Gymnospermes 2BIOS03 11/12

De biorousso
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Que sont les Gymnospermes?

(du grec gymnos, nu, et sperma, graine).
Il s’agit de plantes faisant partie d'un sous-embranchement des Spermaphytes (plantes à graines). Leur caractéristique réside dans le fait que l'ovule est à nu (non enclos dans un ovaire à la différence des angiospermes) et est porté par une feuille fertile. De plus, ils ne possèdent pas de fleurs ni de fruits.
Parmi les dix embranchements de Végétaux que compte la taxinomie que nous avons adoptée, quatre appartiennent aux groupe des gymnosperme (les Pinophytes, les Cycadophytes, les Gnétophyte et les Ginkgophytes). Ceux-ci se divisent en 6 ordres qui eux-mêmes se divisent en 14 familles pour un total entre 75 et 80 genres. Il existe entre 800 et 1000 espèces actuellement, bien que 20'000 espèces aient pu exister il y a environ 170 millions d'années. Ce nombre peut paraître grand mais ce n'est en réalité qu'une petite partie du nombre d'espèces des plantes. En comparaison, les Angiospermes en comptent environ 300'000.

Voici quelques exemples d'espèces représentatives des Gymnospermes:
- Les Pinophytes: Pinus palustris Annexe Gymnospermes #1
- Les Cycatophytes: Picea abies Annexe Gymnospermes #2
- Les Gnétophytes: Welwitschia-mirabilis Annexe Gymnospermes #3
- Les Ginkgophytes: Ginkgo biloba Annexe Gymnospermes #4

Que sont les Pinophytes?

Il s'agit de l'embranchement le plus vaste des quatre embranchements de Gymnospermes. L'appareil reproducteur de ces Végétaux est le cône, composé d'un amas de sporophylles en forme d'écailles. Cet embranchement comprend les pins, les sapins, les mélèzes, les ifs, les genévriers, les thuyas, les cyprès et les séquoias. Les pinophytes sont aussi appelés les Conifères. Ils ont la spécificité de posséder des feuilles en forme d'aiguilles. Les pinophytes sont apparus sur Terre il y a 150 millions d'années, bien avant les feuillus. La grande majorité des conifères sont des arbres, le reste étant des arbustes. Les pinophytes sont composés de six ordres.

Quelle est la répartition géographique des Pinophytes?

Les pinophytes sont généralement les plantes dominantes de leur habitats. Ils peuvent pousser naturellement presque partout dans le monde. Les forêts de conifères représentent actuellement le plus grand biome terrestre sur la planète, bien qu'il soit près d'être surpassé par le désert dans un proche avenir; conséquence de la déforestation et de la désertification. Le plus souvent, nous trouvons des forêts de conifères dans des biômes tels que la taïga et les forêts tropicales ainsi que tempérées.
Les arbres sont sensibles aux conditions climatiques. Par conséquent, les types de forêts diffèrent selon les latitudes (positions par rapport à l’équateur) et l’altitude des régions.
Plus résistants au gel, les conifères peuplent les forêts des hautes latitudes autour du cercle polaire, les forêts de montagnes et plateaux (de 1500 à 2000m en moyenne selon la latitude même si il arrive d'en trouver a 4000 mètres comme au colorado par exemple). Dans la plupart des régions, les forêts se caractérisent soit par un peuplement pur de feuillus, soit un peuplement mixte composé de feuillus et de conifères (Etats-Unis, Canada, Europe occidentale et orientale, Australie et la zone comprise entre les deux tropiques).
Près de 40% de la superficie des forêts d’Afrique du Nord est constituée de conifères. En Asie de l’Est, ceux-ci peuplent plus de la moitié de la superficie des forêts. En Asie de l’Ouest et en Asie centrale, ils représentent presque 60% des espaces forestiers. Enfin, les forêts d’Europe (avec la Fédération de Russie) et nord-américaines sont les plus riches en conifères (70%).

Quelle est la répartition géographique des connifères (Taïga)?

La forêt de conifères (taïga) est une ceinture de forêts formant une large bande qui s'étend de l'Amérique du Nord à l'Eurasie, jusqu’à la limite méridionale de la toundra arctique et qui constitue le plus vaste biome terrestre. Son climat est caractérisé par 4 mois durant lesquelles la Température moyenne est supérieure à 10°C; permettant ainsi le développement de la forêt. Ensuite arrivent les hivers longs; 6 mois à moins de 0°C et l’enneigement dure 160 à 200 jours par an. Les précipitations annuelles atteignent en général entre 30 et 70 cm et les sécheresse périodiques y sont fréquentes même si toutefois, les forêts de conifères bordées par le pacifique sont en fait des forêts pluviales tempérées pouvant recevoir plus de 300 cm d'eau par an.
Les arbres sont donc essentiellement adaptés au froid et ont trouvent donc principalement des Conifères (pin, sapin, épicea, mélèze).

