Elments de botanique Cours 5 Mtaphytes 20022019 Bac
Eléments de botanique Cours 5 Métaphytes 20/02/2019 Bac 1 sciences pharmaceutiques et sciences biologiques Denis Michez Denis. michez@umons. ac. be 1
Cours 1 -2 Introduction générale n Caractéristiques de la vie n Caractéristiques des végétaux n Métabolisme végétal n Les premiers végétaux q Cyanobactéries q Eucaryotes: reproduction et cellule 2
Cours 3 -4 Evolution et caractéristiques des végétaux eucaryotes n Champignons n Algues n Métaphytes 3
la Lignée Verte chlorophylle a amidon (hors chloropl. ) ADN chloropl. particulier 2 flagelles isochontes. . .
Chapitre 8 – Métaphytes 1. Caractéristiques générales Dominance dans les écosystèmes terrestres 300. 000 espèces 6
Chapitre 8 – Métaphytes 1. Caractéristiques générales Conquête modeste au départ vers 430 MY (Ere primaire, Ordovicien) 7
1. Caractéristiques générales Apparition et diversification 8
9
10
Chapitre 8 – Métaphytes 1. Caractéristiques générales, cormus Cooksonia Traces fossiles: Cooksonia • Appareil végétatif plus complexe • Axes verticaux ramifiés • Plusieurs tissus • Spores à paroi résistante 11
Chapitre 8 – Métaphytes 1. Caractéristiques générales, cormus Complexité Versus 12
Chapitre 8 – Métaphytes 1. Caractéristiques générales, cormus Structure du Cormus • Tige • Feuille • Svt racines Versus Thalle
Chapitre 8 – Métaphytes 1. Caractéristiques générales, archégone Protection gamète femelle
Chapitre 8 – Métaphytes 1. Caractéristiques générales, embryon protégé Archégone Zygote Embryon
Chapitre 8 – Métaphytes 1. Caractéristiques générales, Chlorophylles a et b dominantes
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 gamétophyte: « Embryophytes » Couleur verte (Chlorophylle a et b masquent les xanthophylles) 17
Chapitre 8 – Métaphytes 2. Contraintes 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
Chapitre 8 – Métaphytes 2. 1. 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 O 2 et CO 2 19
Cuticule imperméable Interface air-plante hydrophobe cuticule Epiderme supérieur Pallisade Mésophylle Epiderme inférieur cuticule
Variabilité dans la structure de l’épiderme Feuille Trichome Racine http: //www. ucd. ie/botany/Steer/hair/roothairs. html
Chapitre 8 – Métaphytes 2. 1. Evapotranspiration, échanges gazeux pour la photosynthèse Structure de l’épiderme de la feuille Epiderme Mesophylle vaisseaux Epiderme
Chapitre 8 – Métaphytes 2. 1. Evapotranspiration, échanges gazeux pour la photosynthèse Structure de l’épiderme de la feuille Epiderme Stomate 24
Chapitre 8 – Métaphytes 2. 1. Evapotranspiration, échanges gazeux pour la photosynthèse Structure du stomate 25
Chapitre 8 – Métaphytes 2. 1. Evapotranspiration Fonction du stomate Ouverture/fermeture contrôlée Entrée CO 2 Sortie O 2 26
Chapitre 8 – Métaphytes 2. 1. Evapotranspiration Contrainte: • Dessiccation des gamètes et des spores Adaptations: • Gamétophyte : protection des gamètes par des gamétanges o Gamétange mâle : Anthéridie o Gamétange femelle : Archégone • Sporophyte : protection des spores par des sporanges 28
Chapitre 8 – Métaphytes GAMETOPHYTE (N) Anthéridie produit les anthérozoïdes
Chapitre 8 – Métaphytes GAMETOPHYTE Archégone produit oosphère Structure permet de retenir une goutte d’eau
Chapitre 8 – Métaphytes Anthérozoïde, nage vers Oosphère Archégone Anthéridie Zygote Gamétophyte
Chapitre 8 – Métaphytes Comparaison Gamétocyste vs gamétange 1 cellule vs 1 organe
Chapitre 8 – Métaphytes SPOROPHYTE (2 N) Structure sporange Ex : Fougère
Chapitre 8 – Métaphytes SPOROPHYTE Structure sporange Ex : Mousse
Chapitre 8 – Métaphytes SPOROPHYTE + GAMETOPHYTE
Chapitre 8 – Métaphytes 2. 2. Séparation des ressources dans l’espace Contraintes • Milieu anisotrope versus milieu isotrope o Eau et sels dissous dans le sol o Lumière et CO 2 dans l’air Adaptations • Différentiation des organes aériens et souterrains • Système de transport de matière entre les deux parties 36
Chapitre 8 – Métaphytes 2. 2. Séparation des ressources dans l’espace Différentiation organes: système racinaire • Cylindrique (eau distribuée de façon isotrope) Coupe transversale dans une racine 37
Pointe de la racine Poil racinaire racine Racine latérrale Méristème apical racinaire
root cap Méristème apical racinaire Poil racinaire absorbant Méristème qui permet la croissance Protection contre l’abrasion par la coiffe (root cap)
Chapitre 8 – Métaphytes 2. 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 (anisotrope) • Grande surface de contact (compense l’immobilité) Coupe transversale dans une feuille 40
Meristème apical Entre noeud Bourgeon axillaire Branche latérale Extrémité de la tige Branche latérale
Chapitre 8 – Métaphytes 2. 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) 42
