capacité de croissance indéfinie, ce qui signifie qu'elles peuvent continuer à croître et à produire de nouveaux organes tout au long de leur vie. Cette capacité dépend des cellules méristématiques, qui prolifèrent en permanence. La croissance peut être discontinue comme chez les arbres en hiver mais, aux beaux jours, la croissance reprend. On peut la visualiser dans les cernes des arbres.
II. Reproduction Sexuée : De la Fleur à la Graine
Chez les angiospermes, la reproduction sexuée est assurée par la fleur. La fécondation permet la formation d'une ou plusieurs graines et d'un fruit. Différentes modalités de pollinisation sont mises en œuvre pour permettre la reproduction de la plante qui ne peut pas se déplacer à la rencontre d'un autre partenaire. Les différentes modalités de dispersion des graines permettent la mobilité de la plante et la colonisation de nouveaux milieux.
A. La Fleur, Organe de la Reproduction Sexuée
La fleur, chez les angiospermes, est l'organe dédié à la reproduction sexuée. La fécondation qui s'y déroule conduit à la formation d'un fruit contenant des graines, chacune renfermant un embryon prêt à germer et à donner naissance à une nouvelle plantule.
Structure de la Fleur : Chez la plupart des angiospermes, les fleurs sont hermaphrodites, c'est-à-dire qu'elles possèdent à la fois les organes mâles (étamines) et femelles (pistil). La fleur est organisée en couches concentriques :
- Les sépales, enveloppe extérieure, protègent la fleur en bouton et après la floraison.
- Les pétales, souvent colorés, attirent les insectes pollinisateurs.
- Les étamines, organes reproducteurs mâles, produisent le pollen.
- Le pistil, organe reproducteur femelle, contient l'ovaire où se trouvent les ovules.
Le nectaire, présent chez certaines espèces, sécrète un nectar attractif pour les pollinisateurs. Les fleurs des angiospermes sont en majorité hermaphrodites, elles possèdent à la fois les organes reproducteurs mâles et femelles. Les fleurs sont hermaphrodites chez 75 % des angiospermes. Il existe aussi des fleurs unisexuées, soit mâles, soit femelles. Dans ce cas, elles peuvent être portées sur le même plant, c'est le cas de 20 % des angiospermes, comme le chêne, ou sur deux plants séparés chez 5 % des angiospermes, comme le peuplier.
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La Fécondation : La fécondation chez les plantes à fleurs implique le transport du pollen vers le stigmate d'une fleur de la même espèce. L'humidité du stigmate permet la germination du grain de pollen, qui émet un tube pollinique pour acheminer les gamètes mâles jusqu'aux ovules. Les spermatozoïdes vont féconder les ovules pour donner naissance à un embryon, la future plantule. La fécondation peut se faire par autofécondation (le pollen d'une fleur féconde les ovules de la même fleur ou d'une autre fleur du même plant) ou par fécondation croisée (le pollen d'une fleur féconde les ovules d'une autre fleur d'un autre plant). Chez certaines espèces, l'autofécondation est obligatoire. C'est le cas lorsque les fleurs s'ouvrent après la fécondation, comme chez le blé cultivé.
Cependant, de nombreux mécanismes existent pour empêcher l'autofécondation, favorisant ainsi la fécondation croisée et le brassage génétique :
- Fleurs hermaphrodites asynchrones : les organes mâles et femelles n'arrivent pas à maturité en même temps.
- Fleurs unisexuées asynchrones : sur un même plant, les fleurs mâles et femelles n'arrivent pas à maturité en même temps.
- Plants unisexuées : les plants ne portent que des fleurs mâles ou que des fleurs femelles.
- Incompatibilité génétique : des gènes d'incompatibilité empêchent le pollen de féconder les ovules de la même plante.
La reproduction sexuée à fécondation croisée permet le brassage génétique et la diversité des génomes. Les nouveaux plants sont différents des plants parents. Cette reproduction est moins rapide que la reproduction asexuée, mais elle permet de coloniser des milieux plus éloignés et surtout elle confère une meilleure capacité d'adaptation aux modifications du milieu de vie.
