Cours de Biologie Végétale I- Mme Djerroudi Introduction à la biologie végétale La biologie végétale est une vaste discipline qui recouvre tous les aspects de la vie des végétaux aquatiques et terrestres, leur morphologie, leurs modes de reproduction, sexuée et asexuée, leurs adaptations aux divers environnements ainsi que les mécanismes permettant des interactions durables (parasitisme, symbioses…). C’est une partie de la biologie qui traite des plantes et, par tradition, des procaryotes, des champignons et des algues. Aujourd’hui, elle englobe de nombreux domaines d’études qui sont : - La physiologie végétale : étudie comment les plantes fonctionnent, c’est-à-dire comment elles captent et transforment l’énergie et comment elles croissent et se développent. - La morphologie végétale : étudie les formes des plantes - L’anatomie végétale : étudie leur structure interne. - La taxonomie et la systématique des plantes interviennent pour leur donner un nom et les classer. - La cytologie : étudie la structure et le fonctionnement des cellules et les cycles de développement. - La génétique est l’étude de l’hérédité et de la variation. - La biologie moléculaire : étudie la structure et la fonction des molécules biologiques. - La botanique économique est l’étude de l’utilisation des plantes par l’homme dans le passé, le présent et l’avenir. - L’écologie étudie les relations entre les organismes et leur environnement. - La Paléobotanique étudie la biologie et l’évolution des plantes fossiles. Les végétaux sont des organismes qui ont une place importante dans le monde vivant, ils jouent un rôle essentiel dans la vie des animaux et des êtres humains. Ils sont source de nourriture, d'oxygène et de drogues médicamenteuses, et ils égayent notre vie quotidienne par leurs couleurs changeant au rythme des saisons. Ils sont constitués de cellules et sont donc, par définition, des êtres vivants, plus précisément des eucaryotes, c'est-à-dire des organismes faits de cellules compartimentées en territoires spécialisés. Au sein des eucaryotes se distinguent deux règnes, celui des animaux et celui des végétaux. Le règne des végétaux se caractérise au niveau de leur structure, d'abord par leurs cellules, puis par la structure de leurs tissus. Chapitre I : La classification des végétaux La classification des végétaux est d'une grande utilité. En effet, elle permet de remonter l'évolution de chaque plante, arbre et arbuste par rapport à d'autres spécimens. 1- Aperçu de l'évolution de la classification des végétaux. La classification des végétaux remonte à la nuit des temps puisque la toute première, originaire d'Égypte, date de l'an 1 600 avant notre ère. Or elle a connu bien des modifications depuis cette époque, elle était purement utilitaire, uniquement basée sur les propriétés médicinales des plantes. 1 Cours de Biologie Végétale Mme Djerroudi Par manque de savoir, la classification pouvait parfois s'avérer fantaisiste, et plus souvent incomplète. Au fil du temps, les critères de sélection ont évolué. À titre d'exemple, Aristote et Théophraste ont classifié les végétaux en fonction de leur taille et de leurs propriétés alimentaires, médicinales, aromatiques ou vénéneuses. Aujourd'hui, on utilise une nomenclature datant du (18) VIIIème siècle : Nous la devons au naturaliste suédois Carl Von Linné. Grâce à son travail, nous disposons d'un système de classification validé. Cette nomenclature est définie en fonction du nom scientifique d'une plante en latin suivi du nom d'espèce. C'est le système binominal. Note : C'est sur les critères de ressemblance que sont classifiés les végétaux, et toujours par rapport à un spécimen ancêtre, que plusieurs végétaux peuvent avoir en commun. Ainsi, la classification des végétaux renseigne sur leur phylogénie, c'est-à-dire sur l'histoire de leur évolution puisqu'elle indique : l'ordre qui regroupe les familles, la classe ; éventuellement, la super-classe et la sous-classe ; l'embranchement, le règne. 2- Règnes du monde vivant 1- Il y’a très longtemps, à l’époque d’Aristote, le monde vivant était classé en deux règnes. Les caractéristiques de bases sont le comportement et la photosynthèse. 