  • Annexe Gymnospermes #5

Quelles sont les morphologies des Pinophytes?

Il s'agit toujours d'arbres et d'arbustes, dont les feuilles forment des aiguilles ou des écailles, parfois un limbe ovale et sans nervure principale. Les stomates sont simples (haplochéiles). En général, il existe des canaux ou poches résinifères (sauf chez les Taxacées), d'où le nom de résineux.
Les feuilles sont de types variés : en aiguilles, en écailles, en lames foliacées etc. Les fleurs mâles comportent de nombreuses étamines à deux sacs polliniques ou davantage, et les fleurs femelles, réunies en général en cône, portent des ovules en nombre variable sur le carpelle ; le tube pollinique, bien développé, permet la siphonogamie; la graine est embryonnée quand elle se détache du cône. L'embryon possède de 2 à 18 cotylédons.

Que sont les Cycadophytes?

Les Cycadophytes (ou Cycadophyta) sont un embranchement de plantes gymnospermes qui compte actuellement 360 espèces environ.
Il s'agit de plantes d'assez grande tailles, ressemblant à des palmiers. Ils se trouvent généralement dans des zones équatoriales. Les structures reproductrices sont des cônes aux environs de l'apex de la plante. Les Cycadophytes sont des plantes dioïques. Chez les cycadophytes, les ovules sont nus, ils sont seulement portés par une écaille plane dite ovulifère.Il s'agit là d'une des caractéristiques des gymnosperme.

Que sont les Gnétophytes?

Les Gnétophytes est un embranchement des Gymnospermes comptant 71 espèces divisées en 3 ordres (les Gnétales, les Ephédrales et les Welwitschiales). Les deux premiers ordres possèdent chacun 35 espèces, tandis que le troisième en n'a qu'une seule (Welwitschia mirabilis). Il n'y a qu'une famille par ordre.

Que sont les Ginkgophytes?

Embranchement des Gymnospermes dont la seule espèce actuelle, Ginkgo biloba,se caractérise par des feuilles en forme d'éventails qui prennent une couleur dorée et tombent à l'automne. Sept autres espèces maintenant fossile sont connue. Les Ginkophytes possèdent des structures archaïques, jadis présentes dans de nombreuses formes végétales et qui sont intermédiaires entre celles des Cryptogames vasculaires (fougères) et celles des plantes supérieures (Phanérogames ou Spermaphytes).

Comment se déroule l'alternance de génération chez les Gymnospermes?

L'appareil reproducteur mâle est constitué de petits cônes groupés en épis à la base de jeunes pousses. le sac pollinique (sporange) est situé sur la face intérieur des écailles. Le pollen est libéré par une ouverture longitudinale. Le gamétophyte mâle se développe dans le sac pollinique, puis, à maturité, le grain est constitué de deux cellules prothalliennes (cellules où sont fixées les gamètes), d’une cellule reproductrice et d’une cellule végétative (cellule destinée à la nutrition). Le grain est disséminé pendant sa phase de vie ralentie.

L'appareil reproducteur femelle est constitué de cônes de plus grandes tailles, qui sont eux-même formés d'une association d'écailles. Au printemps, deux ovules se trouvent sur la face supérieure de chaque écaille. Les ovules ne sont pas protégés, comme nous l'avons précédemment cité. Lorsque l'archéspore (couche primitive des cellules) augmente de taille, elle subit la méiose qui donne quatre mégaspores dont seule la plus profonde persiste. Le noyau se divise alors en plusieurs fois et donne le gamétophyte femelle.

La pollinisation est assurée par le vent. Les gamétophytes mâles sont captés par le mucilage (substance qui en présence d'eau, s'épaissit et donne une matière de consistance visqueuse) femelle et arrivent au contact du nucelle (désigne la partie centrale de l'ovule entourée par une enveloppe protectrice). Ils germent alors en produisant un tube pollinique (le tube pollinique est un prolongement en forme de tube se qui se situe de la partie du nucelle qui se trouve vers le micropyle (qualifie l'orifice par lequel le spermatozoïde pénètre dans l'ovule) jusqu'à l'archégone (appareil reproducteur femelle)) dans lequel s'engage le noyau de la cellule végétative. Puis, la cellule reproductrice se divise en deux cellule distincte, dont une cellule spermatogène (qui génère des gamètes mâles). Le développement s'interrompt alors jusqu'au printemps suivant.

