Elément de botanique Travaux pratiques
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1 ère bachelier en Sciences biologiques
Année académique 2010-2011
1. Introduction
L’objectif des travaux pratiques du cours d’élément de botanique est d’illustrer le cours théorique.
Il y comprendra deux types d’exercices. Le premier consiste en la réalisation d’un herbier de 30 planches construites entièrement par l’étudiant. Ce travail permettra de s’initier à la botanique de terrain et à la détermination des plantes au moyen d’une flore. La seconde partie de la formation est réalisée au cours de 7 séances de travaux pratiques organisées en laboratoire. Elles ont pour objectif d’initier l’étudiant à la diversité du règne végétal (sensu lato). Les TP se traduiront par la réalisation d’une farde reprenant l’ensemble des observations et évaluations.
Les cotations pour le cours d’élément de botanique s’établiront de la manière suivante : 20% pour la réalisation de l’herbier
20% pour la farde de TP 60% pour l’examen oral
L’examen oral portera sur la matière vue au cours théorique et aux TP. Lors de cet examen, l’étudiant devra être capable de déterminer 2 plantes en 10 minutes à l’aide d’une flore de référence et de commenter les planches de son herbier.
1.1. Matériel personnel Matériel à acquérir :
9 Brucelles
9 Aiguilles montées 9 Scalpel
9 Lame de rasoir 9 Compas
9 Petite règle ou équerre 9 Papier millimétré
9 Crayon ordinaire ou taille crayon 9 Crayon de couleur
9 Gomme
9 Chiffon doux en coton 9 Flore de référence :
Lambinon, J., De Langhe, J.-E., Delvosalle, L., Duvigneaud, J. Nouvelle flore de la Belgique, du G.D. de Luxembourg, du Nord de la France et des régions voisines. Editions du Patrimoine du Jardin botanique national de Belgique.
9 Loupe de terrain pour les excursions et les identifications 9 Farde
9 Feuilles
1.2. Matériel distribué par l’Unité de biologie végétale 9 Lames porte-objet
9 Lame couvre-objet
9 Pipette pasteur 9 Verre de montre 9 Colorants
1.3. Matériel d’observation 1.3.1. Binoculaire Description
La loupe binoculaire est composée d’un statif portant une crémaillère sur laquelle se trouve deux oculaires. La crémaillère est commandée par une vis bilatérale qui permet le déplacement vertical des oculaires. Un support en verre muni de valets est destiné à recevoir le matériel à observer.
Utilisation
L’acuité visuelle différant souvent entre les yeux d’une même personne, un réglage adapté à la vue de chacun est nécessaire. Ce réglage, une fois réalisé, reste valable pour l’ensemble des observations de la séance. Il s’effectue en deux étapes par une mise au point sur du papier quadrillé. La première mise au point est effectuée avec l’oculaire fixe en agissant sur la crémaillère. La seconde mise au point est réalisée, avec l’autre œil, uniquement avec l’oculaire réglable par rotation de sa bague filetée. L’écartement des oculaires doit être ajusté.
La mise au point ultérieure, sur un objet à examiner, est effectuée par simple déplacement de la crémaillère. Un bon réglage de l’objet est indispensable.
1.3.2. Microscope Description
Utilisation
1. Allumer la lampe sous le microscope
2. Déposer la lame porte-objet sur la platine, l’insérer sous les valets 3. Utiliser l’objectif 3,5x
4. Centrer la préparation sous l’objectif
5. Régler l’intensité lumineuse en ajustant l’ouverture du diaphragme avec la manette du diaphragme
6. Effectuer la mise au point en montant la platine jusqu’à la butée avec la vis bilatérale de la crémaillère (sans regarder par l’oculaire). Ensuite, l’œil à l’oculaire, descendre la platine au moyen de la vis bilatérale jusqu’à voir apparaître l’image et jusqu’à dépasser légèrement la mise au point. Ces opérations s’effectuent en vitesse rapide. Tourner alors la vis en sens inverse afin d’affiner la mise au point en vitesse lente.
7. Explorer la préparation puis centrer l’objet à observer 8. Mettre en place l’objectif 10x
9. Effectuer la mise au point
10. Régler l’intensité lumineuse en ajustant l’ouverture du diaphragme et l’éloignement du condenseur
11. Explorer la préparation puis centrer l’objet à observer 12. Mettre en place l’objectif 40x
13. Effectuer la mise au point
14. Régler l’intensité lumineuse en ajustant l’ouverture du diaphragme et l’éloignement du condenseur
1.4. Représentation
Deux types de représentations sont principalement utilisés : le dessin et le schéma. Le diagramme floral est une type particulier de schéma exclusivement réservé à la description des composantes florales (voir TP 6 et 7).
Dans tous les cas, les représentations doivent être claires et suffisamment grandes (ne pas hésiter à utiliser une page entière).
1.4.1. Dessins Principe
Le dessin est une représentation fidèle de l’objet. Il est réalisé à main levée au crayon, les traits doivent être fins et nets. L’utilisation de crayons de couleurs est interdite. Les hachures et les noircissement sont également proscrits. Le dessin s’accompagne toujours d’une légende précise (ligne de rappel) et d’une échelle. Le choix de l’échelle conditionne la représentation des détails. L’utilisation d’un effet de zoom permet de cantonner les dessins de détails à une partie restreinte de l’objet en utilisant une échelle plus grande.
En morphologie, lorsque le dessin est partiel, il faut interrompre les organes incomplètement représentés par deux segments parallèles pointillés. En anatomie, les tissus et les cellules peuvent être interrompus de la même façon.
Echelle
9 Echelle numérique
L’échelle est indiquée sous forme d’un rapport simple.
E = dimension de l’objet représenté / dimension de l’objet réel
9 Echelle graphique
L’échelle consiste en un segment correspondant à x unités dans la réalité.
En microscopie, le calcul de l’échelle utilise le diamètre du champ optique, fonction de l’objectif utilisé.
Objectif 3,5x présente un diamètre de 4000µm Objectif 10x présente un diamètre de 1400µm Objectif 40x présente un diamètre de 350µm
Convention
En anatomie, des conventions de traits clarifient la représentation des parois des cellules et renseignent sur le type et la nature de leurs épaississement.
9 Paroi primaire :
Cellulose : trait simple entre deux cellules voisines
9 Paroi secondaire :
Cellulose : deux traits entre deux cellules
Lignine et subérine : trois traits entre deux cellules voisines X unité
Cutine : trait continu
1.4.2. Schéma
Le schéma est une représentation symbolique, sans que la notion d’échelle n’intervienne. Le choix des symboles est essentiel, il s’agit le plus souvent de formes géométriques simples. Le schéma est également réalisé au crayon, mais à l’aide d’instruments. La légende qui accompagne le schéma consiste en une liste des symboles utilisés suivis de la signification de leur sens. La signification des symboles peut être aussi directement précisée par des lignes de rappel.
1.4.3. Comparaison entre dessin et schéma
a) Exemple en histologie : coupe transversale dans un organe cylindrique 9 Dessin d’une portion de la coupe
Tissu A formé de cellules dont la paroi secondaire est composée principalement de lignine Tissu B et D formés de cellules ne présentant par d’épaississement secondaire
Tissu C formé de cellules dont la paroi secondaire est composée principalement de cellulose
9 Schéma
b) Feuille composée pénnée de Rosa sp.
9 Dessin
9 Schéma
= Pétiole
= rachis = pétiolule = foliole
= stipule
ou
1.5. Ouvrages de référence
Bastin, De Sloover, Evrard et Moens, 1996. Flore de la Belgique, 4ème édition. Ed. Artel, Namur, 359 pp.
Blamey et Grey-Wilson. La flore d’Europe occidentale.
Bon, 1988. Champigons d’Europe occidental. Ed. Arthaud. 368 p.
Foliole
Rachis
Pétiolule Pétiole
Stipule
Dulière, Tanghe et Malaisse, 1995. Répertoire des groupes écologiques du fichier écologique des essences.
Judd, Campbell, Kellogg et Stevens, 2002. Botanique systématique, une perspective phylogénétique. Ed. De Boeck, Bruxelles, 467 pp.
