Fleur et pollinisation

Il existe deux grandes catégories de cycles de vie :

Dans les deux cas, le cycle de vie d’une plante à fleurs est marqué par de grandes étapes : la croissance, une vie adulte ponctuée de périodes de reproduction et une sénescence conduisant à la mort. Quel que soit le type de plantes, ces dernières ont une vie soumise à des contraintes liées à la vie fixée comme trouver leurs ressources alimentaires dans leur milieu de vie ou encore résister aux différents changements de saisons. 

Les plantes terrestres montrent une capacité d’adaptation à la vie fixée aux interfaces sol/atmosphère ou sol/hydrosphère tant au niveau de leur structure que de leur fonctionnement.

Le système racinaire d’une plante offre une grande surface d’échanges avec le sol permettant l’alimentation en eau et en sels minéraux, ainsi que l’ancrage de la plante. Le système caulinaire avec sa surface foliaire offre une grande surface de captation de l’énergie lumineuse également impliquée dans les échanges gazeux permettant la photosynthèse. Ces deux systèmes assurent les deux grandes fonctions que sont la nutrition et la croissance.

Les variations des paramètres de l’environnement sont détectées par les plantes qui en réponse, modifient certaines de leurs caractéristiques structurales comme la perte des feuilles ou le développement des bourgeons et des fleurs.

Ainsi l’adaptation aux fluctuations des paramètres de l’environnement induit des modifications des grandes fonctions à l’origine des cycles de vie.

Il existe des plantes qui produisent des graines nues non protégées par des fruits : ce sont les gymnospermes dont les plus connus sont les sapins.

Certaines plantes développent des organes spécialisés dans la production de graines protégées par des fruits : les fleurs. C’est le groupe des plantes à fleurs ou Angiospermes.  

Il existe des fleurs sans pétales et des fleurs avec pétales. Les fleurs sans pétales possèdent des feuilles modifiées rigides appelées glumes et glumelles qui enserrent les organes reproducteurs et les protègent. 

On observe soit des fleurs solitaires soit des inflorescences, c'est-à-dire des groupes de fleurs. Dans ce cas soit l’inflorescence est définie quand la première fleur à s’ouvrir est au sommet de la tige bloquant ainsi la croissance de la tige, soit l'inflorescence est indéfinie quand les fleurs les plus anciennes sont en dessous du sommet de la tige, celui-ci étant occupé par un bourgeon floral qui n’empêche pas la tige de grandir.  

La plupart des fleurs sont hermaphrodites car elles possèdent à la fois un appareil reproducteur mâle l’androcée et un appareil reproducteur femelle le gynécée. Les fleurs peuvent présenter une symétrie bilatérale ou une symétrie radiale. On parle alors soit de fleurs  zygomorphes soit de fleurs actinomorphes. 

Une fleur avec pétales est portée par un pédoncule floral. Le sommet du pédoncule floral est renflé en un réceptacle floral qui porte des feuilles modifiées appelées pièces florales. Elles n’ont pas toutes la même fonction : certaines sont fertiles et d’autres stériles. Ces pièces sont disposées, de l’extérieur vers l’intérieur, sur 4 cercles concentriques appelés verticilles.  

L’ovaire est dit infère quand il est situé dans la partie inférieure de la zone d’insertion des sépales et des pétales.

Il est dit supère quand il est entièrement situé au-dessus de la zone d’insertion des sépales et des pétales. Il sera alors adhérent ou non au réceptacle floral.

Il existe trois sortes de placentation (disposition des ovules dans l’ovaire).  

L’étude d’une fleur amène à établir sa formule florale dont l’écriture respecte une codification internationale.  

On va également disséquer la fleur et produire un diagramme floral  

Dans les anthères après la méiose, chaque cellule haploïde s’individualise et sa paroi externe (l’exine) se rigidifie. Cette cellule haploïde subit une mitose asymétrique qui conduit à la formation d’une grande cellule végétative et d’une petite cellule générative.

On parle de grain de pollen ou encore de microgamétophyte.

Une fois le grain de pollen déposé sur le pistil, la cellule végétative qu’il contient va se déformer et donner un tube pollinique. Ce dernier va creuser le style, passer entre les cellules de celui-ci et descendre jusqu’aux ovaires pour trouver l’ovule au niveau duquel il entrera par un orifice appelé micropyle.

La cellule générative quant à elle, migre dans le cytoplasme de la cellule végétative puis subit une nouvelle mitose pour donner deux cellules spermatiques : les gamètes mâles. 

Le moment où cette mitose s’effectue dépend des espèces : elle se produit soit avant la dissémination du pollen soit au cours de la croissance du tube pollinique dans le style.

L’ovule des plantes à fleur est plus complexe que chez les animaux.

Le sac embryonnaire est constitué de 7 cellules :

Le tube pollinique déverse son contenu dans l’une des synergides et les deux gamètes mâles interviennent l’un et l’autre dans la fécondation du même sac embryonnaire : on parle de double fécondation.

L’un d’eux féconde l’oosphère, l’autre s’unit aux deux noyaux polaires de la cellule centrale du sac embryonnaire. La première fécondation aboutit à la formation d’un zygote diploïde qui évoluera en embryon et la deuxième fécondation donnera un zygote triploïde qui évoluera en albumen, tissu de réserve. 

L’autofécondation n’est pas majoritaire chez les angiospermes. Elle est cependant obligatoire pour certaines fleurs qui seront alors qualifiées de cléistogames.

L’autofécondation présente de nombreux avantages.  

