Plante

Définition de la plante

(botanique) Tout organisme eucaryote du règne biologique Plantae, caractérisé par le fait d’être photosynthétique et de posséder une paroi cellulaire rigide. Étymologie : du latin planta (« germe, pousse, bouture »).

Caractéristiques des plantes

Une plante désigne tout eucaryote appartenant au règne biologique Plantae. Les plantes, au sens le plus strict, sont des embryophytes qui comprennent les plantes vasculaires, les hépatiques, les hornworts et les mousses. Certaines références moins strictes considèrent les algues vertes comme des plantes. Les algues vertes sont composées d’espèces unicellulaires et multicellulaires qui possèdent des chloroplastes et une paroi cellulaire. Les caractéristiques énumérées ci-dessous se concentrent sur les embryophytes. Elles sont les suivantes :

• Les plantes sont autotrophes. Elles fabriquent leur propre nourriture grâce à la photosynthèse. Elles sont capables de capter l’énergie via le pigment vert (chlorophylle) à l’intérieur du chloroplaste, et d’utiliser le dioxyde de carbone et l’eau pour produire des sucres comme nourriture et de l’oxygène comme sous-produit. En tant qu’autotrophes, les plantes sont souvent placées au début de la chaîne alimentaire. Elles sont qualifiées de productrices. Elles servent de nourriture à d’autres organismes, dont les animaux. Les animaux, en revanche, sont hétérotrophes et doivent consommer d’autres organismes pour se nourrir. Certains animaux (notamment les herbivores) dépendent exclusivement des plantes, tandis que d’autres ne mangent que de la viande ou un mélange de matières animales et végétales. Les plantes étant capables de fabriquer leur propre nourriture, elles ne se nourrissent pas d’animaux pour croître et survivre. L’exception est un groupe de plantes carnivores (par exemple, le Venus flytrap) qui attrape et se nourrit de proies animales, en particulier lorsque les conditions sont moins favorables à la photosynthèse.
• Les plantes sont des eucaryotes. Comme les animaux, les plantes ont un noyau distinct, lié à une membrane, à l’intérieur de la cellule. Le noyau est un organite qui contient les chromosomes porteurs de gènes. Les autres organites suspendus dans le cytoplasme d’une cellule végétale sont l’appareil de Golgi, le réticulum endoplasmique, les lysosomes, les peroxysomes et les plastes.
• Les plantes ont des plastes. La présence de plastes à l’intérieur d’une cellule eucaryote est une indication qu’il s’agit plus probablement d’une plante que d’un animal. Il existe différents types de plastes. Les chloroplastes sont des plastes contenant de la chlorophylle (pigments verts) et impliqués dans la photosynthèse. Les chromoplastes contiennent des pigments autres que le vert et sont impliqués dans la synthèse et le stockage des pigments. Les systèmes chlorophylliens absorbent l’énergie lumineuse à des longueurs d’onde particulières du spectre électromagnétique. Les pigments sont également responsables de la coloration des structures végétales (par exemple, les feuilles vertes, les fleurs rouges, les fruits jaunes). Les leucoplastes (par exemple, les amyloplastes, les élaioplastes, les protéinoplastes) sont des plastides non pigmentés. Leur fonction est principalement le stockage de la nourriture. Les plantes stockent la nourriture sous forme de sucre, par exemple l’amidon.
• Les plantes possèdent une grande vacuole à l’intérieur de la cellule. Cette structure cytoplasmique est impliquée dans la régulation de la pression de turgescence.
• Les plantes ont des parois cellulaires rigides en dehors de la membrane plasmique. La paroi cellulaire confère un soutien structurel supplémentaire à une cellule végétale. Les plantes peuvent ne pas avoir un système squelettique comme celui des animaux mais leur paroi cellulaire est composée principalement de matériaux cellulosiques qui aident à fournir un support structurel.
• Les plantes ont une division cellulaire distinctive où une plaque cellulaire (phragmoplaste) sépare les cellules filles.
