Biologie végétale
Structures, fonctionnement, écologie et biotechnologies
Murray Nabors
Pearson
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1 Le monde des plantes1
1.1 Importance des plantes
3
La photosynthèse entretient la vie sur Terre3
Les plantes représentent notre principale source de nourriture4
¤ Le thé : une histoire riche en saveur5
De nombreux médicaments proviennent des plantes5
Les plantes fournissent les combustibles, les matériaux de construction et les produits à base de papier6
La biologie de la conservation est un domaine de recherche essentiel6
¤ Le poivre, sauveur de la viande infecte7
Les biotechnologies cherchent à obtenir de nouveaux produits d'origines végétales7
Le défi de la conservation de la forêt
8
1.2 Caractéristiques des plantes et diversité
10
Un ensemble de caractéristiques permet de distinguer les plantes des autres organismes10
¤ Utiliser des plantes pour lutter contre des bactéries12
Les mousses font partie des types de plantes les plus simples12
Les fougères et les plantes apparentées sont des exemples de plantes vasculaires sans graines12
Les pins et les autres conifères sont des exemples de plantes à graines sans fleurs véritables13
La plupart des plantes sont des plantes à fleurs avec des graines protégées dans des fruits14
1.3 Botanique et méthode scientifique
15
Les botanistes, comme les autres scientifiques, testent des hypothèses15
La botanique comprend de nombreux domaines d'étude18
Les botanistes étudient également les algues, les champignons et des micro-organismes pathogènes18
Résumé du chapitre
19
Questions
20
Pour en savoir plus
21
Partie une
Structure des plantes
2 Structure cellulaire et cycle cellulaire23
2.1 Vue d'ensemble des cellules
25
Les microscopes révèlent le monde cellulaire25
¤ Les pionniers de la microscopie26
La cellule est la base de la structure et de la reproduction des organismes26
Les cellules sont soit procaryotes, soit eucaryotes27
Les cellules produisent des acides nucléiques, des protéines, des glucides et des lipides28
2.2 Principaux organites de la cellule végétale
29
Le noyau produit un « négatif » de l'ADN pour synthétiser les protéines29
Les ribosomes synthétisent les protéines30
Le réticulum endoplasmique est le site de synthèse de la plupart des protéines et des lipides30
L'appareil de Golgi modifie et achemine les produits de la cellule31
Dans les cellules végétales, les chloroplastes convertissent l'énergie solaire et la stockent sous forme d'énergie chimique31
Les mitochondries convertissent l'énergie stockée en énergie productrice pour la cellule32
Les microbodies participent à certaines réactions chimiques32
Les vacuoles assurent un certain nombre de rôles dans la morphologie et le métabolisme cellulaires33
2.3 Cytosquelette : contrôle de la forme et des mouvements cellulaires
33
Les microtubules jouent un rôle important dans les mouvements cellulaires33
Les microfilaments aident la cellule vivante à changer de forme35
Les protéines motrices provoquent le mouvement35
Les filaments intermédiaires participent à la détermination de la structure permanente des cellules35
2.4 Membranes et parois cellulaires
36
Les membranes constituent des barrières autour et dans les cellules36
Les parois protègent les cellules végétales et définissent leur forme36
Les plasmodesmes sont des ponts cytoplasmiques qui connectent l'ensemble des cellules végétales37
2.5 Cycle cellulaire et division cellulaire
38
Le cycle cellulaire décrit les phases de vie d'une cellule38
¤ Utilisation des cultures de cellules végétales39
La mitose et la division cellulaire sont impliquées dans la croissance et la reproduction40
La mitose produit deux noyaux fils, chacun contenant le même nombre de chromosomes que le noyau de la cellule mère40
Les nouvelles cellules formées se spécialisent41
Résumé du chapitre
42
Questions
44
Pour en savoir plus
44
3 Introduction à la structure des végétaux45
3.1 Principaux types de cellules végétales
47
Les cellules parenchymateuses sont les cellules vivantes différenciées les plus courantes47
Les cellules du collenchyme apportent un soutien flexible47
Les cellules du sclérenchyme assurent un soutien rigide47
3.2 Tissus des plantes vasculaires
48
Les tissus de revêtement offrent une protection périphérique à la plante49
¤ Fibres flexibles50
Les tissus conducteurs assurent le transport de l'eau, des sels minéraux et des substances nutritives50
¤ Le coton à travers les siècles52
Le tissu fondamental se met en place entre le tissu de revêtement et les tissus conducteurs54
3.3 Présentation des organes des plantes vasculaires
55
Les tiges positionnent les feuilles pour une photosynthèse maximale55
Les feuilles assurent la photosynthèse et la transpiration55
Les racines fixent la plante dans le sol et absorbent l'eau et les sels minéraux56
3.4 Croissance et développement chez les végétaux
57
Les embryons donnent naissance aux tiges, aux racines et aux feuilles des plantes à graines adultes58
Les méristèmes permettent une croissance infinie des végétaux59