Tout d’abord, elle permet à l’espèce de se reproduire en absence de pollinisateurs.

En pratiquant l’autogamie, la plante assure un fort taux de pollinisation et la quantité de pollen nécessaire est alors moins importante que dans le cas d’une pollinisation entomogame (par les insectes) ou anémogame (par le vent). Il y a donc économie de ressources. 

Cette facilité de reproduction permet à l’espèce d’envahir rapidement le biotope assurant ainsi sa survie. En effet, un individu introduit seul dans un nouveau biotope peut se propager en l’absence d’autres plantes de son espèce. 

L’autopollinisation est donc particulièrement bénéfique pour les plantes peu exigeantes et pouvant se développer dans des milieux pauvres, appelées plantes pionnières. De plus, si l’espèce présente un génotype avantageux, l’absence de brassage génétique dû à l’autopollinisation permet de le conserver.

L’autofécondation présente un inconvénient majeur : elle limite la variabilité génétique des individus. Ainsi on observe une diminution progressive de la vigueur de la plante. Cette diminution de la biodiversité génétique induit une réduction de la capacité d’adaptation de l’espèce aux variations de l’environnement.

Elle favorise la production d’individus génétiquement nouveaux grâce à des recombinaisons de gènes et les plantes-filles possèdent des caractères différents de ceux des plantes-mères qui peuvent parfois s’avérer être avantageux.

La fécondation croisée est utilisée en horticulture afin de procéder à des hybridations pour créer des variétés aux caractères recherchés.

L’allogamie est dépendante de l’intervention d’éléments pollinisateurs comme le vent, les animaux et parfois l’Homme. Ainsi les plantes allogames réalisent majoritairement leur floraison à la belle saison de manière synchrone à la présence d’insectes pollinisateurs.

Les fleurs hermaphrodites peuvent pratiquer l’allogamie car il existe des mécanismes faisant obstacle à l’autofécondation.

La fécondation croisée s’effectue car les fleurs présentent des obstacles à l’autogamie. 

On distingue tout d’abord les obstacles morpho-anatomiques qui, comme leur nom l’indique, ont attrait à la structure anatomique des fleurs. 

Le premier obstacle correspond à la séparation des organes reproducteurs mâles et femelles dans l’espace. Ainsi une plante, en portant à la fois des fleurs unisexuées mâles et des fleurs unisexuées femelles, diminuera la probabilité d’autofécondation. L’espèce est alors dite monoïque.  Cela concerne 7 % des angiospermes.

Dans 4 % des genres, les fleurs unisexuées sont portées par des individus différents. L’espèce est alors dite dioïque. 

La dioécie, c’est-à-dire le fait que l’espèce soit dioïque, rend de fait l’autogamie impossible.

Chez certaines espèces hermaphrodites, il existe des barrières mécaniques empêchant l’autofécondation. 

À ce propos, on peut raconter l’histoire de la vanille Bourbon qui a été introduite en 1919 à l’île de la Réunion dans un but agricole. L’espèce en provenance du Mexique, pourtant bien acclimatée n’a jamais pu produire de gousses de vanille au grand désespoir des colons installés. La raison était qu’aucun insecte sur l’île n’arrivait à la polliniser. C’est un jeune esclave de 12 ans Edmond Albius qui découvrit comment polliniser la plante en l’absence de son pollinisateur naturel. Il suffit à l’aide d’une petite baguette de bois, d’écarter le rostellum et de presser la fleur pour mettre en contact les parties mâles et femelles.

Il existe également des obstacles physiologiques à l’autofécondation. C’est le cas par exemple, quand la maturité des organes reproducteurs est décalée dans le temps. Les étamines sont mûres soit avant le pistil, on parle alors de protandrie, soit après le pistil et on parle alors de protogynie. La protandrie est la modalité la plus fréquente.

On peut citer enfin les obstacles génétiques comme la stérilité mâle de la fleur qui correspond à une incapacité de la plante à produire du pollen fécondant. Ce mécanisme est cependant rare et ce sont plutôt des mécanismes d’auto-incompatibilité pollen/pistil qui sont observés. Ces mécanismes se situent au niveau de la germination ou du développement du grain de pollen sur les stigmates. Ces systèmes font appel à des gènes d’incompatibilité (S) existant sous forme de nombreux allèle (S1, S2, S3,…).

Il existe différents types de vecteurs. Les fleurs vont donc être qualifiées selon leur mode de pollinisation.  

Les fleurs anémogames sont des fleurs discrètes souvent verdâtres et inodores. 

Chez les Graminées, elles sont regroupées en épi et présentent deux stigmates plumeux et des étamines flexueuses exposées à la surface de l’épi. 

Chez les arbres forestiers les fleurs mâles sont regroupées en inflorescences appelées « chatons ».

La déhiscence des anthères libèrent de grandes quantités de pollen lisse et de très petite taille (10 à 15 nm) qui peut être transporté par le vent sur de très grandes distances. Les pertes en grains de pollen sont énormes mais la quantité libérée compense le côté aléatoire de la rencontre pollen – stigmates. Les stigmates plumeux ont pour rôle, tel un peigne, de capter les grains de pollen.

Les fleurs zoogames dont le pollen gros et collant est transporté par les animaux, présentent en général des fleurs odorantes aux pétales colorés et possédant des nectaires.  

Les fleurs entomogames sont très fréquentes et représentent 90 % des espèces chez les angiospermes.

Les insectes ont une sensibilité très développée pour les composés volatiles émis par les fleurs : les terpènes. 

Enfin il a été observé des mécanismes résultant d’une coévolution.