• Les plantes ne sont pas aussi mobiles que les animaux. Elles n’ont pas la capacité de se déplacer d’un endroit à un autre à volonté. En tant que telles, elles doivent faire face à des conditions difficiles, comme la chaleur. L’une des façons dont elles sont capables de résister à la chaleur est grâce à leurs parois cellulaires qui empêchent leur corps de se dessécher. Malgré cela, les plantes font preuve de mouvement, mais sous une autre forme. Par exemple, le mouvement nastique est illustré par le pliage des folioles de la plante Mimosa pudica lorsqu’elle est touchée et la fermeture de la feuille du Venus flytrap lorsqu’elle capture une proie. Certaines plantes (par exemple Betula pendula – bouleau argenté) abaissent même leurs branches et leurs feuilles la nuit, comme si elles « dormaient ». Une autre forme de mouvement des plantes est le tropisme. Cependant, le tropisme est davantage une réponse de la croissance à un stimulus qu’un mouvement. Par exemple, les plantes ont tendance à pousser vers la source de lumière (phototropisme).
• Les plantes ont des plasmodesmes. Alors que les animaux ont des jonctions cellulaires qui maintiennent les cellules dans un tissu animal, les plantes ont des plasmodesmes qui agissent comme des jonctions cellulaires entre les cellules végétales. La paroi cellulaire forme ces ponts cytoplasmiques entre les cellules adjacentes. Ces « ponts » facilitent la communication entre les cellules et permettent la circulation des fluides, contribuant ainsi à maintenir la tonicité des cellules végétales.
• Les plantes sont multicellulaires, étant composées de nombreuses cellules organisées en tissus et organes qui remplissent une fonction spécifique en tant qu’unité. Les organes végétaux sont spécialisés pour l’ancrage, le soutien et la photosynthèse (par exemple, les racines, les tiges, les feuilles, etc.)
• Les plantes sont capables d’une croissance illimitée grâce aux tissus méristématiques. Ces tissus sont constitués de cellules indéterminées qui se divisent activement et donnent naissance à des tissus différenciés tels que l’épiderme, les trichomes, le phellem et les tissus vasculaires.
• Les plantes sont dépourvues d’organes des sens mais elles peuvent percevoir leur environnement bien que différemment. Les plantes peuvent « voir », « entendre » et « sentir » malgré l’absence d’yeux, d’oreilles et de nez. Elles semblent « sentir » et réagir de manière moins évidente que les animaux. Les plantes n’ont peut-être pas un système nerveux comme celui des animaux, mais elles ont apparemment un système qui leur est propre d’après la façon dont elles réagissent à leur environnement. L’Arabidopsis, par exemple, bien que dépourvue d’yeux, possède des photorécepteurs (au moins 11 types) qui l’aident à détecter la lumière.1 Dans un autre exemple, l’herbivorie pourrait déclencher la libération de certains produits chimiques sur la partie de la plante affectée.2 On a également observé que les plantes libèrent des produits chimiques de défense qui dissuadent les herbivores. On a observé que les tomates libéraient des signaux volatils pour avertir les plantes voisines d’une attaque imminente d’herbivores.3
• Les plantes se reproduisent par des moyens asexués et sexuels. La reproduction asexuée des plantes s’effectue par bourgeonnement, fragmentation, fission, formation de spores, propagation végétative, apomixie, etc. La reproduction sexuée implique des gamètes mâles et femelles qui fusionnent lors de la fécondation. De manière générale, le cycle de vie des plantes intègre l’alternance des générations, c’est-à-dire l’alternance des phases de sporophyte et de gamétophyte.
• Les plantes « respirent ». Par les stomates, le dioxyde de carbone de l’atmosphère pénètre dans la cellule végétale. Par la photosynthèse, le dioxyde de carbone est converti en oxygène, que la plante libère comme sous-produit métabolique dans l’atmosphère par les stomates.
• Les plantes peuvent ne pas avoir d’autres systèmes biologiques bien définis, mais elles produisent des produits chimiques impliqués dans la défense des plantes et les fonctions immunitaires et des hormones végétales qui agissent comme des molécules de signalisation.

Corps végétal

Les embryophytes, en général, ont deux systèmes d’organes majeurs : (1) le système des pousses et (2) le système des racines. Le système des pousses comprend les parties du corps qui sont situées dans la partie supérieure de la plante tandis que le système des racines est constitué des parties du corps qui se trouvent dans la partie inférieure. Le système des pousses peut comprendre des organes végétaux tels que les tiges, les branches, les feuilles, les fleurs et les fruits. On les trouve souvent au-dessus du sol. Le système racinaire comprend les racines, les tubercules et les rhizomes. On les trouve souvent sous terre.