Lambinon, De Langhe, Delvosalle et Duvigneaud. Nouvelle flore de la Belgique, du G.D.
de Luxembourg, du Nord de la France et des régions voisines. Editions du Patrimoine du Jardin botanique national de Belgique.
Raven, Evert et Eichhorn, 2000. Biologie végétale. Ed. De Boeck Université, Bruxelles, 940 pp.
Roland et Vian, 1997. Atlas de biologie végétale, tome 1 : organisation des plantes sans fleurs. Ed. Masson, Paris, 136 pp.
Spichiger, Savolainen, Figeat et Jeanmonod, 2002. Botanique systématique des plantes à fleurs, une approche phylogénétique nouvelle des Angiospermes des régions tempérées et tropicales. Ed. Presses polytechniques et universitaires romandes, collection biologie, Lausanne, 413 pp.
1.6. Sites Internet illustrant les TP
Ces sites sont donnés à titre informatif. L’équipe de botanique ne peut en aucun cas être tenue responsable de leur contenu qui pourrait ne pas être en adéquation parfaite avec le cours d’élément de botanique.
9 Taxonomie du règne des Métaphytes
http://www.ustboniface.mb.ca/cusb/abernier/Plantes/taxonomi.html 9 Illustration des coupes
http://www.ac-creteil.fr/svt/photos/mnu_alb3.htm http://www.ac-creteil.fr/svt/microsc/mnu_micro.htm http://www.xylo.for.ulaval.ca/sbo17184/sbo17184.htm
9 Illustrations des taxons
http://www.mpiz-koeln.mpg.de/~stueber/koehler/
http://www.science.siu.edu/landplants/
http://ispb.univ-lyon1.fr/cours/botanique/
http://www.mpiz-koeln.mpg.de/~stueber/lindman/
http://erick.dronnet.free.fr/belles_fleurs_de_france/index.htm 9 Institutions
Jardin botanique national de Belgique : http://www.br.fgov.be Royal Botanic Gardens Kew : http://www.rbg.kew.org.uk
Muséum national d’Histoire Naturelle (Paris) : http://www.mnhn.fr
1.7. Responsabilité et ordre
Chaque étudiant est responsable du matériel mis à sa disposition. Toute défectuosité, tous bris de matériel, toute disparition, doivent être immédiatement signalés.
2. Herbier : mode opératoire
2.1. Consignes
Dans le cadre des Travaux Pratiques du cours d'éléments de botanique, il est demandé aux étudiants de réaliser un herbier comprenant 30 planches dont :
- Un maximum de :
9 3 Dicotylédones ligneuses (arbres ou arbustes) indigènes. Les arbres de parcs ou de jardins sont exclus. Concrètement, cela signifie que l'étudiant récoltera ses espèces ligneuses en forêt.
- Un minimum de : 9 1 Bryophytes 9 1 Ptéridophytes 9 1 Gymnospermes 9 2 Poaceae
9 2 Asteraceae
9 25 familles végétales
Les prêles, fougères, gymnospermes et angiospermes devront être présents dans la
"Nouvelle flore de la Belgique, du G.D. de Luxembourg, du Nord de la France et des régions voisines", qui constitue l'ouvrage de référence utilisé aux TP. Si cette flore n’est pas disponible, les étudiants pourront utiliser la flore suivante : Bastin, De Sloover, Evrard et Moens, 1996. Flore de la Belgique, 4ème édition. Ed. Artel.
Les végétaux devront être identifiés jusqu'au niveau spécifique.
Pour les mousses et les hépatiques l'identification au niveau d'un rang taxonomique supérieur (embranchement ou classe) est suffisante.
Les champignons et les algues ne peuvent pas être inclus dans l’herbier.
L’accent doit être mis sur la diversité. Un herbier doit comprendre 25 familles différentes.
2.2. Récolte du matériel végétal
La plante devra toujours être en floraison ou en fructification. Les fleurs ou les fruits devront être présents sur la planche. Pour les espèces herbacées, la plante entière (racines y compris) sera prélevée.
Les plantes seront récoltées dans des milieux variés. Pour chaque plante récoltée, les informations suivantes seront de suite consignées dans un carnet de terrain : un numéro de récolte, la localité administrative, la date, le biotope (forêt de feuillus, bord de route, prairie, haie, etc....), le mode de pollinisation, le mode de dissémination et le type biologique (chaméphyte, géophyte, …). Deux ou 3 exemplaires de chaque espèces seront ramenés au bureau si l'espèce n'a pu être déterminée avec certitude sur le terrain.
Une loupe de poche pliante est souvent nécessaire pour l'observation du matériel en vue de la détermination sur le terrain.
Remarques :
- ne pas prélever dans les Réserves Naturelles.
- ne pas prélever d'espèces protégées (voir liste en annexe)
- les ligneux seront représentés par un rameau feuillé (pas simplement une feuille)
2.3. Séchage des échantillons
Le matériel est placé entre 2 feuilles de papier journal (+/- aux dimensions de la planche de montage final) et mis sous presse (2 planches de bois surmontées d'un poids lourd suffisent). Les exemplaires de grande taille seront pliés "en accordéon". Le papier sera changé plusieurs fois si nécessaire, fréquemment si la récolte a eu lieu un jour de pluie ou pour des plantes des milieux humides. Une semaine de séchage suffit en général.
Cas particulier des champignons.
Certains champignons pérennes (récoltés sur des troncs d'arbre par exemple) conservent leur aspect en herbier, ils ne nécessitent aucun traitement préalable. Cependant la majorité des espèces pourrissent très rapidement une fois récoltées. Dans ce cas, l'étudiant en réalisera une description sommaire (forme, couleur, odeur particulière,…) et le séchera rapidement (sur un radiateur par exemple). Une fois sec il sera placé dans un sachet de type cellophane (disponible chez l'assistant) pour conservation. On parle d'exciccatat.
Facultatif : la couleur des spores étant un critère fondamental pour l'identification des champignons à lames, l'étudiant pourra tenter de réaliser une "sporée". Dès la récolte, l'exemplaire est placé sur une feuille de papier blanc, le chapeau séparé du pied et posé "lames contre la feuille". L'ensemble est enfermé dans une feuille aluminium. Après quelques heures, si l'exemplaire est "mâture", les spores présentes sur les lames se déposent sur le papier. On peut alors en noter la couleur.
2.4. Mise en herbier
Lorsque le végétal est sec, il peut être monté définitivement. Sur une planche ne peut apparaître qu'un individu, ou plusieurs individus de la même espèce récoltés le même jour sur la même station. Les exemplaires de grande taille peuvent être pliés. Il sera fixé à l'aide de petites bandelettes blanches. Des éléments trop volumineux (racines, bulbes..) pourront être coupés longitudinalement. Des éléments détachés (aiguilles de conifères, fruits, fleurs...) peuvent être placés dans une petite enveloppe ou un petit sac plastic collé sur la planche.
L'étiquette est collée dans le coin inférieur droit de la planche.
Les plantes séchées sont fixées sur une planche de papier épais (de type bristol), de format 26 x 38 cm (approximativement). Veillez à ne pas vous écarter de ces dimensions de plus de 2 ou 3 cm. La fixation se fait à l'aide de papier gommé ou de petites bandes d'adhésif blanc (pas de papier collant "classique"). Une étiquette sera collée dans le coin inférieur droit de la planche. Chaque planche est placée dans une double feuille de papier buvard ou autre, de façon à protéger le végétal et à récupérer les éléments qui pourraient s'en détacher (fruits, aiguilles....). L'ensemble de l'herbier est maintenu de préférence entre 2 cartons épais, ou planchettes de bois reliés par des sangles.
Le bristol et la chemise de protection sont à acheter par l'étudiant. Des herbiers types seront en vente à l’unité de botanique.
Les déterminations des ptéridophytes (prêles et fougères) et spermatophytes (gymnospermes et angiospermes) seront réalisées à l'aide de la flore suivante :
LAMBINON, J., DE LANGHE, J.-E., DELVOSALLE, L., DUVIGNEAUD, J. Nouvelle flore de la Belgique, du G.D. de Luxembourg, du Nord de la France et des régions voisines. Editions du Patrimoine du Jardin botanique national de Belgique.
