Reproduction de la plante entre vie fixée et mobilité

a) De l'extérieur vers le centre : le calice (5 sépales verts), la corolle (5 pétales blancs), l'androcée (environ 25 étamines, chacune formée d'un filet et d'une anthère, le « sac jaune ») et le gynécée (un pistil formé d'un seul carpelle : ovaire renflé, style, stigmate). Les pièces fertiles sont celles qui participent directement à la reproduction : les étamines, qui produisent le pollen, et le pistil, qui renferme les ovules. Sépales et pétales sont stériles.

b) 5 S + 5 P + ≈ 25 E + 1 C.

c) Après la fécondation, la paroi de l'ovaire se transforme en fruit : elle donne la chair et la paroi dure du noyau. La graine (l'amande du noyau) provient de l'ovule fécondé.

d) Une graine se forme à partir d'un ovule fécondé qui se développe. Des 2 ovules, un seul est habituellement fécondé ou poursuit son développement ; l'autre avorte. Un seul ovule devenu graine donne donc une cerise à une seule graine.

a) Ortie : pas de pétales colorés ni de nectar (rien n'attire ni ne récompense un animal), étamines qui libèrent le pollen dans l'air, pollen abondant, lisse et sec, stigmate exposé à l'air. Ces caractères concordent : l'ortie est anémogame (pollinisée par le vent).
Digitale : grande corolle colorée, nectar au fond du tube (récompense), pollen collant, étamines et stigmate placés dans le tube, donc sur le trajet d'un insecte qui y pénètre. La digitale est zoogame (pollinisée par des insectes, ici surtout des bourdons).

b) Le vent transporte le pollen au hasard. Un stigmate ramifié et poilu offre une grande surface exposée à l'air : il intercepte davantage de grains qui passent à proximité. Plus la surface de capture est grande, plus la probabilité de recevoir du pollen est élevée.

c) Le transport par le vent n'est pas dirigé : l'immense majorité des grains retombe ailleurs que sur un stigmate de la même espèce et est perdue. Seule une production massive rend probable l'arrivée de quelques grains sur les stigmates. L'insecte, lui, va de fleur en fleur, souvent de la même espèce, et dépose le pollen précisément sur le stigmate : les pertes sont faibles. La surproduction de pollen compense les pertes du transport aléatoire par le vent.

a) (1) Stolon : tige aérienne rampante qui s'enracine au niveau de ses nœuds ; multiplication naturelle. (2) Tubercule : tige souterraine renflée, riche en amidon, portant des bourgeons (les « yeux ») ; multiplication naturelle, exploitée en culture. (3) Bouturage : multiplication provoquée par l'humain.

b) Dans les trois cas, le nouvel individu se forme à partir de cellules de la plante mère qui se divisent par mitoses. Au cours d'une mitose, l'ADN est répliqué de façon conforme puis réparti à l'identique entre les deux cellules filles : chacune reçoit la même information génétique que la cellule mère. Il n'y a ni méiose ni fécondation, donc ni brassage ni apport du génome d'un autre individu. Les plantes obtenues sont donc génétiquement identiques à la plante mère : ce sont des clones (aux rares mutations près).

c) Avantage : colonisation rapide des alentours, sans partenaire ni pollinisateur, en conservant un génotype adapté au milieu local. Limite : tous les pieds ont les mêmes allèles et réagissent de la même façon à une maladie ou à un changement du milieu ; de plus, les stolons ne dispersent la plante qu'à courte distance. La multiplication végétative occupe le terrain mais ne diversifie pas la population.

a) L'enveloppe correspond aux téguments, issus des enveloppes de l'ovule. Les grosses pièces blanches sont les deux cotylédons, premières feuilles de l'embryon. La plantule comprend la radicule, la tigelle et la gemmule. Cotylédons et plantule forment l'embryon, issu du zygote, donc de la fécondation de l'oosphère dans l'ovule. L'ensemble de la graine provient ainsi de l'ovule.

b) Coloration bleu-noir à l'eau iodée : présence d'amidon ; coloration violette au biuret : présence de protéines ; pas de tache translucide : pas de lipides en quantité notable. Ces réserves sont localisées dans les cotylédons : chez le haricot, l'albumen a été consommé pendant la formation de la graine et les réserves ont été transférées aux cotylédons.