Les méristèmes apicaux sont à l'origine de la croissance primaire qui permet aux racines et aux tiges de s'allonger59
Les botanistes sont en train de découvrir comment les gènes contrôlent la formation des méristèmes apicaux61
Les méristèmes apicaux sont à l'origine des tissus primaires61
Les méristèmes secondaires permettent la croissance en diamètre des racines et des tiges61
Certains végétaux ne vivent qu'une année, alors que d'autres vivent durant deux saisons, voire plus62
Résumé du chapitre
63
Questions
64
Pour en savoir plus
65
4 Racines, tiges et feuilles : le corps primaire de la plante67
4.1 Racines
69
Les systèmes racinaires pivotants pénètrent généralement plus profondément dans le sol que les systèmes fasciculés69
La croissance racinaire s'effectue près de l'extrémité70
La coiffe protège le méristème apical racinaire et facilite la pénétration de la racine dans le sol70
L'absorption de l'eau et des sels minéraux s'effectue principalement au niveau des poils absorbants70
La structure primaire des racines est en relation avec l'absorption de l'eau et des sels minéraux dissous71
Certaines racines assurent d'autres fonctions que l'ancrage simple de la plante dans le sol et l'absorption d'eau et des sels minéraux72
Les racines peuvent établir des interactions avec d'autres organismes75
¤ Les plantes parasites76
4.2 Tiges
77
Les botanistes ont proposé des modèles d'organisation du méristème apical caulinaire afin d'expliquer la croissance de la tige77
Lors de la croissance de la majorité des tiges, les tissus conducteurs forment des faisceaux séparés79
Une zone de transition assure la continuité vasculaire entre la racine et la tige80
Les primordiums foliaires se mettent en place de manière spécifique sur les flancs du méristème apical caulinaire80
Les variations de structure des tiges reflètent différentes voies évolutives81
Certaines tiges ont des fonctions spécialisées, autres que le support et la conduction81
4.3 Feuilles
82
Un primordium foliaire se transforme en feuille par divisions cellulaires, croissance et différenciation82
L'épiderme de la feuille assure sa protection et régule les échanges d'eau et de gaz83
¤ Tiges et racines à valeur nutritive84
Le mésophylle, tissu fondamental des feuilles, effectue la photosynthèse86
Dans les feuilles, les tissus conducteurs sont organisés en nervures86
La morphologie et la disposition des feuilles ont une signification environnementale86
Les zones d'abscission se forment à la base des pétioles chez les plantes à feuilles caduques87
Certaines feuilles assurent des fonctions spécialisées, autres que la photosynthèse et la transpiration89
¤ Des plantes dévoreuses d'insectes91
Résumé du chapitre
92
Questions
93
Pour en savoir plus
94
5 Croissance secondaire chez les plantes95
5.1 Croissance secondaire
97
Les méristèmes secondaires forment deux cylindres de cellules méristématiques, produisant les tissus conducteurs et protecteurs secondaires97
¤ Les bonsaïs98
Le cambium produit le xylème secondaire (bois) et le phloème secondaire (liber)98
Le phellogène produit les tissus protecteurs secondaires100
L'écorce comprend tous les tissus externes au cambium101
5.2 Modalités de croissance dans le bois et l'écorce
102
Le cambium produit du xylème secondaire, du phloème secondaire et des rayons parenchymateux, ainsi que de nouvelles cellules cambiales102
L'aubier conduit l'eau et les sels minéraux, ce que le bois de coeur (duramen) ne fait pas103
Les cernes de croissance du bois reflètent l'histoire de la croissance secondaire dans un arbre104
La dendrochronologie est la science qui donne l'âge d'un arbre en fonction du nombre de cernes de croissance et permet une interprétation du climat105
¤ Mystères coloniaux et dendrochronologie106
Le type de croissance dans un bois de réaction compense l'inclinaison du tronc ou des branches107
Le phellogène se reforme au fur et à mesure que les tiges et les racines s'épaississent107
Les lenticelles sont des voies de passage dans l'écorce, facilitant les échanges gazeux107
5.3 Usages commerciaux du bois et de l'écorce
108
Le bois est principalement utilisé comme combustible, dans la papeterie et la construction108
La structure du bois peut être étudiée selon trois plans de coupes109
La qualité du bois, notamment sa dureté et son fil, peut varier110
Des produits utiles pour l'homme sont fabriqués à partir de sécrétions (latex, résine) et de la sève des arbres111
¤ Différentes façons de produire du caoutchouc112
Le liège commercial provient de l'écorce externe épaisse de certains arbres113
Les arbres constituent une ressource naturelle renouvelable mais limitée113
¤ Utilisation raisonnée des ressources en bois114
Résumé du chapitre
115
Questions
116
Pour en savoir plus
117
6 Cycles biologiques et structures reproductrices119
6.1 Reproduction chez les végétaux
121
La multiplication végétative s'effectue par mitoses et aboutit à la production d'une descendance génétiquement identique à celle du parent121
La reproduction sexuée entraîne une variabilité génétique121
6.2 Méiose et alternance de générations