L'utilisation de flores illustrées et le choix de celles-ci lors de la réalisation de l'herbier sont laissés à l'appréciation de l'étudiant. Des conseils dans le choix de ces flores peuvent être obtenus auprès des enseignants.
2.5. Etiquette
Ses dimensions approximatives : 7-10 x 9-12 cm Elle reprendra les rubriques suivantes :
- Collection (ou Leg.) = nom du propriétaire de l'herbier
- N° = numéro de la planche : plusieurs types de numérotation sont possibles
* numérotation faisant référence à la date complète de récolte (ex : 96081504 = quatrième plante récoltée le 15 août 1996)
* numérotation faisant référence à une partie de la date de récolte (ex : 960732
= trente deuxième plante récoltée en juillet 1996)
La numérotation faisant référence à la date complète de récolte est la plus pratique.
Rappel : ce numéro est donné dès la récolte sur le terrain, il doit "suivre" la plante depuis sa récolte jusqu'au montage.
- Loc. = localité administrative de récolte.
- Date = date de récolte (même si on y a fait référence à la rubrique "N°") - Pays = peut être abrégé (B. pour Belgique)
- Biotope (ou milieu) = milieu où a été récoltée la plante (forêt de feuillus, vieux mur, terrain vague, terril, marais, ...).
- Obs. = observations que vous jugez utiles de signaler pour la détermination de la plante, et qui n'apparaissent pas sur l'exemplaire. Ex : la couleur originelle des fleurs si elle a changé au séchage, la taille d'un arbre ou d'un arbuste, une odeur particulière...
Avec la plante séchée et les indications notées dans la rubrique observation, on doit être capable de redéterminer l’espèce prélevée.
- Type pol. = type de pollinisation observé ou supposé (anémophile, entomophile, …).
- Type dis. = type de dissémination observé ou supposé (zoochore, anémochore, …).
- Type bio. = type biologique de la plante (terrophyte, chaméphyte, …) - Famille = famille taxonomique (voir cours). Ex : Ericaceae.
- Nom = Nom latin complet de la plante, à savoir : Genre + épithète spécifique + Auteur Ex : Calluna vulgaris (L.) Hull Notez :
qu’un nom latin ne prend jamais d’accent.
que le nom de genre commence toujours par une majuscule
que l’épithète spécifique commence toujours par une minuscule
qu’il nécessaire de noter le nom du ou des parrains (descripteur) en entier.
Lorsque le nom est abrégé, l’abréviation est suivie par un point (ex : L.)
- Nom vern. = nom vernaculaire = nom français Ex. Callune, bruyère commune.
- Det. = Determinavit = Personne qui a déterminé la plante.
Remarques : si une détermination n'est pas certaine, on peut faire précéder le rang taxonomique incertain de
"cf.". Ex. Carex cf. flacca Schreb. signifie que la personne qui a déterminé la plante est certaine qu'il s'agit bien du genre Carex, mais n'est pas certaine de l'espèce flacca. Si elle n'a aucune idée de l'espèce, elle notera Carex sp.
La famille et le nom latin complet ne sont demandés que pour les ptéridophytes et spermatophytes.
Les étiquettes seront rédigées à l'encre noire (l'ordinateur ou la machine à écrire ne sont pas obligatoires, si l'écriture est correcte).
Exemples d'étiquettes correctes, parmi d'autres, la présentation générale de l'étiquette est laissée au choix de l'étudiant :
Coll. :
Date : N° :
Loc. : Pays :
Biotope : Obs. :
Type pol. : Type dis. : Type bio. :
Famille : Nom. : Nom vern. : Det. :
2.6. Compilation des planches d’herbier
Chacune des planches sur lesquelles on a fixé une plante est protégée par un buvard. Ceci permettra aussi à la plante de continuer à sécher dans l’herbier.
Les planches devront être regroupées par famille et classée par ordre alphabétique. Une feuille reprenant la liste des espèces mises en herbier, les familles, leur mode de pollinisation, leur mode de dissémination et leur type biologique, sera annexée à l’herbier.
Familles Espèces Type de
pollinisation
Type de dissémination
Type biologique
3. Travaux pratiques en laboratoire
3.1. Réalisation de la farde de travaux pratiques
Une page de garde (titre, nom et prénom, groupe, année académique) doit figurer dans la farde des travaux pratiques (TP) du cours d’élément de botanique. Indiquez également le nom de votre partenaire de TP.
Un rapport couvre la matière vue sur une séance de TP (4h).
Chaque séance de TP fait l’objet d’un rapport manuscrit. Celui-ci reprend la date et le titre général de la manipulation, les nom et prénom de l’étudiant ainsi que le groupe dans lequel il se trouve. L’ensemble du rapport doit être structuré, chaque exercice (tableau, dessin, …) comportant un titre précis et complet. L’ordre de présentation des schémas et des dessins doit correspondre à celui exposé dans le mode opératoire. Chaque rapport doit être précédé du mode opératoire correspondant.
Les protocoles et les rapports, insérés chronologiquement dans la farde de TP, doivent être paginés. Indiquez sur la première page le numéro de palliasse ainsi que le numéro du matériel optique utilisé.
Pour faciliter les corrections, il est vivement déconseillé d’utiliser des fardes chemises.
La lecture attentive des protocoles est un préliminaire nécessaire à toute
séance de TP. De même, il est demandé aux étudiants de revoir les chapitres
du cours théorique qui seront illustrés aux TP. Avant chaque séance de TP,
les connaissances sur la matière traitée pourront être évaluées. Les
questions de réflexions soumises dans les différents modes opératoires
doivent être complétées avant l’entrée dans le laboratoire. Ceci constitue
une condition nécessaire à la participation et à la cotation de la
manipulation.
3.2. Synopsis
TP1 : Bryophytes et Ptéridophytes Objectif :
Etude histologique dans les organes reproducteurs de Bryophytes et de Ptéridophytes.
Etude de matériel frais ou en herbier.
Matériel :
- Hépatiques à thalle : * Marchantia matériel en herbier, photo
* observation microscopique d'anthéridies et d’archégones - Gametophyte et sporophyte de Bryophyte (observation de la coiffe, de l’opercule et du
péristome)
- Sphaigne : matériel frais - Lycopodes en herbier
- Equisetum sp. en herbier (+ strobiles en alcool) - Spores à Elatères d'Equisetum: à monter par l'étudiant - Filicales : frondes fertiles en herbier
- Filicales : coupes dans prothalle pour anthéridies et archégones
- Démonstration sur matériel d'herbier des principaux ordres de Filicales
TP2 : Gymnospermes Objectifs :
Etude histologique des gymnospermes.
Etude de matériel frais ou en herbier.
Matériel :
- Pinus sp. : coupes dans cône et ovule ; montage de grains de pollen par l'étudiant
- Matériel frais : les principaux genres de conifères présents dans nos région. Identification, notion de clef dichotomique.
TP3 : Angiospermes, histologie Objectifs :
Etude anatomique et morphologique des organes reproducteurs d’Angiospermes.
Etude histologique tiges de dicotylédones en structure primaire et secondaire.
Matériel :
- Coupe dans un anthère de Lilium sp.
- Coupe dans un sac embryonnaire de Lilium sp.
- Androcée et gynécée d’une tulipe.
- Coupe dans une tige de Teucrium sp.
- Coupe dans une tige de Syringa sp. en structure secondaire.
TP4 : Angiospermes, biologie florale Objectifs :
Etude des diagrammes floraux et des formules florales Reconnaissance des différents types d’inflorescences Matériel :
Magnolia, Ail des Ours, ficaire, Lamier blanc, …
TP5 : Angiospermes, fruits et graines Objectifs :
Etude des différents modes de placentation, des fruits et des graines Etude des modes de déhiscence et de dispersion
Matériel :
Différents fruits d’Angiospermes (pomme, fraise, raisin, ananas, …)
TP6-7 : Angiospermes, systématique Objectifs :
Identification de matériel frais à l'aide des clefs de la flore, illustration du vocabulaire organographique (types de feuilles, inflorescences…), construction de formules florales, de diagrammes floraux.
