Reproduction asexuée chez les plantes | Biologie pour les majors II

Décrivez les plantes qui se reproduisent de manière asexuée

Plusieurs plantes se reproduisent de manière asexuée ainsi que de manière sexuée. Dans la reproduction asexuée, une partie de la plante mère est utilisée pour générer une nouvelle plante. Le greffage, le marcottage et la micropropagation sont quelques méthodes utilisées pour la reproduction asexuée artificielle. La nouvelle plante est génétiquement identique à la plante mère dont le matériel a été prélevé. Les plantes à reproduction asexuée se développent bien dans des environnements stables.

Objectifs d’apprentissage

Décrire les caractéristiques des plantes qui se reproduisent asexuellement
Discuter des mécanismes, des avantages, et les inconvénients de la reproduction asexuée naturelle et artificielle
Discuter de la durée de vie des plantes

Plantes asexuées

De nombreuses plantes sont capables de se propager en utilisant la reproduction asexuée. Cette méthode ne nécessite pas l’investissement requis pour produire une fleur, attirer les pollinisateurs ou trouver un moyen de dispersion des graines. La reproduction asexuée produit des plantes qui sont génétiquement identiques à la plante mère, car aucun mélange de gamètes mâles et femelles n’a lieu. Traditionnellement, ces plantes survivent bien dans des conditions environnementales stables par rapport aux plantes issues de la reproduction sexuée car elles portent des gènes identiques à ceux de leurs parents.

De nombreux types de racines présentent une reproduction asexuée Figure 1. Le cornet est utilisé par le glaïeul et l’ail. Les bulbes, comme le bulbe écailleux des lys et le bulbe tunique des jonquilles, sont d’autres exemples courants. La pomme de terre est un tubercule à tige, tandis que le panais se propage à partir d’une racine pivotante. Le gingembre et l’iris produisent des rhizomes, tandis que le lierre utilise une racine adventice (une racine provenant d’une partie de la plante autre que la racine principale ou primaire), et le fraisier possède un stolon, également appelé stolon.

Vous trouverez ci-dessous des photos de diverses racines. La partie A montre des racines d'ail bulbeux. La partie B montre un bulbe de tulipe qui a fait pousser une feuille. La partie C montre une racine de gingembre, qui a de nombreuses branches. La partie D montre trois tubercules de pomme de terre. La partie E montre un fraisier.

Figure 1. Différents types de tiges permettent la reproduction asexuée. (a) Le corme d’une plante d’ail ressemble à (b) un bulbe de tulipe, mais le corme est un tissu solide, tandis que le bulbe est constitué de couches de feuilles modifiées qui entourent une tige souterraine. Les cormes et les bulbes peuvent s’autoproduire, donnant naissance à de nouvelles plantes. (c) Le gingembre forme des masses de tiges appelées rhizomes qui peuvent donner naissance à plusieurs plantes. (d) Les plants de pommes de terre forment des tubercules à tige charnue. Chaque œil du tubercule tige peut donner naissance à une nouvelle plante. (e) Les fraisiers forment des stolons : des tiges qui poussent à la surface du sol ou juste sous le sol et qui peuvent donner naissance à de nouvelles plantes. (crédit a : modification du travail par Dwight Sipler ; crédit c : modification du travail par Albert Cahalan, USDA ARS ; crédit d : modification du travail par Richard North ; crédit e : modification du travail par Julie Magro)

Certaines plantes peuvent produire des graines sans fécondation. Soit l’ovule, soit une partie de l’ovaire, qui est de nature diploïde, donne naissance à une nouvelle graine. Cette méthode de reproduction est connue sous le nom d’apomixie.

Un avantage de la reproduction asexuée est que la plante résultante atteindra plus rapidement sa maturité. Comme la nouvelle plante naît d’une plante adulte ou de parties de plantes, elle sera également plus robuste qu’un semis. La reproduction asexuée peut se faire par des moyens naturels ou artificiels (assistés par l’homme).

Méthodes naturelles de reproduction asexuée

Les méthodes naturelles de reproduction asexuée comprennent des stratégies que les plantes ont développées pour s’autoproduire. De nombreuses plantes – comme le gingembre, l’oignon, le glaïeul et le dahlia – continuent de pousser à partir de bourgeons présents à la surface de la tige. Chez certaines plantes, comme la patate douce, des racines adventives ou des stolons peuvent donner naissance à de nouvelles plantes (figure 2). Chez Bryophyllum et kalanchoe, les feuilles ont de petits bourgeons sur leurs bords. Lorsque ceux-ci sont détachés de la plante, ils se développent en plantes indépendantes ; ou, ils peuvent commencer à se développer en plantes indépendantes si la feuille touche le sol. Certaines plantes peuvent être propagées uniquement par bouturage.