123
Les noyaux des cellules filles résultat de la méiose possèdent une copie de chaque chromosome123
Les cycles de reproduction sexuée chez les végétaux présentent deux phases multicellulaires alternes, haploïde et diploïde125
6.3 Structure de cône et de fleur
127
Chez les gymnospermes, les méristèmes apicaux caulinaires produisent les cônes128
Chez les angiospermes, les méristèmes apicaux caulinaires produisent les fleurs128
Une fleur peut posséder jusqu'à quatre types de feuilles modifiées128
Le nombre et la symétrie des pièces florales sont variables129
La position de l'ovaire est variable dans la fleur131
Les structures des fleurs sont des exemples de modifications par sélection naturelle131
6.4 Structure et germination de la graine
131
Les graines sont formées à partir des ovules, sur les écailles des cônes ou dans les carpelles des fleurs131
Les graines apportent les éléments nutritifs et la protection nécessaires au développement des embryons132
Au cours de la germination de la graine, la radicule sort la première, puis la plantule se développe132
6.5 Structure du fruit
133
Chez les plantes à fleurs, lors du développement de la graine, les parois de l'ovaire se transforment en fruit133
¤ L'apomixie en agriculture134
¤ Les fruits tropicaux135
Les fruits peuvent être classés en fruits simples, en fruits composés ou en fruits multiples136
De nombreux mécanismes permettent la dissémination des graines et des fruits138
Résumé du chapitre
140
Questions
141
Pour en savoir plus
142
Partie deux
Fonctions des plantes
7 Introduction à la biochimie végétale143
7.1 Constituants moléculaires des êtres vivants
145
Les glucides, qui fournissent et stockent l'énergie, et servent d'éléments de construction structuraux, comprennent les sucres et les polymères de sucres145
Les protéines, qui catalysent les réactions et sont des éléments de construction structuraux, sont des polymères d'acides aminés146
¤ Des forêts faites de glucides148
¤ Des armes contre les mauvaises herbes149
Les acides nucléiques, ADN et ARN, qui codent et expriment l'information génétique, sont des polymères de nucléotides151
Les lipides sont des composants membranaires constitués essentiellement d'atomes de carbone et d'hydrogène dérivés d'acétates et d'autres molécules151
Les métabolites secondaires, tels que les composés phénoliques, les alcaloïdes et les terpénoïdes, protègent ou augmentent la résistance des plantes152
7.2 Énergie et réactions chimiques
156
L'énergie peut être stockée et peut déplacer ou modifier la matière156
Les réactions chimiques impliquent soit une consommation nette, soit une production nette d'énergie libre157
Les réactions redox libèrent de l'énergie suite au déplacement d'électrons entre des atomes ou des molécules157
La liaison phosphate terminale de l'ATP libère de l'énergie lorsqu'elle est rompue158
NADH, NADPH et FADH2 sont des transporteurs universels d'électrons riches en énergie chez les êtres vivants159
7.3 Réactions chimiques et enzymes
160
La théorie des collisions décrit la formation de produits par des réactions dans les gaz ou les liquides160
Les enzymes positionnent les réactifs, permettant aux réactions de se produire avec une énergie d'activation ou une élévation de température minimale161
Des cofacteurs tels que les coenzymes interagissent avec les enzymes pour faciliter les réactions162
L'inhibition compétitive, ou non compétitive, peut ralentir ou arrêter des réactions enzymatiques ou des voies métaboliques163
Les réactions enzymatiques sont reliées entre elles, formant des voies métaboliques163
¤ Prenez vos cofacteurs tous les jours164
Résumé du chapitre
165
Questions
166
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166
8 Photosynthèse169
8.1 Présentation générale de la photosynthèse
171
La photosynthèse produit la nourriture, les éléments de construction moléculaires et l'O2 qui sont à la base de presque toute la vie sur Terre171
¤ Les plantes non photosynthétiques172
La photosynthèse utilise l'énergie lumineuse pour convertir le CO2 et l'H2O en sucres172
Les processus de la photosynthèse et de la respiration sont interdépendants173
8.2 Conversion de l'énergie lumineuse en énergie chimique : les réactions lumineuses
173
La chlorophylle est la principale molécule absorbant la lumière durant la photosynthèse174
L'énergie lumineuse intervient dans la photosynthèse au niveau des photosystèmes174
Les réactions lumineuses produisent de l'O2, de l'ATP et du NADPH176
Dans les réactions lumineuses, la synthèse d'ATP utilise l'énergie chimio-osmotique177
8.3 Conversion du CO2 en sucres : le cycle de Calvin
179
Le cycle de Calvin utilise l'ATP et le NADPH produits par les réactions lumineuses pour fabriquer des sucres-phosphates à partir du CO2179
Le cycle de Calvin est relativement inefficace dans la conversion du CO2 en sucres181
L'enzyme Rubisco fonctionne également comme une oxygénase, déclenchant la photorespiration181
¤ Évolution et concentration en O2182
Le cycle en C4 limite les pertes de carbone par photorespiration182
