Dans le monde fascinant de la reproduction végétale, la fécondation est un processus clé qui permet aux plantes de se perpétuer. Chez les plantes à fleurs, ce mécanisme complexe implique une série d'étapes, allant de la pollinisation à la formation de la graine, en passant par une double fécondation unique. Cet article explore en détail le schéma de fécondation végétale, en mettant en lumière les différents acteurs et les processus impliqués.
Introduction : La Reproduction Sexuée chez les Plantes
Dans le cas de la reproduction sexuée, le développement commence par une cellule unique, l’œuf qui résulte de l’union d’un gamète mâle et d’un gamète femelle, c’est la fécondation. Contrairement à la reproduction asexuée, qui produit des clones génétiquement identiques, la reproduction sexuée permet un brassage génétique, favorisant ainsi la diversité et l'adaptation des espèces. Chez les plantes à fleurs (Angiospermes), ce processus est particulièrement sophistiqué et repose sur une interaction complexe entre les organes reproducteurs mâles et femelles.
La Fleur : Organe de la Reproduction Sexuée
La fleur est l'appareil reproducteur de la plante. Située à l'extrémité d'une petite tige appelée pédoncule floral, elle est protégée par des pièces protectrices appelées sépales avant de s'épanouir. Les pétales, souvent colorés et dotés de nectaires, attirent les pollinisateurs. Au centre de la fleur se trouvent les organes reproducteurs :
Les étamines : organes reproducteurs mâles, produisant les grains de pollen. Chaque étamine est formée d’un filet à l’extrémité duquel se trouve l’anthère contenant les grains de pollen.
Le pistil : organe reproducteur femelle, constitué de carpelles renfermant un ou plusieurs ovules. Les carpelles peuvent être libres ou soudés (partiellement ou entièrement). Ils forment le pistil. Le pistil est composé de l'ovaire, du style et du stigmate. L'ovaire contient les ovules, le style fait remonter le stigmate au-dessus de l'ovaire, et le stigmate est une structure à la surface collante qui piège le pollen.
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Certaines fleurs sont hermaphrodites lorsqu’elles contiennent à la fois des étamines et des carpelles.
La Pollinisation : Le Transport du Pollen
La pollinisation est la première étape essentielle de la fécondation chez les plantes à fleurs. Elle consiste en le transport du pollen de l'anthère (partie de l'étamine où le pollen est produit) vers le stigmate (partie du pistil où le pollen doit se déposer pour féconder l'ovule).
Le pollen est un transporteur de cellules reproductrices mâles. Si sa paroi est lisse, il sera transporté par le vent, s’il possède des crochets, il sera transporté par les animaux. Le pollen doit être déplacé de la fleur mâle à la fleur femelle, pollinisation croisée, les fleurs mâles peuvent être sur des plans différents (dattier) ou sur un même plan (maïs).
Le déplacement du pollen peut se faire de plusieurs manières :
Par le vent (anémophilie) : c’est le cas des graminées, du noisetier qui sont dépourvus de corolle et ne secrètent pas de nectar, de ce fait ils n’attirent pas les insectes. Certaines fleurs se servent des insectes pour faire ce travail à leur place, c’est ce qu’on appelle les fleurs entomophiles (qui aiment les insectes).
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Par les animaux (zoophilie) : L’insecte comme une abeille, butine une fleur, se met du pollen plein les pattes et le dépose ainsi sur le pistil d’une autre fleur en continuant sa tournée de butinage. Pour attirer le bon insecte, les fleurs doivent mettre les petits plats dans les grands. Elles savent utiliser leurs charmes discrets telles qu’une couleur de pétale attrayante, une odeur avec des phéromones envoûtants, ou bien la production d’un doux nectar qui saura attirer l’insecte et fera ensuite le tour de toutes les fleurs de la même espèce.