Matériel :
Asteraceae, Fabaceae et Rosaceae (distinction entre Prunus sp. et Malus sp.) Lamiaceae, Brassicaceae, Ranunculaceae et Poaceae
TP1 : Bryophytes et Ptéridophytes
1. Introduction générale
Il y a +- 4,5 milliards d’année, la croûte terrestre s’est refroidie et solidifiée. La vapeur d’eau, en se condensant, fut à l’origine des océans. La vie se développa dans ces mers primitives. Les premiers êtres vivants, microscopiques et unicellulaires, furent des bactéries dont les Cyanobactéries. Les premiers eucaryotes sont apparus dans ces mers ; ce sont les protistes. Les Cyanobactéries, puis certains Protistes à caractère végétal (Algues) pratiquèrent la photosynthèse. Peu à peu, l’atmosphère s’enrichit en oxygène. Cette étape cruciale permit le développement de la vie terrestre animale et végétale. Parmi ces premiers végétaux terrestres figurent les Bryophytes. Ceux-ci ne prirent jamais une forte ampleur. Ils restèrent très tributaires des milieux humides pour leur croissance et leur développement. Les Ptéridophytes acquirent un système conducteur particulièrement adapté au milieu terrestre.
Seule leur reproduction s’opère encore dans l’eau. D’autres, appelées Ptéridospermés,
« inventèrent » l’ovule ; ces dernières ne sont plus connues qu’à l’état de fossiles.
Les Gymnospermes sont généralement des arbres dont les organes sexuels aériens préfigurent la fleur vraie. Ils apparurent à la fin du Carbonifère.
C’est à la fin de l’ère Secondaire qu’apparurent les premières Angiospermes (ou plante à fleur). Leurs graines sont enfermées dans un organe clos (fruit). Les Angiospermes occupent avec succès des milieux écologiques très divers dont les Gymnospermes se trouvent exclus ; ces derniers subsistent dans les milieux souvent moins favorables comme les zones très froides (la taïga ou les montagnes).
2. Objectifs
Les cinq premières manipulations ont pour objectif d’illustrer l’évolution de la vie végétale. Nous n’avons malheureusement pas le temps d’aborder l’ensemble des phyla végétaux. Nous ne parlerons donc pas des Procaryotes photosynthétiques (Cyanobactérie) ou des Protistes photosynthétiques (algues sensu lato). Nous étudierons uniquement les végétaux
« supérieurs » en commençant par les plus primitifs, les Bryophytes et les Ptéridophytes. La seconde séance sera consacrée au Gymnospermes. Les trois dernières séances permettront de caractériser les Angiospermes. Nous mettrons en évidence au cours de ces 5 séances les
« sauts évolutifs » majeurs :
- colonisation de la terre ferme ; - apparition des tissus vasculaires ; - indépendance vis à vis de l’eau ;
- apparition de l’ovule et du grain de pollen ; - apparition de la fleur ;
- apparition du fruit.
3. Procaryotes photosynthétiques (Cyanobactéries)
Parmi les Procaryotes photo-autotrophes, les Cyanobactéries (ou « algues bleues ») forment une classe de +-3000 espèces, se distinguant par une photosynthèse oxygénique.
Les Cyanobactéries ont largement contribué à l’enrichissement de l’atmosphère en oxygène durant l’ère Précambrienne où elles étaient les seuls organismes photosynthétiques.
Beaucoup de Bactéries dont certaines Cyanobactéries sont capables de fixer l’azote moléculaire atmosphérique (N2). Cette fixation de N2 est exclusivement rencontrée chez les Monères. Chez certaines Cyanobactéries filamenteuses (ex : Nostoc sp.) l’assimilation d’N atmosphérique est réalisée par des cellules spécialisées, les hétérocystes. Ces bactéries à thalle présentent donc un début de différenciation cellulaire.
D’un point de vue macroscopique, la majorité des Cyanobactéries vivent en suspension dans les eaux douces ou marines (plancton). Certaines « algues bleues » forment des
« encroûtements » visibles notamment sur les rochers des côtes marines ou dans les flaques d’eau asséchées. Un cas particulier est l’accumulation de sédiments calcaires provenant d’algues bleues pour former des stromatolithes. L’étude de ces concrétions calcaires a contribué largement à la reconstitution de l’évolution des organismes vivants. D’autres cyanobactéries forment des associations symbiotiques notamment avec des champignons pour constituer des lichens.
4. Protistes végétaux
Ce sont les premiers eucaryotes photosynthétiques. Comme chez tout les eucaryotes, on observe un succession de phase haploïde (n chromosomes) et diploïde (2n chromosomes), suivant respectivement la méiose et la fécondation.
Les protistes végétaux font partie du vaste groupe paraphylétique des thallophytes contenant notamment les algues et les champignons. La différenciation cellulaire est faible.
Un grand nombre de thallophytes sont des unicellulaires.
Les algues forment un groupe végétal extrêmement important (plus de 20.000 espèces) dans lequel on classe des individus de morphologie fort différente. Parmi celles-ci, les diatomées sont des cellules vivant isolées ou en colonies. Elles ont pour particularité de disposer d’une paroi (ou frustule) de silice formée de deux valves. Ces thèques sont de forme variable avec des ornementations diverses. Leur étude dans les milieux aquatiques présente un grand intérêt dans l’évaluation de la pollution d’eau.
En simplifiant, les algues plus évoluées sont classées en fonction de la couleur des pigments : rouge (embranchement des Rhodophytes), brune (embranchement des Phéophytes) ou verte (embranchement des Chlorophytes). Ces couleurs sont le résultat de l’adaptation des algues à leur milieu. En effet, les pigments interviennent dans la capture de l’énergie lumineuse nécessaire pour la photosynthèse. Or, on sait que la lumière est constituée de différents rayons de longueur d’onde variable. Quant les rayons solaires atteignent la surface des mers, des lacs et des rivières, une partie est réfléchie, le reste pénètre dans l’eau. Alors que certains rayons sont rapidement absorbés, le vert et le bleu pénètrent profondément et déterminent la couleur des eaux. C’est ainsi que les algues vertes se développent dans les
Fucus vesiculosus L. est une algue brune très abondante sur les côtes atlantiques. Elle constitue une part importante du goémon, utilisé comme engrais. Le cycle d’un autre Fucus, monoïque, est résumé ci-dessous. La phase diploïde est dominante pour cette espèce.
5. Bryophytes
5.1. Introduction
¾ Caractéristiques
L’embranchement des Bryophytes marque le début du Règne des Métaphytes, plantes qui progressivement se sont adaptées aux milieux terrestres. Les Mousses sont en effet les premiers végétaux à présenter un "Cormus" c'est-à-dire une organisation de l'organisme typique : racine, tige, feuille. Cet embranchement comprend deux classes principales : Les Hepatospida et les Bryopsida.
Les Hépatiques sont couramment scindées en 2 groupes faciles à distinguer mais n’ayant pas de valeur taxonomique : les hépatiques à thalle et les hépatiques à feuille.
Les Hépatiques à thalle possèdent un appareil végétatif formé d’une lame verte étalée sur le substrat. En général, le « thalle » possède une ramification dichotomique. La lame est fixée sur le substrat par des rhizoïdes et/ou des écailles. Certaines Hépatiques présentent un thalle très sophistiqué, c’est le cas de Marchantia polymorpha L. emend. Burgeff. Chez cette espèce, les cellules chlorophylliennes sont empilées en petites structures ramifiées au sein de chambres aérifères ; les gamétanges sont portés par des gamétophores et la reproduction asexuée se réalise par l’intermédiaire de propagules.
Figure 1. Cycle d’un Fucus monoïque
Les Hépatiques à feuilles ressemblent extérieurement aux Bryopsida. Elles s’en distinguent par quelques caractères macroscopique : sporophyte possédant une soie hyaline et une capsule sans péristome ni opercule, absence de coiffe, symétrie dorso-ventrale des tiges feuillées, parfois présence de petites feuilles spécialisées appelées amphigastres.
Les Bryopsida se composent de deux ordres principaux : les Bryales et les Sphagnales.
Les Bryales comprennent les vraies mousses. Le gamétophyte est formé principalement de tiges feuillées ancrées sur le substrat par l’intermédiaire de rhizoïdes. Chez certaines espèces évoluées, une ébauche de système conducteur est mise en place au centre de la tige.