Les plantes CAM stockent le CO2 la nuit, dans un acide en C4, pour l'utiliser le jour, dans le cycle de Calvin185
Résumé du chapitre
186
Questions
187
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187
9 Respiration189
9.1 Présentation générale de la nutrition
191
Tous les êtres vivants ont besoin d'énergie et de carbone191
Les végétaux utilisent la photosynthèse pour stocker l'énergie lumineuse sous forme de sucres et se servent de la respiration pour transférer cette énergie des sucres vers l'ATP191
La dégradation des sucres avec libération d'énergie peut avoir lieu avec ou sans oxygène192
¤ Réchauffement climatique et effet de serre194
9.2 Respiration
195
La glycolyse clive les sucres à six carbones en deux molécules de pyruvate195
Le cycle de Krebs génère du CO2, du NADH, du FADH2 et de l'ATP195
La chaîne de transfert d'électrons et la phosphorylation oxydative transfèrent l'énergie des électrons riches en énergie du NADH et du FADH2 à l'ATP195
¤ Saccharose et fructose : des agents sucrants de choix199
La respiration a un rendement énergétique élevé199
Chez certaines plantes, la chaîne de transfert d'électrons peut générer un excédent de chaleur200
Contrairement aux animaux, les plantes peuvent transformer les acides gras en glucose200
¤ Le lysichite américain, ou « skunk cabbage »201
9.3 Fermentation
201
En absence d'oxygène, le pyruvate produit par la glycolyse est converti en éthanol ou en lactate202
Un certain nombre d'industries importantes utilisent la fermentation202
La fermentation a un rendement énergétique faible comparé à la respiration203
Résumé du chapitre
204
Questions
205
Pour en savoir plus
206
10 Transport chez les plantes207
10.1 Mouvement des molécules à travers les membranes
209
La diffusion est le mouvement spontané de molécules selon un gradient de concentration décroissant209
La diffusion facilitée et le transport actif utilisent des protéines qui aident le mouvement à travers les membranes210
L'exocytose et l'endocytose assurent le transport de grosses molécules210
L'osmose est le mouvement de l'eau à travers une membrane de perméabilité sélective210
Au cours de la croissance des cellules végétales, le potentiel osmotique de la cellule interagit avec la pression exercée par la paroi211
10.2 Mouvement et absorption d'eau et de solutés chez les plantes
212
¤ La puissance des plantes213
L'évaporation de l'eau par les feuilles tire l'eau depuis les racines via le xylème213
¤ Cultures efficaces en termes d'utilisation de l'eau215
Les stomates contrôlent les échanges gazeux et la perte d'eau par la plante217
Le transport des sucres et d'autres composés organiques depuis les feuilles vers les racines s'effectue par le phloème218
10.3 Sol, minéraux et nutrition de la plante
220
Le sol est fait de particules de roches entourées de charges négatives qui retiennent l'eau et les sels minéraux220
Les plantes ont besoin de dix-sept éléments essentiels, la plupart étant présents dans le sol221
¤ Justus von Liebig, un père de l'agriculture moderne221
Les particules du sol retiennent l'eau et les ions minéraux223
Des bactéries du sol rendent l'azote disponible pour les plantes224
Résumé du chapitre
226
Questions
227
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227
11 Réponses des plantes aux hormones et aux stimuli environnementaux229
11.1 Effets des hormones
231
L'auxine joue un rôle central dans la croissance cellulaire et dans la formation de nouveaux tissus231
Les cytokinines contrôlent la division et la différenciation cellulaires, et ralentissent le vieillissement234
Les gibbérellines participent avec l'auxine à la régulation de la croissance cellulaire et stimulent la germination des graines234
¤ Effets de l'auxine et des cytokinines sur la culture de cellules végétales235
L'acide abscissique induit la dormance des semences et régule les réponses des plantes à la sécheresse236
L'éthylène permet aux plantes de répondre à un stress mécanique et contrôle la maturation des fruits ainsi que l'abscission des feuilles237
Les brassinostéroïdes représentent un nouveau groupe d'hormones végétales et agissent comme l'auxine238
D'autres composés peuvent jouer un rôle d'hormone végétale238
11.2 Réponses à la lumière
238
La croissance orientée des tiges vers la lumière et l'ouverture des stomates sont dues à l'absorption de la lumière bleue239
Le déclenchement de la germination, le démarrage de la croissance de la racine et de la tige ainsi que l'induction de la floraison dépendent de l'absorption des lumières rouge et rouge sombre239
Le photopériodisme régule la floraison ainsi que d'autres réponses saisonnières240
¤ Étude des graines photosensibles242
Les plantes répondent à une succession de cycles jour-nuit243
11.3 Réponses à d'autres stimuli environnementaux
244
Les racines et les tiges répondent à la gravité244
Les plantes répondent à des stimuli mécaniques, tels le toucher ou le vent244
Les plantes se préparent à affronter des conditions environnementales qui ne permettent pas un déroulement normal du métabolisme et de la croissance246
