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 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.
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 (céréales, légumes secs...).
En agriculture, une graine sélectionnée pour être semée est une semence.
La graine constitue un organe permettant de protéger et de disséminer l’embryon d’une future plante. 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 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 nucelle. Il n’est ouvert que par un petit orifice, le micropyle, qui a permis la pollinisation.
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 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 varie de 2 microgrammes pour une orchidée (Goodyera repens) à une vingtaine de kilogrammes pour une Arécacée, le coco-de-mer (Lodoicea maldivica).
L'origine des plantes à graines reste un problème qui à ce jour est toujours non résolu. Cependant, des données 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 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 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.
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 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, on parle alors de faux-fruits ou pseudo-fruits.
Les fruits sont classés en trois grands types :
Les Gymnospermes quant à eux possèdent une graine nue.
Il y a différents critères pour classer des graines.
Graines sèches | Graines aqueuses |
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12 à 15 % d'eau | 75 à 90 % d'eau |
peu d'eau > réactions enzymatiques ralenties > vie "ralentie" |
ne se désique pas > réactions enzimatiques normale > vie "normale" |
bonne conservation | conservation limité |
céréales | fruits des arbres, légumes, ... |
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 |
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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 qu'au stade 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 jaune, le taupin ou les oiseaux. | Ces graines sont convoitées par les animaux et doivent germer le plus vite possible. |
betterave, laitue | blé, maïs, ricin | soja, haricot, tournesol, lupin, pois |
En agriculture l'enveloppe, n'est pas vraiment avantageuse, certes elle offre une protection (parfois inutile), mais elle est surtout un frein 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 qui y est dissout (parfois des pièges à oxygène dans l'enveloppe).
Graines nues | Fruits simples nus | Fruits simples vêtus | Fruits composés |
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Enveloppe de l'ovule Nues mais protégées par un fruit, une gousse, … |
Enveloppe de l'ovule + péricarpe du fruit |
Enveloppe de l'ovule + péricarpe du fruit + glumelles + glumes |
- |
Colza, haricot, lin | Blé, maïs | Orge, avoine, vulpin, houlque | Betterave |
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 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.
La germination est le phénomène par lequel l'embryon contenu dans la graine reprend vie et se développe grâce aux réserves de la graine.
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 et éclate pour germer.
On parle aussi de germination pour le pollen.
Si il vous arrive de récupérer des graines, il vous faudra les stocker dans une enveloppe à courrier (chaque espèce 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.