32.1 : Développement et structure de la reproduction
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Compétences à développer
- Décrire les deux étapes du cycle de vie d'une usine
- Comparez et opposez les gamétophytes mâles et femelles et expliquez comment ils se forment dans les angiospermes
- Décrire les structures reproductrices d'une plante
- Décrire les composants d'une fleur complète
- Décrire le développement du microsporange et du mégasporange chez les gymnospermes
La reproduction sexuée a lieu avec de légères variations selon les groupes de plantes. Les plantes ont deux étapes distinctes dans leur cycle de vie : le stade gamétophyte et le stade sporophyte. Le gamétophyte haploïde produit les gamètes mâles et femelles par mitose dans des structures multicellulaires distinctes. La fusion des gamètes mâles et femelles forme le zygote diploïde qui se transforme en sporophyte. Une fois arrivé à maturité, le sporophyte diploïde produit des spores par méiose, qui se divisent à leur tour par mitose pour produire le gamétophyte haploïde. Le nouveau gamétophyte produit des gamètes et le cycle continue. Il s'agit de l'alternance des générations, typique de la reproduction végétale (Figure\(\PageIndex{1}\)).
Le cycle de vie des plantes supérieures est dominé par le stade sporophyte, le gamétophyte étant porté par le sporophyte. Chez les fougères, le gamétophyte vit librement et a une structure très distincte de celle du sporophyte diploïde. Chez les bryophytes, comme les mousses, le gamétophyte haploïde est plus développé que le sporophyte.
Au cours de la phase végétative de croissance, les plantes grossissent et produisent un système de pousses et un système racinaire. Au moment où elles entrent dans la phase de reproduction, certaines branches commencent à fleurir. De nombreuses fleurs sont portées seules, tandis que certaines sont portées en grappes. La fleur repose sur une tige appelée réceptacle. La forme, la couleur et la taille des fleurs sont uniques à chaque espèce et sont souvent utilisées par les taxonomistes pour classer les plantes.
Reproduction sexuelle chez les angiospermes
Le cycle de vie des angiospermes suit l'alternance des générations expliquée précédemment. Le gamétophyte haploïde alterne avec le sporophyte diploïde au cours du processus de reproduction sexuée des angiospermes. Les fleurs contiennent les structures reproductrices de la plante.
Structure florale
Une fleur typique comporte quatre parties principales, ou verticilles, appelées calice, corolle, androcée et gynécée (Figure\(\PageIndex{2}\)). Le verticille le plus externe de la fleur possède des structures feuillues vertes appelées sépales. Les sépales, collectivement appelés calice, aident à protéger le bourgeon non ouvert. Le second verticille est composé de pétales, généralement de couleurs vives, collectivement appelés corolle. Le nombre de sépales et de pétales varie selon que la plante est monocotylédone ou dicotylédone. Chez les monocottes, les pétales sont généralement au nombre de trois ou de multiples de trois ; chez les dicotylédones, le nombre de pétales est de quatre ou cinq, ou de multiples de quatre et cinq. Ensemble, le calice et la corolle sont connus sous le nom de périanthe. Le troisième verticille contient les structures reproductrices mâles et est connu sous le nom d'androcée. L'androcée possède des étamines avec des anthères qui contiennent les microsporanges. Le groupe de structures situé le plus à l'intérieur de la fleur est le gynécée, ou le ou les composants reproducteurs femelles. Le carpelle est l'unité individuelle du gynécée et possède un stigmate, un style et un ovaire. Une fleur peut avoir un ou plusieurs carpelles.
Art Connection
Si l'anthère est absente, quel type de structure reproductrice la fleur ne pourra-t-elle pas produire ? Quel terme est utilisé pour décrire une fleur incomplète dépourvue d'androcée ? Quel terme décrit une fleur incomplète dépourvue de gynocée ?
Si les quatre verticilles (le calice, la corolle, l'androcée et le gynécée) sont présents, la fleur est décrite comme complète. Si l'une des quatre parties est manquante, la fleur est considérée comme incomplète. Les fleurs qui contiennent à la fois un androcée et un gynécée sont appelées parfaites, androgynes ou hermaphrodites. Il existe deux types de fleurs incomplètes : les fleurs staminées ne contiennent qu'un androcée et les fleurs carpellées ne contiennent qu'un gynocée (Figure\(\PageIndex{3}\)).