L'illustration représente une plante mature. Un stolon germe à la base de la plante et court le long du sol. Un bourgeon et un système de racines adventives se forment à partir du stolon.

Figure 2. Un stolon, ou stolon, est une tige qui court le long du sol. Aux nœuds, il forme des racines adventives et des bourgeons qui se développent en une nouvelle plante.

Méthodes artificielles de reproduction asexuée

Ces méthodes sont fréquemment employées pour donner naissance à de nouvelles plantes, parfois inédites. Elles comprennent le greffage, le bouturage, le marcottage et la micropropagation.

Greffage

L'illustration montre le tronc d'un jeune arbre, qui a été fendu. La partie supérieure d'un autre jeune arbre est calée dans la fente et scotchée afin que les deux parties puissent se développer ensemble.

Figure 3. Le greffage est une méthode artificielle de reproduction asexuée utilisée pour produire des plantes combinant des caractéristiques favorables de la tige avec des caractéristiques favorables des racines. La tige de la plante à greffer est appelée le scion, et la racine est appelée la souche.

La greffe est utilisée depuis longtemps pour produire de nouvelles variétés de roses, d’espèces d’agrumes et d’autres plantes. Dans le greffage, deux espèces végétales sont utilisées ; une partie de la tige de la plante désirable est greffée sur une plante enracinée appelée le stock. La partie qui est greffée ou attachée est appelée le scion. Les deux sont coupés à un angle oblique (tout angle autre que l’angle droit), placés en contact étroit l’un avec l’autre, et sont ensuite maintenus ensemble Figure 3. Il est extrêmement important de faire correspondre ces deux surfaces aussi étroitement que possible, car ce sont elles qui vont maintenir la plante ensemble. Les systèmes vasculaires des deux plantes se développent et fusionnent, formant ainsi un greffon. Après un certain temps, le greffon commence à produire des pousses, puis des fleurs et des fruits. La greffe est largement utilisée en viticulture (culture du raisin) et dans l’industrie des agrumes. Les scions capables de produire une variété de fruits particulière sont râpés sur des porte-greffes présentant une résistance spécifique aux maladies.

Découpage

Les plantes telles que le coléus et la plante d’argent sont propagées par des boutures de tige, où une partie de la tige contenant des nœuds et des entre-nœuds est placée dans un sol humide et laissée s’enraciner. Chez certaines espèces, les tiges peuvent commencer à produire une racine même lorsqu’elles sont placées uniquement dans l’eau. Par exemple, les feuilles de la violette africaine s’enracineront si elles sont conservées dans l’eau sans être dérangées pendant plusieurs semaines.

La stratification

L'illustration montre une plante dont la tige a été pliée et enterrée sous le sol. Un tuteur retient l'extrémité de la tige pour qu'elle puisse former une nouvelle plante dressée.

Figure 4. Dans le marcottage, une partie de la tige est enterrée afin qu’elle forme une nouvelle plante.

Le marcottage est une méthode dans laquelle une tige attachée à la plante est pliée et recouverte de terre. On préfère les jeunes tiges qui peuvent être pliées facilement sans être blessées. Le jasmin et le bougainvillier (fleur de papier) peuvent être propagés de cette façon Figure 4.

Dans certaines plantes, on emploie une forme modifiée de marcottage appelée marcottage aérien. Une partie de l’écorce ou du revêtement le plus externe de la tige est retirée et recouverte de mousse, qui est ensuite scotchée. Certains jardiniers appliquent également de l’hormone d’enracinement. Après un certain temps, des racines apparaîtront, et cette partie de la plante peut être retirée et transplantée dans un pot séparé.

Micropagation

La micropropagation (également appelée culture de tissus végétaux) est une méthode de propagation d’un grand nombre de plantes à partir d’une seule plante en peu de temps dans des conditions de laboratoire (figure 5). Cette méthode permet de propager des espèces rares et menacées qui peuvent être difficiles à cultiver dans des conditions naturelles, qui ont une importance économique ou qui sont recherchées comme plantes exemptes de maladies.

La photo montre une plante qui pousse dans un tube à essai.

Figure 5. La micropropagation est utilisée pour propager des plantes dans des conditions stériles. (crédit : Nikhilesh Sanyal)

Pour commencer la culture de tissus végétaux, on peut utiliser une partie de la plante comme une tige, une feuille, un embryon, une anthère ou une graine. Le matériel végétal est soigneusement stérilisé à l’aide d’une combinaison de traitements chimiques normalisés pour cette espèce. Dans des conditions stériles, le matériel végétal est placé sur un milieu de culture de tissus végétaux qui contient tous les minéraux, vitamines et hormones nécessaires à la plante. La partie végétale donne souvent naissance à une masse indifférenciée appelée cal, à partir de laquelle des plantules individuelles commencent à pousser après un certain temps. Celles-ci peuvent être séparées et sont d’abord cultivées dans des conditions de serre avant d’être déplacées dans des conditions de terrain.

