INTRODUCTION
> Définition d’une « plante »
Les plantes sont les organismes appartenant à la lignée verte (aussi appelés végétaux chlorophylliens)
On s’intéressera dans ce chapitre aux végétaux chlorophylliens dans un premier temps, puis plus particulièrement au groupe des Angiospermes, c’est-à-dire les plantes à fleurs.

Arbre de la lignée verte

–> Apparition de caractères

> La vie fixée : une particularité des végétaux.
Les végétaux ont la particularité de ne pas se déplacer, on dit alors qu’ils sont fixés.
Cette vie fixée entraîne des contraintes pour :
– La recherche de nourriture et d’eau
– La reproduction (recherche de partenaire, dispersion de la génération suivante, coloniser de nouveaux milieux …)
– La protection contre les agressions

Au cours de l’histoire évolutive de la lignée verte, des caractères permettant une meilleure adaptation à ces contraintes ont été sélectionnés et sont aujourd’hui présents chez les plantes actuelles. On peut donc dire que l’adaptation des plantes à la vie fixée est le résultat de l’évolution.

CHAPITRE 5 – Adaptations des plantes à la vie fixée.

Quelles sont les adaptations des plantes à la vie fixée ?

I- Adaptations nutritives et métaboliques

Pour pouvoir croître, et réaliser toutes leurs fonctions, les cellules végétales ont besoin d’énergie et de matière organique, qu’elles fabriquent par métabolisme.

Métabolisme : Ensemble de réactions chimiques cellulaires permettant de produire la matière organique formant les êtres vivants et l’énergie permettant aux êtres vivants de réaliser leurs fonctions.

Les végétaux chlorophylliens ont deux types de métabolisme :
– Photosynthèse : Métabolisme autotrophe (= utilisant de la matière minérale) pour produire de la MO :
6 CO2 + 6 H2O –> C6H12O6 +6 O2
– Respiration cellulaire : Métabolisme hétérotrophe (= utilisant de la MO ) pour produire de la MO :
6 O2 + C6H12O6 –> 6 H2O +6 CO2

Pour réaliser ces métabolismes, les plantes effectuent des échanges gazeux avec atmosphère et absorbent de l’eau et des minéraux qu’elles puisent dans le sol. Cependant, la vie fixée pose des contraintes pour effectuer ces échanges

Contraintes métaboliques et nutritives de la vie fixée :
– Amener l’eau et les nutriments jusqu’aux organes sans mouvement
– Amener les gaz respiratoires jusqu’aux organes sans mouvement
– Trouver de l’eau et des nutriments sans se déplacer lorsque toutes les ressources du milieu sont épuisées.

A – Les organes photosynthétiques permettent la réalisation du métabolisme

TP 11 : Vie fixée – Adaptations métaboliques et nutritives partie 1

La photosynthèse a lieu dans les cellules chlorophylliennes du parenchyme des feuilles.
Les cellules chlorophylliennes possèdent des organites particuliers : les chloroplastes, qui contiennent eux-mêmes une molécule particulière, la chlorophylle. C’est cette molécule (entre autre) qui permet aux chloroplastes de réaliser la photosynthèse en présence de lumière et donc de produire de l’énergie et de la matière organique.

(Pour en savoir plus, cf. cours de spécialité SVT sur la photosynthèse)

Les feuilles étant les organes chlorophylliens, elles doivent pouvoir échanger des gaz avec le milieu extérieur (l’atmosphère) : récupérer le dioxyde de carbone et rejeter le dioxygène pour la photosynthèse, et l’inverse pour la respiration cellulaire.

B – Les stomates permettent les échanges gazeux entre les organes chlorophylliens et l’atmosphère

Les échanges gazeux entre la feuille et l’atmosphère se font par l’intermédiaire des stomates : Ce sont des structures situées sur l’épiderme des feuilles et composées de deux cellules (les cellules de garde) et d’un ostiole. Sous les cellules de garde, on trouve une poche sans cellule, appelée chambre sous-stomatique, permettant le passage des gaz.

L’ ouverture de l’ostiole (permise par le gonflement des vacuoles des cellules de garde) permet d’effectuer des échanges gazeux et la fermeture de l’ostiole (due au dégonflement des vacuoles des cellules de garde) maintient les gaz dans la feuille.

SCHÉMA BILAN DES ADAPTATIONS DU SYSTÈME FOLIAIRE PERMETTANT LA RÉALISATION DE LA PHOTOSYNTHÈSE

C –Les racines permettent les échanges de substances nutritives avec le sol

TP 11 : Vie fixée – Adaptations métaboliques et nutritive partie 2

Les plantes absorbent l’eau et les ions nécessaires à leur métabolisme dans le sol par des organes spécialisés : les racines.
Ces racines sont composées de plusieurs zones, ayant toutes une fonction précise :
– La coiffe protège la racine au contact du sol
– Le méristème produit les nouvelles cellules nécessaires à la croissance de la racine
– La zone d’élongation permet l’allongement des cellules et donc la croissance de la racine
– La zone pilifère contient les poils absorbants qui prélèvent eaux et ions dans le sol.