Si les fleurs mâles et femelles proviennent de la même plante, l'espèce est dite monoïque (ce qui signifie « un foyer »), par exemple le maïs et le pois. Les espèces dont les fleurs mâles et femelles poussent sur des plantes distinctes sont appelées dioïques, ou « deux foyers », comme le C. papaya et le cannabis. L'ovaire, qui peut contenir un ou plusieurs ovules, peut être placé au-dessus des autres parties florales, appelées supérieures ; ou il peut être placé en dessous des autres parties florales, dites inférieures (Figure\(\PageIndex{4}\)).
Gamétophyte mâle (le grain de pollen)
Le gamétophyte mâle se développe et atteint la maturité dans une anthère immature. Dans les organes reproducteurs mâles d'une plante, le pollen se développe dans une structure appelée microsporange (Figure\(\PageIndex{5}\)). Les microsporanges, généralement bilobées, sont des sacs polliniques dans lesquels les microspores se développent en grains de pollen. Ils se trouvent dans l'anthère, qui se trouve à l'extrémité de l'étamine, le long filament qui soutient l'anthère.
Au sein du microsporange, la cellule mère des microspores se divise par méiose pour donner naissance à quatre microspores, chacune formant finalement un grain de pollen (Figure\(\PageIndex{6}\)). Une couche interne de cellules, connue sous le nom de tapetum, nourrit les microspores en développement et fournit des composants clés à la paroi pollinique. Les grains de pollen matures contiennent deux cellules : une cellule génératrice et une cellule tubulaire pollinique. La cellule génératrice est contenue dans la plus grande cellule du tube pollinique. Lors de la germination, la cellule tubulaire forme le tube pollinique à travers lequel la cellule génératrice migre pour pénétrer dans l'ovaire. Au cours de son transit à l'intérieur du tube pollinique, la cellule génératrice se divise pour former deux gamètes mâles (spermatozoïdes). À maturité, les microsporanges éclatent, libérant les grains de pollen de l'anthère.
Chaque grain de pollen est recouvert de deux couches : l'exine (couche externe plus épaisse) et l'intine (Figure\(\PageIndex{6}\)). L'exine contient de la sporopollénine, une substance imperméabilisante complexe fournie par les cellules du tapétal. La sporopollénine permet au pollen de survivre dans des conditions défavorables et d'être transporté par le vent, l'eau ou des agents biologiques sans subir de dommages.
Gamétophyte femelle (le sac embryonnaire)
Bien que les détails puissent varier d'une espèce à l'autre, le développement global du gamétophyte femelle comporte deux phases distinctes. Tout d'abord, au cours du processus de mégasporogenèse, une seule cellule du mégasporange diploïde, une zone de tissu située dans les ovules, subit une méiose qui produit quatre mégaspores, dont une seule survit. Au cours de la deuxième phase, la mégagamétogenèse, la mégaspore haploïde survivante subit une mitose pour produire un gamétophyte femelle à huit nuclées et à sept cellules, également connu sous le nom de mégagamétophyte ou sac embryonnaire. Deux des noyaux, les noyaux polaires, se déplacent vers l'équateur et fusionnent pour former une seule cellule centrale diploïde. Cette cellule centrale fusionne ensuite avec un spermatozoïde pour former l'endosperme triploïde. Trois noyaux se positionnent à l'extrémité du sac embryonnaire opposée au micropyle et se développent en cellules antipodales, qui dégénèrent ensuite. Le noyau le plus proche du micropyle devient le gamète femelle, ou ovule, et les deux noyaux adjacents se transforment en cellules synergides (Figure\(\PageIndex{7}\)). Les synergies aident à guider le tube pollinique pour une fertilisation réussie, après quoi elles se désintègrent. Une fois la fécondation terminée, le zygote diploïde qui en résulte se développe dans l'embryon, et l'ovule fécondé forme les autres tissus de la graine.
Un tégument à double couche protège le mégasporange et, plus tard, le sac embryonnaire. Le tégument se développera dans le tégument après la fertilisation et protégera la graine entière. La paroi de l'ovule fera partie du fruit. Les téguments, tout en protégeant le mégasporange, ne l'enferment pas complètement, mais laissent une ouverture appelée micropyle. Le micropyle permet au tube pollinique de pénétrer dans le gamétophyte femelle pour la féconder.
Art Connection
Les synergies sont absentes d'un sac embryonnaire. Quel impact spécifique pensez-vous que cela aura sur la fertilisation ?
- Le tube pollinique ne pourra pas se former.
