Cours 5

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Eléments de botanique Cours 5

Métaphytes 17/02/2015

Bac1 sciences pharmaceutiques et sciences biologiques

Denis Michez

Denis.michez@umons.ac.be

1

(2)

Introduction générale

 Caractéristiques de la vie

 Caractéristiques des végétaux

 Métabolisme végétal

 Les premiers végétaux

 Cyanobactéries

 Eucaryotes: reproduction et cellule

2

Cours 1-2

(3)

Power point Syllabus

Livres de référence Questions

3

Supports d’étude

(4)

Evolution et caractéristiques des végétaux eucaryotes

 Champignons

 Algues

 Métaphytes

4

Cours 3-4

(5)

(6)

la Lignée Verte

chlorophylle a

amidon (hors chloropl.) ADN chloropl. particulier

2 flagelles isochontes ...

(7)

7

Chapitre 8 – Métaphytes

1. Caractéristiques générales, premières plantes terrestres

Dominance dans les écosystèmes terrestres 300.000 espèces

(8)

8

Chapitre 8 – Métaphytes

1. Caractéristiques générales, premières plantes terrestres

Conquête modeste au départ vers 430 MY (Ere primaire, Ordovicien)

(9)

9

1. Caractéristiques générales

Apparition et diversification

(10)

10

Chapitre 8 – Métaphytes

1. Caractéristiques générales, cormus

Traces fossiles:

Cooksonia

• Appareil végétatif plus complexe

• Axes verticaux ramifiés

• Plusieurs tissus

• Spores à paroi résistante

Cooksonia

(11)

11

Chapitre 8 – Métaphytes

Versus

Complexité

(12)

Chapitre 8 – Métaphytes

Structure du Cormus

• Tige

• Feuille

• Svt racines Versus

Thalle

(13)

Chapitre 8 – Métaphytes

1. Caractéristiques générales, surtout archégone

(14)

Chapitre 8 – Métaphytes

1. Caractéristiques générales, embryon protégé

Archégone

Zygote

Embryon

(15)

Chapitre 8 – Métaphytes

1. Caractéristiques générales, Chlorophylles a et b dominantes

(16)

16

Chapitre 8 – Métaphytes

1. Caractéristiques générales, 5 principales

Premières plantes terrestres

Présentent un port dressé ou cormus : « Cormophytes » Plante avec un archégone : « Archégoniates »

Embryon protégé dans le gamétophytes: « Embryophytes »

Couleur verte (Chlorophylle a et b masquent les xanthophylles)

(17)

17

Chapitre 8 – Métaphytes

2. Contrainte de la vie terrestre et réponses adaptatives des métaphytes

• Evapotranspiration

• Séparation des ressources dans l’espace

• Disparition de la force d’Archimède

• Immobilité dans un milieu très changeant

(18)

18

Chapitre 8 – Métaphytes

2. Evapotranspiration Contraintes :

• Contact avec l’air non saturé (HR < 100%)

• Flux de vapeur vers l’atmosphère Adaptations:

• Différentiation de l’épiderme

• Imperméabilisation de la surface de contact par une cuticule

• Apparition des stomates qui permettent l’échange de gaz O2 et CO2

(19)

(20)

cuticule

cuticule Epiderme supérieur

Mésophylle Epiderme inférieur

Pallisade

Cuticule imperméable

Interface air-plante hydrophobe

(21)

Variabilité dans la structure de l’épiderme

http://www.ucd.ie/botany/Steer/hair/roothairs.html

Feuille

Trichome

Racine

(22)

Chapitre 8 – Métaphytes

2. Evapotranspiration

Structure de l’épiderme de la feuille Epiderme

Mesophylle vaisseaux

Epiderme

(23)

23

Chapitre 8 – Métaphytes

Structure de l’épiderme de la feuille ^Epiderme

Stomate

(24)

24

Chapitre 8 – Métaphytes

Structure du stomate : permet malgré tout les échanges gazeux

(25)

25

Chapitre 8 – Métaphytes

Fonction du stomate

Ouverture/fermeture contrôlée Entrée CO2

Sortie O2

(26)

(27)

27

Chapitre 8 – Métaphytes

2. Evapotranspiration Contrainte:

• Dessiccation des gamètes et des spores

Adaptations:

• Protection des gamètes par des gamétanges o Gamétange mâle : Anthéridie

o Gamétange femelle : Archégone

• Protection des spores par des sporanges

(28)

