De la fleur au fruit et à la graine : pollinisation et fécondation

Les séries de résultats de ces exercices sont construites pour l'activité et ne proviennent pas d'une étude réelle.

De la fleur au fruit : pollinisation et fécondation

Chez les plantes à fleurs, la reproduction sexuée se déroule dans la fleur. Elle aboutit à la formation de graines, protégées dans un fruit. Pour comprendre ce trajet, il faut distinguer plusieurs étapes qui se succèdent dans le temps.

1. Les organes de la fleur

Une fleur complète comporte, de l'extérieur vers le centre :

• les sépales (souvent verts) et les pétales (souvent colorés), qui protègent la fleur et peuvent attirer des animaux ;
• les étamines, organes mâles : chacune porte une anthère au sommet d'un filet. L'anthère produit le pollen, constitué de minuscules grains ;
• le pistil, organe femelle : un stigmate (sommet du pistil, souvent collant), un style (conduit étroit) et un ovaire qui renferme des ovules.

Beaucoup de fleurs portent à la fois des étamines et un pistil. Chez d'autres espèces, comme le noisetier ou la courge, les fleurs mâles et les fleurs femelles sont séparées.

2. La pollinisation : un transport de pollen

La pollinisation est le dépôt de grains de pollen sur le stigmate d'une fleur. Le pollen est transporté par des animaux (abeilles, bourdons, papillons, parfois des oiseaux), par le vent ou par l'eau. Les fleurs colorées, parfumées et riches en nectar sont souvent pollinisées par des insectes. Les fleurs discrètes qui libèrent beaucoup de pollen léger, comme celles des graminées, sont souvent pollinisées par le vent. Le pollen peut venir de la même fleur, d'une autre fleur du même arbre ou d'un autre individu de la même espèce.

3. La fécondation : la rencontre des cellules reproductrices

Un grain de pollen compatible, posé sur le stigmate, germe et forme un tube pollinique. Ce tube s'allonge dans le style jusqu'à l'ovaire et atteint un ovule. Il conduit la cellule reproductrice mâle (un gamète) jusqu'à la cellule reproductrice femelle contenue dans l'ovule. La fécondation est la fusion de ces deux cellules. Elle donne une cellule-œuf, qui se divise pour former un embryon. La fécondation a lieu plusieurs heures, parfois plusieurs jours, après la pollinisation.

4. De l'ovule à la graine, de l'ovaire au fruit

Après la fécondation, l'ovule se transforme en graine : elle contient un embryon, des réserves et une enveloppe protectrice. L'ovaire grossit et devient le fruit. Les pétales et les étamines se flétrissent. Si aucun ovule n'est fécondé, la fleur se dessèche et tombe en général. Le fruit protège les graines et souvent favorise leur dispersion, par les animaux, le vent ou l'eau. Une graine tombée dans un milieu favorable (eau, température adaptée) peut germer et donner une nouvelle plante.

Exemple analysé : le cerisier

Une abeille visite une fleur blanche de cerisier pour récolter du nectar. Des grains de pollen s'accrochent à ses poils. Sur une autre fleur, elle en dépose sur le stigmate : c'est la pollinisation. Quelques heures plus tard, les grains forment des tubes polliniques qui descendent dans le style. Quand un tube atteint un ovule, la fécondation a lieu. L'ovule fécondé devient la graine, enfermée dans le noyau. L'ovaire devient la chair et le noyau de la cerise. La cerise est donc un fruit, et la partie que l'on appelle « amande » à l'intérieur du noyau est la graine. L'abeille intervient dans la première étape seulement ; la seconde se passe à l'intérieur du pistil, sans intervention de l'animal.

Un piège à éviter

Il ne faut pas confondre pollinisation et fécondation. Du pollen déposé sur un stigmate ne garantit pas la fécondation : le pollen peut être incompatible, venir d'une autre espèce ou ne pas germer dans de mauvaises conditions. Autre confusion fréquente : un fruit, au sens scientifique, contient des graines et provient de l'ovaire. La tomate, la courgette et le poivron sont donc des fruits, même si on les range parmi les légumes en cuisine.

À retenir

Fleur, puis pollinisation, puis germination du pollen et fécondation, puis formation de la graine dans un fruit, puis dispersion et germination. Chaque étape peut être testée par une expérience qui compare des fleurs traitées différemment.

Les séries de résultats de ces exercices sont construites pour l'activité et ne proviennent pas d'une étude réelle.