La Graine et le Fruit : Après la fécondation, l'ovaire se transforme en fruit, contenant les graines. Une graine contient une future plante et les réserves nécessaires à sa croissance. Suite à la fécondation, l'ovaire se transforme en fruit et les ovules se transforment en graines. Les étamines, pétales et sépales sèchent tombent. Le stigmate et le style régressent. La graine renferme un embryon (la future plantule), ainsi que des réserves nutritives, les cotylédons, qui serviront à sa croissance. Le tout est protégé par une enveloppe. La graine permet de passer la mauvaise saison en état de dormance et d'assurer le développement d'une nouvelle plantule lorsque les conditions sont favorables. La germination de la graine se caractérise par deux processus : la réhydratation de la graine ; la reprise du métabolisme, observable par l'augmentation de la consommation de dioxygène, liée à la respiration. La reprise du métabolisme nécessite la mobilisation des réserves qui se fait sous l'action d'hormones, les gibbérellines, sécrétées par l'embryon. Ces hormones activent la synthèse d'enzymes qui hydrolysent les réserves (protéines, lipides, glucides) de la graine. Les produits de l'hydrolyse, les hydrolysats (acides aminés, acides gras, oses), sont utilisés par l'embryon pour sa germination et sa croissance.
B. La Pollinisation, une Adaptation Essentielle
La vie fixée des plantes nécessite le transport du pollen d'une plante à une autre pour assurer la fécondation croisée et le brassage génétique. La pollinisation peut être réalisée selon différentes modalités. La pollinisation est le transport des grains de pollen depuis une anthère jusqu'au stigmate d'une fleur de la même espèce.
- Anémogamie : Pollinisation par le vent. Les plantes anémogames produisent de grandes quantités de pollen léger et de petites fleurs peu colorées avec des stigmates plumeux.
- Entomogamie : Pollinisation par les insectes. Les plantes entomogames présentent des fleurs colorées et développées, souvent avec du nectar, pour attirer les insectes. Près de 80 % des angiospermes sont entomophiles.
- Hydrogamie : Pollinisation par l'eau, rencontrée chez les plantes aquatiques.
- Zoogamie : Pollinisation par d'autres animaux, comme les chauves-souris.
L'entomogamie implique souvent une relation étroite entre la plante et le pollinisateur, une relation de mutualisme où les deux espèces bénéficient de l'interaction. Parfois, la fleur présente des adaptations particulières qui la lient à un insecte pollinisateur. Orphrys apifera développe un pétale qui imite l'abdomen d'une abeille solitaire femelle (genre Eucera). Ce pétale particulier porte le nom de labelle. Au-dessus se trouvent deux sacs polliniques, les pollinies. Lorsqu'une abeille mâle se pose sur le labelle pensant s'accoupler avec une femelle, le pollen se dépose sur sa tête. Lorsqu'elle ira se poser sur une autre fleur de la même espèce, elle déposera le pollen sur le stigmate. Il existe donc un lien très étroit entre l'espèce pollinisatrice et cette fleur.
La coévolution, où l'évolution d'une espèce influence l'évolution d'une autre, est un phénomène courant dans les relations de pollinisation. Coévolution La coévolution désigne le fait que l'évolution d'une espèce influence l'évolution d'une autre afin que leur relation puisse se poursuivre. L'étoile de Madagascar est une orchidée qui possède un nectaire très long, pouvant atteindre plus de 30 cm de long. Il contient un nectar sucré qui attire les pollinisateurs. Seul un papillon possédant une trompe très longue peut atteindre ce nectar. Se faisant, il se couvre alors la tête de pollen qu'il déposera sur d'autres orchidées. Le sphinx se nourrit du nectar et rend service à la fleur en pollinisant d'autres fleurs. Une expérience a démontré qu'un éperon long augmente le pourcentage d'ovules fécondés.
III. Reproduction Asexuée et Sexuée : Un Équilibre Adaptatif
Les plantes ont la capacité de se reproduire à la fois de manière asexuée et sexuée, adaptant leur stratégie en fonction des conditions environnementales.
A. Reproduction Asexuée : Avantages et Inconvénients
La reproduction asexuée offre plusieurs avantages :
- Rapidité : Elle permet une multiplication rapide et une colonisation efficace d'un milieu favorable.
- Fidélité génétique : Elle conserve les caractéristiques génétiques d'un plant sélectionné, ce qui est utile en agriculture.
- Indépendance : Une espèce qui se reproduit de façon asexuée n’a pas besoin de trouver un partenaire. Un individu suffit, dans ce cas-là, pour avoir une descendance.
Cependant, elle présente aussi des inconvénients :
- Vulnérabilité : L'uniformité génétique des clones les rend plus vulnérables aux maladies et aux changements environnementaux.