Les tissus des plantes sont :

• Tissus embryonnaires ou méristématiques – tissus végétaux constitués de cellules indifférenciées et mitotiquement actives. Le méristème apical et le cambium en sont des exemples
• Tissus permanents – tissus végétaux constitués de cellules différenciées. Les tissus permanents peuvent être encore classés en tissus fondamentaux (par exemple, le parenchyme, le collenchyme, le sclérenchyme) et complexes (par exemple, les tissus du phloème et du xylème)
• Tissus reproducteurs – tissus végétaux qui sont impliqués dans la reproduction. Exemple : les tissus sporogènes

Les cellules des plantes sont eucaryotes, c’est-à-dire avec un noyau bien défini. Le noyau contient les chromosomes qui portent les gènes. En dehors du noyau, les autres organites sont le réticulum endoplasmique, l’appareil de Golgi, les mitochondries, les lysosomes et les plastes. Les plastes peuvent être classés en fonction de leurs pigments : les chloroplastes (avec la chlorophylle, pigment vert), les chromoplastes (avec des pigments autres que le vert) et les leucoplastes (plastes incolores). La grande structure à l’intérieur de la cellule végétale est la vacuole. Elle est responsable de la régulation de la pression de turgescence.

La membrane plasmique entoure le cytoplasme où sont suspendus ces organites. Outre la membrane plasmique, la cellule possède une couche supplémentaire appelée paroi cellulaire. La paroi cellulaire, cependant, n’est pas exclusive aux embryophytes. D’autres organismes tels que les champignons, les algues et certaines bactéries possèdent une paroi cellulaire. La paroi cellulaire des embryophytes est constituée de parois cellulaires primaires et secondaires. Une paroi cellulaire primaire contient de la cellulose, des hémicelluloses et de la pectine. Une paroi cellulaire secondaire est une couche plus épaisse. Elle est riche en lignine qui renforce et imperméabilise la paroi. La paroi cellulaire a de nombreux rôles importants et l’un d’eux est d’aider à résister à la pression osmotique.

Lorsqu’une cellule végétale est placée dans une solution hypertonique, l’eau pénètre dans la cellule et provoque son gonflement. La présence de la paroi cellulaire empêche l’éclatement de la cellule lors d’une osmose excessive. À l’inverse, lorsqu’une cellule végétale est placée dans une solution hypotonique, l’eau diffuse hors de la cellule et la pression de turgescence diminue, ce qui rend la cellule flasque. Une perte supplémentaire d’eau entraînera une plasmolyse, et finalement une cytorrhise, l’effondrement complet de la paroi cellulaire.

A part l’osmorégulation, les processus physiologiques fondamentaux que les plantes réalisent incluent la photosynthèse, la respiration, la transpiration, les tropismes, les mouvements nastiques, le photopériodisme, les rythmes circadiens, la germination des graines et la dormance.

Génomique végétale

Les plantes ont de grands génomes. Parmi les génomes végétaux qui ont été séquencés, le génome du blé Triticum asestivum est le plus grand, avec ses quelque 94 000 gènes.4

Cycle de vie des plantes

Le cycle de vie des plantes comprend deux générations : la génération des gamétophytes et la génération des sporophytes. La phase d’alternance des formes diploïdes et haploïdes est appelée alternance des générations. Ce phénomène est également observé chez certaines algues comme les Archaeplastida et les Heterokontophyta. Chez les algues à alternance de générations, le sporophyte et le gamétophyte sont des organismes indépendants.

Dans les embryophytes, la génération gamétophyte est celle dont la phase débute par une spore qui est haploïde (n). La spore subit une série de divisions mitotiques pour donner naissance à un gamétophyte. Un gamétophyte est une forme végétale multicellulaire haploïde. Il ne possède qu’un seul jeu de chromosomes. La phase gamétophyte est la phase sexuelle du cycle de vie et la plante développe donc des organes sexuels qui produisent des gamètes, également haploïdes. Les gamètes qui participent à la fécondation entreraient plus tard dans la génération sporophyte caractérisée par la forme végétale qui est diploïde suite à l’union des gamètes.

