La reproduction sexuée chez les plantes sans fleurs

Introduction

Les plantes sans fleurs (algues, mousses et fougères) sont des plantes qui ne produisent pas les graines, pourtant elles se multiplient sexuellement et elles sont capables de se disperser et de coloniser de nouveaux territoires. 
 

• Quels sont les organes reproducteurs de ces plantes ?
• Comment se fait la gamétogenèse et la fécondation chez ces plantes ?
• Comment ces plantes se dispersent-elles dans la nature ?

I – La reproduction sexuée des algues

1 – Quelques caractéristiques végétatives des algues

La figure suivante présente des photos de quelques exemples d’algues. 
 

Q- Que sont les algues ?

 

R – Les algues sont des végétaux chlorophylliens (autotrophes) vivant en majorité dans les milieux aquatiques. Ils sont dépourvus de tiges, de racines, de feuilles et de fleurs (ce sont des thallophytes).
Les algues sont très diversifiées, il existe : 
 

• Des algues unicellulaires, et d’autres pluricellulaires.
• Des algues microscopiques, et d’autres macroscopiques (plusieurs mètres).
• Des algues brunes, vertes et rouges.

2 – La reproduction sexuée chez le fucus vésiculeux

a – Appareil végétatif du fucus vésiculeux

Le fucus vésiculeux est une algue brune marine. Il vit fixé aux rochers à l’aide des crampons. Il se caractérise par des terminaisons bifurquées remplies d’air : les flotteurs. Au début du mois de mars, apparaissent aux extrémités de ses bifurcations des renflements ovoïdes granulées, les renflements fertiles (réceptacles). Ils sont de couleurs organe chez les mâles et de couleur brun verdâtre chez les femelles.
La figure suivante montre les caractéristiques de l’appareil végétatif du fucus vésiculeux. 

Q-1 – Déterminez les noms du schéma.
Q-2 – Proposez une hypothèse concernant la localisation des organes reproducteurs du fucus, justifiez votre réponse.

R-1 – Les noms du schéma : 

• 1 : Thalle.
• 2 : Renflement fertile.
• 3 : Flotteur.
• 4 : Crampons.
   

R-2 – Puisque les renflements fertiles n’apparaissent qu’au mois du Mars, et ils sont différents selon le sexe (vert chez les femelles et oranges chez les mâles). Donc, peut-être que les organes reproducteurs sont localisés dans les renflements fertiles. 

b – Appareil reproducteur du fucus vésiculeux

La figure suivante montre des photos et des schémas qui illustrent l’organisation de l’appareil reproducteur mâle et femelle chez le fucus vésiculeux.

Q-1 – Donnez les noms des chiffres de la figure.
Q-2 – À l’aide des schémas, décrivez l'organisation de l'appareil reproducteur femelle et mâle du fucus vésiculeux.

R-1-

R-2 – 

• L’appareil reproducteur mâle :

Il est constitué par des réceptacles orange. Chaque réceptacle mâle est formé de nombreuses cavités appelées conceptacles mâles qui communiquent avec l’extérieur par un orifice : l’ostiole.
Un conceptacle contient plusieurs petits sacs, ce sont les gamétocystes mâles (les anthéridies), portés par des poils ramifiés fertiles. Chaque anthéridie contient 64 anthérozoïdes qui se déplacent dans l’eau de mer, grâce à une paire de flagelles.
 

• L’appareil reproducteur femelle :

Il est constitué par des réceptacles verdâtres. Chaque réceptacle femelle est formé de nombreuses cavités appelées conceptacles femelles qui communiquent avec l’extérieur par un orifice : l’ostiole.
À l’intérieur des conceptacles femelles se trouvent de gros sacs, ce sont des gamétocystes femelles (les oogones), portés par des poils non ramifiés fertiles. Chaque oogone contient 8 cellules sphériques, immobiles et de grande taille, ce sont les oosphères.

c – Formation des gamètes chez le fucus vésiculeux

La figure suivante présente des schémas simplifiés des étapes de la formation des gamètes mâles et femelles chez le fucus vésiculeux. 

Q-1 – Complétez la figure.
Q-2 – À l’aide de la figure, décrivez les étapes de la formation des gamètes chez le fucus mâle et femelle.