Au printemps suivant, le développement du gamétophyte femelle reprend car il y une formation de cellules dans l'endosperme (tissu qui sert de réserve et permet la nutrition de l'embryon dans les graines des gymnospermes). Les archéspores donnent une oosphère volumineuse (une oosphère est un gamète femelle volumineux et non flagellé à petit noyau et gros cytoplasme). Le pollen à une reprise de métabolisme plus tardive (seulement quelques jours avant la fécondation). L’anthéridie (organe mâle contenant les gamètes mâles) se divise en deux gamètes mâles non limités par une paroi. Quand le tube pollinique, dans le col de l’archégone, déverse son contenu dans l’oosphère, on a une cellule mâle qui dégénère et une qui s’unit à l’oosphère pour former un zygote à 2N. Le gamète mâle n’a jamais été mobile.

Après s’être divisé deux fois, le zygote donne un embryon coenocytique (tissu composé d'un cytoplasme multinucléaire) à quatre noyaux dans la partie basale (à l’opposé du col de l’archégone). Les cellules embryonnaires sont surmontées par la cellule du suspenseur qui s'allonge de manière importante. Cette croissance entraîne une séparation de quatre cellules embryonnaires qui donnent par la suite quatre embryons, dont un seul qui persiste. L'embryon restant se développe en jeune plantule (premier stade de la plante).

Pendant le développement de l’embryon, les cellules de l’endosperme et des jeunes feuilles de la plantule se chargent de réserves. L’endosperme et la plantule se déshydratent et sont accompagnés d’une réduction des activités métaboliques. C’est le passage à la vie ralentie. Après cette période, lorsque les conditions sont favorables, la graine germe et donne une nouvelle plante feuillée.

Le cycle est caractérisé par l’alternance d’une génération sporophytique dominante et d’une génération gamétophytique réduite.

  • Annexe Gymnospermes #6

Quelle est la structure de l'appareil végétatif chez les gymnosperme?

L'appareil végétatif rassemble toutes les parties d'un organisme non impliquées dans la reproduction. Nous allons prendre comme exemple le pin:
Les pins possèdes des feuilles raides en forme d'aiguilles, généralement par paires. Les feuilles sont parcourue d'une seule nervure et vivent plusieurs années. Comme chaque printemps, de nouvelles feuilles se forment, et l'arbre reste continuellement vert. Grâce à leur épaisse cuticule ainsi que leur stomates enfoncés, les feuilles des pins, ainsi que les gymnospermes en général possédant des aiguilles, représentent une adaptation évolutive qui leur permet de reduire les pertes d'eau. Il s'agit d'une adaptation importante, car une majorité des gymnospermes vivent dans des biomes où le sol gèle durant une partie de l'année et où les racines ont de la peine à puiser de l'eau.
Les feuilles, en plus d'autres parties du sporophyte, possèdent des canaux entourés de cellules qui produisent de la résine. Cette dernière leur permet de repousser certains insectes ainsi que les attaques de certains champignons. La résine de certains pins est industriellement récoltée pour quelques produits servants à l'activités humaine, tels que la colophane, utilisée pour les instruments de musique à cordes.
Le bois de pin est essentiellement composé de xylémiens (tissu végétal, formé de cellules vivantes, de fibres ligneuses et de vaisseaux conducteurs de sève brute) et dépourvu des types de cellules plus rigides des autres arbres. On peut ainsi parler de bois de résineux et de bois de feuillus.
Les différentes sortes de vaisseaux dans le bois des gymnospermes ont plusieurs fonctions; ils peuvent jouer à la fois le rôle de tissus de soutien et de tissu conducteur. Les rayons médullaires (lames verticales qui partent de la moelle en tout sens, se dirigent vers la circonférence de la tige et sont visibles sous la forme de rayons, sur la coupe transversale du tronc d'un arbre) sont très étroits et les vaisseaux du liber, dont le rôle essentiel est d'assurer, par ses tubes criblés, la répartition de la sève élaborée dans les feuilles, n'ont leur parois criblées que durant les premières années. Par la suite, les parois deviennent continues. La sève de ces arbres est claire liquide et peut facilement circuler par osmose, à l'inverse des autres plantes, où les cribles se bouchent pendant l'hiver et se rouvrent au printemps, de façon à assurer, durant le reste de l'année, la circulation de la sève qui est épaisse.
L'écorce des pins, qui est très épaisse, est également une adapaptation évolutive. Cette adaptation leur permet de survivre aux températures négatives ainsi qu'aux incendies. En effet, l'ouverture de certains cônes dépend entre autre d'un incendie. L'ouverture va alors libérer les graines afin de recoloniser les espaces incendiés.

Quelles sont les différences évolutives des Gymnospermes par rapport aux Ptéridophytes?

La différence principale des Gymnospermes par rapport aux Ptéridophytes est l'apparition d'un ovule nu, c'est-à-dire qu'il n'est pas protégé par l'ovaire. Ce changement a permis une reproduction aérienne et surtout sans eau permettant de mieux résister aux rigueurs de l'environnement et de disperser leur progéniture sur de plus grandes distances et donc une meilleure colonisation de la plupart des écosystèmes terrestes.
Contrairement aux Ptéridophytes, les Gymnospermes ont une croissance depuis la base qui à donne l'avantage de continuer de croître même si l'extrémité est coupée.
L'apparition d'un système vasculaire intégré, à savoir des vaisseaux pour la sève intégrée dans le bois, vient aussi des Gymnospermes.