Dans les trachéophytes (plantes vasculaires), le sporophyte est sous une forme multicellulaire et la phase dominante. Ainsi, le sporophyte comprend la plante principale que l’on voit. À l’inverse, chez les bryophytes (par exemple, les mousses et les hépatiques), le gamétophyte est dominant et constitue donc la principale plante que nous percevons.

En général, les étapes de la vie des trachéophytes partent d’une graine qui se développe en un scion lorsque les conditions sont propices à la croissance. Le scion se développe en produisant des feuilles et en faisant pousser des tiges et des branches. Il se développe en une plante adulte qui finit par produire des fleurs. Les fleurs portent des cellules sexuelles telles que les spermatozoïdes dans le grain de pollen et les ovules dans les ovules de l’ovaire. L’union des cellules sexuelles donne naissance à un zygote contenu dans la graine. Les plantes monoïques portent les deux cellules sexuelles alors que les plantes dioïques ne portent qu’un seul type de cellule sexuelle.

Les plantes peuvent également se reproduire de manière asexuée. Elles le font en n’impliquant pas les gamètes. Par reproduction asexuée, de nouvelles plantes naissent par bourgeonnement, fragmentation, fission, formation de spores, propagation végétative et apomixie.

La sénescence des plantes désigne le processus de vieillissement des plantes. Par exemple, le jaunissement des feuilles se produit suite à la dégradation de la chlorophylle, ne laissant ainsi que les caroténoïdes, lors de la sénescence des feuilles. Cependant, certaines plantes peuvent continuer à former de nouvelles feuilles, comme chez les plantes à feuilles caduques.

Écologie végétale

Puisque les plantes sont capables de photosynthèse, elles n’ont pas besoin de chasser ou de se nourrir d’animaux pour se nourrir (à l’exception des plantes carnivores). Elles peuvent fabriquer leur propre nourriture en utilisant l’énergie de la lumière, le dioxyde de carbone de l’atmosphère et les molécules d’eau. Néanmoins, l’une des sources de dioxyde de carbone est constituée par les déchets que les animaux expirent au cours de la respiration. En retour, ils rejettent de l’oxygène comme déchet de la photosynthèse. L’oxygène est crucial pour la survie des organismes aérobies, y compris les animaux.

Les plantes tirent d’autres nutriments vitaux des minéraux dissous dans le sol. Elles les absorbent par l’intermédiaire de leurs racines. Parmi les macronutriments qu’elles tirent du sol figurent le calcium, le magnésium, l’azote, le phosphore, le potassium et le soufre. Quant aux micronutriments, les plantes absorbent le bore, le chlorure, le cuivre, le fer, le manganèse et le molybdène. Ainsi, les parties mortes de la plante, ou la plante entière, entraînent leur décomposition et le retour à la Terre de minéraux et de composés essentiels.

Par leur sens de l’indépendance, ils sont souvent placés au début d’une chaîne alimentaire. Ils sont les principaux producteurs d’un écosystème. Ainsi, l’extinction d’espèces végétales peut provoquer un impact majeur sur un écosystème. La liste rouge des espèces menacées de l’Union internationale pour la conservation de la nature (UICN), un système d’évaluation de l’état de conservation des espèces dans le monde, a utilisé un système d’étiquetage des espèces en fonction du risque d’extinction. En conséquence, les espèces peuvent être classées dans les catégories suivantes :  » données insuffisantes « ,  » préoccupation mineure « ,  » quasi-menacées « ,  » vulnérables « ,  » en danger « ,  » en danger critique d’extinction « ,  » éteintes au niveau régional « ,  » éteintes à l’état sauvage  » et  » éteintes « . En 2016, l’UICN a signalé que 2 493 plantes étaient en danger critique d’extinction alors que 3 654 plantes sont en danger.5
Les plantes interagissent avec d’autres organismes et forment des symbioses. En voici quelques exemples :

• mutualisme – par ex. plantes fournissant du nectar aux abeilles mellifères tandis que les abeilles mellifères aident à répandre les grains de pollen de la plante
• prédation – par exemple, les plantes carnivores qui capturent les insectes et les petits animaux
• concurrence – par exemple, les plantes qui sont en concurrence avec d’autres plantes pour l’habitat en termes d’espace disponible et de nutriments
• commensalisme – par exemple, les fruits des plantes qui se collent à la fourrure des animaux pour être transportés librement
• parasitisme – par exemple.g. les plantes parasites qui tirent des nutriments de leur hôte, comme le Cuscuta (cuscute) qui se fixe sur, et produit des haustoria qui absorbent les nutriments d’un acacia

