Graine
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Dans le cycle de vie des spermatophytes, la graine est le stade vital qui permet la dissémination des plantes. Elle permet à la plante d'échapper aux conditions d'un milieu devenu hostile soit en s'éloignant, soit en attendant le retour de circonstances favorables.

Elle provient du développement de l'ovule (L'"ovule" est la cellule sexuelle (ou gamète) produite par les femelles. Comme tous les gamètes, l'"ovule" est haploïde, il contient la...) fécondé. De ce fait, elle est composée à la fois de parties provenant du sporophyte maternel (les enveloppes de la graine), du gamétophyte (les tissus de réserve de la graine) et du sporophyte de la génération suivante : l'embryon (Un embryon (du grec ancien ἔμϐρυον / émbruon) est un organisme en développement depuis la...).

Les graines ont la propriété d'accumuler, sous une forme facile à conserver, des réserves destinées au développement futur de l'embryon. Elles constituent ainsi une source d'alimentation recherchée par les animaux (régime alimentaire granivore) et par l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme...) (céréales, légumes secs...).

En agriculture, une graine (Dans le cycle de vie des « plantes à graines », la graine est la structure qui contient et protège l'embryon végétal. Elle est souvent contenue dans un fruit qui permet sa dissémination.) sélectionnée pour être semée est une semence.

Structure

Structure de la graine de saule Salix scouleriana
Structure de la graine de saule Salix scouleriana

La graine constitue un organe (Un organe est un ensemble de tissus concourant à la réalisation d'une fonction physiologique. Certains organes assurent simultanément plusieurs fonctions, mais dans ce cas, une...) permettant de protéger et de disséminer l’embryon d’une future plante (Les plantes (Plantae Haeckel, 1866) sont des êtres pluricellulaires à la base de la chaîne alimentaire. Elles forment l'une des subdivisions (ou...). Elle se compose essentiellement de cet embryon entouré d'une enveloppe protectrice avec selon les cas un tissu nourricier plus ou moins développé.

Les tissus protecteurs constituent une des caractéristiques principales de la structure graine. En effet, autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis,...) de l’embryon, directement en contact avec celui-ci se trouve le nucelle. Ce dernier est constitué d’une couche relativement fine de cellules. Il est à l’origine la paroi du sporange primitif. Autour de ce tissu, se trouve le tégument. Le tégument est le tissu protecteur principal. Il est constitué d’une couche de plusieurs cellules et entoure complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de limiter la...) le nucelle. Il n’est ouvert que par un petit orifice, le micropyle, qui a permis la pollinisation (La pollinisation est le mode de reproduction privilégié des plantes angiospermes et gymnospermes. C'est un des services écologiques rendus par la biodiversité. Il s'agit du...).

La graine est donc un mégasporange indéhiscent appelé nucelle qui contient un embryon et qui est complètement entouré par un tissu protecteur appelé tégument.

L'embryon, quant à lui, peut être minuscule et indifférencié ou déjà avec une gemmule développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites normales à la courbe.) en tigelle, radicelle et cotylédons. Chez certaines graines, c'est à l'intérieur des cotylédons que les réserves nutritives sont accumulées. Les différentes stratégies évolutives possibles donnent suivant les espèces des graines dont le poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle est égale à...) varie de 2 microgrammes pour une orchidée (Goodyera repens) à une vingtaine de kilogrammes (Le kilogramme (symbole kg) est l’unité de masse du Système international d'unités (SI).) pour une Arécacée, le coco-de-mer (Lodoicea maldivica).

Origine et évolution

L'origine des plantes à graines reste un problème qui à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale) et sa...) est toujours non résolu. Cependant, des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) de plus en plus nombreuses tendent à situer cette origine dans le Dévonien moyen. En effet, la description en 2004 de la proto-graine Runcaria heinzelinii dans le Givetien de Belgique constitue une indication (Une indication (du latin indicare : indiquer) est un conseil ou une recommandation, écrit ou oral.) de cette origine ancienne des plantes à graines.

Cependant, les premières plantes à graines " vraies " sont décrites dans le Dévonien supérieur qui est le théâtre probable de leur première radiation (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se produire par rayonnement électromagnétique (par exemple : infrarouge) ou par une...) évolutive. Cette radiation va se poursuivre au cours des millions d'années qui suivront. Les plantes à graines deviendront progressivement un des éléments majeurs de pratiquement tous les écosystèmes actuels.

Graines et fruits

Les Spermatophytes, ou plantes à graines sont divisées en deux grandes sous-familles, les Angiospermes et les Gymnospermes. Seuls les Angiospermes produisent des fruits. Le fruit (En botanique, le fruit est l'organe végétal protégeant la graine. Caractéristique des Angiospermes, il succède à la...) est issu du développement de l'ovaire qui entoure l'ovule. Il est donc un ovaire mûr. Cependant, il peut aussi être constitué d'autres parties de la fleur (La fleur est constituée par l’ensemble des organes de la reproduction et des enveloppes qui les entourent chez les angiospermes (aussi appelées plantes à fleurs). Après la pollinisation, la fleur est...), on parle alors de faux-fruits ou pseudo-fruits.