- Le tube pollinique se formera mais ne sera pas guidé vers l'œuf.
- La fécondation n'aura pas lieu car la synergide est l'œuf.
- La fécondation aura lieu mais l'embryon ne pourra pas se développer.
Reproduction sexuelle chez les gymnospermes
Comme pour les angiospermes, le cycle de vie d'un gymnosperme est également caractérisé par l'alternance des générations. Chez les conifères tels que les pins, la partie feuillue verte de la plante est le sporophyte, et les cônes contiennent les gamétophytes mâles et femelles (Figure\(\PageIndex{8}\)). Les cônes femelles sont plus grands que les cônes mâles et sont placés vers le sommet de l'arbre ; les petits cônes mâles sont situés dans la partie inférieure de l'arbre. Comme le pollen est rejeté et soufflé par le vent, cet arrangement rend difficile l'autopollinisation des gymnospermatozoïdes.
Gamétophyte mâle
Un cône mâle possède un axe central sur lequel sont fixées des bractées, un type de feuille modifiée. Les bractées sont appelées microsporophylles (Figure\(\PageIndex{9}\)) et sont les sites où les microspores se développent. Les microspores se développent à l'intérieur du microsporange. Au sein du microsporange, les cellules appelées microsporocytes se divisent par méiose pour produire quatre microspores haploïdes. Une mitose ultérieure de la microspore produit deux noyaux : le noyau générateur et le noyau tubulaire. À maturité, le gamétophyte mâle (pollen) est libéré des cônes mâles et est transporté par le vent pour atterrir sur le cône femelle.
Lien vers l'apprentissage
Regardez cette vidéo pour voir un cèdre qui libère son pollen dans le vent.
Gamétophyte femelle
Le cône femelle possède également un axe central sur lequel sont présentes des bractées appelées mégasporophylles (Figure\(\PageIndex{9}\)). Dans le cône femelle, les cellules mères des mégaspores sont présentes dans le mégasporange. La cellule mère de la mégaspore se divise par méiose pour produire quatre mégaspores haploïdes. L'une des mégaspores se divise pour former le gamétophyte femelle multicellulaire, tandis que les autres se divisent pour former le reste de la structure. Le gamétophyte femelle est contenu dans une structure appelée archégonium.
Processus de reproduction
En atterrissant sur le cône femelle, la cellule tubulaire du pollen forme le tube pollinique, à travers lequel la cellule génératrice migre vers le gamétophyte femelle à travers le micropyle. Il faut environ un an pour que le tube pollinique se développe et migre vers le gamétophyte femelle. Le gamétophyte mâle contenant la cellule générative se divise en deux noyaux de spermatozoïdes, dont l'un fusionne avec l'ovule, tandis que l'autre dégénère. Après la fécondation de l'œuf, le zygote diploïde se forme, qui se divise par mitose pour former l'embryon. Les écailles des cônes sont fermées pendant le développement de la graine. La graine est recouverte d'un tégument dérivé du sporophyte femelle. Le développement des semences prend encore un à deux ans. Une fois que les graines sont prêtes à être dispersées, les bractées des cônes femelles s'ouvrent pour permettre la dispersion des graines ; aucun fruit ne se forme car les graines de gymnosperme ne sont pas recouvertes.
Angiospermes contre gymnospermes
La reproduction des gymnospermatozoïdes diffère de celle des angiospermes à plusieurs égards (Figure\(\PageIndex{10}\)). Dans les angiospermes, le gamétophyte femelle existe dans une structure fermée, l'ovule, qui se trouve à l'intérieur de l'ovaire ; chez les gymnospermes, le gamétophyte femelle est présent sur les bractées exposées du cône femelle. La double fécondation est un événement clé du cycle de vie des angiospermes, mais elle est totalement absente chez les gymnospermes. Les structures des gamétophytes mâles et femelles sont présentes sur des cônes mâles et femelles distincts chez les gymnospermes, alors que chez les angiospermes, elles font partie de la fleur. Enfin, le vent joue un rôle important dans la pollinisation des gymnospermes, car le pollen est soufflé par le vent pour atterrir sur les cônes femelles. Bien que de nombreux angiospermes soient également pollinisés par le vent, la pollinisation animale est plus courante.
Lien vers l'apprentissage
Visitez ce site Web pour visionner une animation du processus de double fécondation des angiospermes.