En fonction de la position du sporophytes sur la tige, deux groupes sont distingués : les mousses acrocarpes (figure A) et les mousses pleurocarpes (figure B). Les premières portent les sporophytes à l’extrémité des tiges, les secondes ont leurs sporophytes attachés latéralement sur les tiges.
Les Sphagnales sont des Bryophytes quasi exclusivement inféodées aux sols acides et très humides, notamment dans les tourbières. Une adaptation remarquable est la présence de cellules spécialisées dans la rétention d’eau au sein de la feuille : les hydrocytes. Chaque hydrocyte possède une paroi présentant des pores, cette même paroi est invaginée au sein de la cellule (compartiment). Ces cellules sont vides de tout cytoplasme à l’état mature. Les cellules chlorophylliennes sont beaucoup plus petites que les hydrocytes et les entourent.
A B
5.2. Matériel
- Matériel frais et en herbier de Bryophytes appartenant à des classes différentes.
- Coupes histologiques
5.3. Manipulation
Observation d'une hépatique à thalle : Marchantia polymorpha L. (Bryophytes, Hepaticopsida)
Figure 2. A. Mousse Bryale acrocarpe. B. Mousse Bryale pleurocarpe.
Observation d'une coupe microscopique dans un anthéridiophore et un archégoniophore de Marchantia polymorpha L. (Bryophytes, Hepaticopsida)
• Schématisez la structure générale de l’archégoniophore et de l’anthéridiophore. Dessinez une anthéridie et un archégone.
Légende : anthéridie, anthérozoïde immature, archégone, oosphère, col, ventre
Observation d’un sporophyte d’une mousse (Bryophyta, Bryopsida, Bryales, Polytrichaceae)
• Observer un sporophyte : il est constitué d’un pied soudé au gamétophyte, d’une soie et d’une capsule (comprenant l’urne surmontée de l’opercule). Celle-ci est recouverte d’une coiffe, vestige de l’archégone. Sous la coiffe, se trouve l’opercule. Le retrait de l’opercule permet d’observer le péristome constitué de dents.
• Schématiser le gamétophyte et le sporophyte.
Légende : gamétophyte, sporophyte, soie, capsule, opercule, coiffe.
• Dessiner le détail de la capsule montrant l’opercule, l’urne et les dents du péristome.
Observation d'une sphaigne : Sphagnum sp. (Bryophyta, Bryopsida, Sphagnales)
• Observer et dessiner l'organisation générale du gamétophyte formé d'une tige principale portant des rameaux feuillés fasciculés.
Légende : tige feuillée, tige principale, feuille.
• Monter une feuille dans une goutte d'eau entre lame et lamelle. Observer les chlorocytes formant un réseau autour des hydrocytes. Dessiner.
6. Ptéridophytes
6.1. Introduction
¾ Caractéristiques
L’embranchement des Ptéridophytes se distingue notamment de celui des Bryophytes par deux caractères fondamentaux :
- La dominance en taille et en durée de vie du sporophyte sur le gamétophyte.
L’appareil végétatif est diploïde et le gamétophyte est limité à un prothalle microscopique souvent éphémère.
- La présence d’un appareil végétatif plus différencié. Les Ptéridophytes possèdent les tissus vasculaires différenciés (xylème et phloème) réunis en stèle.
Avec les tissus de soutien, ces structures permettent un port dressé et une taille supérieure à celle atteinte par les mousses. Comme chez les Spermatophytes, les Ptéridophytes (excepté les Psilotopsida) possèdent un appareil végétatif différencié en trois types d’organes : les tiges, les feuilles et les racines.
La classe des Filicopsida comprend les fougères proprement dites. La fougère mâle (Dryopteris filix-mas (L.)Schott) est un exemple de Filicopsida. Atteignant 20 à 160 cm de haut, elle peut occuper de grande surface en sous-bois, sur des terrains à tendance acide. Elle
est vivace par sa tige souterraine, le rhizome. Les pousses qui émergent chaque année correspondent aux grandes feuilles ou frondes ou encore mégaphylles. D’abord repliées en forme de crosse, elles sont constituées d’un long pétiole et d’un limbe découpé. Les plus petites divisions du limbe s’appellent pinnules. Les sores sont localisées sur le bord de certaines pinnules. Ils présentent une membrane (indusie) qui recouvre les sporanges.
La classe des Sphenopsida comprend les prêles, parfois appelées « queue de cheval » en raison de leurs denses ramifications en verticilles. Un aspect évolutif important rencontré chez les prêles est la spécialisation de certaines feuilles portant des sporanges. Ces feuilles sont réunies en un épi sporangifère (strobile). Les spores issues des sporanges sont morphologiquement semblables, mais certaines donneront des prothalles unisexués (contrairement aux prothalles toujours bisexués des Filicales).
6.2. Matériel
9 Equisetum sp. en herbier (+ strobiles en alcool) 9 Filicales : frondes fertiles en herbier
9 Filicales : coupes dans prothalle avec anthéridies et archégones
9 Démonstration sur matériel d'herbier des principaux ordres de Filicales
6.3. Manipulation
Observation microscopique d'une coupe dans un prothalle de fougère (Filicopsida).
• Dessiner une anthéridie et un archégone.
Légende : anthérozoïde - anthérozoïde spiralé (mature), oosphère, ventre, col, cellule du canal du col, prothalle.
Observation de sores et sporanges de Dryopteris filix-mas (L.)Schott (Filicopsida)
• Observer les sores à la face inférieure des pinnules d'une fronde (matériel en herbier).
Dessinez.
Légende : sore, indusie, pinnule, fronde
• En utilisant les coupes préparées, dessiner un sporange.
Légende : spore, pédicelle, anneau mécanique.
Observation d'un sporophyte d'Equisetum sp. (Sphenopsida).
• Observer les deux types de tiges chez les Equisetum sp., des tiges fertiles portant un strobile terminal et des tiges stériles portant uniquement des verticilles de feuilles.
Dessinez les deux tiges.
Légende : strobile terminal, écusson à sporange, tige stérile, tige fertile, nœud, entre- nœud, rameau verticillé, verticille de feuilles écailleuses.
7. Questions de synthèse de et de réflexion
1. Déterminez les différences entre procaryotes et eucaryotes dans le tableau ci-dessous.
Caractéristiques Procaryotes Eucaryotes
ADN
Reproduction Taille des cellules Organites
2. Légendez le cycle du Bryophyte exposé ci-dessous avec les termes suivants : sporophyte, gamétophyte, anthéridie, archégone, anthérozoïde, oosphère, coiffe, capsule, spore, rhizoïde, soie, opercule. Indiquez à quel niveau se passe la méiose et la fécondation.
3. Légendez le cycle du Ptéridophyte exposé ci-dessous avec les termes suivants : sporophyte, gamétophyte, anthéridie, archégone, anthérozoïde, oosphère, sore, sporange, fronde, zygote, indusie. Indiquez à quel niveau se passe la méiose et la fécondation.
TP2 : Gymnospermes
1. Introduction
Trois embranchements sont considérés dans ce TP : les Cycadophytes, les Ginkgophytes et les Coniférophytes. D’emblée, il faut noter que le statut taxonomique de ces trois groupes n’est pas encore fixé. En effet, selon les auteurs, ils auront le statut d’embranchement, de sous-embranchement ou de classe. Dans le cadre des TP, nous suivrons l’option prise au cour théorique.
Les Cycadophytes rappellent les palmiers et se rencontrent principalement dans les régions tropicales et subtropicales. Elles sont apparues il y a au moins 250 millions d’années, au permien. La plupart des Cycadales sont des plantes d’assez grande taille (jusque 18m de hauteur). Les structures reproductrices des cycadales sont des feuilles plus ou moins réduites portant des sporanges, lâchement ou étroitement réunies en sorte de cônes aux environs de l’apex de la plante. Avant la fécondation, la portion basale du gamétophyte mâle se dilate et s’allonge, amenant les anthérozoïdes au voisinage des oosphères. Cette portion se rompt ensuite et les anthérozoïdes multiciliés libérés nagent vers les oosphères.