Photographie d’un grain de blé germé avec détails de la structure racinaire :

Les poils absorbants sont des structures spécialisées dans l’absorption : leur membrane très fine permet des échanges efficaces avec le sol. De plus, ils augmentent la surface d’échange entre la plante et le sol et permettent donc d’absorber plus de nutriments et d’eau.

Les ramifications des racines permettent également aux végétaux d’avoir une surface d’échange avec le sol très élevée et donc de maximiser l’apport en eau et en ions.
De plus, certaines plantes réalisent des symbioses avec des champignons au niveau de leurs racines, ce qui augmente encore la surface et l’efficacité de l’absorption. Ces symbioses sont appelées mycorhizes (ou symbioses mycorhiziennes)

La croissance des racines permet d’aller chercher des nutriments et de l’eau en dehors de la zone d’épuisement minérale (c’est-à-dire de la zone ou la plante a déjà puisé tous les nutriments). Il existe deux types de système racinaire :
– Le système racinaire pivotant s’étend vers le bas et permet ainsi une recherche de nutriments en profondeur
– Le système racinaire fasciculé s’étend sur les cotés et permet ainsi une recherche de nutriments latérale

Le système racinaire des végétaux leur permet donc de surmonter certaines contraintes de la vie fixée :
– Il permet un ancrage dans le sol et ainsi une stabilité
– Il permet l’absorption d’eau et de nutriments du sol
– Il permet la recherche de nutriments en dehors de la zone d’épuisement minérale.

SCHÉMA BILAN DES ADAPTATIONS DU SYSTÈME RACINAIRE PERMETTANT LA NUTRITION MINÉRALE

D – Les vaisseaux conducteurs permettent le transport de substances nutritives jusqu’aux organes chlorophylliens

Le transport des substances nutritives entre les racines et les organes chlorophylliens se font par des tubes appelés faisceaux cribro-vasculaires.
Les faisceaux cribro-vasculaires sont composés de deux types de vaisseaux :
– Le Xylème, qui transporte la sève brute (c’est-à-dire le mélange eau + sels minéraux puisé dans le sol) jusqu’aux organes chlorophylliens
– Le Phloème, qui transporte la sève élaborée, c’est-à-dire les substances formées par photosynthèse (sucres principalement) jusqu’aux organes, ce qui permet leur nutrition.

Pour la reconnaissance de ces vaisseau en coupe transversale, on se base sur une coloration spécifique :
Le xylème est formé de cellules mortes qui fixent le colorant vert d’iode.
Le phloème est formé de cellules vivantes qui fixent le colorant rouge carmin aluné

II- Adaptations reproductives à la vie fixée.

La reproduction des Angiospermes implique plusieurs étapes :
– Production de gamètes
– Pollinisation : Déplacement du pollen contenant les gamètes mâles jusqu’aux gamètes femelles
– Fécondation : Rencontre des gamètes mâles et femelles
– Transformation de l’ovaire en fruit et de l’ovule en graine
– Dispersion du fruit, et donc de la graine

Cependant, la vie fixée impose des contraintes pour la réalisation de ces étapes :
– Trouver un partenaire, sans se déplacer. Cela implique de disperser (=transporter) ses gamètes
– Réaliser la fécondation : les gamètes doivent entrer en contact sans déplacement.
– Disperser la génération suivante qui ne peut pas rester sur la plante-mère et ne peux pas se déplacer pour coloniser un autre endroit.

Plusieurs adaptations, notamment au niveau de la fleur, permettent la réalisation des étapes permettant la reproduction malgré les contraintes imposées par le mode de vie fixée.

TP 12 : Vie fixée – Adaptations reproductives

A – La fleur : Anatomie et organisation
La fleur des Angiospermes est formée de 4 verticilles concentriques portant différents organes (appelés pièces florales) :
– Les sépales : Pièces stériles
– Les pétales : Pièces stériles souvent colorées
– Les étamines : Pièces fertiles mâles, produisant le pollen. Les étamines sont formées d’un filet et d’anthères.
– Le pistil : Pièce fertile femelle, produisant les ovules. Le pistil set formé de carpelles, eux-mêmes formés d’un ovaire, un style et un stigmate.

Le nombre, la forme et les relations entre les différentes pièces florales est caractéristiques de l’espèce et du groupe de la plante.

Nous verrons par la suite (C-) que la fleur possède de nombreuses adaptations qui favorisent la reproduction des plantes malgré la vie fixée.