R-1 – Les noms de la figure : 

R-2- 

• Formation des gamètes mâles (Anthérozoïdes) :

Les anthérozoïdes se forment dans les anthéridies à partir de cellules mères (2n). Chaque cellule mère subit une méiose et donne naissance à 4 cellules haploïdes (n). Ces cellules subissent 4 mitoses successives pour donner 64 cellules haploïdes. Chaque cellule se différencie (transforme) pour donner un anthérozoïde. Après maturité du conceptacle mâle, il s’ouvre et libère les anthérozoïdes dans l’eau de la mer. 

• Formation des gamètes femelles (Oosphères) :

Les oosphères se forment dans les oogones à partir de cellules mères (2n). Chaque cellule mère subit une méiose et donne 4 cellules haploïdes (n). Ces cellules subissent une mitose pour donner 8 cellules haploïdes. Chaque cellule se différencie pour donner une oosphère. Après maturité du conceptacle femelle, les oosphères immobiles sont libérées dans l’eau de la mer. 

d – La fécondation et le développement du zygote

La figure suivante montre les étapes de la fécondation et le développement du zygote en nouveau fucus mûre. 

Q-1 – Complétez la figure.
Q-2 – Décrivez les étapes de la fécondation et le développement du zygote.

R-1 – Les noms de la figure : 

R-2 – Après libération des gamètes (n) femelle et mâle dans l’eau de mer, les anthérozoïdes entourent les oosphères (chimiotactisme). Chaque oosphère peut être fécondée par un seul anthérozoïde, ce qui conduit à la formation du zygote (2n).
Le zygote subit plusieurs mitoses successives donnant naissance à un embryon qui s’attache à un substrat rocheux par le crampon puis se développe pour donner un jeune fucus mâle ou femelle.
 

3 – La reproduction sexuée chez la spirogyre

La spirogyre est une algue verte, formée d’une simple file de cellules haploïdes allongées, à ruban de chlorophylle spiralé, commune dans les eaux douces. La reproduction sexuée des spirogyres se fait, quand les conditions sont défavorables, par le phénomène de conjugaison. 

La figure suivante montre les étapes de la conjugaison. 

Q-1 – Complétez la figure.
Q-2 – Décrivez le mécanisme de la conjugaison.

R-1 – Les noms de la figure : 

R-2 – Les cellules (n) de deux filaments adjacents développent des ponts de conjugaisons entre elles. Le contenu d’une cellule d’un filament (mâle) passe à travers le pont et fusionne avec le contenu d’une cellule d’un autre filament (femelle) ; c’est la conjugaison qui aboutit à la formation du zygote (2n). Ce zygote est entouré d’une paroi solide et constitue une forme de résistance à de mauvaises conditions du milieu (comme les spores).
Le zygote peut être disséminé et espérer retrouver les conditions favorables à son développement. Dans ce cas, il subit une méiose qui donne quatre noyaux dont 3 dégénèrent. La spore haploïde formée germe, créant par mitoses successives, un nouveau filament haploïde de spirogyre.
 

II – La reproduction sexuée chez les mousses

Les mousses sont des végétaux dépourvus de racines et de lignine, ancrés sur leur substrat par des rhizoïdes, et elles sont dépourvues de tissus conducteurs comparables à ceux des plantes à graines.
La reproduction sexuée se fait par alternance du gamétophyte (n) et du sporophyte (2n). 

1 – La formation des gamètes

La figure suivante montre l’emplacement et les étapes de la formation des gamètes mâles et femelles. 

Q- Décrivez les étapes de la formation des gamètes.

 

R – Les gamètes se forment au niveau du gamétophyte (tige verte feuillée). On distingue : 

• Le gamétophyte mâle : qui porte des gamétanges mâles (anthéridies) qui sont les organes producteurs des gamètes mâles (les spermatozoïdes).
• Le gamétophyte femelle : qui porte des gamétanges femelles (archégones) qui sont les organes producteurs gamètes femelles (les oosphères).
   