¤ La course à l'armement entre les plantes et les herbivores247
Les plantes réagissent à des stress environnementaux, comme la sécheresse247
Les plantes peuvent repousser les herbivores et les agents pathogènes247
Résumé du chapitre
249
Questions
250
Pour en savoir plus
250
Partie trois
Génétique et expression génique
12 Génétique251
¤ Une brève biographie de Gregor Mendel253
12.1 Les expériences de Mendel sur l'hérédité
253
La compréhension des expériences de Mendel nécessite une connaissance élémentaire des gènes et des chromosomes253
Le monohybridisme implique des individus possédant différents allèles pour un gène donné254
La ségrégation des allèles se produit au cours de l'anaphase I de la méiose255
Un test-cross révèle le génotype d'un individu présentant un phénotype dominant256
Le dihybridisme implique des individus possédant différents allèles pour deux gènes donné256
¤ La génétique avant Mendel258
12.2 Les suites du travail de Mendel sur l'hérédité
258
Les lois de Mendel s'appliquent aussi à des croisements qui impliquent plus de deux traits259
Certains caractères ne sont contrôlés ni par un allèle dominant, ni par un allèle récessif259
¤ Une mauvaise herbe dotée d'un grand potentiel260
La localisation des gènes affecte les profils héréditaires261
Les gènes interagissent entre eux et avec l'environnement263
Le gène mendélien déterminant la taille chez le pois contrôle la production d'une hormone de croissance264
Résumé du chapitre
265
Questions
266
Pour en savoir plus
266
13 Expression et activation des gènes267
13.1 Expression des gènes
269
Au cours de la réplication, l'ADN est dupliqué269
L'ADN code la structure des protéïnes270
Au cours de la transcription, l'ARN est fabriqué à partir de l'ADN272
Au cours de la traduction, une protéine est fabriquée à partir d'un ARN messager274
Des mutations peuvent engendrer des changements dans l'expression des gènes276
13.2 Expression différentielle des gènes
278
L'expression des gènes est contrôlée à différents niveaux278
Des protéines régulatrices contrôlent la transcription278
Hormones et lumière peuvent déclencher l'activation de facteurs de transcription279
¤ Fermeture des stomates et voie de transduction typique280
13.3 Identification des gènes du développement
280
Des expériences sur Arabidopsis illustrent l'intérêt des mutations pour comprendre le développement des plantes281
¤ Les puces à ADN282
Les transposons peuvent être utilisés pour localiser des gènes du développement284
Les gènes homéotiques contrôlent le développement chez les plantes et chez les animaux285
Résumé du chapitre
286
Questions
287
Pour en savoir plus
288
14 Biotechnologies végétales289
14.1 Méthodes des biotechnologies végétales
291
Les gènes peuvent être transférés d'une espèce à l'autre grâce au génie génétique291
Les plasmides servent souvent de vecteurs au transfert de gènes chez les plantes291
Les enzymes de restriction et l'ADN ligase sont utilisées pour fabriquer de l'ADN recombinant292
Le clonage permet d'obtenir de multiples copies d'un ADN recombinant293
La réaction de polymérisation en chaîne produit de multiples copies d'ADN sans recourir à des cellules293
Plusieurs méthodes peuvent être utilisées pour insérer des gènes dans les cellules végétales295
La culture in vitro permet d'obtenir des plantes à partir de tissus ou de cellules isolées295
14.2 Réalisations et enjeux des biotechnologies végétales
297
Le génie génétique a rendu les plantes plus résistantes aux insectes, à l'aridité des sols, et leur a conféré une plus grande productivité297
¤ Génie génétique et plantes tolérantes à la salinité299
Les plantes transgéniques contribuent à la santé et à l'alimentation humaine299
Les cultures génétiquement modifiées nécessitent de nombreux essais en champs et des études de marché avant leur commercialisation300
Les cultures génétiquement modifiées doivent être sans danger pour l'environnement et les consommateurs301
¤ Les croisements interspécifiques entre plantes302
L'avenir promet de nombreuses applications des biotechnologies végétales302
La génomique et la protéomique fourniront des informations utiles pour les futures applications du génie génétique303
¤ Le séquençage de l'ADN305
¤ L'analyse de l'ADN en criminologie306
Résumé du chapitre
307
Questions
308
Pour en savoir plus
308
Partie quatre
Évolution et diversité
15 Évolution309
15.1 Histoire de l'évolution de la vie sur Terre
311
Les fossiles et la datation moléculaire fournissent des preuves de l'évolution311
¤ La genèse d'une idée : l'évolution par la sélection naturelle312
La biogéographie, l'anatomie, l'embryologie et la physiologie fournissent d'autres preuves de l'évolution313
La chimiosynthèse pourrait être le premier événement à l'origine de la vie sur Terre313
Les procaryotes ont été les formes de vie prédominantes pendant plusieurs milliards d'années314
La tectonique des plaques et les cycles célestes ont façonné l'évolution sur Terre315
15.2 Mécanismes de l'évolution
318
L'évolution est le changement de la fréquence des allèles dans une population au cours du temps318