La durée de vie des plantes

La photo montre le tronc noueux d'un pin bristlecone.

Figure 6. Le pin bristlecone, représenté ici dans l’Ancienne forêt de pins bristlecone dans les White Mountains de l’est de la Californie, est connu pour vivre pendant 4 500 ans. (crédit : Rick Goldwaser)

La durée entre le début du développement et la mort d’une plante est appelée sa durée de vie. Le cycle de vie, quant à lui, est la séquence d’étapes que traverse une plante, de la germination des graines à la production de graines de la plante mature. Certaines plantes, comme les annuelles, n’ont besoin que de quelques semaines pour pousser, produire des graines et mourir. D’autres plantes, comme le pin bristlecone, vivent pendant des milliers d’années. Certains pins bristlecone ont un âge documenté de 4 500 ans (figure 6). Même si certaines parties d’une plante, comme les régions contenant du tissu méristématique – la zone de croissance active de la plante constituée de cellules indifférenciées capables de se diviser – continuent de croître, certaines parties subissent une mort cellulaire programmée (apoptose). Le liège que l’on trouve sur les tiges, et le tissu conducteur d’eau du xylème, par exemple, sont composés de cellules mortes.

Les espèces végétales qui accomplissent leur cycle de vie en une saison sont dites annuelles, dont Arabidopsis, ou cresson à oreilles de souris, est un exemple. Les bisannuelles, comme la carotte, accomplissent leur cycle de vie en deux saisons. Au cours de la première saison d’une bisannuelle, la plante a une phase végétative, tandis que la saison suivante, elle achève sa phase reproductive. Les producteurs commerciaux récoltent les racines des carottes après la première année de croissance et ne permettent pas aux plantes de fleurir. Les plantes vivaces, comme le magnolia, complètent leur cycle de vie en deux ans ou plus.

Dans une autre classification basée sur la fréquence de floraison, les plantes monocarpiques ne fleurissent qu’une seule fois au cours de leur vie ; les exemples incluent le bambou et le yucca. Pendant la période végétative de leur cycle de vie (qui peut atteindre 120 ans chez certaines espèces de bambous), ces plantes peuvent se reproduire de manière asexuée et accumuler une grande quantité de matière alimentaire qui sera nécessaire lors de leur floraison unique et de la mise en graine après fécondation. Peu après la floraison, ces plantes meurent. Les plantes polycarpiques forment des fleurs plusieurs fois au cours de leur vie. Les arbres fruitiers, tels que les pommiers et les orangers, sont polycarpiques ; ils fleurissent chaque année. D’autres espèces polycarpiques, comme les plantes vivaces, fleurissent plusieurs fois au cours de leur vie, mais pas chaque année. Par ce biais, la plante n’a pas besoin que tous ses nutriments soient canalisés vers la floraison chaque année.

Comme c’est le cas pour tous les organismes vivants, la génétique et les conditions environnementales ont un rôle à jouer pour déterminer la durée de vie d’une plante. La sensibilité aux maladies, les conditions environnementales changeantes, la sécheresse, le froid et la concurrence pour les nutriments sont quelques-uns des facteurs qui déterminent la survie d’une plante. Les plantes continuent de croître, malgré la présence de tissus morts comme le liège. Les parties individuelles des plantes, comme les fleurs et les feuilles, ont des taux de survie différents. Dans de nombreux arbres, les feuilles les plus anciennes jaunissent et finissent par tomber de l’arbre. La chute des feuilles est déclenchée par des facteurs tels que la diminution de l’efficacité de la photosynthèse, due à l’ombrage des feuilles supérieures, ou les dommages oxydatifs subis à la suite des réactions de photosynthèse. Les composants de la partie à perdre sont recyclés par la plante pour être utilisés dans d’autres processus, comme le développement des graines et le stockage. Ce processus est connu sous le nom de recyclage des nutriments.

Le vieillissement d’une plante et tous les processus associés sont connus sous le nom de sénescence, qui est marquée par plusieurs changements biochimiques complexes. L’une des caractéristiques de la sénescence est la dégradation des chloroplastes, qui se caractérise par le jaunissement des feuilles. Les chloroplastes contiennent des composants de la machinerie photosynthétique tels que des membranes et des protéines. Les chloroplastes contiennent également de l’ADN. Les protéines, les lipides et les acides nucléiques sont décomposés par des enzymes spécifiques en molécules plus petites et récupérées par la plante pour soutenir la croissance d’autres tissus végétaux.

Les voies complexes du recyclage des nutriments dans une plante ne sont pas bien comprises. On sait que les hormones jouent un rôle dans la sénescence. Les applications de cytokinines et d’éthylène retardent ou préviennent la sénescence ; en revanche, l’acide abscissique provoque un déclenchement prématuré de la sénescence.

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