Chapitre 8 – Métaphytes

Structure permet de retenir une goutte d’eau

(29)

Chapitre 8 – Métaphytes

Anthéridie

Gamétophyte Anthéridiophore

(30)

Chapitre 8 – Métaphytes

Anthéridie

Anthérozoïde, nage vers Oosphère

Archégone

Zygote

Gamétophyte

(31)

Chapitre 8 – Métaphytes

Comparaison

Gamétocyste vs gamétange 1 cellule vs 1 organe

(32)

Chapitre 8 – Métaphytes

Structure

sporange

(33)

33

Chapitre 8 – Métaphytes

2. Séparation des ressources dans l’espace Contraintes

• Milieu anisotrope versus milieu isotrope o Eau et les sels dissous sont dans le sol o Lumière et CO₂ dans l’air

Adaptations

• Différentiation des organes aériens et souterrains

• Système de transport de matière entre les deux parties

(34)

34

Chapitre 8 – Métaphytes

2. Séparation des ressources dans l’espace Différentiation organes: système racinaire

• Cylindrique (eau distribuée de façon isotrope)

(35)

racine

Point de la racine

Méristème apical racinaire

Poil racinaire

Racine latérrale

(36)

root cap

root apical meristem

ROOT (l.s.)

1)

Protective root cap

2)

Absorptive root hairs

(37)

37

Chapitre 8 – Métaphytes

2. Séparation des ressources dans l’espace Différentiation organes: système aérien

• Augmentation du ratio surface/volume pour les feuilles car la lumière distribuée de façon verticale

• Grande surface de contact (compense l’immobilité)

(38)

lateral branch Bourgeon

axillaire

Branche latérale Entre

noeud

shoot tip

Meristème apical

(39)

39

Chapitre 8 – Métaphytes

2. Séparation des ressources dans l’espace Différentiation organes: système aérien

• Tige avec fonction de soutient

• Communication entre les deux pôles de l’organisme, tige traversée par vaisseau (sauf pour Bryophytes)

(40)

Sclerenchyme, tissue de soutien 1) paroi secondaire (+ primaire) 2) cellule morte généralement

(41)

Sclérenchyme, tissu de soutient

(42)

Pholème et xylème avec paroi épaissie aussi

(43)

Pholème et xylème, croissance secondaire

(44)

(45)

(46)

(47)

Transport d’eau et de sucre par le phloème

(48)

Transport d’eau et de minéraux par le xylème

(49)

49

Chapitre 8 – Métaphytes

2. Disparition de la poussée d’Archimède Contrainte:

• Poids spécifique plus élevé dans l’air que dans l’eau

Adaptation:

• Armature interne composée de cellules mortes à paroi épaissies et rigides (fibres)

(50)

Sclerenchyme, tissue de soutien 1) paroi secondaire (+ primaire) 2) cellule morte généralement

(51)

Sclérenchyme, tissu de soutient

(52)

52

Chapitre 8 – Métaphytes

2. Milieu changeant Contraintes:

• Immobilité

• Compétiteurs

Adaptation:

• Méristème et croissance éternelle

(53)

racine

Point de la racine

Méristème apical racinaire

Poil racinaire

Racine latérrale

(54)

lateral branch Bourgeon

axillaire

Branche latérale Entre

noeud

shoot tip

Meristème apical caulinaire

(55)

55

Chapitre 8 – Métaphytes

3. Avantages de la vie terrestre

• Eau plus absorbante que l’air dans la gamme des rouges

• Vitesse de diffusion du CO₂ 10.000 plus élevée dans l’air que dans l’eau

Conséquence : plus grande diversification, 300.000 espèces de métaphytes contre 50.000 espèces d’algues

(56)

56

Chapitre 8 – Métaphytes

4. Originalité de l’archégone

• Fécondation a lieu dans l’archégone (>< algues)

• Développement du zygote à l’intérieure de l’archégone, sur le gamétophyte

• Jeune sporophyte protégé par le gamétophyte

• Contact intime entre gamétophyte et sporophyte

(57)

Chapitre 8 – Métaphytes

Anthéridie

Anthérozoïde, nage vers Oosphère

Archégone

Zygote

Gamétophyte

(58)

(59)

59

Chapitre 8 – Métaphytes

5. Origine et diversité des métaphytes : lignée verte

• Chloroplaste à membrane peptidoglycane dans vacuole particulière

• Thylacoïdes non collés

• Chlorophylle a

• Amidon (hors chloropl.)