La plupart des organismes ont la capacité de produire davantage de descendants320
Les divers individus d'une population présentent des phénotypes différents320
Certains caractères fournissent un avantage adaptatif321
La sélection naturelle favorise les individus ayant le phénotype le mieux adapté321
¤ La sélection artificielle322
L'évolution peut se produire rapidement323
En coévolution, deux espèces évoluent en réponse l'une à l'autre324
¤ Les plantes des îles Galápagos325
15.3 Origine des espèces
326
Une espèce biologique est une population d'individus potentiellement interféconds326
La sélection naturelle et l'isolement géographique sont à l'origine de la spéciation327
L'isolement reproductif peut être pré- ou postzygotique328
L'isolement reproductif des populations sympatriques peut se produire via la polyploïdie328
Résumé du chapitre
329
Questions
330
Pour en savoir plus
331
16 Classification333
16.1 Classification avant Darwin
335
La classification des organismes remonte aux périodes antiques335
L'appellation moderne des espèces a été créée par Linné336
¤ De quoi est composé le nom des plantes ?337
16.2 Classification et évolution
337
¤ Linné et son attrait pour les plantes338
Les systématiciens utilisent de nombreux caractères pour classer les organismes338
Les données moléculaires jouent un rôle clé dans la classification phylogénétique339
Les organismes sont classés de façon hiérarchique340
Les systématiciens émettent des hypothèses sur les relations évolutives entre organismes341
Les cladogrammes sont des diagrammes arborescents représentant les relations évolutives entre organismes343
Les systématiciens sont souvent en désaccord pour classer les organismes344
16.3 Principaux groupes d'organismes
345
Les systématiciens ont revu le nombre de règnes345
Les données moléculaires ont amené à identifier des « super-règnes » appelés domaines346
Les domaines des Archéobactéries et des Bactéries sont deux groupes très différents de procaryotes346
Le domaine des Eucaryotes comprend les protistes, les animaux, les champignons et les végétaux347
16.4 Futur de la classification
348
De nouvelles espèces sont à découvrir348
Les systématiciens étudient la spéciation en action349
Les données moléculaires permettront de mieux comprendre l'évolution349
La classification des organismes a des avantages pratiques351
Résumé du chapitre
351
Questions
352
Pour en savoir plus
353
17 Virus et procaryotes355
¤ Découverte des virus chez le tabac357
17.1 Virus et plantes
357
Constitués d'acides nucléiques et de protéines, les virus sont des parasites qui se reproduisent dans les cellules357
Les virus sont responsables de nombreuses maladies graves chez les plantes359
Plusieurs stratégies sont utilisées pour lutter contre les maladies virales chez les plantes360
Les viroïdes sont de petites molécules d'ARN infectieuses361
17.2 Procaryotes et plantes
361
Les procaryotes sont des organismes généralement unicellulaires aux caractéristiques très diverses361
Certaines bactéries sont photosynthétiques, d'autres fixent l'azote atmosphérique362
¤ Habitat cryptobiotique et « vernis du désert »363
¤ L'incroyable importance des petits photosynthétiseurs364
Les bactéries sont responsables de nombreuses maladies chez les plantes364
Les procaryotes sont très utilisés dans l'industrie, en médecine et dans les biotechnologies366
Résumé du chapitre
367
Questions
368
Pour en savoir plus
368
18 Algues371
18.1 Caractéristiques et évolution des algues
373
Les pigments photosynthétiques et d'autres caractéristiques permettent de distinguer les groupes d'algues373
L'endosymbiose a joué un rôle clé dans l'évolution des algues374
18.2 Algues unicellulaires et coloniales
375
Les cellules des euglénoïdes (embranchement des Euglénophytes) possèdent une pellicule sous la membrane plasmique375
De nombreux dinoflagellés (embranchement des Dinophytes) sont revêtus de plaques rigides de cellulose376
Les diatomées (embranchement des Bacillariophytes) forment des parois siliceuses378
Les algues vert-jaune (embranchement des Xanthophytes) constituent un groupe important du phytoplancton d'eau douce379
Des spores de résistance remarquables sont formées par les algues brun-doré (embranchement des Chrysophytes)380
Les cryptomonades (embranchement des Cryptophytes) utilisent les éjectosomes dans les comportements de fuite ou de défense380
Les haptophytes (embranchement des Prymnésiophytes) possèdent une structure caractéristique capable de mouvement, l'haptonème380
18.3 Algues pluricellulaires
381
Chez de nombreuses algues brunes (embranchement des Phaeophytes), il y a une alternance de générations hétéromorphes382
Les algues rouges (embranchement des Rhodophytes) ont des cycles de vie complexes, comprenant trois phases pluricellulaires382
Les algues vertes (embranchement des Chlorophytes) partagent un ancêtre commun avec les plantes384
¤ La « neige rouge »384
¤ Les algues comme source de carburant386
Résumé du chapitre
389
Questions
390
Pour en savoir plus
390
19 Champignons391