Sclérenchyme, tissu de soutien 1) paroi secondaire (+ primaire) 2) cellule morte généralement
Sclérenchyme, tissu de soutien
Phloème et xylème avec paroi épaissie
Phloème et xylème, croissance secondaire
Xylène secondaire
Transport d’eau et de sucre par le phloème
Transport d’eau et de minéraux par le xylème
Chapitre 8 – Métaphytes 2. 3. Disparition de la poussée d’Archimède Contrainte: • Poids spécifique plus élevé dans l’air que dans l’eau PLANTE ALGUE Adaptation: • Armature interne composée de cellules mortes à paroi épaissies et rigides (fibres) 52
Sclerenchyme, tissu de soutien 1) paroi secondaire (+ primaire) 2) cellule morte généralement
Sclérenchyme, tissu de soutien
Chapitre 8 – Métaphytes 2. 4. Milieu changeant Méristèmes apicaux Contraintes: • Immobilité • Compétiteurs Adaptation: • Méristème et croissance continue Méristème apical Tige Racine 55
Point de la racine Poil racinaire racine Racine latérrale Méristème apical racinaire
Meristème apical caulinaire Entre noeud Bourgeon axillaire Branche latérale Extrémité tige Branche latérale
Chapitre 8 – Métaphytes Croissance après feux ou broutage
Chapitre 8 – Métaphytes
Chapitre 8 – Métaphytes 3. Avantages de la vie terrestre • Eau plus absorbante que l’air dans la gamme des rouges • Pas encore de prédation d’herbivores (les plantes ont précédés les hétérotrophes sur terre) • Vitesse de diffusion du CO 2 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 60
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 61
Chapitre 8 – Métaphytes Anthérozoïde, nage vers Oosphère Archégone Anthéridie Zygote Gamétophyte
Chapitre 8 – Métaphytes 5. Origine et diversité des métaphytes : lignée verte • • • Chloroplaste à membrane peptidoglycane Thylacoïdes non collés Chlorophylle a comme pigment principal Molécule de stockage: amidon (hors chloroplaste) ADN chloroplastique particulier 2 flagelles isochontes (de structure identique) • Algues rouges et vertes 64
la Lignée Verte. . .
Lignée Verte : Chlorophyta, Chlorophycées Ulothrix
Lignée Verte : Chlorophyta, Chlorophycées Cladophora
Chlorophycées: tendance évolutive Chlamydomonas
Chlorophycées: tendance évolutive Pandorina
Chlorophycées: tendance évolutive Pleodorina
Chlorophycées: tendance évolutive Volvox
Lignée Verte : Chlorophyta, Chlorophycées
Lignée Verte : Chlorophyta, Chlorophycées Acetabularia
Lignée Verte : Chlorophyta, Chlorophycées Enteromorpha
Lignée Verte : Chlorophyta, Chlorophycées Caulerpa
Lignée Verte : Chlorophyta, Charophycées Produits sexuels entourés de cell. spiralées + cell. réceptrices ♀ Gigantesque vacuole, chloroplastes discoïdes sans pyrénoïde, structures sexuées particulières
Chapitre 8 – Métaphytes 5. Origine et diversité des métaphytes : lignée verte • Algues vertes des rivages avec un taux de survie des zygotes faibles • Rétention du zygote au sein du gamétophyte favorisée 77
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 78
Chapitre 8 – Métaphytes 5. Origine et diversité des métaphytes : lignée verte Conséquences de ces premières adaptations • Sporophyte le premier à s’adapter au milieu terrestre • Sporophyte imperméable et parasite d’un gamétophyte encore aquatique • Sporophyte dressé pour optimiser la dispersion • Plus grand succès des méiospores, eux aussi adaptés à la dessication (dépôt bord du rivage) 79
Chapitre 8 – Métaphytes Sporophyte prend plus d’importance, essentiellement aérien Gamétophyte dominant, modèle adapté au milieu humide Sporophyte dominant, modèle adapté au milieu sec 80
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) 81
Lignée Verte : Chlorophyta, Charophycée produits sexuels entourés de cell. spiralées + cell. réceptrices ♀ Gigantesque vacuole, chloroplastes discoïdes sans pyrénoïde, structures sexuées particulières
Chapitre 8 – Métaphytes 5. Diversité des métaphytes : 3 grands groupes • Bryophytes • Ptéridophytes • Spermatophytes 84
la Lignée Verte: Embryophytes
la Lignée Verte: Embryophytes ‘Bryophytes’
Chapitre 9 – Bryophytes Marchantiophytes Hépatiques à thalle
Bryophytes sporange
Bryophytes Sphagnum sp.
Anthocérophytes Hépatique à feuille 90
la Lignée Verte: Embryophytes ‘Pteridophytes’
Chapitre 10 – Ptéridophytes Lycopodium
Sphénophytes: Equisetum
Filicophytes: Aquilinum sp.
la Lignée Verte: Embryophytes ‘Spermatophytes’
Cycadophytes
Gnetophytes
Gingkophytes
Pinophytes
Angiospermes
Questions n Quelles sont les principales adaptations des métaphytes à la vie terrestre ? n Décrivez l’archégone des métaphytes et expliquez pourquoi il représente une avancée majeure dans l’évolution des plantes. n Comparez le cycle de développement d’un Chlorophyte de type Charophyte et d’un métaphyte de type Bryophyte n Sur quels arguments repose l’hypothèse selon laquelle un Charophyte est l’ancêtre des plantes terrestres ?
- Slides: 101