Module de Biologie Végétale : Étude Encyclopédique des Thallophytes

Introduction à la Botanique et Classification du Vivant

Définition de la Botanique : Science consacrée à l'étude des végétaux. L'étymologie provient du grec $Botos$ (herbe) ou $Phyton$ (plante). Elle est interconnectée avec d'autres sciences biologiques.
Facettes de la botanique fondamentale : - Anatomie et histologie végétales. - Reproduction et cycles biologiques. - Physiologie végétale. - Systématique. - Biochimie végétale. - Écologie végétale. - Morphologie végétale. - Génétique.
Applications de la botanique (Botanique Appliquée) : - Horticulture et sylviculture forestière. - Phytopathologie et pharmacologie/phytochimie. - Biotechnologies végétales et génie génétique. - Toxicologie végétale. - Agronomie et phytotechnie.
Les grands règnes du vivant et LUCA : - LUCA ( $Last Common Universal Ancestor$ ) est apparu il y a $3,5 \text{ à } 3,8 \times 10^9$ années. - Les règnes incluent : Archéobactéries, Eubactéries (dont les cyanobactéries ou algues bleues), Protistes, Végétaux ( $Plantae$ ), Champignons et Animaux.

Critères de Classification du Règne Végétal

Échelle Cellulaire : - Procaryotes : Apparus il y a $3,5 \times 10^9$ ans. Cellules sans noyau véritable, région nucléaire non isolée du cytoplasme, appareil nucléaire réduit à 1 ou 2 chromosomes. - Eucaryotes : Noyau typique avec membrane nucléaire (vrai noyau défini) enfermant l'ADN. Présence de mitochondries, appareil de Golgi, réticulum endoplasmique. Reproduction sexuée et asexuée.
Échelle de la Plante (Appareil Végétatif) : - Thallophytes : Appareil végétatif nommé Thalle, sans organes (tiges, feuilles, racines) ni tissus différenciés. - Cormophytes : Appareil végétatif nommé Cormus, avec organes différenciés en tissus.
Présence de Tissus Conducteurs : - Trachéophytes : Plantes vascularisées avec xylème et phloème. - Plantes non vasculaires.
Expression de la Sexualité : - Cryptogames : Organes de reproduction cachés ( $Crypto$ = caché). - Phanérogames : Organes de reproduction visibles ( $Phanéro$ = visible).
Résumé de la Classification : - Thallophytes : Phycophytes (algues) et Mycophytes (champignons). - Cormophytes / Embryophytes : Bryophytes (mousses), Ptéridophytes (fougères), Spermaphytes (plantes à fleurs).

Caractéristiques Générales des Thallophytes et Cormophytes

Organisation Cytologique Végétale : - Paroi rigide glucidique en plus de la membrane plasmique. - Grande vacuole occupant $80 \text{ à } 90 \%$ du volume cellulaire. - Chloroplastes pour la photosynthèse.
Comparaison de l'Appareil Végétatif : - Thalle : Dépourvu de tige, feuilles, racines et tissus spécialisés. - Cormus : Système d'axes ramifiés (tige à croissance indéfinie), feuilles (croissance définie), racines (fixation et absorption), et vaisseaux conducteurs (sève brute et élaborée).
Organes Reproducteurs : - Chez les Thallophytes : Spores et gamètes produits dans des Sporocystes et Gamétocystes. L'enveloppe est la paroi de la cellule mère ; tout le contenu se transforme en spores ou gamètes. Le gamétocyste femelle contient souvent une unique oosphère. - Chez les Cormophytes : Spores et gamètes produits dans des Sporanges et Gamétanges (Anthéridie pour le mâle, Archégone pour la femelle). L'enveloppe est pluricellulaire ; seule une partie du contenu se transforme en spores/gamètes.

Les Thallophytes Procaryotes : Cyanophycées (Algues Bleues)