19.1 Caractéristiques et histoire évolutive des champignons
393
Une combinaison de caractères morphologiques et de croissance distingue les champignons des autres organismes393
Les champignons ont probablement évolué à partir de protistes flagellés394
19.2 Diversité des champignons
395
Les chytrides (embranchement des Chytridiomycètes) possèdent des cellules reproductrices flagellées395
Les zygomycètes (embranchement des Zygomycètes) développent des zygosporanges résistants avant la méiose395
Les ascomycètes (embranchement des Ascomycètes) produisent des spores sexuées dans des sacs appelés asques396
¤ Des champignons qui vivent sur des excréments398
¤ La maladie hollandaise de l'orme401
Les basidiomycètes (embranchement des Basidiomycètes) produisent des spores sexuées sur des cellules en forme de massue appelées basides402
¤ La culture des champignons404
19.3 Associations de champignons avec d'autres organismes
406
Les lichens sont une association entre des champignons et des algues photosynthétiques ou des bactéries406
Certains champignons forment des associations à bénéfice réciproque avec des insectes408
Résumé du chapitre
409
Questions
410
Pour en savoir plus
410
20 Bryophytes411
20.1 Bryophytes
413
Les bryophytes sont parmi les premières plantes terrestres413
¤ Les tourbières414
Les bryophytes présentent de nombreuses homologies avec les algues vertes du groupe des Charophytes et avec les plantes vasculaires414
Chez les bryophytes, l'alternance des générations implique un gamétophyte dominant et un sporophyte parasite415
Les bryophytes jouent un rôle écologique important416
La plupart des bryophytes tolèrent la sécheresse417
20.2 Hépatiques : embranchement des Marchantiophytes
417
Les gamétophytes des hépatiques peuvent être soit thalloïdes, soit foliacés417
Le cycle de vie des hépatiques illustre la dominance du gamétophyte417
20.3 Anthocérotes : embranchement des Anthocérophytes
420
Le cycle de vie des anthocérotes se distingue par le sporophyte420
L'histoire évolutive des anthocérotes, comme celle des autres bryophytes, fait encore l'objet de controverses420
20.4 Mousses : embranchement des Bryophytes
421
Il existe trois principales classes de mousses421
Le cycle de vie du polytric illustre les caractéristiques des mousses422
¤ Des mousses inhabituelles424
Résumé du chapitre
424
Questions
425
Pour en savoir plus
426
21 Plantes vasculaires sans graines ou ptéridophytes427
21.1 Évolution des ptéridophytes
429
Les ptéridophytes étaient les espèces dominantes sur Terre il y a 350 millions d'années429
Les plantes terrestres dérivent des algues vertes du groupe des Charophytes430
Trois embranchements de plantes vasculaires éteintes apparaissent sous forme de fossiles datant de 430 millions d'années430
Chez les ptéridophytes, l'alternance des générations implique l'indépendance des gamétophytes et des sporophytes433
21.2 Lignées actuelles de ptéridophytes
434
¤ Cycles de vie alternatifs435
Le genre Psilotum représente l'embranchement des Psilotophytes435
Les représentants actuels de l'embranchement des Lycophytes incluent les lycopodes, les sélaginelles et les isoètes436
Les prêles sont les représentantes actuelles de l'embranchement des Sphénophytes439
L'embranchement des Ptérophytes comprend les fougères, le groupe actuel de ptéridophytes le plus diversifié441
¤ Télomes et origines des sporanges444
Résumé du chapitre
447
Questions
447
Pour en savoir plus
448
22 Gymnospermes449
22.1 Vue d'ensemble des gymnospermes
451
Les plantes à graines possèdent des avantages sélectifs significatifs451
Les gymnospermes actuelles sont apparentées à des plantes disparues depuis le Paléozoïque et le Mésozoïque452
Chez les gymnospermes et d'autres plantes à graines, les gamétophytes dépendants se développent à l'intérieur du sporophyte parental452
Le cycle biologique du pin illustre les aspects fondamentaux de la reproduction chez les gymnospermes454
22.2 Types de gymnospermes actuelles
457
L'embranchement des Coniférophytes est composé des conifères, arbres dominants des forêts des régions froides457
¤ Amélioration et protection des arbres460
L'embranchement des Cycadophytes est représenté par les cycas à allure de fougères arborescentes ou de palmiers460
¤ Le pin Wollemi : un fossile vivant461
L'embranchement des Ginkgophytes ne comprend plus aujourd'hui qu'une espèce vivante462
L'embranchement des Gnétophytes ne compte actuellement que trois genres rencontrés dans les forêts tropicales ou les déserts462
Résumé du chapitre
464
Questions
465
Pour en savoir plus
466
23 Angiospermes : plantes à fleurs467
23.1 Reproduction sexuée chez les plantes à fleurs
469
Les angiospermes, comme les gymnospermes, ont un sporophyte dominant et un gamétophyte dépendant469
L'autopollinisation et la pollinisation croisée sont courantes chez les angiospermes471
¤ Super mauvaises herbes472
23.2 Évolution des fleurs et des fruits
473
Les avantages sélectifs des plantes à fleurs sont à l'origine de leur succès473
Les fleurs ont évolué comme des ensembles de feuilles modifiées475