Situation-problème

Dans un verger de pommiers, un arboriculteur constate que, certaines années, des arbres très fleuris donnent peu de pommes. Pour comprendre, il réalise une expérience au printemps sur cinq lots de 40 fleurs. Certaines fleurs restent libres. D'autres sont enfermées avant leur ouverture dans un filet à mailles très fines, qui laisse passer l'air mais pas les insectes. Il pollinise une partie des fleurs au pinceau. Il fait aussi observer au laboratoire des pistils prélevés sur des fleurs de même variété, pollinisées dans les mêmes conditions. Problème : quelles conditions sont nécessaires pour qu'une fleur de pommier devienne un fruit contenant des graines, et quand la fécondation a-t-elle lieu après la pollinisation ?

Document 1 : résultats de l'expérience au verger

Données pédagogiques simplifiées. Une fleur de pommier contient 10 ovules. Chaque lot comprend 40 fleurs.

Document 2 : compte rendu d'observation au laboratoire

Données pédagogiques simplifiées. Du pollen d'une autre variété est déposé sur les stigmates de fleurs. À des heures précises, un pistil est prélevé, coupé dans le sens de la longueur, coloré puis observé au microscope. Le style mesure 7,0 mm. Le tableau donne la longueur du tube pollinique le plus long observé.

Observations complémentaires : trois jours après la pollinisation, les pétales sont flétris et les ovules ont commencé à gonfler. Sur des fleurs sans pollen (comme celles du lot D), l'ovaire jaunit et la fleur tombe en une dizaine de jours.

Exercice 1 : exploiter les résultats du verger

1. Pour chaque lot du Document 1, calculer le pourcentage de fleurs qui ont donné une pomme (résultat arrondi au dixième).
2. Comparer les lots A et B. Quelle hypothèse sur le rôle des insectes peut-on proposer ? Quelle précaution de lecture faut-il prendre, puisque le filet est la seule différence voulue ?
3. Comparer les lots C et D. Qu'apprend-on sur le rôle du pollen ?
4. Pour les lots A, B, C et E, calculer le pourcentage d'ovules devenus graines (graines par pomme divisées par 10 ovules). Que peut-on en déduire sur le pollen utilisé ?

Exercice 2 : suivre la croissance du tube pollinique

1. Construire un graphique en points reliés de la longueur du tube (mm) en fonction du temps (h). Choisir une échelle adaptée, par exemple 1 cm pour 2 h et 1 cm pour 1 mm.
2. Calculer la vitesse moyenne de croissance du tube entre 2 h et 12 h, puis entre 12 h et 24 h, en mm/h (arrondir au centième).
3. Comparer ces deux vitesses. À 24 h, le tube a-t-il atteint l'ovaire ? Que peut-on dire du moment de la fécondation par rapport à celui de la pollinisation ?
4. Un élève pense que le pollen d'une autre variété féconde plus vite que celui de la même variété. Proposer un protocole comparatif : ce qui varie, ce qui reste identique, ce qui est mesuré, et le nombre de pistils prélevés à chaque heure.

Exercice 3 : confronter les documents et argumenter

1. Classer chaque fait suivant dans l'une des catégories : pollinisation, croissance du tube pollinique préalable à la fécondation, fécondation, développement du fruit, ou aucune de ces étapes : (a) le pinceau dépose du pollen sur le stigmate ; (b) un tube pollinique arrive à l'entrée de l'ovaire ; (c) les ovules gonflent et les pétales flétrissent ; (d) la fleur du lot D tombe.
2. L'arboriculteur affirme : « Il suffit d'avoir beaucoup de fleurs pour avoir beaucoup de pommes. » Discuter cette affirmation avec au moins trois données chiffrées.
3. Camille déclare : « Le lot B donne 2 pommes, donc les insectes ne servent à rien. » Critiquer cette conclusion à l'aide des lots A et B.
4. Proposer deux mesures concrètes pour améliorer la production du verger et les justifier par les documents. Préciser une limite à la généralisation de ces résultats.