B- La mise en place des organes floraux
La mise en place des organes floraux est contrôlée par la localisation de l’expression de gènes du développement dans le bourgeon floral (= méristème floral)
Le méristème floral est divisé en 4 zones concentriques (les futurs verticilles) dans lesquels des combinaisons différentes de gènes du développement s’expriment. Les cellules de chaque zone se différencieront alors d’une façon spécifique donnant les différentes pièces florales :
Verticille 1 : Gène A –> différenciation en sépales
Verticille 2 : Gène A + Gène B –> différenciation en pétales
Verticille 3 : Gène B + Gène C –> différenciation en étamines
Verticille 4 : Gène C –> différenciation en carpelle


Les mutations sur ces gènes ou la modification de leur expression modifient l’organisation florale

C- Les adaptations reproductives à la vie fixée

Les fleurs présentent de nombreuses adaptations permettant la reproduction :

– Elles possèdent des organes spécialisés dans la production de gamètes (le pistil et les étamines.

– Le pollen possède des adaptations en lien avec son mode de dispersion (c’est à dire avec l’agent qui le transporte) :

La capacité du pollen à germer sur le pistil est aussi une adaptation qui permet la fécondation

– L’organisation des fleurs peut aussi présenter des adaptations reproductives

De leurs côtés, les pollinisateurs possèdent également des adaptations aux fleurs qu’ils pollinisent (exemples : taille de la trompe adaptée à la fleur, poils de l’insecte qui retiennent le pollen …)

Lorsqu’un pollinisateur et une fleur sont adaptés l’un à l’autre, on parle alors de co-adaptation fleur-pollinisateur.
Ces co-adaptations s’expliquent par un phénomène de co-évolution (ou évolution conjointe) des deux espèces au cours du temps : Chez la plante, les caractères permettant l’attraction des insectes (fabrication de nectar, forme des pétales …) sont sélectionnés car ils permettent d’être mieux pollinisé, donc de mieux se reproduire et chez le pollinisateur, les caractères permettant la pollinisation (poils, trompe …) sont sélectionnés car ils permettent de mieux se nourrir donc de mieux se reproduire.

Exemple de co-adaptation entre une mouche et une orchidée. Cette espèce de mouche possède une trompe (le proboscis) permettant de se nourrir du nectar produit par les fleurs au fond du tube formé par les pétales soudés. Selon les régions, la taille du tube floral et la taille du proboscis varient, mais elles sont toujours adaptées l’une à l’autre. Cela montre que les orchidées et les mouches des différentes régions ont été sélectionnées conjointement : elles ont co-évolué

Les fruits possèdent également des adaptations à leur mode de dispersion :

III- Adaptations contre les agressions.

TP 13 – Adaptations de protection

Les végétaux possèdent de nombreuses adaptations leur permettant de se protéger des agressions de l’environnement malgré leur vie fixée :

  • Des adaptations contre le froid :
    • Poils qui maintiennent les feuilles au chaud (Ex : la Joubarbe toile d’araignée (Sempervivum arachnoideum) : Ce sont des adaptations anatomiques contre le froid.
    • Passage de la mauvaise saison sous la terre pour que la plantule ne subisse pas le gel. La plantule est dans une graine (ex : coquelicot), un bulbe (ex : Tulipe) ou un bourgeon (ex : Marronier) … Ce sont des adaptations physiologiques (du cycle de vie) contre le froid.
  • Des adaptations contre la sécheresse :
    • Feuilles particulières de l’Oyat des dunes : Les feuilles s’ouvrent la nuit et se referment lors de la période sèche (jour) en enfermant l’humidité à l’intérieur de cryptes. Ces cryptes contiennent des poils qui retiennent l’humidité et des stomates pour les échanges gazeux. Les feuilles se referment par l’action de cellules bulliformes. L’oyat possède donc des adaptations physiologiques contre la sécheresse.
      • Réserves d’eau dans les feuilles des plantes. Ex : cactus (Opuntia ficus) –> Adaptation anatomique
      • Fermeture des stomates le jour pour conserver l’atmosphère humide (plantes CAM) –> Adaptation métabolique
  • Des adaptations contre les prédateurs :
    • Odeur des pétales dissuasive pour éloigner les prédateurs. Ex : Serpentaire (Dracunculus vulgaris) qui a une odeur de cadavre .
    • Production de cuticule épaisse qui empêche la consommation par les herbivores. Ex : Le Houx (Ilex ilex)
    • Production d’épines empêchant la consommation. Ex : Le Rosier (Rosa species)
    • Production de poisons empêchant la consommation. Ex : Le muguet (Convallaria majalis)
    • Défenses actives (uniquement en cas d’agressions) productions de molécules « médicaments », production de poisons… Ex : Les acacias qui produisent une hormone volatile pour se protéger (et se prévenir ! ) lors d’une attaque d’antilopes.