c) Graine sèche : 0,07 ÷ 0,52 × 100 ≈ 13 %. Jeune plante : 3,3 ÷ 3,8 × 100 ≈ 87 %. La graine est très déshydratée : son métabolisme est très réduit (vie ralentie), ce qui lui permet de résister au froid et à la sécheresse et de se conserver longtemps. La germination commence par une réhydratation massive, qui permet la reprise du métabolisme et la croissance.

d) Les feuilles de la plante mère fabriquent des glucides par photosynthèse ; exportés (sous forme de saccharose) par la sève élaborée, ils gagnent les ovules en développement, où ils sont stockés sous forme d'amidon. Les acides aminés, fabriqués à partir de ces glucides et de l'azote puisé dans le sol, y sont assemblés en protéines. Les réserves de la graine sont de la matière organique produite par la plante mère.

a) Taux = fruits ÷ fleurs × 100. Lot 1 : 139 ÷ 240 × 100 ≈ 57,9 % ; lot 2 : 8 ÷ 220 × 100 ≈ 3,6 % ; lot 3 : 118 ÷ 200 × 100 = 59,0 % ; lot 4 : 5 ÷ 180 × 100 ≈ 2,8 %.

b) Les fleurs libres fructifient environ 16 fois plus que les fleurs ensachées (57,9 ÷ 3,6 ≈ 16). Cela suggère un rôle des insectes. Mais le sachet ne fait pas qu'exclure les insectes : il peut aussi modifier l'humidité, la température ou abîmer les fleurs. Avec ces deux lots seulement, on ne peut pas attribuer l'écart aux seuls insectes : il manque un témoin ensaché.

c) Les fleurs du lot 3 sont ensachées comme celles du lot 2, mais reçoivent du pollen à la main : elles fructifient à 59,0 %, autant que les fleurs libres (57,9 %). Le sachet n'empêche donc pas la fructification. La seule différence entre les lots 2 et 3 étant l'apport de pollen, le faible taux du lot 2 s'explique par l'absence de transport du pollen, normalement assuré par les insectes.

d) Dans le lot 4, du pollen est bien déposé, mais c'est celui de la variété A : la fructification (2,8 %) est aussi faible que sans pollinisation. Ce pollen, génétiquement trop proche, ne permet pas la fécondation : c'est une auto-incompatibilité. Or tous les arbres de la variété A sont greffés, donc sont des clones : le pollen d'un arbre A est inefficace sur tous les autres. Les arboriculteurs plantent donc une seconde variété compatible, dont le pollen est transporté par les insectes jusqu'aux fleurs de la variété A.

a) 1. Samare légère et ailée : son aile ralentit la chute et offre une prise au vent → anémochorie. 2. Bractées à crochets qui s'accrochent aux poils des animaux (et aux vêtements) → épizoochorie. 3. Baie charnue et colorée consommée par les oiseaux, graines à tégument dur rejetées intactes → endozoochorie. 4. Gousse qui s'ouvre brusquement et projette ses graines → autochorie.

b) Le tégument dur des graines résiste à l'action mécanique et chimique du tube digestif : l'embryon et ses réserves sont protégés. Les graines sont rejetées intactes, débarrassées de la pulpe, souvent loin de la plante mère : elles restent capables de germer.

c) La phrase est finaliste : elle prête à la plante une intention (« pour que »), ce qui n'a pas de sens pour une plante. Reformulation : « Les sureaux à baies colorées, plus consommées par les oiseaux, ont vu leurs graines mieux dispersées ; ils ont laissé plus de descendants, et ce caractère a été retenu par la sélection naturelle. »

d) Premier argument : les graines emportées loin peuvent coloniser de nouveaux milieux, ce qu'une plante fixée ne peut pas faire autrement. Second argument : elles germent à l'écart de la plante mère, ce qui limite la concurrence pour la lumière, l'eau et les sels minéraux, ainsi que l'exposition aux parasites et aux prédateurs concentrés sous l'adulte. La dissémination constitue donc la phase mobile qui compense la vie fixée.

