26.2 : Gymnospermes
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Compétences à développer
- Discutez du type de graines produites par les gymnospermes, ainsi que des autres caractéristiques des gymnospermes.
- Indiquez à quelle période les gymnospermes sont apparus pour la première fois et expliquez à quel moment ils ont dominé la vie végétale
- Énumérez les quatre groupes de gymnospermes modernes et donnez des exemples de chacun
Les gymnospermes, qui signifient « graines nues », constituent un groupe diversifié de plantes à graines et sont paraphylétiques. Les groupes paraphylétiques sont ceux dont tous les membres ne sont pas les descendants d'un seul ancêtre commun. Leurs caractéristiques incluent des graines nues, des gamètes mâles et femelles séparés, la pollinisation par le vent et des trachéides (qui transportent l'eau et les solutés dans le système vasculaire).
Les graines de gymnospermes ne sont pas enfermées dans un ovaire ; elles sont plutôt exposées sur des cônes ou des feuilles modifiées. Les sporophylles sont des feuilles spécialisées qui produisent des sporanges. Le terme strobilus (pluriel = strobili) décrit un arrangement serré de sporophylles autour d'une tige centrale, comme on le voit dans les cônes. Certaines graines sont enveloppées par les tissus des sporophytes lors de leur maturation. La couche de tissu sporophyte qui entoure le mégasporange, puis l'embryon, s'appelle le tégument.
Les gymnospermes étaient le phylum dominant à l'époque mésozoïque. Ils sont adaptés pour vivre là où l'eau douce est rare pendant une partie de l'année, ou dans le sol pauvre en azote d'une tourbière. Ils constituent donc toujours le principal phylum du biome des conifères ou de la taïga, où les conifères à feuilles persistantes ont un avantage sélectif par temps froid et sec. Les conifères à feuillage persistant maintiennent de faibles niveaux de photosynthèse pendant les mois froids et sont prêts à profiter des premiers jours ensoleillés du printemps. L'un des inconvénients est que les conifères sont plus vulnérables aux infestations que les arbres à feuilles caduques, car les conifères ne perdent pas toutes leurs feuilles en même temps. Ils ne peuvent donc pas éliminer les parasites et recommencer avec une nouvelle réserve de feuilles au printemps.
Le cycle de vie d'un gymnosperme implique une alternance de générations, avec un sporophyte dominant dans lequel réside le gamétophyte femelle et des gamétophytes réduits. Tous les gymnospermes sont hétéroporeux. Les organes reproducteurs mâles et femelles peuvent se former en cônes ou en strobilles. Les sporanges mâles et femelles sont produits soit sur la même plante, décrite comme monoïque (« un foyer » ou bisexuée), soit sur des plantes distinctes, appelées plantes dioïques (« à deux foyers » ou unisexuées). Le cycle de vie d'un conifère nous servira d'exemple de reproduction chez les gymnospermes.
Cycle de vie d'un conifère
Les pins sont des conifères (porteurs de cônes) et portent des sporophylles mâles et femelles sur le même sporophyte mature. Ce sont donc des plantes monoïques. Comme tous les gymnospermes, les pins sont hétéroporeux et génèrent deux types de spores différents : les microspores mâles et les mégaspores femelles. Dans les cônes mâles, ou cônes staminés, les microsporocytes donnent naissance à des grains de pollen par méiose. Au printemps, de grandes quantités de pollen jaune sont libérées et transportées par le vent. Certains gamétophytes vont atterrir sur un cône femelle. La pollinisation est définie comme le début de la croissance du tube pollinique. Le tube pollinique se développe lentement et la cellule génératrice du grain de pollen se divise en deux spermatozoïdes haploïdes par mitose. Lors de la fécondation, l'un des spermatozoïdes unira finalement son noyau haploïde au noyau haploïde d'un ovule haploïde.