2- Grâce aux progrès de la biologie moléculaire, une nouvelle classification proposée par Whittaker et Margulis subdivise le monde des vivants en 5 règnes (Planche 1) • Actuellement, on reconnaît 5 règnes : Prokaryotae ou (Monera), Protista, Fungi, Plantae et Animalia . Ils sont classés selon :le type cellulaire, la nutrition, la reproduction, les structures et fonctions caractéristiques. 2 Cours de Biologie Végétale Mme Djerroudi Planche 1 : Classification des êtres vivants actuelles d’après Whittaker et Margulis Type Cellulaire Principaux Phylums ou Origine Embranchements Organisation Règne des PROKARYOTAE=MONERA = 4000 espèces (Auto ou hétérotrophie) Procaryote Généralement Archaebactéries unicellulaire 3 à 4 milliards années Eubactéries • Bactéries fermentantes • Actinobactéries Cyanobactéries et autres... 1000 millions Règne des PROTOCTISTA = 70 000• espèces Eucaryote (Hétéro ou autotrophie) Généralement Protozoaires unicellulaire Généralement Protophytes Algues • Chlorophycées (Algues vertes) • Phaeophycées (Algues brunes) • Rhodophycées (Algues rouges) pluricellulaire Règne des FUNGI = 80 000 espèces (Hétérotrophie) Eucaryote Pluricellulaire 1000 millions d’années Champignons • • • Zygomycètes Ascomycètes Basidiomycètes Lichens Règne des PLANTAE (règne végétal sensu stricto) = 300 000 espèces (Autotrophie) Eucaryote d’années. Pluricellulaire 500 millions d’années Bryophytes (Mousses) Ptéridophytes (Fougères) Spermaphytes (Plantes à graines) • Gymnospermes • Angiospermes Règne des ANIMALIA (règne animal) = 1 200 000 espèces Monocotylédones (Hétérotrophie) Eucaryote Pluricellulaire -----Dicotylédones 700 millions d’années Définitions des notions d’autotrophie et d’hétérotrophie : Un organisme autotrophe (du grec : auto, seul et trophos, nutrition) est un organisme capable de synthétiser sa propre matière organique. Il s'agit essentiellement des organismes photosynthétiques. Un organisme hétérotrophe est un organisme qui ne synthétise pas sa propre matière organique et qui, par conséquent, est amené à consommer des molécules organiques pour s'approvisionner en carbone. Il s'agit des organismes incapables de réaliser la photosynthèse. 3 Cours de Biologie Végétale Mme Djerroudi Etude des différents règnes 1- Règne des Prokaryotae ou Monera ou des procaryotes : Ce règne comprend les premiers êtres vivants de la planète : les procaryotes : ce sont des organismes généralement unicellulaires, qui ne possèdent ni vrai noyau, ni organites cellulaires. Ils se divisent uniquement par scissiparité, on ne peut donc pas parler de reproduction. Il est représenté par les deux groupes ou embranchements : Archaebactéries et Eubactéries. Parmi les Eubactéries, on trouve les Cyanophycées (Cyanobactéries ou algues bleues) : Les Cyanobactéries sont des procaryotes phototrophes. Elles possèdent toute de la chlorophylle, en plus de divers autres pigments (Figure 1). On y trouve les genres Nostoc, Anabaena, Spirulina,…). Il existe 2000 espèces, colonisant des milieux aquatiques (lacs, rivières, mers et océans) et terrestres (sols humides, ..) Ces algues bleues sont formées de cellules organisées en file linéaire, pourvues de chlorophylle et d’autres pigments comme la phycocyanine (pigment bleu) et sont caractérisées par la présence d’une cellule différente des autres cellules par sa grandeur appelée : hétérocyste. 2- Règne des Protoctista ou des protistes : Dans ce règne sont présent des êtres vivant de type cellulaire eucaryote. Les protistes rassemblent différents groupes qui ne sont étroitement reliés par la phylogénie. Ils sont soit rapprochés aux animaux (protozoaires) ou aux végétaux (protophytes) ou bien proches des champignons. En biologie, le terme protozoaire désigne les protistes (eucaryotes unicellulaires) hétérotrophes qui ingèrent leur nourriture par phagocytose. Le terme de protophyte est donné à des organismes unicellulaires proches des végétaux. Ces organismes possèdent des chloroplastes, peuvent réaliser la photosynthèse et donc être autotrophes pour le carbone. - Les Algues ou phycophytes sont généralement pluricellulaires et sont subdivisées en plusieurs sous-embranchements qui sont : Les Phaeophytes ou Phaeophycées, ou algues brunes, Les Rhodophytes ou Rhodophycées, ou algues rouges, Les chlorophytes ou Chlorophycées, ou algues vertes comme Spirogyra sp Ces Chlorophycées, sont caractérisées par la présence d’un thalle (Thallophytes), possèdent de la chlorophylle et vivent dans les milieux terrestres humides ou aquatiques. 