La Germination du Pollen et la Croissance du Tube Pollinique
Une fois déposé sur le stigmate, le grain de pollen (gamétophyte mâle) germe. Le grain de pollen germe et forme un tube pollinique qui traverse le style pour atteindre l’ovule, situé dans l’ovaire. Le tube pollinique est une extension de la cellule végétative du grain de pollen, qui croît à travers le style (la partie allongée du pistil) jusqu'à atteindre l'ovaire. À l’intérieur du grain de pollen, deux gamètes mâles (= cellules spermatiques) voyagent dans le tube pollinique jusqu’à l’ovule.
La Double Fécondation : Un Processus Unique aux Angiospermes
Chez les Angiospermes, tels que les fruitiers, sont caractérisés par une « double fécondation ». Deux cellules sexuelles mâles se différencient dans le tube :
- L’une fusionne avec l’oosphère (gamète femelle) pour donner la cellule œuf 1 qui se divise et donne la plantule ou germe ou embryon de la graine. Le zygote subit une mitose et se transforme en un sporophyte diploïde. La plantule dont la croissance est momentanément arrêtée par la déshydratation reprend son développement au de la germination.
- L’autre cellule mâle féconde un ensemble de deux autres cellules de l’ovule pour donner la cellule œuf 2 qui évolue en réserves. La fusion du deuxième gamète avec les noyaux polaires donnera naissance à un tissu de réserves triploïde (1n chromosomes paternels + 2n chromosomes maternels), l’albumen.
Ce processus de double fécondation est unique aux angiospermes et assure la formation à la fois de l'embryon et de l'albumen, la source de nourriture pour l'embryon en développement.
De l'Ovule à la Graine : Développement et Protection
L’embryon, les réserves et les téguments de l’ovule forment la graine. La graine provient du développement de l’ovule : les téguments de l’ovule se transforment en téguments de la graine et sont diploïdes (2n, maternels) ; l’embryon diploïde (1n maternels + 1n paternels) se développe dans un tissu triploïde (2n maternels + 1n paternels), l’albumen, qui croit aux dépends d’un tissu diploïde, d’origine maternelle, le nucelle qui prend le nom de périsperme.
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La graine est formée :
- d’un embryon (germe ou plantule)
- de réserves nourricières, glucides (haricot, pois, blé, riz…), lipides (noix, tournesol…), protides (haricot, pois…)
- d’une enveloppe protectrice, le tégument.
Chez les plantes dicotylédones (haricot, pois, pépin d’orange et de pomme…), le germe est constitué d’une radicule (future racine), d’une tigelle (future tige), d’une gemmule (deux feuilles et futur bourgeon) et de deux cotylédons (cotylédon = feuille primordiale ou germinale). Les réserves sont autour des cotylédons ou dans les cotylédons (haricot).
Du Fruit : Protection et Dispersion des Graines
Le vrai fruit est un organe contenant les graines et provenant de l’ovaire. Le passage de la fleur au fruit ou « nouaison » est normalement consécutif à la fécondation. Si la nouaison a lieu sans fécondation, on parle de parthénocarpie et le fruit ne renferme pas de graines. En absence ou non de fécondation, la paroi de l’ovaire donne naissance aux tissus du fruit.
Une fois que la fécondation a eu lieu, l’ovaire va évoluer en un fruit avec une paroi plus ou moins charnue selon les espèces végétales. Les sépales, pétales et étamines vont faner et les ovules vont se transformer en graine. Et là encore, les angiospermes redoublent d’ingéniosité pour disperser leurs fruits et leurs graines. Chaque plante développe des fruits ou des graines adaptées à l’agent de dispersion.
La dispersion des graines, séparation des graines (semence) de la plante mère peut se faire de deux façons :
- le fruit s’ouvre et laisse échapper les graines, fruits secs déhiscents
- le fruit et les graines se séparent de la plante mère, le fruit ne s’ouvre pas, fruit sec indéhiscent et fruit charnu.
La Germination : Le Début d'une Nouvelle Vie
La germination correspond à la sortie de la radicule qui s’enfonce dans le sol et donne la radicelle (petite racine). Chez certaines plantes, de bonnes conditions extérieures favorables (eau, air et température) sont suffisantes pour que la graine germe. Chez d’autres, malgré de bonnes conditions extérieures, la graine n’a pas atteint sa maturité et est inapte à germer, c’est la dormance (hivernale ou estivale).