a) Les gamètes sont haploïdes : gamète mâle n = 10, oosphère n = 10. Le zygote résulte de leur fusion : 2n = 20. La cellule de l'albumen résulte de la fusion d'un gamète mâle (10) et des deux noyaux de la cellule centrale (10 + 10) : 3n = 30.

b) Le tube pollinique apporte deux gamètes mâles qui participent chacun à une fusion : l'un avec l'oosphère (zygote, origine de l'embryon), l'autre avec la cellule centrale (origine de l'albumen). Il y a donc deux fécondations simultanées dans le même ovule.

c) La paroi du fruit provient de la paroi de l'ovaire et le tégument des enveloppes de l'ovule : ce sont des cellules de la plante mère (2n), qui ne contiennent que son génome. L'embryon (2n) et l'albumen (3n) proviennent des fécondations : ils contiennent des chromosomes apportés par le pollen, donc un génome nouveau associant allèles maternels et paternels. Le grain associe donc des tissus maternels (enveloppes) et des tissus de la génération suivante (embryon, albumen).

d) L'albumen est issu d'une fécondation : chacune de ses cellules contient un lot de chromosomes paternels, porteur de l'allèle « pourpre ». Cet allèle étant dominant, l'albumen est pourpre dès l'année de la pollinisation, même si le grain se forme sur une plante mère à grains jaunes : le caractère observé appartient déjà à la génération suivante.

a) Les trois indicateurs chutent quand l'éperon est raccourci : les pollinies emportées passent de 61 % à 22 % des fleurs (division par 61 ÷ 22 ≈ 2,8), le pollen reçu de 54 % à 15 % (division par 3,6) et les fruits de 49 % à 12 % (division par 49 ÷ 12 ≈ 4,1). Le succès reproducteur mâle (export du pollen) comme femelle (réception, fruits) s'effondre avec un éperon court.

b) Avec un éperon de 17 mm, un sphinx dont la trompe mesure au moins 28 mm atteint le nectar sans appuyer sa tête contre la fleur : sa tête reste à distance de l'entrée de l'éperon. Les pollinies de la fleur ne se collent donc pas sur lui (moins d'exportation) et les pollinies qu'il transporte déjà ne touchent pas le stigmate (moins de réception). Avec un éperon de 34 mm, au contraire, la plupart des sphinx doivent enfoncer leur tête pour atteindre le fond : le contact avec les pollinies et le stigmate est forcé. La longueur de l'éperon conditionne le contact entre le papillon et les organes reproducteurs.

c) Le sphinx prélève le nectar, riche en sucres, qui lui fournit de l'énergie : c'est son bénéfice. L'orchidée obtient le transport de ses pollinies vers une autre fleur de la même espèce, donc une pollinisation croisée suivie de la formation de fruits et de graines : c'est son bénéfice. Chaque partenaire tire profit de l'interaction : il s'agit d'une collaboration à bénéfices réciproques (sans aucune intention de part et d'autre).

d) Dans la population d'orchidées, la longueur de l'éperon varie et cette variation est en partie héréditaire. Les fleurs dont l'éperon est au moins aussi long que les trompes des visiteurs forcent le contact : elles exportent et reçoivent plus de pollen, forment plus de graines et transmettent davantage leurs allèles « éperon long ». Génération après génération, la sélection naturelle augmente la fréquence de ces allèles. Réciproquement, les sphinx à trompe plus longue atteignent mieux le nectar et sont favorisés. Ces pressions de sélection réciproques ajustent les deux caractères l'un à l'autre : c'est une co-évolution, dont les mécanismes généraux sont traités dans le chapitre qui lui est consacré.

a) Les graines débarrassées de la pulpe germent à 38 %, contre 6 % pour celles restées dans le fruit, soit environ 6 fois plus (38 ÷ 6 ≈ 6,3). Les deux lots ne diffèrent que par la présence de pulpe : la pulpe inhibe la germination (elle contient des substances inhibitrices ou fait obstacle aux échanges). Un fruit tombé entier au pied de l'arbre donne donc peu de plantules.