Caractères Généraux : - Eubactéries photosynthétiques vivant dans des milieux aquatiques ou terrestres humides. - Peuvent former des efflorescences ( $blooms$ ) parfois toxiques. - Taille microscopique ( $1 \text{ à } 10 \,\mu m$ ). Pas de reproduction sexuée, absence de flagelles. - Plus de $150$ genres et $2000$ espèces enregistrées.
Cytologie : - Chromatoplasme (périphérique) : Contient la chlorophylle a, caroténoïdes et phycobiliprotéines (bleu-vert) dans des thylakoïdes concentriques. - Centroplasme (nucléoplasme) : Incolore, contient des filaments d'ADN et des granules, sans membrane nucléaire.
Structure de l'Appareil Végétatif : - Coccoïdes : Cellules sphériques, isolées ou en colonies (ex: $Microcystis$ ). - Filamenteuses : Trichomes (enchaînement de cellules) ou filaments (trichome + gaine mucilagineuse). - Cellules Spécialisées : - Hétérocyste : Cellule à paroi épaisse, site de la fixation d'azote. - Akinète : Spore de résistance immobile, riche en réserves.
Reproduction : - Uniquement asexuée via bipartition (scissiparité), formation d'hormogonies (fragments de filaments), ou production de spores (endospores, exospores ou baeocytes).
Intérêts : Séquestration du $CO_2$ , production d' $O_2$ , fixation d'azote, alimentation (ex: $Spirulina$ ), compléments alimentaires et bioplastiques.

Les Thallophytes Eucaryotes

Les Algues (Phycophytes) : - Autotrophes chlorophylliens, uni ou pluricellulaires (ex: $Macrocystis pyrifera$ atteignant $60\,m$ ). - Modes de vie : Benthiques (fixées), Pélagiques/Planctoniques (libres), Symbiotiques ou Parasites. - Classification des Macroalgues (selon les pigments) : - Chlorophytes (Vertes) : Chlorophylle a et b. - Chromophytes (Brunes) : Chlorophylle a + fucoxanthine. - Rhodophytes (Rouges) : Chlorophylle a + phycoérythrine + phycocyanine.
Les Champignons (Mycophytes) : - Hétérotrophes sans plastes ni chlorophylle. Paroi en chitine, réserve de glycogène. - Siphomycètes (Inférieurs) : Thalle non cloisonné (siphonné), cellules reproductrices mobiles. - Septomycètes / Eumycètes (Supérieurs) : Thalle cloisonné (septé), pas de cellules mobiles. - Modes de nutrition : Saprophytes (matière morte), Parasites (pathogènes), Symbiotiques (Lichens, Mycorhizes).
Les Lichens (Lichenophytes) : - Symbiose entre un champignon et une algue (ou cyanobactérie).

Organisation Morphologique et Anatomique du Thalle

Types de thalles chez les Algues : 1. Archéthalles : Cellules toutes semblables. - Unicellulaires : Monadoïdes (flagellés), Coccoïdes (immobiles), Cénobiaux (colonie à nombre de cellules limité). - Pluricellulaires : Trichoïdes (linéaires), Palmelloïdes (amas indéterminé). 2. Nématothalles (Protothalles) : Filaments hétérotriches (dressés et rampants), prostrés (rampants) ou érectés (dressés). 3. Cladomothalles : Axes à croissance indéfinie portant des pleuridies à croissance définie. Peuvent être uniaxiaux ou multiaxiaux.
Types de thalles chez les Champignons : - Mycélium : Filaments nommés siphons (cœnocytiques) ou hyphes (septés). - Thalles agrégés : Sclérotes (carapace de protection), stromas, rhizomorphes. - Thalles bourgeonnants : Unicellulaires (levures) ou pseudomycélium.
Croissance : - En longueur : Diffuse (toutes les cellules), Localisée (Apicale, Intercalaire, Trichothallique). - En épaisseur : Divisions longitudinales, cortication ou fonctionnement d'un méristoderme (ex: $Laminaria$ ).
Ramification : - Latérale : Monopodique (axe principal dominant), Sympodique (relais par rameaux), Verticillée. - Dichotomique : Division de l'initiale apicale en deux.
Organogenèse : - Fixation : Rhizoïdes, crampons (cordons pluricellulaires), ou disques. - Absorption : Suçoirs (chez les parasites). - Propagation : Stolons ou rhizomorphes.