3-Règne des Fungi : Ce règne regroupe deux principaux phylums : les Champignons ou Mycètes et les Lichens. L’appareil végétatif des Mycètes est un thalle appelé mycélium, constitué de filaments isolés ou enchevêtrés appelés hyphes. Ils ne vivent que sur des milieux terrestres très humides ou en parasitant d'autres êtres vivant. Les Champignons sont dépourvus de chlorophylle, ils sont hétérotrophes, c'est à dire qu'ils ont 4 Cours de Biologie Végétale Mme Djerroudi besoin de consommer des matières organiques en décomposition pour fabriquer leur énergie. Leur mode de vie peut être sous trois modes : • Saprophytes : vivent sur les organismes morts • Parasites : vivent sur les organismes vivants, provoquant des maladies chez les animaux (mycoses) et chez les végétaux comme la rouille du blé. • Symbiose : association avec d’autres végétaux comme les racines des Légumineuses. il s’agit d’une association bénéfique (l’un tire profit de l’autre). Exemple : Symbiose des champignons avec les algues : Lichens : Symbiose des champignons avec les racines de certaines plantes supérieures : Mycorhizes Les Lichens : sont formés par une association d’un Champignons, et d’une Algue unicellulaire verte (chlorophyte) ou bleue (cyanobactérie). C’est donc une association symbiotique. Ainsi, l’Algue assure l’alimentation carbonée de l’ensemble par ses pigments assimilateurs et le Champignon fournit un support à l’Algue. Le Lichen est constitué d’un thalle avec une forme d’ouverture soudée au thalle appelé apothécie où fructification d’où s’échappe une poudre de spores. Leur morphologie est simple : il s’agit de cellules assemblées en filaments organisés et forment un réseau complexe, le mycélium. Le filament, ou hyphe, peut être siphonné (les séparations entre les cellules ont disparu) ou non. 4- Règne des Plantae ou des végétaux : Les plantes sont les seules êtres pluricellulaires autotrophes, qui regroupent 3 phylums : phylum des Bryophytes (Mousses), phylum des Ptéridophytes (Fougères) et le phylum des Spermaphytes (Plantes à graines). La classification des végétaux s’appuie sur plusieurs critères cytologiques, anatomiques et morphologiques, ainsi, le règne végétal est traditionnellement subdivisé en deux grands groupes en fonction de l'organisation structurale du végétal : Présence d’un Thalle ou d’un Cormus, et donc on distingue les Thallophytes et les Cormophytes. Les caractères distinctifs entre Thallophytes et les Cormophytes 1- Appareil végétatif : L’appareil végétatif des Thallophytes est un thalle tandis que chez les Cormophytes c’est un cormus. Les différences importantes entre ces deux types d’appareils végétatifs peuvent se résumer dans le niveau de différenciation (tissus, organes et fonctions) et le mode de croissance. Le cormus correspond à un niveau de différenciation plus important que celui du thalle. En effet, il possède des organes spécialises (Tige, feuille et racine) remplissant des fonctions déterminées. Du point de vue type de croissance, le mode répandu chez les Thallophytes est la croissance intercalaire. Alors que, chez les Cormophytes la croissance se fait au niveau d’assises spécialisées qu’on appelle méristèmes ou assises génératrices. La croissance en longueur est apicale est peut 5 Cours de Biologie Végétale Mme Djerroudi être accompagnée d’une croissance en épaisseur. Les méristèmes sont généralement localisés au niveau des bourgeons terminaux ou axillaires. 2- Appareil reproducteur : Les organes reproducteurs chez les Cormophytes sont protégés par une enveloppe cellulaire qui constitue la paroi des sporanges (ange du grec aggos : vase ou urne) et des gamétanges. Alors que, chez les Thallophytes les sporocystes et les gamétocystes sont entourés uniquement de la paroi de la cellule mère. Les 3 phylums de plantes sont dits Angyophytes ou Archégoniates car le gamétange femelle est un archégone, qui présente une structure en forme de bouteille. 