Les fruits sont classés en trois grands types :

  1. Les fruits simples : ils sont composés d'un seul carpelle (constituant de l'ovaire) ou de plusieurs mais alors soudés. L'ovaire se développe en trois tissus distincs : l'endocarpe, le mésocarpe et l'exocarpe. Le type de différenciation de ces trois tissus permet de définir différents types de fruits.
  2. Les fruits multiples : ils sont constitués par l'association de plusieurs carpelles libres issus d'une même fleur (exemple : framboise).
  3. Les fruits apocarpes ou composés : ils sont composés de plusieurs fruits simples dérivant des fleurs d'une même inflorescence (L'inflorescence est la disposition des fleurs sur la tige d’une plante à fleur. Cette disposition est souvent caractéristique d’une famille, par exemple le...). On parle alors d'infrutescence (Une infrutescence est l'ensemble des fruits résultant du développement d'une inflorescence. Sur le terrain, l'infrutescence sera un rameau comportant des fruits et...) (exemple : ananas).

Les Gymnospermes quant à eux possèdent une graine nue.

Dissémination

  • par la plante elle-même :
    • le fruit du concombre d'âne, (Ecballium elaterium, Cucurbitacées) turgescent à maturité, projette ses graines dans une pulpe liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) lorsque le pédoncule (En botanique, on appelle pédoncule la tige, parfois appelée queue, qui porte les fleurs, puis, après la fécondation, les fruits. Une fleur sans pédoncule, ou à...) se détache ;
    • le fruit mûr des balsamines (Impatiens noli-tangere, Balsaminacées), éclate en enroulant ses valves sur elles-mêmes.
  • par le vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu sur Neptune et sur Saturne. Il est...) (anémochorie)
    • par la légèreté des semences
    • grâce à la présence de poils
    • par la présence d'ailes membraneuses
  • par l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) (hydrochorie)
    • eaux de ruissellement
    • plantes aquatiques
    • courants marins, cas du cocotier (Cocotier est un nom vernaculaire ambigu désignant en français certaines plantes de la famille des Arecaceae, la plus connue étant l'espèce Cocos nucifera. Botaniquement parlant, les cocotiers ne sont...)
  • par les animaux (zoochorie)
    • après ingestion
    • transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de...) externe, grâce à la présence de crochets ou d'aiguillons
    • par les fourmis (plantes myrmécophiles)

Classification

Il y a différents critères pour classer des graines.

En fonction de la teneur en eau

Graines sèches Graines aqueuses
12 à 15 % d'eau 75 à 90 % d'eau
peu d'eau
> réactions enzymatiques ralenties
> vie (La vie est le nom donné :) "ralentie"
ne se désique pas
> réactions enzimatiques normale
> vie "normale"
bonne conservation conservation limité
céréales fruits des arbres, légumes, ...

En fonction de la proportion et la répartition des tissus

Les principaux tissus d'une graine sont le périsperme, l'albumen et l'embryon.

Graines à périsperme Graines à albumen Graines sans albumen ou exalbuminées
Schéma Schéma Schéma
Les tissus de réserve sont peu développés. Les deux cotylédons sont de vraies feuilles et permettent à la plante d'être autotrophe. Les tissus de réserves sont riches en éléments nutritifs mais ces plantes ne peuvent commencer la photosynthèse (La photosynthèse (grec φῶς phōs, lumière et σύνθεσις sýnthesis, composition) est le processus bioénergétique qui...) qu'au stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.) 3 feuilles. Les tissus de réserves sont directement dans les cotylédons de l'embryon.
L'avantage est qu'elles peuvent être repiquées facilement puisqu'il n'y a pas de dépendance à un réservoir. L'inconvénient est qu'en cas de problème cultural, comme de la battance, le taux de survie est faible. Ces riches graines présentent l'inconvénient d'être sujettes aux attaques d'animaux comme le ver (Les vers constituent un groupe très hétérogène d'animaux invertébrés qui partagent une caractéristique commune, à savoir un corps mou, flexible, de forme allongée et ne comportant...) jaune (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même couleur :), le taupin ou les oiseaux. Ces graines sont convoitées par les animaux et doivent germer le plus vite possible.
betterave, laitue (Les laitues (genre Lactuca) sont des plantes annuelles de la famille des Astéracées (Composées) dont certaines espèces sont cultivées pour leurs feuilles tendres...) blé, maïs (Le maïs (aussi appelé blé d’Inde au Canada) est une plante tropicale herbacée annuelle de la famille des Poacées, largement cultivée...), ricin soja, haricot (Le haricot, ou haricot commun (Phaseolus vulgaris), est une espèce de plante annuelle de la famille des Fabaceae (Papilionacées), du genre Phaseolus, couramment cultivée comme légume. On en consomme soit le fruit (la...), tournesol, lupin (Les lupins constituent un genre de plantes (Lupinus) de la famille des Fabaceae, ou légumineuses, regroupant de très nombreuses espèces. Ce sont des espèces annuelles ou...), pois (Le pois (Pisum sativum L.) est une espèce de plante annuelle de la famille des légumineuses (Fabacées), largement cultivée pour ses graines, consommées...)

