Introduction de l’activité :
La reproduction sexuée implique la rencontre physique entre deux cellules sexuelles : une cellule mâle, le spermatozoïde et une cellule femelle, l’ovule. Quand on est mobile, comme un grand nombre d’animaux, la rencontre se conçoit aisément. Mais lorsqu’on est immobile comme ce coquelicot, comment assurer la rencontre des cellules sexuelles ? Ce paradoxe d’un mode de vie fixé et de la reproduction sexuée a provoqué de nombreuses adaptations des fleurs.
©barskefranck
Document 1 : La fécondation d’une plante à fleur
Document 2 : Assurer la dispersion des cellules sexuelles : deux stratégies principales
La pollinisation désigne le transport des cellules sexuelles mâles, le pollen, vers les cellules sexuelles femelles, les ovules via le pistil. Le mode de vie fixé des angiospermes interdit une pollinisation par contact direct. Deux grandes stratégies ont été sélectionnées par l’évolution :
Document 3 : Des exemples de stratégie de pollinisation zoogame
Fleur de Rudbeckia fulgida observée en lumière visible et sous ultra-violet
Certains insectes, comme les abeilles, perçoivent les UV, invisibles pour les humains. De nombreuses fleurs de plantes entomogames présentent des sortes de « marques » visibles uniquement sous UV.
Fleur de Parnassie et d’Hellébore
Certaines plantes entomogames produisent du nectar localisé dans des écailles nectarifères ou dans le nectaire. Lorsqu’ils butinent, les abeilles et autres insectes recherchent un nectar très sucré, riche en énergie et en saveur, tout en se recouvrant de pollen simultanément.
Fleur de Stapelia variegata
Des plantes entomogames émettent des odeurs. Ainsi, la fleur de cette plante, pollinisée par des insectes se nourrissant de matières fécales, dégage un parfum nauséabond. Trompé par l’odeur, l’insecte cherche la source de cette odeur et se couvre de pollen par la même occasion.
©gaeti (CC BY-SA 2.0)
Orchidée Zaluzianskya microsiphon
Dans l’est de l’Afrique du Sud, l’orchidée Zaluzianskya microsiphon est majoritairement pollinisée par la mouche P. ganglbaueri.
Cette dernière, grâce à un proboscis (organe de succion), accède au nectar situé au fond d’une profonde corolle, dans un éperon nectarifère.
Des chercheurs ont étudié la correspondance entre la longueur du proboscis des mouches et la profondeur des orchidées dans 16 régions isolées les unes des autres.
Document 4 : Des exemples de stratégie de pollinisation anémophile
Fleur et pollen de plantes de la famille des poacées
Le calice et la corolle sont réduits. À maturité, les anthères des fleurs anémogames peuvent produire des quantités considérables de pollen. Un épi de seigle libère jusqu’à un million de grains de pollen par jour. Celui-ci est souvent lisse, de faible dimension, et peut être percé d’un pore facilitant la prise au vent.
Fleur et pollen de bouleau
Au printemps de plus en plus de personnes se découvrent allergiques au pollen de bouleau. Ses fleurs libèrent par millions des grains de pollens que le vent dissémine.
Chaque grain de pollen est marqué par la présence de trois pores facilitant la prise au vent.
Document 5 : Les mécanismes empêchant l’autofécondation
Le mécanisme de dispersion du pollen implique forcément la possibilité que le pollen d’une fleur tombe sur le pistil de la même fleur : c’est l’autofécondation. Si elle est possible, voire obligatoire pour certaines espèces (blé, riz, avoine, haricot, etc.), celle-ci n’apporte aucune diversité génétique. C’est pourquoi, l’évolution a plutôt retenu des mécanismes évitant cette autofécondation. En effet, les individus chez qui ce mécanisme était possible donnaient des descendants moins adaptés.
Si une période décalée de maturation entre les étamines portant le pollen et le pistil est une stratégie possible, d’autres plantes ont développé des mécanismes d’auto-incompatibilité.
Ce mécanisme est déterminé génétiquement par plusieurs gènes dont le gène S dont il existe plusieurs allèles.
À l’issue de la méiose formant les cellules sexuelles, seul un allèle du gène S est présent : S1, S2, S3, etc.
La compatibilité est possible que si l’allèle porté par une cellule sexuelle est différent de l’allèle porté par l’autre cellule sexuelle, évitant ainsi une origine de la même fleur.
Lors de l’arrivée d’un grain de pollen sur le stigmate (extrémité du pistil), une des premières étapes de la germination du grain de pollen est la formation d’un tube pollinique qui permet de conduire le gamète mâle jusqu’à l’ovule. Ce tube doit être suffisamment long pour arriver jusqu’à l’ovaire contenant les ovules.
Des chercheurs ont analysé la longueur des tubes polliniques chez le pétunia dans deux cas différents :
Le nombre de tubes polliniques formé à différents niveaux du stigmate jusqu’au pistil ont été déterminés.
À l’aide de vos connaissances et des nouvelles informations apportées par le document 1, rappelez le mécanisme général de la reproduction des plantes à fleurs (angiospermes) et le paradoxe apparent de ce mécanisme avec le mode de vie fixée de ces plantes.
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