Reproduction sexuée et asexuée des plantes : diversité et colonisation

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

Deux manières de produire de nouveaux individus

Une plante peut donner naissance à de nouveaux individus de deux façons. La reproduction sexuée fait intervenir des cellules reproductrices appelées gamètes et se termine par la formation d'une graine. La reproduction asexuée, ou multiplication végétative, produit un nouvel individu à partir d'un fragment d'un seul parent, sans gamètes ni fécondation. Beaucoup d'espèces utilisent les deux, selon les conditions du milieu et la saison.

La reproduction sexuée : de la fleur à la graine

La fleur porte les organes reproducteurs. Les étamines fabriquent le pollen, qui contient les gamètes mâles. Le pistil renferme dans son ovaire des ovules, qui contiennent les gamètes femelles. Le transport du pollen jusqu'au pistil est la pollinisation ; il est assuré par des insectes, le vent ou parfois l'eau. La fécondation est la fusion d'un gamète mâle et d'un gamète femelle : elle forme une cellule-œuf, qui se divise pour former l'embryon. L'ovule devient alors une graine et l'ovaire devient un fruit. La graine pourra germer si elle trouve de l'eau, de l'air et une température convenable.

Chaque gamète ne porte qu'une partie de l'information génétique de la plante qui l'a produit. La cellule-œuf rassemble des informations venant de deux gamètes : chaque graine est donc une combinaison nouvelle. Les descendants diffèrent entre eux et diffèrent de leurs parents. C'est la source de la diversité génétique d'une population.

La reproduction asexuée : un descendant à partir d'un seul parent

Un fragment de plante (tige rampante ou stolon, rhizome, bulbe, tubercule, morceau de tige coupé pour un bouturage) forme des racines et des feuilles et devient une plante complète. Les cellules se multiplient par divisions qui conservent l'information génétique : le descendant est un clone du parent. Les clones possèdent la même information génétique, à de très rares modifications près. Cette multiplication est souvent rapide, car elle évite la floraison, la pollinisation et la germination.

Diversité et colonisation d'un milieu

Une population de clones occupe vite un terrain favorable, mais elle est uniforme : un même facteur défavorable, comme une maladie ou une sécheresse, peut toucher tous les individus de la même manière. Une population issue de graines est variée : il est plus probable que certains individus résistent. Ce n'est pas une certitude, seulement une probabilité plus favorable.

Exemple analysé : le fraisier

Un fraisier émet 5 stolons ; 4 s'enracinent et forment de jeunes plants. Le taux d'enracinement est 4/5 = 0,8, soit 80 %. Ces 4 plants sont des clones : ils proviennent d'un seul parent, sans fécondation. Le même fraisier porte aussi des fleurs. Visitées par des abeilles, elles sont pollinisées puis fécondées : chaque petit grain à la surface d'une fraise contient une graine. Semées, ces graines donneront des plantes différentes entre elles. Le stolon assure l'occupation proche, la graine permet de coloniser plus loin si un animal la transporte.

Piège à éviter

Ne pas confondre pollinisation et fécondation : le pollen posé sur le pistil ne suffit pas, il faut encore que les gamètes fusionnent. Ne pas écrire non plus que des clones sont identiques en tout point : ils partagent la même information génétique, mais leur aspect dépend aussi du milieu (lumière, eau, sol). Deux clones élevés dans des conditions différentes peuvent différer par leur taille.

Vocabulaire à retenir

• Gamète : cellule reproductrice (pollen, ovule).
• Clone : individu génétiquement semblable à son parent unique.
• Dissémination : transport des graines ou des fruits loin de la plante.
• Colonisation : occupation progressive d'un nouveau milieu par une espèce.

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

Situation-problème

Une jardinière souhaite transformer une pelouse de 40 m² en tapis de fraisiers. Elle hésite entre deux méthodes : laisser les fraisiers de son massif s'étendre par leurs tiges rampantes, ou semer les graines des fraises récoltées. Pendant une saison, elle a suivi cinq fraisiers et comparé des descendants nés de stolons et de graines. Elle veut savoir quel rôle joue chaque mode de reproduction dans l'occupation du terrain, la ressemblance avec les parents et la capacité du massif à faire face à un imprévu, comme une maladie. Vous analysez ses relevés pour l'aider à décider.

Document 1 : suivi de cinq fraisiers sur une saison

Données pédagogiques simplifiées.

Document 2 : compte rendu d'observation

Données pédagogiques simplifiées.

La jardinière a semé 60 graines prélevées dans des fraises de la variété du massif : 45 ont germé. Elle a ensuite élevé 10 jeunes plants issus de stolons et 10 plantules issues de graines dans des pots identiques, avec le même terreau, le même arrosage et la même exposition. Elle a mesuré 60 jours après la plantation.

Dans le jardin voisin, la jardinière a trouvé 3 jeunes fraisiers de la même espèce, nés de graines, à 8 m, 15 m et 22 m du massif. Ils poussaient près d'un poteau où se posent souvent des oiseaux.

Exercice 1 : Relever et calculer à partir du document 1

1. Relevez une donnée du document 1 qui illustre la reproduction asexuée et une qui illustre la reproduction sexuée. Justifiez chaque choix.
2. Calculez le taux d'enracinement (jeunes plants enracinés divisés par stolons produits) pour l'ensemble des cinq fraisiers, puis pour le fraisier C. Donnez les résultats en pourcentage.
3. Calculez la proportion de fleurs ayant donné une fraise pour le fraisier A, puis pour le fraisier C.
4. Comparez les fraisiers C et E avec les fraisiers B et D pour le nombre de stolons et la proportion de fleurs ayant donné une fraise. Formulez une conclusion prudente et indiquez ses limites.