À l’extimité du pied mâle, une cellule mère (n) subit plusieurs mitoses et la différentiation, conduisant la formation d’une anthéridie contenant plusieurs anthérozoïdes.
À l’extimité du pied femelle, une cellule mère (n) subit plusieurs mitoses et la différenciation, conduisant la formation d’un Archégone contenant une Oosphère.
 

2 – Fécondation et formation du sporophyte

La figure suivante montre les étapes de la fécondation et de la formation du sporophyte.

Q – Décrivez les étapes de la fécondation et de la formation du sporophyte. 
 

R – Lorsque les conditions climatiques sont favorables pour la fécondation (présence d’eau). Les anthérozoïdes sont libérés dans l’eau, et ils se déplacent à l’aide de leurs flagelles pour rejoindre l’archégone.
Ces anthérozoïdes pénètrent par le cou de l’archégone pour arriver jusqu’à l’oosphère.
Chaque oosphère est fécondée par un seul anthérozoïde, ce qui conduit à la formation d’un œuf (2n).
L’œuf se multiplie par des mitoses et donne un embryon qui vit en parasite sur le gamétophyte femelle. L’embryon se transforme ensuite en sporophyte qui porte un sporange à son extrémité. 
 

3 – Formation, dissémination et germination des spores

La figure suivante présente des schémas qui illustrent la formation et la destinée des spores.

Q – À l’aide de la figure, déterminez comment se forment les spores, puis décrivez leur destinée. 
 

R – Le rôle le plus important du sporophyte et la formation des spores. Ceci se fait dans le sporange par méiose.
Après leur formation, les spores sont libérées et disséminées en espérant de retrouver les conditions favorables. Dans ce cas, les spores germent pour donner chacune un protonéma sur lequel se développent des gamétophytes. 
 

III – La reproduction sexuée des fougères 

Les fougères sont des plantes chlorophylliennes vasculaires ne produisant ni fleurs ni graines. La reproduction sexuée se fait par alternance du gamétophyte (n) et du sporophyte (2n) et elle reste liée aux milieux humides. 
 

1 – Le sporophyte et la production des spores

La figure suivante montre des schémas illustratifs des structures responsables de la formation des spores chez la fougère.

Q – À l’aide de la figure et du manuel scolaire, Décrivez comment se fait la formation des spores chez la fougère. 
 

R – Le sporophyte correspond à la plante feuillée. À maturité, on observe sur la face inférieure des feuilles des amas de sporanges : les sores. Au niveau de chaque sporange existe des cellules mères diploïdes (2n), chacune de ces cellules subit une méiose aboutissant à la formation de plusieurs cellules haploïdes (n). Ce sont les spores qui sont libérées après éclatement du sporange. 

2 – Germination des spores et formation des gamètes

Les schémas de la figure suivante montrent les la formation du gamétophyte et de la formation des gamètes.

Q-1 – Complétez la figure.
Q-2 – À l’aide des schémas et du manuel scolaire, décrivez la formation du gamétophyte et des gamètes chez la fougère. 

 

R-2 – Après leur libération, et s’ils trouvent les conditions favorables, les spores vont germer et donnent après plusieurs mitoses successives un gamétophyte. Ce dernier est un minuscule prothalle chlorophyllien, haploïde et foliacé sous forme de cœur.
Les organes reproducteurs se forment au niveau de la face inférieur du prothalle, tel que : 

• Les anthéridies (organes mâles) : se forment au niveau de la partie mince du prothalle.
• Les archégones (organes femelles) : se forment au niveau de la partie épaisse du prothalle.
   

3 – Fécondation et développement de l’œuf

La figure suivante montre les étapes de la fécondation et la destinée de l’œuf. 

Q – À l’aide de la figure et du manuel scolaire, décrivez les étapes de la fécondation en précisant le devenir de l’œuf.
 

R – Après maturation des gamètes mâles et femelles, les anthérozoïdes sont libérés dans l’eau et ils se déplacent vers les oosphères.
Un seul anthérozoïde parvient à féconder l’oosphère, ce qui conduit à la formation de l’œuf.
L’œuf formé entre en division formant ainsi un embryon de fougère fixée sur le prothalle, par la suite cette plantule devient indépendante du prothalle qui dégénère et de nouvelles feuilles apparaissent, formant une jeune fougère.