Ginkgo biloba est le seul représentant des Ginkgophytes. C’est l’unique survivant d’un genre qui a peu varié depuis 150 millions d’années. Les ovules du Ginkgo apparaissent par paires à l’extrémité de court pédoncule et produisent, en mûrissant des graines entourées d’une enveloppe charnue. La fécondation ne se réalise qu’après la chute des ovules.
Les Coniférophytes sont toujours ligneuses, parfois de très grande taille (plus de 100m pour les Séquoias) et certaines d’entre elles sont âgées de plusieurs millénaires : 1500-2000 ans pour le ifs européens, 2000-3000 ans pour les Séquoias, jusqu’à 5000 ans pour certains pins de Floride. Chez les Gymnospermes, la graine, composée du spermoderme, d’un embryon et de matière de réserve, a pris la place de la spore comme unité de dispersion. Cette
« invention » a donné aux spermatophytes un énorme avantage sur les cryptogames vasculaires. Comme leur nom l’indique (le mot grec Gymnos signifie « nu » et sperma veut dire « graine »), les graines des gymnospermes ne profitent pas de la protection d’une enveloppe telle que la paroi du fruit qui entoure les graines des angiospermes (plantes à fleur).
Un autre avantage majeur que possèdent les gymnospermes et les angiospermes est leur indépendance à l’égard de l’eau pour le transport de l’anthérozoïde vers l’oosphère. Chez les Gymnospermes, le gamétophyte mâle partiellement développé (le grain de pollen) est transporté mécaniquement au voisinage du gamétophyte femelle, à l’intérieur de l’ovule ; il produit ensuite un tube pollinique. Sans être à l’origine un organe transporteur d’anthérozoïdes, le tube pollinique a finalement évolué pour convoyer des anthérozoïdes non mobiles à l’intérieur de l’ovule jusqu’aux oosphères du gamétophyte femelle.
2. Objectifs
Présenter la diversité des Gymnospermes et les évolutions par rapport aux Ptéridophytes.
3. Matériel
9 Pinus sp. : coupes dans cône et ovule ; montage de grains de pollen par l'étudiant
9 Matériel frais : les principaux genres de conifères présents dans nos région. Identification, notion de clef dichotomique.
4. Manipulations
Observation d'une coupe microscopique dans un ovule de Pinus sp. (Coniferopsida)
• Réalisez un schéma général.
Légende : Ecaille ovulifère, tégument, micropylle, nucelle, endosperme, archégone.
Observation d'une coupe microscopique dans un cône mâle de Pinus sp.
• Réalisez un schéma général de la coupe dans le cône.
• Dessinez une écaille microsporangifère.
Légende : microspores (= grain de pollen), écaille, axe du cône.
Montage et observation de grains de pollen de Pinus sylvestris L.
• Observer les 2 couches de l'enveloppe du grain (intine et exine) et la présence de ballonnets aérifères. Dessiner.
Légende : intine, exine, ballonnet aérifère, grain de pollen
Description et reconnaissance des principaux genres de conifères (Coniferopsida) observables en Belgique.
Ordre des Pinales
• Pinaceae
Picea ex: Picea abies L. (Karst.) Abies ex: Abies alba Mill.
Pinus ex: Pinus sylvestris L.
Pinus strobus L.
Larix ex: Larix decidua Mill.
Pseudotsuga ex: Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco Tsuga ex: Tsuga canadensis (L.) Carr.
Cedrus ex: Cedrus libani A. Rich.
• Cupressaceae
Juniperus ex: Juniperus x media Van Melle
• Taxodiaceae
Sequoiadendron ex: Sequoiadendron giganteum (Lindl.) Buchholz
• Araucariaceae
Araucaria ex : Araucaria araucana (Molina) K. Koch
Ordre des Taxales
• Taxaceae
Taxus ex: Taxus baccata L.
Déterminez l’ensemble du matériel fourni grâce à votre flore. Reconstituez ensuite une clé dichotomique avec vos propres critères d’identification pour déterminer les espèces présentées.
Démonstration : autres classes de Gymnospermes et de pré-spermatophytes
• Ginkgopsida : Ginkgo biloba L.
• Cycadopsida : Cycas sp.
• Gnetopsida : Ephedra sp.
5. Questions de réflexion
Pour chacun des différents groupes abordés au cours des deux derniers TP, définissez les avancées évolutives majeures.
Cyanobactéries :
Protistes végétaux :
Bryophytes :
Ptéridophytes :
TP3 : Angiospermes, histologie
1. Introduction
Les Angiospermes comprennent environ 225000 espèces. Ils diffèrent des Gymnospermes par les principaux caractères suivants :
- l’écaille ovulifère est devenue un carpelle qui entoure complètement les ovules.
Les carpelles forment un ou plusieurs pistils qui, après fécondations, se transforment en fruit(s) ;
- les organes reproducteurs se groupent en fleurs ; - il y a double fécondation.
L’androcée est constitué d’une ou de plusieurs étamines(s). Les quatre sacs polliniques, groupés en deux thèques forment l’anthère qui est portée par un axe, le filet. Au sein des anthères, les cellules haploïdes (microspores) résultant de la méiose se développent chacune en un gamétophyte mâle immature, c’est-à-dire un grain de pollen.
Le gynécée est constitué d’un ou de plusieurs pistils(s). Le ou les carpelles(s) constituant le ou les pistil(s) porte(nt) un ou plusieurs ovule(s). La méiose intervenant dans l’ovule est à l’origine d’un petit gamétophyte femelle qui y reste inclus. Le gamétophyte femelle se compose d’un groupe de cellules haploïdes constituant le sac embryonnaire, entouré de quelques cellules diploïdes maternelles.
Figure 3. 1. C.T. dans gynécée à placentation axile. 2. C.T. dans gynécée à placentation pariétale.
3. Pistil vu de profil.
La placentation désigne la modalité d’association des carpelles formant l’ovaire, impliquant un mode d’insertion défini des ovules. L’identification du type de placentation est capitale pour la détermination des familles d’Angiospermes. Les placentations les plus fréquentes sont :
9 La placentation marginale 9 La placentation axile (fig. 3.1) 9 La placentation centrale 9 La placentation basale
9 La placentation pariétale (fig. 3.2)
2. Objectifs
L’objectif est double. D’une part, on étudie la structure anatomique et histologique des organes sexuels d’Angiospermes. Ceci permet de noter les évolutions de ces structures par rapport aux taxons précédemment étudiés (Bryophytes, Ptéridophytes et Coniférophytes).
D’autre part, on décrit brièvement l’organisation histologique des tissus vasculaires dans une tige de Dicotylédone.
Deux types de représentations sont utilisés : le dessin et le schéma. Dans tous les cas, les représentations doivent être claires et suffisamment grandes (ne pas hésiter à utiliser une page entière). Pour les deux coupes de tiges, avant de commencer vos dessins, relisez attentivement les consignes qui ont été données pour les deux types de représentation.
3. Matériel
- Coupe transversale dans un sac embryonnaire.
- Coupe transversale dans un anthère - Gynécée et androcée de tulipe
- Pistil de coquelicot (Papaver sp.), de ficaire (Ranunculus ficaria) et de Lychnis (Lychnis sp.)
- Coupe transversale dans une tige de Dicotylédone en structure primaire - Coupe transversale dans une tige de Dicotylédone en structure secondaire
4. Manipulations
4.1. Les organes sexuels
Observation du gynécée d’une tulipe
• Observez le pistil, il est constitué de trois carpelles soudés, formant trois loges (placentation axile).
• Réalisez le dessin du pistil vu de profil.
Légende : ovaire, style, stigmate, réceptacle.
• Réalisez une coupe transversale et dessinez là.
Légende : loge, ovule, funicule, paroi du carpelle
Observation microscopique d’une coupe transversale dans un sac embryonnaire de Lilium sp.
• Réalisez un dessin.
Légende : antipodes, micropyle, noyaux polaires, nucelle, oosphère, paroi de l’ovule, paroi du carpelle, synergides, tégument.
Etude des modes de placentations
• Réalisez une C.T. dans les différents pistils distribués (4).
• Déterminez le type de placentation.