3- Significations adaptatives: L’ensemble de ces différences, correspond à des réponses adaptatives face au contraintes nouvelles que le milieu terrestre aérien impose aux végétaux et qui étaient absente dans le milieu aquatique. En effet, les plantes devront s’adapter à: 1/ Un milieu aérien sec. Donc, la nécessité de maintenir l’hydratation des tissus et de réguler les pertes en eau par évapotranspiration. C’est la fonction de l’épiderme stomatifére. 2/ Distribution hétérogène des éléments nutritifs due à la spécialisation des organes aérien dans la fonction d’assimilation et des organes souterrains dans celle de l’absorption. L’adaptation s’exprime par les tissus conducteurs xylème et phloème. 3/ Milieu aérien de faible densité par rapport au milieu aquatique. D’où, les tissus de soutien pour garantir le maintien et le port des plantes. Les caractères distinctifs entre Cryptogames et Phanérogames: Les principaux traits de cette opposition sont résumés dans les points suivants: 1234- 4- Organes reproducteurs Gamétophyte Fécondation Sporange femelle Cryptogames Phanérogames Cachés, peu distincts Prothalle libre important Type aquatique, gamète mobile Nu, pas d’ovule Bien apparents Réduit, fixé sur le sporophyte Autres Ovule et graine Les Cormophytes sont donc des végétaux supérieurs qui correspondent à des organismes toujours pluricellulaires et dont les cellules eucaryotes sont réunies en tissus un cormus. Ils sont divisées en plusieurs embranchements : 6 Cours de Biologie Végétale Mme Djerroudi 1er embranchement: Bryophytes, c'est à dire, les mousses : - Leurs cormus est rudimentaire : ils possèdent une tige, des feuilles, mais pas de racines - ils sont avasculaires : sans tissus conducteurs A la palce des racines, il existe des cellules appelées rhizoïdes qui jouent le rôle de fixation. La sève circule grâce à des cellules : hydroïdes (cellules allongées à paroi mince dont les parois transversales sont partiellement résorbées pour permettre le passage de la sève). Ce sont des cryptogames : ils ne possèdent pas de fleurs, les organes reproducteurs sont peu ou pas visibles (reproduction dans l’eau). 2éme embranchement: Ptéridophytes ou les fougères. - Ils ont un cormus vrai : tige, feuilles et racines -Ils sont vasculaires : présence de tissus conducteurs Ce phylum est plus évolué que celui des Bryophytes avec l’apparition des racines et des tissus conducteurs. -Cryptogames : pas de fleurs et pas de graines. 3éme embranchement: Préspermaphytes (Préphanérogames) C'est un groupe intermédiaire entre les ptéridophytes et les spermaphytes. 4éme Embranchement: Spermaphytes (Phanérogames) Possède un cormus vrai : tige, feuilles et racines plus complexes. Il est vasculaires : présence de tissus conducteurs Il. Caractérisé par l’apparition de la fleur et de la graine d’où le nom de spermaphytes (du grec, sperma : graine ; phytes : végétal…), il a été subdivisé en 3 sous-embranchement : 1. Gymnospermes: (Gymnos : nu ; sperma :graine), dans lesquelles les ovules (ébauches des futures graines) et les graines elles-mêmes ne sont pas entourées d’enveloppes closes 2. Chlamydospermes: (Chlamydos : enveloppe ; sperma : graine), leurs organes reproducteurs sont entourés d’une enveloppe simple. Ces végétaux sont isolés dans la flore actuelle et considérés comme des intermédiaires entre les gymnospermes et les angiospermes. 3. Angiospermes: Regroupe les plantes à fleurs, et donc les végétaux qui portent des fruits. Angiosperme signifie « graine dans un récipient » en grec par opposition aux gymnospermes (graine nue). Après la fécondation, l’ovule se transforme en graine (Spermaphytes) qui permet la conservation de l’espèce. Grâce à cette capacité de former les graines, ce phylum est le plus évolué. Ils représentent la plus grande partie des espèces végétales terrestres, avec de 250 000 à 300 000 Le phylum des Spermaphytes est subdivisé en deux sous-embranchements ou deux sous- 7 Cours de Biologie Végétale Mme Djerroudi phylums : 1- sous-embranchements des Gymnospermes : à graines nues, directement accessibles : (exemple : Pin) 2- sous-embranchements des Angiospermes : à graines enfermées dans une cavité close ou ovaire. Ce sous phylum est subdivisé en deux classes : 2.1- Classe des Monocotylédones : embryon présente un seul cotylédon 2.2- Classe des Dicotylédones : embryon à deux cotylédons. 8