Exercice 2 : Comparer la variabilité des descendants (document 2)

1. Calculez le taux de germination des graines semées.
2. Calculez l'étendue (valeur maximale moins valeur minimale) de la longueur de la feuille centrale dans chaque groupe. Que montre la comparaison alors que les moyennes sont proches ?
3. Expliquez, à partir du mode de formation des descendants, pourquoi le groupe issu de stolons est homogène et le groupe issu de graines est varié.
4. Un élève écrit : « Les plantes issues de stolons sont identiques en tout point. » Critiquez cette phrase, puis proposez un protocole simple, avec une seule variable, pour tester l'effet de la lumière sur des clones.

Exercice 3 : Argumenter en confrontant les deux documents

1. Utilisez le document 1 et le document 2 pour montrer en quoi les stolons favorisent une occupation rapide et dense du terrain proche.
2. Les trois fraisiers du jardin voisin peuvent-ils venir de stolons du massif ? Proposez une explication et précisez ce qu'on ne peut pas affirmer.
3. Recommandez une stratégie de plantation pour les 40 m². Donnez deux arguments tirés des données et une limite de votre choix, en parlant de probabilité et non de certitude.

Correction complète

Exercice 1 : correction

1. Asexuée : les stolons, par exemple 30 stolons produits dont 24 jeunes plants enracinés. Chaque jeune plant provient d'un fragment d'un seul parent, sans gamète ni fécondation. Sexuée : les fleurs et les fraises, par exemple 118 fleurs pour 80 fraises. Une fraise contient des graines qui résultent de la pollinisation puis de la fécondation.
2. Total des stolons : 6 + 4 + 8 + 5 + 7 = 30. Total des enracinés : 5 + 4 + 6 + 3 + 6 = 24. Taux : 24 / 30 = 0,80, soit 80 %. Pour C : 6 / 8 = 0,75, soit 75 %.
3. Fraisier A : 18 / 24 = 0,75, soit 75 %. Fraisier C : 9 / 18 = 0,50, soit 50 %.
4. C et E produisent 8 et 7 stolons, contre 4 et 5 pour B et D. Mais seulement 50 % (C) et 60 % (E, 12 / 20) de leurs fleurs donnent une fraise, contre 70 % (B, 21 / 30) et environ 77 % (D, 20 / 26). Conclusion prudente : dans ces relevés, les fraisiers à nombreux stolons ont plutôt moins de fraises. Limites : seulement cinq plants, donc pas de généralisation ; une corrélation ne prouve pas une causalité. On peut émettre l'hypothèse d'un partage des réserves, à tester avec plus de plants dans des conditions identiques.

Critères de réussite : calculs corrects avec unités (%), relevé de valeurs précises, conclusion nuancée.

Exercice 2 : correction

1. 45 / 60 = 0,75, soit 75 %. Donc 15 graines (25 %) n'ont pas germé.
2. Stolons : 7,4 − 7,0 = 0,4 cm. Graines : 8,6 − 4,9 = 3,7 cm. Les moyennes (7,2 cm et 6,8 cm) sont proches, mais la dispersion est près de dix fois plus grande pour les plants issus de graines. Une moyenne seule masque la variabilité.
3. Un plant issu d'un stolon provient d'un seul parent par multiplication de cellules qui conservent l'information génétique : ce sont des clones, d'où l'homogénéité. Une graine résulte de la fécondation, qui réunit des informations venant de deux gamètes ; chaque graine est une combinaison nouvelle. Cela explique les fleurs rosées, l'écart de floraison (44 à 70 jours) et la masse des fraises (6 à 17 g).
4. Critique : des clones ont la même information génétique, mais leur aspect dépend aussi du milieu, et de petites différences (0,4 cm ici) existent. Protocole : prendre 10 clones, former deux lots de 5 dans des pots, terreau et arrosage identiques, un lot à la lumière et un lot à l'ombre (seule variable). Mesurer la feuille centrale chaque semaine à la règle et comparer les moyennes. Limite : 5 plants par lot, donc il faut répéter l'expérience pour conclure.

Critères de réussite : étendues calculées, lien clone et mitoses, protocole à une seule variable.

Exercice 3 : correction

1. Dans le document 1, 24 jeunes plants sont enracinés autour de 5 fraisiers, jusqu'à 30 à 55 cm du parent : le terrain proche se remplit. Dans le document 2, les plants issus de stolons fleurissent plus tôt (41 jours contre 55), fructifient tous (10 sur 10 contre 6 sur 10) et donnent des fraises plus lourdes en moyenne (14 g contre 11 g). Limite : la distance atteinte reste faible.
2. Les stolons de la saison atteignent au plus 55 cm, donc 8 à 22 m ne s'expliquent pas par eux. Hypothèse : des graines issues de fraises mangées par des oiseaux, puis déposées près du poteau (reproduction sexuée et dissémination). On ne peut pas l'affirmer sans observation directe : un transport par terreau ou par l'humain reste possible.
3. Stratégie possible : planter surtout des clones, puis en ajouter quelques plantules issues de graines. Arguments : les clones donnent des plants précoces et réguliers (floraison de 40 à 42 jours, fraises de 13 à 15 g) ; les plants issus de graines apportent de la diversité (floraison de 44 à 70 jours, fraises de 6 à 17 g), ce qui rend plus probable la présence d'individus résistants si une maladie apparaît. Limite : des plants issus de graines sont moins prévisibles et certains donnent peu de fraises ; la diversité n'offre aucune garantie.

Critères de réussite : chaque argument s'appuie sur une valeur chiffrée des documents, la dispersion lointaine est présentée comme une hypothèse, et la conclusion parle de probabilité.