Importance de la Fécondation et de la Pollinisation
La pollinisation est capitale pour les cultures car elle contrôle la production des graines et des fruits même si des exceptions existent. Une insuffisance de pollinisation entraîne des conséquences économiques graves car elle impacte les rendements horticoles et agricoles et la qualité des productions. Il est donc capital de protéger les pollinisateurs et de tenir compte lors de la plantation de la disposition des arbres pollinisateurs pour assurer une bonne pollinisation. Les insecticides versés sur les plantes à fleurs cultivées réduisent la fécondité de ces insectes pollinisateurs. Or les insectes pollinisateurs sont à l'origine de 34% de nos ressources alimentaires.
La reproduction des plantes à fleurs dépend de la quantité d’eau et de sels minéraux présents dans le milieu de vie mais également des prédateurs présents (chenilles, pucerons….). Pour les plantes à fleurs dont le pollen est transporté par les animaux, leur reproduction dépendra de la présence de ces derniers. L’utilisation d’insecticides ou les aménagements humains peuvent perturber la reproduction d’espèces. L’Homme peut prendre des mesures pour limiter ces perturbations.
La Diversité Génétique : Un Atout Évolutif
La reproduction sexuée, grâce à la fécondation croisée, permet la diversité génétique des plantes. Cette diversité génétique permet une sélection, sélection qui peut-être naturelle ou être le résultat d’un travail. Depuis le néolithique, l’Homme a sélectionné des plantes pour sa consommation. Ce travail de sélection s’est progressivement organisé et fût l’œuvre des agriculteurs. A la fin du XIXe siècle, certains agriculteurs sont devenus des semenciers. Les modes de sélection ont aussi évolué avec pour objectif d’obtenir des variétés plus homogènes, voire uniformes, ces semences sont dites certifiées. Lorsqu’elles sont ressemées par les agriculteurs on parle de « semences fermières ». Depuis quelques années, certains veulent conserver la biodiversité locale et sélectionnent et produisent leurs semences, « semences paysannes ». C’est à partir de lignées « pures » que s’est développée la technique des hybrides F1. Cette technique a pour objectif d’obtenir des plantes ayant des caractéristiques intéressantes provenant des deux variétés parentales. Elle est aisée quand les fleurs mâles et femelles sont séparées, comme pour le maïs, mais plus difficile dans le cas contraire. Les semenciers ont alors recours à la stérilisation mâle pour l’une des variétés. L’inconvénient majeur des hybrides est l’impossibilité de réutiliser ses propres semences.
La Reproduction Asexuée : Une Alternative à la Fécondation
Les cellules sexuelles n’interviennent pas dans cette reproduction, c’est une multiplication végétative qui donne une plante identique à la plante mère. Toutefois, chez de nombreuses plantes, les deux modes de reproduction peuvent exister chez une même plante. Ce type de reproduction est plus rapide et plus sûr que celle de l’utilisation de graines car les réserves sont souvent abondantes.
à partir d’un organe ou d’un fragment d’organe isolé, une bouture, se reconstitue une nouvelle plante. Les cultures in vitro végétales sont des cultures d’explants de plantes, sur un milieu artificiel spécifique, dans des conditions stériles, dans un environnement contrôlé (température, pH et éclairement) et dans un espace réduit. Les explants peuvent être des parties d’organes ou des organes entiers (tige, feuille, racine, fleurs, etc.), des tissus, des pièces florales, des graines ou des embryons, des bourgeons ou des apex ou des méristèmes, des cellules somatiques ou sexuelles, des protoplastes. en obtenir 50 000 ; préserver des espèces anciennes et/ou menacées, conserver la biodiversité ; élaborer de nouvelles variétés plus rapidement ; garder des plants stériles, obtenir des plantes saines et guérir les plantes de leurs maladies.
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