Gymnospermes 2BIOS02 11/12

Gymnospermes (du grec gymnos = nu, et sperma = graine) Aujourd'hui on donne le nom de Gymnospermes à un sous-phylum de végétaux spermatophytes ou phanérogames qui ont les ovules bien véritablement nus.

Quelles sont les caractéristiques propres aux gymnospermes ?

Les gymnospermes sont les premiers végétaux que l'on peut appeler communément arbres. Leurs ovules et leurs graines sont à l'air libre, ces dernières n'étant pas enfermées dans un fruit, mais glissées entre des feuilles épaissies, appelées bractées, qui forment le fruit, la pomme de pin.

Qu'est-ce qui distingue les différents groupes de Gymnospermes?

• Ginkgos

Les Ginkgos sont des arbres apparus il y a plus de 270 Millions d'années, la seule espèce existante actuellement est le Ginkgo biloba. Ils mesurent 20 à 35 mètres, et leur durée de vie est longue, car ils n'ont ni prédateurs naturels, ni parasites, et aucune maladie les affectant n'a été découverte à ce jour. Leur écorce est d'une coloration gris-brun. Leurs feuilles sont en forme de palme, et sont regroupées par 3 ou 4 sur les branches. Ce sont des arbres dioïques (les arbres mâles sont séparés des arbres femelles). Leurs graines sont dotées d'une enveloppe charnue et possèdent généralement une aile. Leur tube pollinique ne transporte pas les gamètes. Les espèces actuelles conservent des vestiges de leurs caractères primitifs, comme par exemple la mobilité de leurs gamètes mâles cillées, qui se déplacent en milieu aqueux.

• Cycadales

Les Cycas sont un ordre de plantes gymnospermes contenant deux genres principaux : les Cycas et les Zamia. Ces plantes, qui n'ont pas l'aspect de conifères, mais qui ressemblent plutôt à des fougères ou des palmiers, sont représentées par environ 80 espèces vivant presque toutes dans les régions tropicales. Comme les Gingkos, ces plantes sont dioïques, et leur tube pollinique ainsi que leurs gamètes mâles fonctionnent de la même manière que ces derniers.

• Gnétophytes

Les Gnétophytes sont des végétaux vasculaires, ils regroupent trois genres de plantes vivantes ; Ephedra, Gnetum et Welwitschia. Ce groupe a été désigné comme « Hémiangiospermes », c'est-à-dire qu'il occupe une place intermédiaire entre les Gymnospermes et les Angiospermes, en effet c'est le seul des quatre autres divisions comportant du bois hétéroxylé, de plus, les ovules ont une fine protection appelée chemise qui double le tégument ovulaire.

• Conifères

Le Conifère est la division prédominante chez les Gymnospermes. Le mot Conifère représente "ce qui porte des cônes" et en effet ce sont des plantes qui utilisent les cônes comme organe porteur de gamétophytes. De plus, contrairement à d'autres Gymnospermes, ils sont généralement monoïques. Les Conifères regroupent sept familles différentes; les pinacées (pins, épicéas, etc.), les taxodiacées (cyprès chauve, etc.), les podocarpacées, les cupressacées (cyprès, etc.), les araucariacées (pin du Chili, pin colonaire, etc.), les taxacées (if commun, etc.) les céphalotaxacées (muscadier de Californie, etc.). Autrement appelés pinophytes, ce sont des arbres ou des arbustes à épines, ce sont des plantes buissonnantes, arborescentes ou ligneuses (qui produit de la lignine, ce qui donne la solidité à la plante) qui ont des feuilles étroites parcoururent par une seule nervure. Généralement, les feuilles sont arrangées en spirales. Tous les records des plantes sont obtenus par les conifères (plus vieux, plus grands, plus large, etc.)

Quelles sont les nouveautés apparues chez les Gymnospermes par rapport aux Ptéridophytes?

Tout d'abord, les Gymnospermes sont les successeurs des Ptéridophytes, ils sont apparus à la fin de l'ère du carbonifère et seraient arrivés à leur apogée au jurassique, puis ce groupe a commencé à régresser pour laisser place aux suivants; les Angiospermes. Attention, la vision est ici trop linéaire. Les principaux changements apportés par les Gymnospermes sont la graine et l'ovule nu. C'est aussi le premier groupe de plantes qui n'a plus besoin de l'eau pour la reproduction et dont la croissance se fait depuis la base contrairement aux fougères qui se développent par l' extrémité. Nous pouvons ensuite observer l'apparition du cône sur une espèce bien connue ; les conifères.

En quoi les Angiospermes sont différents des Gymnospermes?

Les Angiospermes se différencient des Gymnospermes par plusieurs caractéristiques. En effet, les Angiospermes autrement connus sous le nom de plantes à fleurs, contiennent leurs graines et leurs ovules à l'intérieur alors que les gymnospermes les gardes à l'air. Comme leur nom l'indique elles possèdent des fleurs et le résultat de la fécondation est un fruit.

Comment s'effectue la reproduction des gymnospermes?