L'évolution des angiospermes a commencé au Mésozoïque476
Les angiospermes se sont propagées rapidement à travers le monde durant le Crétacé480
23.3 Quelques exemples illustrant la diversité des angiospermes
481
L'embranchement des Anthophytes comprend plus de 450 familles, classées essentiellement d'après la structure florale482
Plusieurs familles illustrent la diversité de la structure de la fleur et du fruit483
¤ Les origines des maïs, blé et riz acclimatés484
¤ Une orchidée récemment découverte486
Résumé du chapitre
487
Questions
488
Pour en savoir plus
488
Partie cinq
Écologie
24 Écologie et biosphère489
24.1 Facteurs abiotiques en écologie
491
Les facteurs abiotiques sont des variables physiques de l'environnement d'un organisme491
L'inclinaison de l'axe de la Terre est à l'origine des saisons et agit sur les températures492
¤ Les mauvaises herbes493
L'atmosphère circule dans six cellules globales494
La rotation et la topographie de la Terre agissent sur la direction générale des vents et sur les précipitations495
El Niño et La Niña
496
24.2 Écosystèmes
497
La biosphère peut être divisée en domaines biogéographiques et en biomes497
Les biomes terrestres sont caractérisés par les précipitations, la température et la végétation498
La pénétration de la lumière, la température et les éléments nutritifs sont des facteurs abiotiques importants dans les biomes aquatiques501
Résumé du chapitre
504
Questions
505
Pour en savoir plus
506
25 Dynamique des écosystèmes : comment fonctionnent les écosystèmes507
25.1 Populations
509
Les caractéristiques de la reproduction sont des défis pour l'étude des populations de plantes509
La distribution des plantes dans une population peut être aléatoire, uniforme ou groupée509
La distribution des âges et les courbes de survie caractérisent l'organisation des populations510
La croissance des populations au cours du temps est limitée par les ressources de l'environnement511
La croissance des populations de plantes dépend des types de reproduction512
25.2 Interactions entre organismes dans les écosystèmes
514
Commensalisme et mutualisme sont des interactions qui bénéficient au moins à l'une des espèces514
Prédation, herbivorie et parasitisme sont des interactions qui nuisent au moins à l'une des espèces514
La compétition pour les ressources se fait entre individus de la même espèce ou entre individus d'espèces différentes515
¤ Plantes et fourmis516
25.3 Communautés et écosystèmes
516
Les communautés sont caractérisées par leur composition en espèces et par la distribution horizontale et verticale des espèces517
Des milieux apparemment uniformes sont souvent composés de différents microenvironnements517
¤ Les figuiers dans la forêt518
Des perturbations modérées peuvent augmenter le nombre d'espèces d'un écosystème519
La succession écologique représente la variation des communautés au cours du temps519
¤ Succession primaire après une éruption volcanique520
L'énergie accumulée par les organismes photosynthétiques est transmise avec une faible efficacité aux autres organismes du même écosystème522
La bioaccumulation augmente la concentration de certaines substances toxiques dans les niveaux trophiques supérieurs524
L'eau et les éléments nutritifs sont recyclés entre les composants biotiques et abiotiques des écosystèmes524
L'activité humaine a morcelé les écosystèmes stables526
Résumé du chapitre
527
Questions
528
Pour en savoir plus
529
26 Biologie de la conservation531
26.1 Croissance de la population humaine
533
La population humaine croît de façon exponentielle533
Pour augmenter la production alimentaire, il faudra avoir recours aux plantes génétiquement modifiées, à de meilleures pratiques agricoles et à des systèmes de distribution alimentaire plus efficaces533
26.2 Impacts de l'homme sur les écosystèmes
535
Les grandes concentrations humaines, de par leur taille et leurs activités, perturbent les écosystèmes535
¤ Variétés locales et banques de graines536
¤ Le kudzu542
Le Système d'information géographique représente un nouvel outil d'enregistrement des changements dans les écosystèmes543
26.3 Avenir
545
Le devenir des interactions humaines avec les écosystèmes peut être envisagé selon un scénario du pire ou du meilleur cas545
Pour la biosphère, le scénario du meilleur cas impliquerait un net renversement des tendances actuelles545
De nombreux problèmes devraient être surmontés pour renverser les tendances actuelles de destruction et de modification des écosystèmes546
¤ Recréer les mondes perdus à l'aide de la génomique et de la protéomique547
Il est important d'établir des modèles de réussite du rétablissement des écosystèmes547
Résumé du chapitre
549
Questions
550
Pour en savoir plus
551
Annexe A553
Les isotopes553
Configuration électronique et niveaux d'énergie553
Les molécules organiques et les molécules inorganiques555
Les différents types de liaisons chimiques555
Les acides et les bases557
Le pH557
Les voies du métabolisme558
L'équilibre chimique558
Annexe B560
Annexe C561
Glossaire563
Lexique anglais-français583
Index591