• Faites un schéma des coupes et indiquez les zones de soudures par une flèche.
Légende : carpelle, zone de soudure, loge, ovule.
Observation de l’androcée d’une tulipe
• Observez une étamine.
• Réalisez le dessin d’une étamine vue de profil.
Légende : filet, anthère
Observation microscopique d’une coupe transversale dans un anthère de Lilium sp.
• Observez une anthère. Elle est constituée de deux loges ; les 4 sacs polliniques sont réunis et s’ouvrent par deux fentes de déhiscences longitudinales.
• Réalisez un dessin.
Légende : épiderme, assise mécanique, loge pollinique, grain de pollen, fente de déhiscence, sac pollinique.
4.2. La tige
Coupe transversale dans une tige de Teucrium scorodonia (Dicotylédone herbacée) en structure primaire (déjà en évolution vers la structure secondaire)
Réalisez un schéma général Observez :
- un épiderme + poils
- des pôles de collenchyme, localisés dans les angles de la tige, sous l'épiderme - un parenchyme
- du phloème
- une moelle centrale, parfois dégradée
Remarque : notez que l'organisation en faisceaux libero-ligneux des tissus conducteurs et du cambium passe à une organisation en cylindres concentriques en structure secondaire (les faisceaux se rejoignent)
Coupe transversale dans une tige de Syringa sp. (Dicotylédone ligneuse) en structure secondaire
Réalisez un schéma général Observez :
- éventuellement un reste d’épiderme
- le suber, formé de cellules à contour tortueux, à parois épaissies (subérine)
- le phellogène et/ou le phelloderme sont difficiles à observer, très minces, représentés par quelques cellules, entre le suber et le collenchyme.
- du collenchyme - du parenchyme - du sclérenchyme - le phloème secondaire - le xylème secondaire
- la moelle centrale, parfois disparue
5. Questions de réflexions
1. Quel est l’intérêt d’une coupe longitudinale axiale dans un ovaire ?
2. Quel est l’intérêt d’une coupe transversale dans un ovaire ?
TP4 : Evolution de la vie végétale : Angiospermes, biologie florale
1. Introduction
Les plantes à fleur (= Angiospermes) constituent le groupe le plus évolué et le plus diversifié du règne végétal. En conséquence, nous nous attarderons plus longuement sur ses caractéristiques (3 séances).
Taxons Nombre d’espèces décrites
Angiospermes 270000 Gymnospermes 700 Ptéridophytes 10000 Bryophytes 30000 Algues 30000 Champignons 100000
Les organes reproducteurs sont des caractères d’organisation Ils sont mieux conservés que l’appareil végétatif qui lui, va d’adapter selon les conditions du milieu. La morphologie et l’organisation de l’appareil reproducteur seront des critères essentiels dans la classification des plantes. Il est donc crucial de pouvoir le décrire correctement.
1.1. La fleur
Chez les Angiospermes, l’appareil reproducteur est entièrement organisé au sein de la fleur. Celle-ci est portée sur un axe (sinon fleur sessile), formé du pédicelle et du réceptacle.
De l’extérieur vers l’intérieur, on distingue : - calice (K) = sépales
- corolle (C) = pétales - K + C = périanthe - androcée (A) = étamines - gynécée (G) = carpelles
Le schéma floral, la formule florale et le diagramme floral sont trois formes synthétiques de traduction des différentes particularités morphologiques d’une fleur. Leur construction repose sur une série de conventions et utilise un symbolisme approprié.
1.1.1. Schéma floral
On y représente une section longitudinale et axiale de la fleur (plan de section passant par le centre). Les pièces sont dessinées sur le réceptacle. Trois verticilles indiqueront une infinité.
1.1.2. La formule florale
La formule florale est une représentation chiffrée de la composition d’une fleur. Elle précise :
- la symétrie de la fleur - la nature des pièces florales - le nombre de pièces florales
- les soudures éventuelles entre pièces florales
Exemple : CL d’une fleur d’Apiaceae
Par convention, la formule florale débute par un symbole traduisant la symétrie de la fleur auquel succède une série de sigles représentant les différentes pièces florales rencontrées partant de l’extérieur (base de la fleur) vers l’intérieur (sommet ou centre de la fleur).
1
Ex : Brassicaceae : X K4 C4 A2+4 G(2)
n
1.1.3. Le diagramme floral
Le diagramme floral est un schéma rendant compte de l’architecture florale. Il précise :
- la disposition relative de l’ensemble des pièces florales (préfloraison, alternance ou opposition entre pièces florales de cycles adjacents, …) ;
- les soudures éventuelles entre pièces florales ; - la structure interne de l’ovaire.
Construire un diagramme floral revient à projeter les différentes pièces florales (représentées par des symboles et de couleurs appropriés) sur un plan perpendiculaire à l’axe de la fleur.
Organe Observation Symbole Couleur
Axe du rameau Section transversale Cercle plein noir Bractée Section transversale dans
la partie la plus large
Arc de cercle (croissant plein) avec éventuellement la nervure principale en carène
noir
Calice (sépales) Section transversale dans la partie la plus large
idem vert Corolle (pétales) Section transversale dans
la partie la plus large
idem bleu Périgone
(tépales)
Section transversale dans la partie la plus large
idem violet Androcée
(étamines)
Section transversale dans l’anthère
Cercle plein ou forme précise de la coupe transversale (osselet, rein, …)
jaune Gynécée (pistil) Section transversale dans
l’ovaire
Symboliser la ou les feuilles carpellaires et le nombre d’ovules par niveau d’insertion
rouge
Le diagramme floral doit être orienté vis-à-vis de l’axe du rameau portant la fleur et de la bractée sous-tendant le pédicelle floral. Par convention, l’axe du rameau sera placé en haut du diagramme floral, la bractée en bas (voir ci-dessous).
Les pièces florales se disposent le plus souvent selon une série de cercles concentriques, plus rarement selon des spirales ou selon une combinaison de cercles concentriques et de spirales.
1.1.4. Symbolisme utilisé
Formule florale Diagramme floral
Organes ne faisant pas partiede la fleur
Axe du rameau Non représenté de couleur noire Bractée sous-tendant la fleur Non représenté de couleur noire Autres bractées B ou non représenté si la ou
les bractées entourent plusieurs fleurs
de couleur noire
Symétrie de la fleur
Fleur à symétrie spiralée « » Disposition des pièces florales selon des spirales
Fleur à symétrie radiaire « X » Disposition des pièces florales selon des cercles concentriques Fleur à symétrie bilatérale « % » Disposition des pièces florales selon des cercles concentriques avec mentions du plan de symétrie par un trait
interrompu passant par l’axe du rameau et la bractée sous- tendant le pédicelle floral
Fleur sans symétrie Pas de symbole Disposition des pièces florales selon des cercles concentriques Organes faisant partie de la fleur
Calicule « k » de couleur verte
Calice « K » de couleur verte
Corolle « C » de couleur bleue
Pracorolle « c » de couleur bleue
Périgone « P » de couleur violette
Androcée
Etamine introrse Etamine extrorse
« A » de couleur jaune introrse extrorse
Gynécée
Soudure vis-à-vis du réceptacle
Ovaire supère Ovaire semi-infère Ovaire infère Nombre de carpelles Nombre de loges
Nombre d’ovules par loge
« G »
« G » « G » « G » A la suite de la lettre G A la suite du nombre de carpelles et en exposant A la suite du nombre de carpelles et en indice
Symboliser la ou les feuilles carpellaires et le nombre d’ovules par niveau
d’insertion, en tenant comte de la placentation.