En fonction des enveloppes

En agriculture l'enveloppe, n'est pas vraiment avantageuse, certes elle offre une protection (parfois inutile), mais elle est surtout un frein (Un frein est un système permettant de ralentir, voire d'immobiliser, les pièces en mouvement d'une machine ou un véhicule en cours de déplacement.) alimentaire (les monogastriques (humains, …) ne digérant pas la cellulose) et un frein à la germination en étanchéifiant la graine à l'eau et l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) qui y est dissout (parfois des pièges à oxygène dans l'enveloppe).

Graines nues Fruits simples nus Fruits simples vêtus Fruits composés
Enveloppe de l'ovule
Nues mais protégées par un fruit, une gousse, …
Enveloppe de l'ovule
+ péricarpe (Le péricarpe est la paroi du fruit. Il est issu de la transformation après la fécondation de la paroi de l’ovaire du pistil.) du fruit
Enveloppe de l'ovule
+ péricarpe du fruit
+ glumelles
+ glumes
-
Colza, haricot, lin Blé, maïs Orge, avoine, vulpin, houlque Betterave

Dormance et longévité (La longévité d'un être vivant est la durée de vie pour laquelle il est biologiquement programmé, dans des conditions idéales et en l'absence de maladie ou d'accident. Elle correspond à la durée de vie...) des graines

Chez de nombreuses plantes, la germination des graines n'est pas immédiate, et nécessite le passage par une période de repos pendant laquelle la germination est inhibée par divers mécanismes. Cette inhibition ou dormance peut être liée à :

  • la présence d'inhibiteurs ;
  • la présence de protéines photosensibles ou chromoprotéines ;
  • l'imperméabilité des enveloppes à l'eau ou à l'oxygène ;
  • la résistance mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui produit ou...) des enveloppes.

La longévité des graines, ou pouvoir germinatif, est généralement comprise, selon les espèces, entre deux et dix ans (céréales, épinard, courge). Cette longévité peut atteindre une centaine d'années (cassia), graines dites macrobiontiques. Certaines graines ont une très courte longévité, de quelques jours (peuplier) à quelques semaines (caféier), elles sont dites microbiontiques. Le cas extrême est celui des graines qui germent dans le fruit encore accroché à la plante-mère (Rhizophora, palétuvier) : graines vivipares.

Germination

Mélange de graines en germination
Mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une préparation aussi...) de graines en germination

La germination est le phénomène par lequel l'embryon contenu dans la graine reprend vie et se développe grâce aux réserves de la graine.

  • Transformations morphologiques
    • germination épigée
    • germination hypogée
    • germination des monocotylédones
  • Facteurs de régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se rattache au plan scientifique à l'automatique.)
    • eau
    • température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du transfert de...)
    • lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement liée à...) (notamment les radiations rouges captées par le phytochrome)
    • oxygène
  • Phénomènes métaboliques
    • respiration (Dans le langage courant, la respiration désigne à la fois les échanges gazeux (rejet de dioxyde de carbone, CO2, appelé parfois de façon impropre « gaz...)
    • mobilisation des réserves

Dans les graines des Graminées, l'embryon sécrète des hormones végétales de la famille des gibbérellines qui induisent dans un tissu particulier, la couche à aleurone, la synthèse d'alpha-amylase qui mobilise les réserves contenues dans l'albumen au profit de l'embryon.

Pour le séquoia il faut que la graine prenne feu (Le feu est la production d'une flamme par une réaction chimique exothermique d'oxydation appelée combustion.) et éclate pour germer.

On parle aussi de germination pour le pollen (Le pollen (du grec palè : farine ou poussière) constitue, chez les végétaux supérieurs, l'élément fécondant mâle de la...).

Récupération et stockage de graines

Si il vous arrive de récupérer des graines, il vous faudra les stocker dans une enveloppe à courrier (chaque espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de base de la...) dans une enveloppe), inscrire sur l'enveloppe le nom de la plante puis mettre l'enveloppe dans une boîte en carton ou en bois. Ne surtout pas ranger les enveloppes de graines dans un meuble en "aggloméré", celui-ci dégage du formol pouvant inhiber le pouvoir germinatif de la graine.

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