En 2011, le Census of Marine Life a estimé qu’il pourrait y avoir environ 8,7 millions d’espèces d’eucaryotes sur Terre, et sur ce chiffre, environ 298 000 étaient prévus comme étant le nombre total d’espèces végétales. 215, 644 avaient déjà été décrites et cataloguées .6

Évolution des plantes

Selon la théorie endosymbiotique, les organelles comme les plastes et les mitochondries représentent les procaryotes autrefois libres. Les chloroplastes semblent être liés aux cyanobactéries procaryotes. La base en est la similarité structurelle entre les cyanobactéries et les chloroplastes. En outre, tous deux possèdent les mêmes pigments photosynthétiques et une seule molécule d’ADN circulaire comme génome. Apparemment, les événements endosymbiotiques ont conduit à l’apparition des premiers eucaryotes photosynthétiques il y a un milliard d’années. On pense que les charophytes (un sous-groupe d’algues vertes) sont ceux dont sont issus les embryophytes. Les charophytes et les embryophytes partagent de nombreux traits similaires, par exemple la formation de phragmoplastes pendant la mitose.

Une brève chronologie de l’évolution des embryophytes est présentée ci-dessous :

• Eon phanérozoïque  » ère paléozoïque  » période ordovicienne : Au cours de la période ordovicienne (485 millions d’années à 440 millions d’années), les premiers embyophytes (plantes terrestres) sont apparus.
• Eon phanérozoïque  » ère paléozoïque  » Période dévonienne : Au cours de la période dévonienne (de 415 millions d’années à 360 millions d’années), des plantes primitives, des arbres et des forêts de type arbustif ont dominé la terre et fourni de nouveaux habitats aux animaux terrestres. La première fougère à graines Elkinsia a évolué les graines, en particulier à la fin de la période dévonienne.
• Eon phanérozoïque  » ère mésozoïque : Cette ère s’est étendue de 252 millions à 66 millions d’années. Au Trias (il y a environ 200 millions d’années), les plantes à fleurs apparaissent.
• Eon phanérozoïque  » Ere cénozoïque : Cette ère dite de la  » nouvelle vie  » est l’ère géologique la plus récente qui s’étend d’il y a 66 millions d’années à nos jours. Au cours de cette ère, à partir d’environ 40 millions d’années, les graminées sont apparues. Ces plantes et de nombreux autres groupes de plantes ont évolué vers un nouveau mécanisme de métabolisme pour survivre au faible taux de CO2 et aux conditions arides des tropiques.

Source recommandée : Darwin Reviews – la série de revues la plus prestigieuse du Journal of Experimental Botany et des sujets soigneusement choisis dans les domaines de recherche les plus progressifs.

Taxonomie végétale

La définition initiale des plantes inclut les algues vertes, les champignons et les embryophytes puisqu’ils possèdent tous des chloroplastes et une paroi cellulaire. Cependant, les algues et les champignons ont finalement été déplacés dans leurs royaumes respectifs.

Au sens le plus étroit, les plantes (c’est-à-dire Plantae sensu stricto) sont celles qui sont fondamentalement multicellulaires, avec des parois cellulaires contenant de la cellulose, et qui ont des chloroplastes pour la photosynthèse. Dans ce cas, le règne Plantae comprend les embryophytes, comme les plantes vasculaires, les hépatiques, les mousses et d’autres plantes fossiles qui partagent les mêmes caractéristiques.

Plantae sensu stricto (« plantes, au sens strict ») comprend les embryophytes et les algues vertes (Chlorophyta et Charophyta). C’est encore une définition largement reconnue des plantes. Elles constituent le clade des Viridiplantae (ou Chlorobionta), communément appelé les plantes vertes. Les différentes divisions du royaume Plantae sensu stricto sont les suivantes :

• Chlorophyta
• Charophyta
• Marchantiophyta (hépatiques)
• Anthocerotophyta. (hornworts)
• Bryophyta (mousses)
• Lycopodiophyta (mousses à massues)
• Pteridophyta (fougères, fougères à fouet, et les prêles)
• Cycadophyte (cycades)
• Ginkgophyte (ginkgo)
• Pinophyte (conifères)
• Gnetophyte (gnetophytes)
• Magnoliophyte (plantes à fleurs)

Signification

Les plantes sont essentielles à la vie de différents organismes puisqu’elles sont les producteurs de la chaîne alimentaire. Elles stockent l’amidon. Elles constituent également une source importante de minéraux et de composés.