Résumé
La fleur contient les structures reproductrices d'une plante. Toutes les fleurs complètes contiennent quatre verticilles : le calice, la corolle, l'androcée et le gynécée. Les étamines sont constituées d'anthères, dans lesquelles les grains de pollen sont produits, et d'un fil de soutien appelé filament. Le pollen contient deux cellules, une cellule générative et une cellule tubulaire, et est recouvert de deux couches appelées intine et exine. Les carpelles, qui sont les structures reproductrices féminines, se composent du stigmate, du style et de l'ovaire. Le gamétophyte femelle est formé à partir de divisions mitotiques de la mégaspore, formant un sac ovulaire à huit noyaux. Il est recouvert d'une couche appelée tégument. Le tégument contient une ouverture appelée micropyle, par laquelle le tube pollinique pénètre dans le sac embryonnaire.
Le sporophyte diploïde des angiospermes et des gymnospermes est le stade le plus visible et le plus durable du cycle vital. Les sporophytes différencient des structures reproductrices spécialisées appelées sporanges, qui sont dédiées à la production de spores. Le microsporange contient des cellules mères microsporées qui se divisent par méiose pour produire des microspores haploïdes. Les microspores se transforment en gamétophytes mâles qui sont libérés sous forme de pollen. Le mégasporange contient des cellules mères mégaspores qui se divisent par méiose pour produire des mégaspores haploïdes. Une mégaspore se transforme en gamétophyte femelle contenant un œuf haploïde. Un nouveau sporophyte diploïde se forme lorsqu'un gamète mâle issu d'un grain de pollen pénètre dans le sac ovulaire et féconde cet œuf.
Connexions artistiques
Figure\(\PageIndex{2}\) : Si l'anthère est absente, quel type de structure reproductrice la fleur ne pourra-t-elle pas produire ? Quel terme est utilisé pour décrire une fleur qui est normalement dépourvue d'androcée ? Quel terme décrit une fleur dépourvue de gynocée ?
- Réponse
-
Pollen (ou sperme) ; carpellé ; staminé.
Figure\(\PageIndex{7}\) : Les synergies ne sont pas présentes dans un sac embryonnaire. Quel impact spécifique pensez-vous que cela aura sur la fertilisation ?
- Le tube pollinique ne pourra pas se former.
- Le tube pollinique se formera mais ne sera pas guidé vers l'œuf.
- La fécondation n'aura pas lieu car la synergide est l'œuf.
- La fécondation aura lieu mais l'embryon ne pourra pas se développer.
- Réponse
-
B : Le tube pollinique se formera mais ne sera pas guidé vers l'œuf.
Lexique
- androcée
- somme de toutes les étamines d'une fleur
- antipodes
- les trois cellules éloignées du micropyle
- exine
- couverture extérieure de pollen
- gamétophyte
- stade multicellulaire de la plante qui donne naissance à des gamètes ou à des spores haploïdes
- gynécée
- la somme de tous les carpelles d'une fleur
- intine
- paroi interne du pollen
- mégagamétogenèse
- deuxième phase du développement des gamétophytes femelles, au cours de laquelle la mégaspore haploïde survivante subit une mitose pour produire un gamétophyte femelle à huit nuclées et à sept cellules, également connu sous le nom de mégagamétophyte ou sac embryonnaire.
- mégasporange
- tissu présent dans l'ovaire qui donne naissance au gamète ou à l'ovule de la femelle
- mégasporogenèse
- première phase du développement des gamétophytes femelles, au cours de laquelle une seule cellule du mégasporange diploïde subit une méiose pour produire quatre mégaspores, dont une seule survit
- mégasporophylle
- bractée (type de feuille modifiée) située sur l'axe central d'un gamétophyte femelle
- micropyle
- ouverture sur le sac ovulaire par laquelle le tube pollinique peut pénétrer
- microsporange
- tissu qui donne naissance aux microspores ou au grain de pollen
- microsporophylle
- axe central d'un cône mâle sur lequel sont fixées des bractées (type de feuille modifiée)
- périanthe
- Partie de la fleur (également pétale ou sépale) constituée du calice et/ou de la corolle ; forme l'enveloppe extérieure de la fleur
- noyaux polaires
- trouvé dans le sac ovulaire ; la fusion avec un spermatozoïde forme l'endosperme
- sporophyte
- stade diploïde multicellulaire chez les plantes qui se forme après la fusion de gamètes mâles et femelles
- synergide
- type de cellule présente dans le sac ovulaire qui sécrète des substances chimiques pour guider le tube pollinique vers l'œuf