Correction complète

Exercice 1 : correction

1. Pourcentage = pommes divisées par 40, multiplié par 100. Lot A : 14/40 = 35,0 %. Lot B : 2/40 = 5,0 %. Lot C : 31/40 = 77,5 %. Lot D : 0/40 = 0,0 %. Lot E : 9/40 = 22,5 %.
2. Les fleurs libres (35,0 %) donnent sept fois plus de pommes que les fleurs sous filet (5,0 %). Hypothèse : les insectes transportent le pollen jusqu'aux stigmates et favorisent la formation des fruits. Précaution : le filet peut aussi modifier la température ou l'humidité autour de la fleur. Mais le lot C, lui aussi sous filet, atteint 77,5 % : le filet n'empêche donc pas à lui seul la formation de fruits. La différence vient plutôt de l'arrivée du pollen.
3. Les lots C et D sont tous deux sous filet. Sans pollen (D), aucune pomme ne se forme. Avec du pollen déposé au pinceau (C), 77,5 % des fleurs donnent une pomme. Le pollen est donc nécessaire dans cette expérience. Limite : retirer les étamines peut abîmer la fleur, et le lot D n'a pas de contrôle (fleurs aux étamines retirées mais pollinisées au pinceau) qui permettrait d'écarter ce dommage. Le contraste très fort (77,5 % contre 0,0 %) et la chute de l'ovaire observée sans pollen soutiennent l'idée que le pollen est nécessaire, mais cette expérience seule ne permet pas d'exclure totalement un effet de l'émasculation.
4. Ovules devenus graines : A, 6,2/10 = 62 %. B, 2,1/10 = 21 %. C, 8,4/10 = 84 %. E, 3,5/10 = 35 %. Chaque graine correspond à un ovule fécondé. Le pollen d'une autre variété féconde donc davantage d'ovules que celui de la même variété. Un dépôt de pollen ne garantit pas la fécondation : tout le pollen n'est pas également efficace. Critères de réussite : calculs justes avec unités ou symbole %, hypothèse reliée aux données, prudence sur le facteur filet.

Exercice 2 : correction

1. Les points sont (0 ; 0), (2 ; 0,3), (6 ; 1,8), (12 ; 4,5), (24 ; 7,0). Les axes sont légendés avec leurs unités et les points sont reliés par des segments. La courbe monte d'abord lentement, puis plus vite, puis de nouveau plus lentement.
2. Entre 2 h et 12 h : (4,5 − 0,3) / (12 − 2) = 4,2 / 10 = 0,42 mm/h. Entre 12 h et 24 h : (7,0 − 4,5) / (24 − 12) = 2,5 / 12 ≈ 0,21 mm/h.
3. Le tube grandit environ deux fois moins vite dans la seconde période. Une même durée de deux heures ne donne donc pas toujours le même allongement. À 24 h, le tube mesure 7,0 mm, soit la longueur du style : il est à l'entrée de l'ovaire. La fécondation ne peut pas avoir lieu avant l'arrivée du tube. Elle suit donc la pollinisation de plus de 12 h, puisque le tube n'a pas encore atteint l'ovaire à 12 h. L'arrivée du tube à l'entrée de l'ovaire est observée à 24 h dans ces conditions. Limite : le document ne montre pas la fusion des cellules, et il concerne une variété et des conditions précises.
4. Protocole attendu. Facteur qui varie : l'origine du pollen (autre variété ou même variété). Facteurs identiques : variété de la fleur réceptrice, stade de la fleur, quantité de pollen déposée, température, heures de prélèvement (2, 6, 12 et 24 h), méthode de coloration et d'observation. Mesure : longueur du tube le plus long, en millimètres. Répétition : plusieurs pistils par heure (par exemple 5), avec une moyenne, pour limiter l'effet du hasard. Critères de réussite : un seul facteur varie, la mesure est précise, les mesures sont répétées.

Exercice 3 : correction

1. (a) pollinisation. (b) croissance du tube pollinique préalable à la fécondation : le tube arrive à l'entrée de l'ovaire, mais la fusion des cellules n'est pas observée dans le document, donc on ne peut pas parler de fécondation constatée. (c) développement de la graine et du fruit : les ovules gonflent et les pétales flétrissent, ce qui suit normalement la fécondation. (d) aucune de ces étapes : la fleur du lot D tombe en l'absence de pollen, ce qui correspond à l'échec du développement du fruit.
2. L'affirmation est fausse. Les lots ont tous 40 fleurs, mais donnent 0, 2, 9, 14 ou 31 pommes selon l'arrivée du pollen. Les fleurs du lot D, sans pollen, ne donnent rien, et celles du lot C donnent 77,5 % de pommes. Le nombre de fleurs ne suffit pas : il faut du pollen compatible sur les stigmates. Corrélation et causalité : c'est la comparaison de lots où un seul facteur change qui permet de conclure.
3. Les fleurs libres donnent 35,0 % de pommes contre 5,0 % sous filet. Les insectes augmentent donc nettement le résultat. Mais les 2 pommes du lot B montrent qu'ils ne sont pas la seule voie possible : du pollen a pu passer par contact entre fleurs ou par l'air. La conclusion de Camille est trop absolue.
4. Mesure 1 : installer des ruches ou favoriser les insectes pollinisateurs, car les insectes augmentent les fruits (A contre B). Mesure 2 : planter des arbres d'une autre variété à proximité, car le pollen d'une autre variété donne plus de pommes et de graines (C contre E). Limite : les données viennent d'un seul verger, d'une espèce, d'une année et de lots de 40 fleurs. Elles ne prouvent pas que tous les arbres fruitiers réagissent de la même façon. Critères de réussite : classement correct, chiffres cités, nuance entre insectes utiles et insectes indispensables.