Couleur rouge
Divers
Fleur hermaphrodite
Fleur unisexuée mâle
Fleur unisexuée femelle
♂
♂
♀
Représenter le gynécée et l’androcée
Représenter uniquement l’androcée
Représenter uniquement le gynécée
Nombre de pièces florales A la suite des lettres K, C, A, G, …
Représenter autant de symboles Soudure entre pièces florales « ( ) »
si imbrication de soudure :
« [ ( ) ] »
Joindre les éléments soudés entre eux par un trait droit ou brisé
autre possibilité : une flèche joignant les éléments
soudés :
« » Existence de plusieurs cycles
de sépales, pétales ou étamines
Séparer les cycles par un
« + »
Représenter plusieurs cercles concentriques
Pièces florales en nombre variable (d’une fleur à l’autre
Si < 10 : choisir le nombre plus fréquent ou indiquer le nombre minimal et maximal de pièce
Si > 10 : n ou ∞ Pièces florales en nombre
élevés
Si > 10 mais toujours aisément dénombrables : n Si > 10 mais difficilement dénombrable : ∞
Staminode « St » (suit la mention du
nombre de pièces) la couleur est fonction de l’organe dont est issu le staminode
Nectaire « Nect » (suit la mention du nombre de pièces
la couleur est fonction de l’organe dont est issu le nectaire.
Disque nectarifère « D » Deux cercles concentriques
noirs que l’on remplit de hachures rayonnantes Sépales, pétales ou étamines
d’aspect différent (forme, couleur, …) ou soudés partiellement entre eux
Séparer les éléments ou groupe d’éléments différents par une « , »
Si la forme est différentes, schématiser plus ou moins fidèlement un coupe
transversale dans l’organe en question
Pièces florales ayant disparu suite à une réduction du nombre lors des processus évolutifs
Non représenté «
x
» à l’emplacement théoriqueExemples
K5 : Calice à sépales libres K(5) : Calice à sépales soudés
C (3,2) : Corolle à pétales soudés formant deux lèvres (une lèvre à 3 pétales et l’autre à 2 pétales)
P3 : Périgone à 3 tépales P0 : Périgone nul
A5 : Androcée formé par un cycle de 5 étamines A3+3 : Androcée formé par deux cycles de 3 étamines
A (9), 1 : Androcée formé d’un cycle de 10 étamines dont 9 sont soudées entre elles et un libre
A5st+5 : Androcée formé par deux cycles de 5 étamines, les 5 étamines externes transformées en staminodes
A∞ : Androcée formé par une multitude d’étamines (il est quasiment impossible de les compter)
A1,4nect : Androcée formé d’un cycle de 5 étamines dont 4 transformées en nectaires 3
G(3) : Ovaire infère formé de 3 carpelle soudés, 3 loges (1 par carpelle) et 2 ovules 2 par loge
1
X K4 C4 A2+4 G(2) : fleur à symétrie radiaire, 4 sépales libres, 4 pétales libres,
n androcée formé par un cycle externe de 2 étamines et un cycle interne de 4 étamines, ovaire supère formé de 2 carpelles soudés
délimitant une seule loge contenant un nombre élevé d’ovule mais dénombrable.
n
K3 C6-12 An G n
1
Toutes les pièces florales sont libres et disposées sur des spirales. Le nombre de pétales varie entre 6 et 12.
La placentation est marginale
5
X K5 C5 A5+5 G 5
n
Fleur actinomorphe pentamère dont toutes les pièces sont libres. Il y a 2 cycles d’étamines. Le gynécée est formé de 5 carpelles libres. La placentation est marginale.
8-15 X K5 C5 A(2),(2),(3),(4) D G (8-15) n Androcée formé de groupes de 2 à 4 étamines soudées. Présence d'un disque nectarifère entre l’androcée et le gynécée. La placentation est axile.
n X [k3 K(5)] C5 A(∞) G (n) 1
Présence d’un calicule formé d’éléments soudés au calice gamosépale. Etamines très nombreuses et soudées entre elles. Le gynécée est formé de
plusieurs carpelles soudés. La placentation est axile.
1
% B2 P5 A3 G (3)
3
La fleur est entourée de 2 bractées. Le périgone est formé de 5 tépales soudés en un tube présentant une échancrure prononcée. L’androcée est composée de 3 étamines disposées en face (en opposition) des tépales ; 2 sites potentiels sont inoccupés. La placentation est centrale
1.2. L’inflorescence
Plusieurs fleurs peuvent s’associer sur un même rameau, on parle alors d’inflorescence. Il existe de nombreuses modalités de groupement de fleur. Les principales inflorescences sont :
La grappe
L’épis
La corymbe
Le chaton
La cyme
L’ombelle
Le spadice
Le glomerule
2. Objectifs
9 Etablir la formule florale et construire le diagramme floral de trois familles différentes 9 A l’aide de la flore, vérifier les familles et identifier l’espèce
9 Observer et schématiser les différents types d’inflorescences
3. Matériel
9 Quelques fleurs9 Matériel de dissection florale 9 Crayons de couleur
9 Binoculaire
2
% P0 A0 G (2)
1
Fleurs unisexuées femelles groupées par 2 à l’aisselle des bractées. 2 bractéoles accompagnent chaque fleur femelle. Celles-ci sont réduites à un gynécée formé de 2 carpelles soudés. L’ovaire est infère. La placentation est axile.
4. Manipulation
4.1. Description de l’anatomie florale
9 Observer le matériel distribué et isoler une fleur 9 Effectuer une dissection florale
9 Repérer les pièces formant le périanthe de la fleur 9 Déterminer le nombre de verticilles
9 Compter le nombre d’éléments par verticille, leur soudure éventuelle et leur disposition vis-à-vis des éléments de verticille adjacents (en opposition, en alternance, …)
9 Observer l’androcée (nombre d’étamines, forme, taille, disposition, emplacement des anthères vis-à-vis du filet, …)
9 Observer le gynécée, distinguer le ou les pistils et ses trois composantes : ovaire (partie basale renflée), style (partie effilée surmontant l’ovaire) et stigmate (partie globuleuse coiffant le style)
9 Compter le nombre de carpelles en coupant l’ovaire. Dans quel sens faut-il pratiquer cette coupe ?
9 Compter le nombre de loge et le nombre d’ovules par loge (attention à la présence possible de fausses cloisons)
9 Noter la présence éventuelle de nectaires ou encore d’expansions ou enveloppes supplémentaires tels que éperon, calicule, paracorolle, …
9 Etablir la formule florale 9 Construire le diagramme floral
A l’aide des clefs de détermination, procéder à l’identification des végétaux..
Plante 1 Famille : Genre : Espèce : Plante 2 Famille : Genre : Espèce : Plante 3 Famille : Genre : Espèce :
Lors de la recherche du nom de l’espèce, noter le ou les caractères qui vous semblent essentiels (distinguer les caractères de famille, de genre et d’espèce)
4.2. Description d’inflorescence
9 Décriver brièvement la position relative des fleurs pour chacune des inflorescences distribuées.
9 Schématiser.
5. Questions et réflexions
1. Annotez les schémas ci-dessous.2. Décrivez la fleur présentant le diagramme floral et la formule florale suivante.
2 % K(5) [C(2,3) A2,2] G (2)
n
TP5 : Evolution de la vie végétale : Angiospermes, fruits et graines 1. Introduction
Après fécondation, l’ovule évolue en graine et l’ovaire en fruit. En fonction de leur origine, on distingue les types de fruits suivants :
9 Le fruit simple 9 Le fruit multiple 9 Le faux-fruit
9 Le fruit composé ou infrutescence.
Les plantes ont développés plusieurs adaptations morphologiques pour pallier à leur immobilité et se disséminer. C’est principalement au stade de la graine, via le transport du fruit, que la plante peut conquérir de nouveaux espaces. Selon l’agent de dissémination, on distingue :
9 Zoochorie (epizoochorie, endozoochorie, myrmécochorie, anthropochorie) 9 Anémochorie
9 Hydrochorie 9 Barochorie 9 Autochorie
2. Objectifs
9 Décrire le gynécée au moyen des symboles utilisés pour l’établissement de la formule florale et la construction du diagramme floral
9 Identifier différents fruits mûrs en utilisant une clé de détermination (clé dichotomique) 9 Etablir le type de dissémination
3. Matériel
9 Quelques jeunes fruits et fruits mûrs (frais ou conservés dans l’alcool) 9 Matériel de dissection et crayons de couleur
4. Description de la manipulation
9 Observer les « restes » du périanthe et de l’androcée. Si ceux-ci ont disparu, observer les cicatrices de ces éléments, en déduire la position et la soudure de l’ovaire vis-à-vis du réceptacle et retrouver l’architecture de la fleur ou des fleurs qui ont donné naissance à cette « fructification ».