Il y a tout d'abbord le principe de fécondation, qui consiste, selon la règle générale, dans la fusion d'une oosphère (équivalent de l'ovule chez les animaux) avec un gamète mâle. Comme les fleurs mâles et les fleurs femelles se développent séparément sur différents rameaux d'un même arbre, l'acte préliminaire est essentiel et obligatoire lors de la fécondation, il consiste dans le transport des gamètes mâles sur les fleurs femelles et est appelé pollinisation. Quand les fleurs mâles sont mûres, leurs sacs polliniques se fendent longitudinalement (dépend de l'espèce) et laissent échapper leurs grains de pollen ; la moindre agitation des rameaux causée par le vent détermine une chute si abondante de pollen qu'il est bien rare que le hasard n'en fasse pas tomber sur les fleurs femelles situées sur les rameaux voisins. Le pollen, une fois disséminé, s’immisce dans les cônes, entrent dans la chambre pollinique située dans le nucelle. Les conditions nécessaires sont alors réunies pour que le grain germe, il faut généralement plusieurs semaines au grain pour qu'il émette un tube pollinique qui pénètre à travers le nucelle jusqu'à une oosphère. Ce tube pollinique transporte deux noyaux végétatifs et, à son extrémité, deux gamètes mâles au cytoplasme très réduit. Lorsqu'un tube pollinique atteint une oosphère, son extrémité s'ouvre et des deux anthérozoïdes (équivalent des spermatozoïdes chez les animaux) libérés, l'un féconde le gamète femelle qui devient un zygote et l'autre se désagrège. De tous les zygotes formés, un seul se développe par ovule; les autres dépérissent et disparaissent. L'embryon croît par division en se nourrissant des gamétophytes femelles, réserve appelée endosperme. Les premières futures feuilles apparaissent sous forme des cotylédons qui puisent leurs réserve dans l'endosperme. Le tégument de l'ovule entoure désormais la graine, qui sera ensuite stockée différemment selon les espèces. Chez les conifères par exemple, la graine est entreposée, après la pollinisation du cône femelle par le cône mâle (qui peuvent mettre de 3 mois à 3 ans pour se développer), dans le strobilus ou pomme de pin et tombera pour donner vie si les conditions sont propices à un nouvel arbre. Le cycle de reproduction est très long, la fécondation se fait 15 mois après la pollinisation.

Quelles sont les structures qui composent l'appareil reproducteur?

Chez les femelles:

Les fleurs femelles de conifère, qui ne sont pas des "fleurs" comme chez les angiospermes, sont regroupées en cônes plus ou moins allongés (ex : la pomme de pin). Le cône est un ensemble de fleurs femelles. Les fleurs s’insèrent en spirale sur l'axe du cône et chacune est constituée d'une bractée (écaille réduite) à l’aisselle de laquelle se trouve une écaille ovulifère portant le plus souvent deux ovules. Les ovules sont nus sur l'écaille ovulifère, ou feuille carpellaire, directement accessibles au pollen. Il n'y a pas de chambre pollinique et l'ovule est toujours entouré par un seul tégument protecteur. Ce tégument renferme le nucelle ou macrosporange dans lequel se forme après la méiose quatre macrospores. Trois dégénèrent, la macrospore restante se développe au sein du nucelle par mitose pour donner le gamétophyte femelle ou endosperme. L'endosperme, bien que réduit à quelques centaines de cellules possède encore deux archégones rudimentaires. Une seule oosphère par ovule sera fécondée.

Chez les mâles:

Les fleurs mâles forment de petits cônes constitués uniquement d'étamines insérées en spirale sur un petit axe court. Ces étamines, aux formes diverses, sont de petites écailles crochues chez le pin. Elles portent sur leur face inférieure deux sacs polliniques. A l'intérieur de ces sacs polliniques a lieu la méiose pour donner des microspores qui ne sont pas disséminées, mais qui se développent par mitose pour donner les gamétophytes mâles ou grains de pollen, très réduits (quelques cellules) qui eux seront disséminés. Ces grains de pollen sont anémophiles, c'est à dire qu'ils sont véhiculés par le vent, et c'est pour cette raison qu'ils sont munis de deux sacs aérifères ou ballonets.

Quelles sont les structures de l'appareil végétatif propres aux gymnospermes?

Chez les Conifères?

Chez les Conifères, les feuilles forment des aiguilles ou des écailles, parfois un limbe ovale sans nervure principale. Ils ont des canaux ou poches résinifères (sauf chez les taxacées), d'où le nom de résineux. Des canaux résinifères circulent des racines aux feuilles, passant par les tiges et le tronc et parfois même dans les graines. Les fleurs mâles comportent de nombreuses étamines à deux sacs polliniques ou davantage. Les fleurs femelles, réunies en général en cône, portent des ovules en nombre variable. La graine est embryonnée lorsqu'elle se détache du cône.

Chez les Cycas?

Chez les Cycadales, les fleurs mâles multistaminées en forme de cône et les fleurs femelles sont produits sur des plants séparés. À l'origine, les fleurs mâles et femelles étaient réunies comme dans les fleurs hermaphrodites. Leur appareil végétatif est apparenté aux fougères tandis que leur appareil reproducteur est comparable à celui des conifères actuels. En fait, ces plantes ne portent jamais de graines véritables mais des ovules et l'état de graine n'est atteint que lorsque l'ovule est séparé de la plante mère.

Chez les Gingkos?

Le Gingko est une espèce très spéciale du fait qu'il porte ses ovules comme les fruits pour les Angiospremes, en effet les ovules ressemblent à des grosses cerises vertes. L'écorce de son tronc dont la couleur varie du brun au gris, est en début de vie lisse puis devient craquelée. les feuilles sont formées de deux lobes dépourvus de nervures centrales, les feuilles peuvent atteindre de 5 à 15 centimètres.

Chez les Gnétos?

Chez les Gnétophytes, les fleurs mâles se rassemblent en inflorescences plus ou moins coniques. Les fleurs femelles sont munies d'écailles formant une ébauche d'ovaire, et sont groupées en inflorescence, le tégument de l'ovule se prolonge en un faux stigmate. La fécondation est de type très variable et la graine est embryonnée quand elle se détache. Ce sont les seules Gymnospermes qui aient un bois hétéroxylé, c'est à dire, un bois qui n'a pas un aspect homogène.