- Adaptation limitée : Les plants étant des clones, ils sont tous sensibles de la même manière aux maladies, ce qui peut décimer des cultures. Au contraire, ils peuvent tous être résistants aux produits phytosanitaires si ce sont des plantes envahissantes. Ce sont aussi des plants qui auront du mal à s'adapter aux changements de conditions du milieu.
- Absence de brassage génétique : La reproduction des plantes sans fleurs ni graines a un gros inconvénient : il n'y a pas de brassage génétique. En effet, même s'il s'agit d'une reproduction sexuée (au sens qu'elle met en oeuvre des gamètes mâles et des gamètes femelles), ce mode de reproduction fait intervenir un seul parent. Or, le brassage génétique permet : De corriger les mutations délétères. Pour simplifier, lorsqu'il y a deux parents, l'association de 2 allèles (un allèle est une "version" d'un gène ; il y en a un issu de chaque parent) permet de compenser les éventuelles défaillances de l'un des deux, défaillances apparues suite à des mutations. S'il n'y a qu'un seul parent, cette "auto-correction" du génome n'est pas possible, et on aboutit plus facilement à une régression (un peu comme c'est le cas dans le cadre de la consanguinité). De faire apparaître de nouveaux caractères favorables pour la descendance.
B. Reproduction Sexuée : Diversité et Adaptation
La reproduction sexuée, bien que plus lente, offre des avantages significatifs :
- Diversité génétique : Elle permet le brassage génétique et la création de nouveaux génotypes, augmentant ainsi la capacité d'adaptation aux changements environnementaux.
- Dispersion : La mobilité des graines permet la colonisation de milieux plus éloignés.
- Résistance : Les nouveaux plants sont différents des plants parents. Cette reproduction est moins rapide que la reproduction asexuée, mais elle permet de coloniser des milieux plus éloignés et surtout elle confère une meilleure capacité d'adaptation aux modifications du milieu de vie.
C. Méthodes Artificielles de Reproduction Asexuée
Les méthodes utilisées dans l'agriculture et l'horticulture sont considérées comme des méthodes artificielles de reproduction des plantes car elles impliquent un certain niveau de manipulation humaine. Certaines de ces méthodes ne font que tirer parti des méthodes naturelles de multiplication végétative que les plantes utilisent ou les accélèrent.
- L'utilisation d'hormones d'enracinement est courante pour accélérer le développement de racines adventives dans les tiges ou les fragments de racines.
- Greffage: une section de tige d'une plante, le scion, est greffée sur la tige d'une autre plante qui est enracinée, le pied. Pour ce faire, les deux tiges sont coupées en biais afin que les surfaces correspondantes s'emboîtent lorsqu'elles sont attachées l'une à l'autre. Il en résulte que les systèmes vasculaires des deux plantes fusionnent et peuvent se développer comme un seul organisme, ce que l'on appelle une greffe. Cette méthode permet de conserver les caractéristiques souhaitables des deux plantes (comme les fruits du greffon et les caractéristiques des racines du porte-greffe). Elle est couramment utilisée pour certaines variétés de roses, de fruits citriques et de raisins.
- Le bouturage: une section de tige qui contient quelques nodosités est coupée et placée dans la terre. Le fragment développera des racines et des pousses. Les tiges de certaines plantes se développent également lorsqu'elles sont placées dans l'eau. Les coleus et les plantes à argent sont des exemples de plantes reproduites à l'aide de boutures.
- Le marcottage: une partie d'une jeune tige ou d'une branche qui peut être facilement pliée alors qu'elle est encore attachée à la plante. Après un certain temps, la partie enterrée de la tige développera des racines et pourra être retirée pour être transplantée. Les plantes qui peuvent être reproduites de cette façon sont les jasmins et les bougainvillées (fleurs de papier).
- Le drageonnage: chez de nombreux arbustes et arbres, des pousses apparaissent à partir du système racinaire (généralement des rhizomes), appelées drageons. Ces drageons peuvent être coupés et plantés pour obtenir de nouvelles plantes, mais ils sont aussi couramment taillés dans les cultures lorsqu'ils apparaissent en trop grand nombre car ils consomment les ressources de la plante mère.
- Culture de tissus : les tissus végétaux sont couramment cultivés en laboratoire à des fins de recherche agricole ou de conservation. On peut utiliser plusieurs types de tissus ou de cellules végétales que l'on place dans un milieu nutritif. Une masse de cellules se forme d'abord, puis un grand nombre de plantules se développent et peuvent être transplantées.
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