Biologie des Plantes

Introduction à la biologie végétale

Les biologistes des plantes jouent de nombreux rôles. Certains étudient les signaux chimiques que les plantes utilisent pour se défendre, d'autres peuvent étudier la façon dont le climat affecte la capacité d'une plante à se reproduire.

La biologie végétale est un sujet très vaste, mais certaines catégories reçoivent plus d'attention en fonction de leur importance pour nous et de nos intérêts. Vois ci-dessous pour en savoir plus sur les différentes catégories de la biologie végétale :

1. L'évolution : Nous étudions les adaptations que les plantes ont acquises et qui les ont aidées à se diversifier et à occuper de nouveaux environnements.

2. Histoire de la vie : Nous étudions la durée de vie d'une plante et son mode de reproduction.

3. Structure des plantes : Du chloroplaste à la plante entière, la structure végétale peut nous renseigner sur ce qui rend une plante unique et sur la façon dont elle survit dans son environnement.

4. Fonction : Nous étudions la fonction des plantes pour comprendre leur fonctionnement.

La définition d'une plante en biologie

Les plantes sont des organismes eucaryotes multicellulaires qui possèdent des chloroplastes pour la photosynthèse. Les scientifiques pensent que les plantes sont apparues lorsqu'un eucaryote a englouti une cyanobactérie. Les cyanobactéries sont des bactéries capables de photosynthèse, et l'on pense que cela a conduit au développement du chloroplaste chez les plantes. Cette théorie est appelée endosymbiose primaire.

Dans le cadredu cours de biologie AP, nous nous intéresserons aux plantes terrestres, qui constituent un groupe important de "plantes vertes" ayant développé un certain nombre d'adaptations pour survivre sur la terre. Ces plantes sont généralement divisées en plantes non vasculaires (mousses, cornes et hépatiques) et en plantes vasculaires (arbres, fougères, prêles et bien d'autres) .

La cellule végétale : schéma et biologie

La cellule végétale, parce qu'elle est eucaryote, contient un noyau entouré d'une membrane et un certain nombre d'organites. Ci-dessous, les parties importantes de la cellule végétale sont mises en évidence. Tu remarqueras peut-être que de nombreux organites sont également partagés avec les cellules animales.

Figure 1. Ce diagramme montre les éléments de base d'une cellule végétale.

Organites spécifiques aux plantes

• Chloroplaste : Les chloroplastes sont le siège de la photosynthèse. Ils aident les cellules végétales à capter l'énergie du soleil pour la transformer en sucres. La plante peut ensuite utiliser ces sucres comme nourriture.
• Vacuole : Les vacuoles sont des sites de stockage dans les cellules pour l'eau, les nutriments et certains produits chimiques dérivés des processus cellulaires. Dans une cellule végétale, les grandes vacuoles situées au centre de la cellule sont remplies d'eau et contribuent à la stabilité des cellules végétales.
• Paroi cellulaire : Contrairement aux cellules animales, les cellules végétales ont une paroi cellulaire, fortifiée par la cellulose, qui sert de support à la structure de la plante. Les plantes n'ont pas de squelette comme certains animaux, c'est pourquoi la paroi cellulaire leur confère une certaine rigidité.
• Plasmodesmes : Les plasmodesmes sont de petites jonctions dans les parois cellulaires des plantes qui relient le cytoplasme des cellules adjacentes.

Organites partagés avec les cellules animales

• Les peroxysomes : Ces organites aident à décomposer les produits chimiques toxiques, connus sous le nom de peroxydes. Ils sont plus fréquents dans les plantes, mais on les trouve aussi dans les cellules animales.

• Ribosomes:Les ribosomes sont les points de synthèse des protéines, les cellules ont des ribosomes libres dans le cytoplasme et des ribosomes attachés au réticulum endoplasmique rugueux.

• Réticulum endoplasmique (RE) lisse et rugueux : Le RE rugueux contient des ribosomes où les protéines sont fabriquées. Le RE lisse a un certain nombre de fonctions, notamment la fabrication des produits dont la cellule a besoin (c'est-à-dire les lipides).

• Appareil de Golgi:Les ribosomes aident à fabriquer les protéines de la cellule, tandis que l'appareil de Golgi conditionne et transforme ces protéines pour les utiliser à l'intérieur ou à l'extérieur de la cellule.
• Mitochondries : Les mitochondries aident à produire de l'énergie à partir des sucres que la plante fabrique dans ses chloroplastes.
• Noyau et nucléole : Le noyau est le lieu de stockage de l'ADN sous forme de chromatine. Dans le noyau, le nucléole est le site où les ribosomes commencent leur construction, avant d'être achevés dans le cytoplasme.

