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Eléments de botanique Cours 8 Spermatophytes, Gymnospermes 23/03/2017 Bac1 sciences pharmaceutiques et sciences biologiques Denis Michez [email protected] 1 Cours 1-2 Introduction générale Caractéristiques de la vie Caractéristiques des végétaux Métabolisme végétal Les premiers végétaux Cyanobactéries Eucaryotes: reproduction et cellule 2 Cours 3-5 Evolution et caractéristiques des végétaux eucaryotes Champignons Algues Métaphytes 3 Cours 6-8 Evolution et caractéristiques des métaphytes Bryophytes Ptéridophytes Spermatophytes Gymnospermes Angiospermes 4 la Lignée Verte: Embryophytes ‘Spermatophytes’ Chapitre 11 – Gymnospermes 1. Caractéristiques générales, communes aux Métaphytes • Anthéridie et archégone multicellulaire avec enveloppe stérile • Rétention du zygote à l’intérieur de l’archégone • Embryon pluricellulaire (sporophyte) protégé par le gamétophyte femelle • Sporange pluricellulaire • Sporange pluricellulaire qui produit des méiospores contenant de la sporopollénine dans la paroi, résistante à la dessiccation • Alternance de phases haploïde et diploïde • (Epidermes chez la plupart) 7 ANTHERIDIE ARCHEGONE ZYGOTE EMBRYON SPORANGE 8 Chapitre 11 – Gymnospermes 1. Caractéristiques générales, communes aux plantes vasculaires • Tissus vasculaire : Xylème et phloème • Racines et des feuilles • Cuticule épaisse • Sporophyte dominant le cycle • Sporophyte indépendant 10 XYLEME PHLOEME CUTICULE RACINE FEUILLE SPOROPHYTE DOMINANT 11 la Lignée Verte: 4 lignées de Gymnospermes 13 Chapitre 11 – Gymnospermes 1. Caractéristiques particulières des Gymnospermes • Ancêtre = fougères à graines, Fin Dévonien – début Carbonifère (375 Myr) 14 14 Chapitre 11 – Gymnospermes 1. Caractéristiques particulières des Gymnospermes • Ancêtre = fougères à graines • Diversification dans le Permien, à la fin de l’ère Primaire, lorsque le climat devient plus sec QUATERNAIRE TERTIAIRE CRETACEE JURASSIC TRIAS PERMIEN CARBONIFERE DEVONIEN 15 Chapitre 11 – Gymnospermes Lignées Nbre Espèces Cycadales 130 Ginkgo 1 Conifères 600 Gnétophytes 75 « Gymnospermes » Angiospermes 260 000 16 Chapitre 11 – Gymnospermes 1. Caractéristiques particulières des Gymnospermes • Ancêtre = fougères à graines • Diversification dans le Permien • Ovule, mégasporange tégumenté indéhiscent, nu chez les Gymnospermes (Gymno = nu) 17 CRYPTOGAMES SPERMATOPHYTA PHANEROGAMES Du spore à l’ovule en quatre étapes 1. Homosporie (chez les fougères) 19 Du spore à l’ovule 2. Hétérosporie, avec plusieurs mégaspores (chez les sélaginelles) 20 Du spore à l’ovule 3. Hétérosporie, avec un seul mégaspore disséminé 21 Du spore à l’ovule 4. Hétérosporie, avec un seul mégaspore non disséminé (Gymnospermes) 22 Schéma de l’ovule mature 23 Chapitre 11 – Gymnospermes 1. Caractéristiques particulières des Gymnospermes • Ovule = Structure protectrice du sporophyte. Gamétophyte femelle (Mégagamétophyte) devient dépendant du sporophyte • Avantages : • Pas de risque dans la dissémination du megaspore • Assure nutrition et protection du megaspore, du gamétophyte femelle, du zygote et du sporophyte de seconde génération Avantage par rapport au fougère car augmente la survie du gamétophyte femelle 24 Chapitre 11 – Gymnospermes 1. Caractéristiques particulières des Gymnospermes • Ancêtre = fougères à graines • Diversification dans le Permien • Ovule • Graine dérive du développement de l’ovule Graine de Pinus sp. 25 Chapitre 11 – Gymnospermes 1. Caractéristiques particulières des Gymnospermes • Ancêtre = fougères à graines • Diversification dans le Permien • Ovule • Graine dérive du développement de l’ovule • Développement du sporophyte à partir de la graine, en totale indépendance du gamétophyte. 