Quels sont les différents étages de végétations?

Il y a cinq étages de végétation: collinéen, montagnard, subalpin, alpin et nival. Le facteur le plus important de ces changements d'étages est la baisse de la température moyenne (~0,55°C par 100m).
Il est important de savoir que les limites d'étages varient d'une région à une autres, même si elles se trouvent proches. L'exemple le plus flagrant est sans doute la différence entre la face nord d'une montagne (ubac) et sa face sud (adret). Les limites varient aussi selon la latitude; au fur et à mesure que le climat se refroidit en allant vers le nord, les étages descendent à des altitudes inférieures. C'est pourquoi nous pouvons retrouver des végétaux se trouvant à l'étage montagnard chez nous, au bord de la mer en Scandinavie ou en Islande. Il faut également faire abstraction des sols pauvres, des couloirs d'avalanches et autres influences humaines telles que les plantations. Nous allons prendre comme exemple le Valais:

  • Etage collinéen: cet étage est composé de forêts de feuillus. Le chêne pubescent domine en Valais central, alors que le chêne rouvre et pédonculé trouve sa place en Bas-Valais. Ce sont des arbres sensibles au gels printaniers; c'est pourquoi nous les trouvons à basse altitude. Cette limite est très rarement flagrante, car c'est l'altitude à laquelle l'Homme cultive et construit jusqu'à remplacer la quasi-totalité de la végétation. Pour sa part, la plaine du Rhône est constituée plus principalement de saules ainsi que d'aulnes, arbres ayant besoin d'une quantité d'eau plus importante que les autres.
  • Etage montagnard: la correspondance avec la zone des brouillards dans le Bas-Valais entraîne le développement du hêtre et du sapin. C'est à partir de là que les gymnospermes entrent en jeu, en Valais. Le pin sylvestre remplace les deux arbres dans la région plus sèche du Valais central. Certaines cultures telles que les céréales, pommes de terre et, dans les cas favorables, arbres fruitiers sont encore possibles. Aussi, la présence de feuillus tels que le frêne est généralement due à une influence humaine. Cet étage, ainsi que le collinéen correspondent à la zone cultivable et habitée toute l'année.
  • Etage subalpin: il s'agit de l'étage des derniers arbres, qui se termine généralement par des landes constituées d'arbrisseaux, tels que le rhododendron ou encore le genévrier nain. Bien qu'il soit l'étage des derniers arbres, il s'agit également de celui des gymnospermes; les forêt d'épicéa, entrecoupées de couloirs d'avalanches, en Bas-Valais. Aux autres endroits du Valais, le mélèze est également de la partie. Cet étage garde un caractère essentiellement forestier.
  • Etage alpin: Plus aucun arbre se trouve à cette altitude. Seuls de grands alpages pour les meilleures terres, jusqu'aux tâches d'herbes qui fait la frontière entre l'étage alpin et nival, en passant par les pelouses rases fleurissantes, parfumées et diversifiées. Aussi, les rochers sont le domaine des plantes qui poussent en touffes ou en coussinets, plantes adaptées à des conditions extrêmes.
  • Etage nival: Il s'agit du dernier étage de végétation, et, par conséquent, atteint les sommet des plus hautes montagnes. Seuls très peu d'organismes subsistent encore; quelques mousses, lichens et algues. Cependant, il est possible de voir certaines plantes à fleurs qui se maintiennent dans des niches rocheuses protégées ainsi que des microstations favorables.
  • Annexe Gymnospermes #7

Qu'est-ce que la zone de combat?

La zone de combat est la frontière entre les étages subalpin et alpin. Il s'agit de la zone où la forêt se termine, mais où quelque arbres persistent encore et forment une lande parsemée de quelques arbres. Elle est souvent reconnaissable par une ceinture de conifères subalpins de forme rabougrie en raisons des conditions de vie très dures.

Quelles sont les intérêts industrielles des Gymnospermes?

Premièrement, certains Pinophytes telles que les sapins, les cyprès et les pins (notamment le Pinus pinaster) secrètent des substances naturelles appelées résines végétales. Ce n'est pas les seuls végétaux capables de secréter de la résine. Celle-ci peut être utiliser comme colle ou comme constituants pour des vernis, des huiles essentiels ou encore pour parfumer le sucre des bonbons.
Le bois homoxylés de certains Pinophytes peut être utiliser pour la fabrication de meubles, d'habitations, d'outils, du papier, de certains textiles ou pour le chauffage.

Références

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