Cytologie des Thallophytes Eucaryotes

Paroi Cellulaire : - Algues : Cellulose + pectine + composés spécifiques (Xylanes/Mannanes chez les vertes, Alginates chez les brunes, Gélose/Carraghénane chez les rouges). Silice chez les Diatomées (Frustule). Carbonate de calcium chez les Charophycées. - Champignons : Cellulose, Callose, Hémi-cellulose, Chitine.
Communications : Plasmodesmes (Vertes/Brunes), Synapse (Rouges).
Appareil Cinétique (Flagelles) : - Absent chez les Rhodophytes. - Types : Lisse, en Fouet, Pectiné, Plumeux. - Disposition : Isokonté (identiques), Hétérokonté/Anisokonté (différents), Stéphanokonté (couronne). - Insertion : Acrokonté (sommet), Basikonté (base), Amphikonté (latéral).
Appareil Plastidial : - Siège de la photosynthèse, membranes variables (2 chez vertes/rouges, 4 chez brunes). - Organites : Pyrénoïde (synthèse d'amidon), Stigma (lentille photosensible). - Évolution : Archéoplastidié (1 seul plaste), Mésoplastidié (réseau), Néoplastidié (nombreux plastes discoïdes).
Pigments : - Chlorophylles a, b, c, d. - Caroténoïdes (Carotènes, Xanthophylles comme la fucoxanthine). - Phycobilines (Phycocyanine, Phycoérythrine).

Reproduction Asexuée (Multiplication Végétative)

Chez les Algues : 1. Bipartition : Division cellulaire simple. 2. Fragmentation : Bouturage naturel ou formation de propagules (rameaux spécialisés). 3. Sporulation : Production de spores dans des sporocystes. Spores mobiles (zoospores) ou immobiles (aplanospores). Formes de résistance : Akinètes/Kystes.
Chez les Champignons : 1. Bourgeonnement (Levures). 2. Thallospores : Arthrospores (oïdies par désarticulation), Chlamydospores (paroi épaisse), Blastospores. 3. Sporulation : - Endogène : Dans des sporocystes (ex: $Mucor$ ). - Exogène : Conidies produites par des phialides sur des conidiophores (ex: $Penicillium$ ). - Phénomènes de Diplanétisme et Polyplanétisme chez certains phycomycètes.

Reproduction Sexuée

Mécanismes Fondamentaux : - Méiose : Passage de $2n$ (diploïde) à $n$ (haploïde). - Fécondation (Gamie) : Union des gamètes ( $n$ ) formant un zygote ( $2n$ ). Comprend la plasmogamie et la caryogamie.
Modalités de Fécondation : - Planogamie : Gamètes mobiles (Isogamie ou Anisogamie). - Oogamie : Gros gamète femelle immobile (oosphère) + petit gamète mâle mobile. - Trichogamie : Gamète mâle immobile (spermatie) se fixant sur un trichogyne (poil du carpogone). - Hologamie : Individus entiers jouant le rôle de gamètes. - Cystogamie (Conjugaison) : Fusion de deux contenus cellulaires via un pont de conjugaison. - Siphonogamie : Noyaux mâles conduits par un siphon copulateur (adaptation terrestre). - Périttogamie / Somatogamie : Fusion entre cellules banales ou thalles formant un mycélium à dicaryon ( $n+n$ ).
Le Phénomène de Dangeardie : Chez Ascomycètes et Basidiomycètes, évolution de la cellule mère dicaryotique par formation d'un crochet et divisions synchrones avant la caryogamie tardive.
Compatibilité Sexuelle : - Homothallisme : Autofertile (100% de fertilité). - Hétérothallisme Bipolaire : Types (+) et (-) requis (50% de fertilité). - Hétérothallisme Tétrapolaire : Facteurs A et B requis (25% de fertilité). - Amphithallisme : Faux homothallisme (spores binucléées).

Cycles de Développement

Définitions : - Génération : Individu participant au cycle. Gamétophyte ( $n$ , produit des gamètes) et Sporophyte ( $2n$ , produit des spores). - Haplophase : Phase à $n$ chromosomes. Diplophase : Phase à $2n$ chromosomes.
Types de Cycles : 1. Monogénétique Haplophasique : Une seule génération ( $n$ ), zygote seule étape $2n$ (ex: $Chlamydomonas$ , $Spirogyra$ ). 2. Monogénétique Diplophasique : Une seule génération ( $2n$ ), gamètes seule étape $n$ (ex: $Fucus$ ). 3. Digénétique Haplodiplophasique : Alternance de deux générations. Isomorphe (se ressemblent, ex: $Ulva$ ) ou Hétéromorphe (différentes, ex: $Laminaria$ ). 4. Trigénétique : Trois générations. Gamétophyte ( $n$ ), Carposporophyte ( $2n$ , parasite du gamétophyte), Tétérasporophyte ( $2n$ ) (ex: $Antithamnion$ ).
Fructifications chez les Champignons : - Asques (produisent 8 ascospores) : contenues dans des Ascocarpes (Cléistothèce, Périthèce, Apothécie/Pézize). - Basides (produisent 4 basidiospores exogènes) : typiques des Basidiomycètes.