b) Le lot B germe à 38 % sans être passé par une grive : ce passage n'est donc pas indispensable. L'écart entre B et C est faible (44 % contre 38 %, soit 110 graines contre 95 sur 250) et ne repose que sur un lot de chaque : sans répétition de l'expérience, on ne peut pas affirmer que la digestion améliore elle-même la germination. On peut seulement dire que l'essentiel de l'effet de l'oiseau est de retirer la pulpe, comme le lavage, avec peut-être un léger effet supplémentaire (usure du tégument) qu'il faudrait confirmer.

c) La survie des jeunes plants est de 7 % près de l'arbre, contre 29 % entre 20 et 50 m et 33 % au-delà de 100 m, soit environ 4 à 5 fois plus loin de l'arbre (29 ÷ 7 ≈ 4,1 ; 33 ÷ 7 ≈ 4,7). Sous la couronne, les plantules manquent de lumière, sont en concurrence avec l'adulte et entre elles, et subissent les rongeurs et les champignons concentrés à cet endroit. Une graine déposée loin de l'arbre parent a donc beaucoup plus de chances de donner un jeune arbre.

d) La grive consomme les fruits du sorbier, dont la pulpe lui fournit une nourriture riche en sucres. Les graines, protégées par leur tégument, traversent son tube digestif ; elles sont rejetées plus loin, là où l'oiseau s'est déplacé, débarrassées de la pulpe qui inhibait leur germination. Elles germent et les plantules survivent mieux à distance de l'arbre parent. Chaque partenaire en tire un bénéfice : l'oiseau est nourri, l'arbre voit ses graines dispersées. Cette collaboration, issue d'une co-évolution, fait de la graine la forme mobile d'un arbre fixé.

a) Année 1 → 2 : 11 ÷ 3,5 ≈ 3,1 ; année 2 → 3 : 37 ÷ 11 ≈ 3,4 ; année 3 → 4 : 118 ÷ 37 ≈ 3,2. La surface est multipliée chaque année par un facteur à peu près constant, voisin de 3 : c'est une croissance exponentielle. En trois ans, la surface est multipliée par 118 ÷ 3,5 ≈ 34.

b) Sur 48 pieds, on ne trouve que 2 génotypes : les pieds de l'étang sont des copies génétiques de deux individus seulement. La population de l'étang est donc formée de deux clones, probablement issus de deux fragments introduits. Dans l'aire d'origine, presque chaque pied est génétiquement unique (46 génotypes sur 48), ce qui est la signature d'une reproduction sexuée.

c) Chaque fragment de tige régénère une plante entière par des mitoses : il n'a besoin ni de fleurs, ni de pollinisateur, ni de partenaire, et chaque nouvelle plante produit à son tour de nombreux fragments. Le nombre de pieds augmente donc très vite, d'où la croissance exponentielle du document 1. Les mitoses conservant l'information génétique, tous les pieds issus d'un même fragment ont le même génotype : on ne retrouve que les génotypes des fragments fondateurs, d'où le document 2. La multiplication végétative explique donc à la fois la vitesse de l'invasion et l'uniformité génétique.

d) Le fauchage découpe les tiges en de nombreux morceaux portant des nœuds. Chacun peut s'enraciner et redonner une plante entière ; les courants de l'étang dispersent ces fragments vers des zones encore libres. Le fauchage multiplie les boutures au lieu d'éliminer la plante, sauf si les fragments sont soigneusement ramassés et retirés de l'eau.

e) Tous les pieds du clone sensible ont le même génotype : ils sont tous sensibles et pourraient disparaître presque en même temps. Le second clone, s'il est résistant, ne serait pas touché et pourrait recoloniser l'espace libéré : la population de l'étang ne disparaîtrait donc pas forcément, mais elle deviendrait encore plus uniforme (un seul clone) et vulnérable au prochain pathogène. Dans l'aire d'origine, avec 46 génotypes sur 48 pieds, il est très probable qu'une partie des individus porte des allèles de résistance : la population survit et se maintient. La diversité génétique produite par la reproduction sexuée constitue une assurance face aux changements du milieu, que la reproduction asexuée ne procure pas.