26 Chapitre 11 – Gymnospermes 1. Caractéristiques particulières des Gymnospermes • Développement du sporophyte à partir de la graine, en totale indépendance du gamétophyte • Graine assure la fonction de disséminer, de protéger et de nourrir le sporophyte Avantage par rapport au fougère car augmente la survie du sporophyte de seconde génération 27 Chapitre 11 – Gymnospermes 1. Caractéristiques particulières des Gymnospermes • Les forêts qui réapparaissent après la grande crise de la transition Primaire/Secondaire sont des forêts de Gymnospermes. Les fougères sont supplantées ! CARBONIFERE TRIAS Chapitre 11 – Gymnospermes 1. Caractéristiques particulières des Gymnospermes • MAIS problème de l’hétérosporie : rencontre des gamètes ! Ovule enfermé peu accessible… • Solution : développement du microsporophyte disséminé par le vent 29 Chapitre 11 – Gymnospermes 1. Caractéristiques particulières des Gymnospermes • Chez le Ginkgo : germination du microsporophyte et gamète nage Anthérozoïde de ginkgo Anthérozoïde de fougère 30 Chapitre 11 – Gymnospermes 1. Caractéristiques particulières des Gymnospermes • Chez les autres spermatophytes: germination du tube pollinique, gamète mâle sans flagelle Perte des anthérozoïdes 31 Chapitre 11 – Gymnospermes 1. Caractéristiques particulières des Gymnospermes • Ovule • Graine dérive du développement de l’ovule • Développement du sporophyte à partir de la graine, en totale indépendance du gamétophyte • Grain de pollen et tube pollinique Les Gymnospermes d’affranchissent pleinement des milieux humides 32 Chapitre 11 – Gymnospermes 1. Caractéristiques particulières des Gymnospermes, cycle de reproduction • Cycle haplo-diploïdes • Gamétophyte très réduit • Dissémination par les graines 33 CYCLE DE DEVELOPPEMENT Sporophyte mature Cône femelle Cône mâle Regardons de plus près les cônes de ce sporophyte Let’s zoom into the cones of this sporophyte tree. Cônes mâles Cône femelle CYCLE DE DEVELOPPEMENT Cellule mère du megaspore Sporophyte mature Microsporophylle Cône mâle Microsporange CONE MALE Grain de pollen Chapitre 11 – Gymnospermes Ecaille = microsporophylle cône mâle (1cm) Grain de pollen = gamétophyte mâle microsporange Axe du cône Cône mâle Grain de pollen (microspore germé en microgamétophyte) Chapitre 11 – Gymnospermes Exine Cellule du tube (vegetative) Cellule anthéridiale Cellules prothaliennes Intine Chapitre 11 – Gymnospermes Pollinisation anémophile Ballonnet aérifère 42 Chapitre 11 – Gymnospermes Pollinisation anémophile 43 Ecaille ovulifère = Megasporophylle CYCLE DE DEVELOPPEMENT Cellule mère du megaspore Sporophyte mature Cône femelle Cône mâle CONE FEMELLE Microsporange Grain de pollen Chapitre 11 – Gymnospermes cône femelle Chapitre 11 – Gymnospermes ovule Axe Megasporophylle = écaille ovulifère Megaspore cellule mère Megasporophylle Bractée Développement du mégaspore en mégagamétophyte (gamétophyte femelle) 48 Mega-gamétophyte = archégone + endosperme Ovule Endosperme (n) Archégone + Oosphère (n) Tégument (2n) Nucelle Schéma de l’ovule 50 Chapitre 11 – Gymnospermes Cône femelle, porte et protège l’ovule développé Tégument Nucelle Micropyle Ecaille ovulifère 51 Tube pollinique Tube pollinique (2) Ovule (megagametophyte) Ecaille ovulifère = Megasporophylle CYCLE DE DEVELOPPEMENT Cellule mère du megaspore Sporophyte mature Germination Cône femelle Cône mâle Microsporange Tegument Réserve de nourriture Embryon Nouveau sporophyte Graine Archégone Ovule Pollen germe Pollen germe Chapitre 11 – Gymnospermes Graines Mégagaméto phyte Graine de pin Méristème apical racinaire Méristème apical de la tige Cotylédons Chapitre 11 – Gymnospermes Endosperme (tissu du gamétophyte haplo) Endosperme (tissu du gamétophyte haplo) Chapitre 11 – Gymnospermes seed seed seed seed Chapitre 11 – Gymnospermes Chapitre 11 – Gymnospermes 1. Caractéristiques particulières des Gymnospermes, cycle de reproduction - Conclusion • Cycle digénétique haplo-diploïdes à sporophyte dominant • Gamétophyte femelle très réduit et protégé par l’ovule, parasite du sporophyte • Oosphère n’est en plus en contact avec l’extérieur et la fécondation aquatique devient donc impossible • Gamétophyte mâle en 6 cellules qui forment le grain de pollen • Germination du pollen en tube (= siphonogamie) • Dissémination et protection de l’embryon par la graine 62 Chapitre 11 – Gymnospermes 2. Ecologie des Gymnospermes actuels – Généralité Reproduction lente > 1 an entre pollinisation et fécondation ~3 ans pour maturation graines Pollinisation anémophile (sauf Cycadales) Rarement polyploïdes Tous ligneux 72°N - 55°S : dominent végétation régions froides et arctiques (taïga et zone montagneuse) Les plus grands individus – les plus vieux individus 64 Fir Chapitre 11 – Gymnospermes 3. Diversité, quatre groupes contemporains importants Ginkgophytes Pinophytes Cycadophytes Gnétophytes 69 250,000 6500 1000 12,000 100 1 75 550 la Lignée Verte: Ginkgophyta Ginkgophyta Fossile « vivant » 60 millions d’années Ginkgophyta Lignées Ginkgo biloba Espèce (N) 1 Caractéristiques Doïque, pollen, gamete mâle ciliés, gros ovule, pseudofruit Ginkgophyta Ginkgo ovules/graines ovules graine Ginkgo ovules/graines 76 Ginkgo cones mâles Ginkgo cones mâles 78 Antherozoïde 79 80 81 la Lignée Verte: Pinophyta Gymnosperms Pinophytes Lignées Conifères Espèces (N) 600 Caractères Svt monoïques Cônes (strobiles) Aiguilles 85 Pinophytes Cône mâle 86 Pinophytes Cône femelle Pinophytes « cônes »: axe + rameaux nains Écailles ovulifères sous-tendues par bractées (tailles très différentes) 88 Pinophytes Diversité: 5 familles – 600 espèces Pinaceae Cupressaceae Podocarpaceae Araucariaceae Taxaceae Pins, épicéa, … 89 Pinophytes Diversité: 5 familles – 600 espèces Pinaceae Cupressaceae Podocarpaceae Araucariaceae Taxaceae 90 Cyprès, Genévrier Pinophytes Diversité: 5 familles – 600 espèces Pinaceae Cupressaceae Podocarpaceae Araucariaceae Taxaceae Podocarpus 91 Pinophytes Diversité: 5 familles – 600 espèces Pinaceae Cupressaceae Podocarpaceae Araucariaceae Taxaceae Araucaria 92 Pinophytes Diversité: 5 familles – 600 espèces Pinaceae Cupressaceae Podocarpaceae Araucariaceae Taxaceae Taxus baccata = If 93 Focus sur les Pinaceae Indigènes en Belgique ? Non mais plantés Pinus sylvestris, P. nigra, … Abies alba, A. maritima, … Credus atlantica, C. libani Larix decidua, … Pseudostuga, … 94 Conifères Indigènes en Belgique ? Oui Taxus baccata (Taxaceae) : if Juniperus communis (Cupressaceae) : genévrier 95 Focus sur les Pinaceae Biotopes : Hémisphère Nord (secs/humides…) 220 espèces : Pinus, Picea .. 96 Pinaceae Canaux à résine 97 Pinaceae Branches verticillées ou opposées Feuilles simples linéaires à aiguilles Pinus strobus 98 Pinaceae Monoïques 99 Pinaceae Remarquables Longévité P. longaeva SW USA 5000 ans 100 Pinaceae Remarquables Hauteur : Pseudostuga menziesii : 80 m haut 101 Sequoiadendron Pinaceae Pollinisation – fécondation : LENT Première année + 1 Mois 4 mégaspores (-3) + 3 Mois Germination du pollen + 7 Mois Fécondation de la mégaspore 2e année 3e année 11 divisions mitotiques, 2000 noyaux libres, Formation des téguments du mégagamétophyte archégones (2, 3 …) Dispersion des graines 104 Pinaceae Maturité cônes : 2 ans 105 Pinaceae Graines ailées: dispersion anémochore 106 Pinaceae 2-18 cotylédons 107 la Lignée Verte: Cycadophyta Cycadophyta Lignées Cycadales Espèces Caractères (N) 130 Dioïques, Gamètes mâles nageant 109 Cycadophyta Ressemble aux fougères ou palmiers Spermoderme coloré Pollinisé par les insectes 110 Cycadophyta (mâle) Cycadophyta (femelle) Cycadophyta Cycadophyta Cycadophyta la Lignée Verte: Gnetophyta Gnetophyta Lignées Espèces (N) Caractères Gnétophytes 75 3 lignées distinctes Pas de canaux résine Gnetum Ephedra Welwitschia 117 Gnetophyta / Welwitschia Welwitschia mirabilis Désert d’Angola “desert onion” Gnetophyta / Welwitschia Gnetophyta/Ephedra Questions Dessinez et annotez les différentes parties: (i) d’un ovule de pin avec un mégagamétophyte mûr, (ii) d’un microgamétophyte de pin et (iii) d’une graine mature de pin. Comparez les cycles de développement des Gymnospermes et des Ptéridophytes. Quels sont les grands groupes de Gymnospermes, leurs diversités et leurs caractéristiques ? Donnez quelques exemples de gymnospermes en Belgique