Les plantes servent d’habitats à certains organismes (par exemple les insectes et les organismes arboricoles). Elles sont également la principale source d’oxygène dont les animaux aérobies ont besoin pour vivre.

Certaines plantes ont des propriétés médicinales. Le pissenlit (Taraxacum officinale) comme laxatif doux, les feuilles de plantain (Plantago major) pour réduire l’inflammation et la douleur, et les racines et les feuilles de bardane (Arctium minus) pour soulager l’eczéma ou la peau craquelée ne sont que quelques-unes des plantes médicinales multiformes.

Les humains utilisent les plantes pour la fabrication de divers produits tels que les huiles essentielles, les pigments, les résines, les tanins, les alcaloïdes, l’ambre, les cires, les cosmétiques, les plastiques, le caoutchouc, les vernis, les lubrifiants, les encres, etc.
Le bois des plantes est utilisé dans la construction de bâtiments, d’instruments de musique, de bateaux et de meubles. Il est également utilisé dans la fabrication du papier.

Recherche

La branche de la science qui étudie les plantes est appelée botanique (ou biologie végétale). Un expert dans ce domaine est appelé un botaniste. Certains des domaines d’étude sont la morphoanatomie, la cytologie, l’histologie, la physiologie, l’écologie, l’évolution, la taxonomie et la pathologie. Divers groupes de plantes ont conduit à des sous-disciplines telles que :

• Paléobotanique – l’étude des plantes fossiles
• Algologie – l’étude des algues
• Mycologie – l’étude des champignons
• Bryologie – l’étude des mousses, hépatiques, et des hornworts
• Ptéridologie – l’étude des fougères
• Palynologie – l’étude des grains de pollen et des spores

La botanique appliquée traite des utilisations commerciales et économiques des plantes. Elle englobe l’agriculture (par exemple, l’agronomie, l’horticulture, la sélection végétale), la foresterie (par exemple, la dendrologie, la technologie du bois), la botanique pharmaceutique et l’architecture paysagère.

Classification scientifique

• Domaine : Eukaryota
• (non classé) : Archaeplastida
• Règne : Plantae Copeland, 1956

Voir aussi

• Botanique
• Fungi
• Algues
• Animal

Référence

1. Gabbatiss, J. (2017, 1er janvier). Les plantes peuvent voir, entendre et sentir – et réagir. Récupéré de http://www.bbc.com/earth/story/20170109-plants-can-see-hear-and-smell-and-respond
2. La plante déclenche un « SOS » pour la défense des plantes lorsqu’elle est blessée – Biology Blog & Dictionnaire en ligne. (2018, 22 septembre). Récupéré de https://www.biologyonline.com/plant-sets-off-sos-for-plant-defense
3. Mescher, M. C., &De Moraes, C. M. (2014). Passez les munitions. Nature, 510(7504), 221-222. https://doi.org/10.1038/510221a
4. Brenchley, R., Spannagl, M., Pfeifer, M., Barker, G. L. A., D’Amore, R., Allen, A. M., Hall, N., et al. (2012). Analyse du génome du blé panifiable à l’aide du séquençage shotgun du génome entier. Nature, 491(7426), 705-710. https://doi.org/10.1038/nature11650
5. En danger critique d’extinction (CR). (2016). Récupéré de http://cmsdocs.s3.amazonaws.com/summarystats/2016-2_Summary_Stats_Page_Documents/2016_2_RL_Stats_Table_2.pdf
6. Census of Marine Life. (2011, 24 août). Combien d’espèces sur Terre ? Environ 8,7 millions, selon une nouvelle estimation. ScienceDaily. Récupéré de http://www.sciencedaily.com/releases/2011/08/110823180459.htm

Lecture complémentaire

• Propagation végétative des plantes – Science Learning Hub. (Lisez ceci pour connaître les différentes façons de propager une plante par des méthodes asexuées.)

Notes

La classification taxonomique des organismes peut changer en fonction de nouvelles découvertes.