Biologie végétale : cycles de vie et reproduction

Une qualité de toutes les plantes terrestres (plantes non vasculaires et vasculaires) est le mécanisme du cycle de vie, connu sous le nom d'alternance des générations. Dans le cycle de vie de l'alternance des générations, une plante passe à la fois par un stade diploïde multicellulaire et un stade haploïde multicellulaire.

Ci-dessous, les étapes fondamentales de l'alternance des générations sont mises en évidence, en commençant par la plante diploïde :

1. La plante multicellulaire diploïde, appelée sporophyte, produira des spores par méiose.

2. Les spores se transformeront en une plante haploïde, appelée gamétophyte .

3. Le gamétophyte produira des gamètes par mitose (PAS par méiose).

4. Deux gamètes, lorsqu'ils sont réunis ou fécondés, forment un zygote diploïde qui recommence le processus.

Figure 2. Ce schéma illustre l'alternance des générations chez les plantes.

Note que les plantes produisent des spores haploïdes par méiose, mais que les gamètes (cellules sexuelles) sont produites par mitose. Comme les plantes ont une génération de gamétophytes haploïdes, les gamètes doivent être produits par mitose, contrairement à d'autres organismes (comme les humains), qui produisent des gamètes par méiose.

Biologie végétale : structure, fonction et adaptations

Les plantes terrestres nous intéressent particulièrement, ainsi que les biologistes, parce qu'elles ont dû évoluer pour pouvoir survivre sur la terre, ce qui signifie qu'elles possèdent de nombreuses adaptations aux nouveaux problèmes rencontrés sur la terre, comme la dessiccation (l'assèchement), la conservation de la structure et l'obtention de l'eau et des nutriments à partir du sol.

L'évolution des plantes terrestres : les adaptations et leur importance

Les plantes terrestres peuvent être divisées en deux groupes principaux : les plantes non vasculaires et les plantes vasculaires. La principale adaptation qui relie toutes les plantes terrestres est que leurs embryons sont protégés du dessèchement par les tissus maternels. Cette adaptation a permis aux plantes de se reproduire sur terre et a donc constitué une première étape importante pour les espèces végétales terrestres.

Figure 3. Schéma de l'évolution des plantes terrestres, des bryophytes aux angiospermes, avec les adaptations importantes mises en évidence.

Lesplantes non vasculaires n'ont pas de système vasculaire et ne mesurent donc que quelques centimètres de haut. Les plantes vasculaires ont toutes un système vasculaire, qui sert à transporter l'eau et les nutriments dans toute la plante.

Structure et fonction des plantes

La structure et la fonction des plantes sont deux catégories étroitement liées de la biologie végétale. Les biologistes qui étudient la structure et la fonction des plantes peuvent dire qu'ils étudient la "physiologie végétale", un terme officiel pour ces branches de la biologie végétale. La structure des plantes est souvent divisée entre le système racinaire et le système des pousses. Le système racinaire comprend les racines et le système végétal comprend la tige et les feuilles.

Les racines

Les racines ont évolué pour aider à ancrer une plante et à absorber l'eau et les nutriments. Elles varient beaucoup d'une plante à l'autre, mais elles peuvent atteindre des longueurs considérables pour aider les plantes à rester ancrées dans le sol. Les racines possèdent également des extensions spéciales de leurs cellules appelées poils racinaires. Les poils racinaires permettent d'augmenter la surface de la racine afin d'absorber plus efficacement l'eau et les nutriments.

Les racines possèdent également des tissus vasculaires (le xylème et le phloème) qui leur permettent de transporter l'eau et les minéraux directement du sol à la plante. De plus, l'extrémité de la racine est un lieu de mitose, ce qui signifie que le système racinaire des plantes peut s'agrandir au fur et à mesure que les plantes grandissent.

Les tiges

Les tiges de la plante sont le long corps central de la plante. Par exemple, le tronc de l'arbre est le corps central de la plante.

Les tiges sont composées de tissus vasculaires (xylème et phloème) et d'autres types de tissus, dont certains sont renforcés par des protéines qui soutiennent la plante contre les forces extérieures (vent, pluie, etc.).

Les feuilles

Les feuilles ont un tissu vasculaire (les nervures) et un tissu photosynthétique (le mésophylle). Le tissu mésophylle des feuilles contient des chloroplastes, ce qui en fait le site de la photosynthèse, ou de la production de sucre. En outre, les feuilles sont souvent fines et larges, ce qui permet à la plante de capter l'énergie lumineuse du soleil (sous forme de photons) sur une grande surface.

Les feuilles possèdent également des stomates, qui sont généralement situés sur leur face inférieure. Les stomates sont des ouvertures cellulaires contrôlées par des cellules de garde. Les cellules de garde s'ouvrent pour laisser entrer le_CO2 dans la plante pour la photosynthèse et se referment pour éviter que trop d'eau ne s'échappe.