Les cônes femelles, ou cônes ovulés, contiennent deux ovules par écaille. Une cellule mère de mégaspore, ou mégasporocyte, subit une méiose dans chaque ovule. Trois des quatre cellules se décomposent ; une seule cellule survivante se transformera en un gamétophyte multicellulaire femelle, qui renferme l'archégonie (un archégonium est un organe reproducteur qui contient un seul gros œuf). Lors de la fécondation, l'œuf diploïde donnera naissance à l'embryon, qui est enfermé dans un tégument de tissu provenant de la plante mère. La fertilisation et le développement des graines sont un processus long chez les pins : cela peut prendre jusqu'à deux ans après la pollinisation. La graine qui se forme contient trois générations de tissus : le tégument qui provient du tissu du sporophyte, le gamétophyte qui fournira les nutriments et l'embryon lui-même.
La figure\(\PageIndex{1}\) illustre le cycle de vie d'un conifère. La phase sporophyte (2 n) est la phase la plus longue de la vie d'un gymnosperme. Les gamétophytes (1 n), microspores et mégaspores, sont de taille réduite. Il peut s'écouler plus d'un an entre la pollinisation et la fertilisation pour que le tube pollinique se développe vers le mégasporocyte (2 n), qui subit une méiose en mégaspores. Les mégaspores arriveront à maturité en œufs (1 n).
Exercice\(\PageIndex{1}\)
À quel stade se forme le zygote diploïde ?
- lorsque le cône femelle commence à bourgeonner à partir de l'arbre
- lors de la fertilisation
- quand les graines tombent de l'arbre
- quand le tube pollinique commence à se développer
Vidéo\(\PageIndex{1}\) : Regardez cette vidéo pour voir le processus de production de graines dans les gymnospermes.
Diversité des gymnospermes
Les gymnospermes modernes sont classés en quatre phylums. Les coniférophytes, les cycadophytes et les ginkgophytes produisent du cambium secondaire (cellules qui génèrent le système vasculaire du tronc ou de la tige et sont partiellement spécialisées dans le transport de l'eau) et leur mode de développement des graines est similaire. Cependant, les trois phylums ne sont pas étroitement liés les uns aux autres sur le plan phylogénétique. Les gnétophytes sont considérés comme le groupe le plus proche des angiospermes car ils produisent du véritable tissu xylème.
Conifères (Coniferophyta)
Les conifères constituent le phylum dominant des gymnospermes, avec la plus grande variété d'espèces (Figure\(\PageIndex{2}\)). La plupart sont généralement de grands arbres qui portent généralement des feuilles en forme d'écailles ou d'aiguilles. L'évaporation de l'eau des feuilles est réduite par leur forme fine et leur cuticule épaisse. La neige glisse facilement sur les feuilles en forme d'aiguilles, ce qui permet de maintenir la charge légère et de réduire la rupture des branches. Les adaptations au froid et à la sécheresse expliquent la prédominance des conifères à haute altitude et dans les climats froids. Les conifères comprennent des arbres à feuilles persistantes familiers tels que les pins, les épicéas, les sapins, les cèdres, les séquoias et les ifs. Quelques espèces sont caduques et perdent leurs feuilles à l'automne. Le mélèze d'Europe et le mélèze laricin sont des exemples de conifères à feuilles caduques (Figure\(\PageIndex{2}\) c). De nombreux conifères sont récoltés pour la pâte à papier et le bois. Le bois des conifères est plus primitif que le bois des angiospermes ; il contient des trachéides, mais aucun élément vasculaire, et est donc appelé « bois tendre ».
Cycas
Les cycas prospèrent dans les climats doux et sont souvent confondus avec des palmiers en raison de la forme de leurs grandes feuilles composées. Les cycas portent de grands cônes (Figure\(\PageIndex{3}\)) et peuvent être pollinisés par des coléoptères plutôt que par le vent, ce qui est inhabituel pour un gymnosperme. Ils dominaient le paysage à l'époque des dinosaures au Mésozoïque, mais seules une centaine d'espèces ont persisté jusqu'à l'époque moderne. Elles risquent de disparaître et plusieurs espèces sont protégées par des conventions internationales. En raison de leur forme attrayante, elles sont souvent utilisées comme plantes ornementales dans les jardins des régions tropicales et subtropicales.