• ADN chloropl. particulier

• 2 flagelles isochontes

• Algues rouges et vertes

(60)

la Lignée Verte

...

(61)

Lignée Verte : Chlorophyta, Chlorophycées

Ulothrix

(62)

Cladophora

Lignée Verte : Chlorophyta, Chlorophycées

(63)

Chlorophycées

^:

tendance évolutive

Chlamydomonas

(64)

Chlorophycées: tendance évolutive

Pandorina

(65)

Pleodorina

Chlorophycées

^:

tendance évolutive

(66)

Chlorophycées

^:

tendance évolutive

Volvox

(67)

Lignée Verte : Chlorophyta, Chlorophycées

(68)

Acetabularia

Lignée Verte : Chlorophyta, Chlorophycées

(69)

Enteromorpha

Lignée Verte : Chlorophyta, Chlorophycées

(70)

Caulerpa

Lignée Verte : Chlorophyta, Chlorophycées

(71)

Gigantesque vacuole, chloroplastes discoïdes sans pyrénoïde, structures sexuées particulières

produits sexuels

entourés de cell. spiralées + cell. réceptrices

♀

Lignée Verte : Chlorophyta, Charophycées

(72)

72

Chapitre 8 – Métaphytes

• Algues vertes des rivages avec un taux de survie des zygotes faibles

• Rétention du zygote au sein du gamétophyte favorisée

(73)

73

Chapitre 8 – Métaphytes

Algue verte à cycle monogénétique haploïde, zygote dispersé rapidement

Zygote retenu à l’intérieur de l’oocyste où a lieu la méiose (ex: Charophytes)

Zygote retenu à l’intérieur du gamétophyte et devient multicellulaire. Gamétophyte

régulièrement à l’air libre.

Sporophyte, parasite du gamétophyte, avec des sporanges aériens. Méiose dans l’air.

Spores adaptés à la dissémination aérienne

(74)

74

Chapitre 8 – Métaphytes

Conséquences de ces premières adaptations

• Sporophyte le premier à s’adapter au milieu terrestre

• Sporophyte imperméable parasite d’un gamétophyte encore aquatique

• Sporophyte dressé pour optimiser la dispersion

• Plus grand succès des méiospores, eux aussi adaptés à dessiccation (dépôt bord du rivage)

(75)

75

Chapitre 8 – Métaphytes

Sporophyte prend plus

d’importance, essentiellement aérien

Gamétophyte dominant, modèle adapté au milieu humide

Sporophyte dominant, modèle adapté au milieu sec

(76)

76

Chapitre 8 – Métaphytes

5. Origine des métaphytes : origine unique

• Uniformité dans les cycles de développement : cycle digénétique avec sporophyte initialement parasite du gamétophyte

• Chlorophylles a et b masquent les xanthophylles

• Cytologie particulière (cytokinèse et flagelles des gamètes mâles)

(77)

Gigantesque vacuole, chloroplastes discoïdes sans pyrénoïde, structures sexuées particulières

produits sexuels

entourés de cell. spiralées + cell. réceptrices

♀

Lignée Verte : Chlorophyta, Charophycée

(78)

78

Chapitre 8 – Métaphytes

5. Diversité des métaphytes : 3 grands groupes

• Bryophytes

• Ptéridophytes

• Spermatophytes

(79)

la Lignée Verte:

Embryophytes

(80)

la Lignée Verte:

Embryophytes

‘Bryophytes’

(81)

Hépatiques à thalle

Chapitre 9 – Bryophytes

Marchantiophytes

(82)

sporange

Bryophytes

(83)

Sphagnum sp.

Bryophytes

(84)

84

Anthocérophytes

Hépatique à feuille

(85)

la Lignée Verte:

Embryophytes

‘Pteridophytes’

(86)

Lycophytes Lycopodium

Chapitre 10 – Ptéridophytes

(87)

Sphénophytes: Equisetum

(88)

Filicophytes: Aquilinum sp.

(89)

la Lignée Verte:

Embryophytes

‘Spermatophytes’

(90)

Cycadophytes

(91)

Gnetophytes

(92)

Gingkophytes

(93)

Pinophytes

(94)

Angiospermes

(95)

Questions



Quelles sont les principales adaptations des métaphytes à la vie terrestre ?



Décrivez l’archégone des métaphytes et

expliquez pourquoi il représente une avancée majeure dans l’évolution des plantes.