Gingophytes
La seule espèce survivante du groupe des gingkophytes est le Gingko biloba (Figure\(\PageIndex{4}\)). Ses feuilles en éventail, uniques parmi les plantes à graines parce qu'elles présentent un motif de nervure dichotomique, jaunissent à l'automne et tombent de l'arbre. Pendant des siècles, le G. biloba a été cultivé par des moines bouddhistes chinois dans des monastères, ce qui a assuré sa préservation. Il est planté dans les espaces publics car il est exceptionnellement résistant à la pollution. Les organes mâles et femelles sont produits sur des plantes distinctes. En général, les jardiniers ne plantent que des arbres mâles car les graines produites par la plante femelle dégagent une odeur déplaisante de beurre rance.
Génétophytes
Les gnétophytes sont les plus proches des angiospermes modernes et comprennent trois genres de plantes différents : Ephedra, Gnetum et Welwitschia (Figure\(\PageIndex{5}\)). Comme les angiospermes, ils ont de larges feuilles. Dans les zones tropicales et subtropicales, les gnétophytes sont des vignes ou de petits arbustes. L'éphédra est présent dans les zones sèches de la côte ouest des États-Unis et du Mexique. Les petites feuilles en forme d'écailles de l'éphédra sont à l'origine du composé éphédrine, qui est utilisé en médecine comme puissant décongestionnant. Comme l'éphédrine est similaire aux amphétamines, à la fois en termes de structure chimique et d'effets neurologiques, son utilisation est limitée aux médicaments sur ordonnance. Comme les angiospermes, mais contrairement aux autres gymnospermes, tous les gnétophytes possèdent des éléments vasculaires dans leur xylème.
Résumé
Les gymnospermes sont des plantes à graines hétéroporeuses qui produisent des graines nues. Ils sont apparus au Paléozoïque et étaient la plante dominante au Mésozoïque. Les gymnospermes modernes appartiennent à quatre phylums. Le plus grand phylum, Coniferophyta, est représenté par les conifères, les plantes prédominantes à haute altitude et latitude. Les cycas (phylum Cycadophyta) ressemblent à des palmiers et poussent dans les climats tropicaux. Le gingko biloba est le seul représentant du phylum Gingkophyta. Le dernier phylum, Gnetophyta, est un groupe diversifié d'arbustes qui produisent des éléments vasculaires dans leur bois.
Connexions artistiques
Figure\(\PageIndex{1}\) : À quel stade se forme le zygote diploïde ?
- Quand le cône femelle commence à bourgeonner à partir de l'arbre
- Lors de la fertilisation
- Quand les graines tombent de l'arbre
- Quand le tube pollinique commence à se développer
- Réponse
-
B. Le zygote diploïde se forme une fois que le tube pollinique a fini de se former, de sorte que les noyaux génératifs mâles peuvent fusionner avec le gamétophyte femelle.
Lexique
- conifère
- phylum dominant de gymnospermes avec la plus grande variété d'arbres
- cyca
- gymnosperme qui pousse dans les climats tropicaux et ressemble à un palmier ; membre du phylum Cycadophyta
- dioïque
- décrit une espèce dont les organes reproducteurs mâles et femelles sont conservés sur des échantillons distincts
- gingkophyte
- gymnosperme avec une espèce existante, le Gingko biloba : un arbre aux feuilles en éventail
- gnétophyte
- arbuste gymnospermatique aux caractéristiques morphologiques variées qui produit des éléments vasculaires dans ses tissus ligneux ; le phylum comprend les genres Ephedra, Gnetum et Welwitschia
- gymnosperme
- plante à graines nues (graines exposées sur des feuilles modifiées ou dans des cônes)
- tégument
- couche de tissu sporophyte qui entoure le mégasporange et, plus tard, l'embryon
- mégasporocyte
- Cellule mère mégaspore ; spore plus grosse qui germe pour former un gamétophyte femelle dans une plante hétéroporeuse
- microsporocyte
- spore plus petite qui produit un gamétophyte mâle dans une plante hétéroporeuse
- monoïque
- décrit une espèce dont les organes reproducteurs mâles et femelles se trouvent sur la même plante
- cône ovulé
- cône contenant deux ovules par écaille
- strobilus
- structure de la plante avec un arrangement serré de sporophylles autour d'une tige centrale, comme on peut le voir sur les cônes ou les fleurs ; le strobilus mâle produit du pollen et le strobilus femelle produit des œufs