Les graines...Nées dans les pommes de pin ou au coeur des fleurs, nues ou protégées par les fruits, les graines voyagent de multiples façons. Belles au bois dormant, leur destin est de germer, parfois même des siècles plus tard.    Françoise Brenckmann et Annette Millet    
Retour

Qu'est-ce qu'une graine ?
Les graines, objets inertes et souvent minuscules comme des petits cailloux et des poussières, nous semblent insignifiantes. Pourtant, après parfois des années de vie latente, elles se mettent à germer, se transforment en plantules puis en puissants végétaux. Elles sont partout sous nos pieds : sur le sol des prairies et des forets, sur les chemins et les routes, sur les cours d'eau et leurs berges, sur les terrasses, les toits... Elles sont aussi dans nos assiettes : céréales, légumes secs, ainsi que dans nos fruits (noyaux et pépins).

Pour le botaniste, la graine résulte de la reproduction sexuée des plantes spermaphytes (du grec sperma, graine et phutan, plante). Elle se développe au sein d'une fleur après la pollinisation, suivie de la fécondation d'un ovule par un grain de pollen. L'ovule est un organe contenant, entre autres, des réserves nutritives et un ou des gamètes femelles. Le grain de pollen est une petite unité de deux ou trois cellules qui forme un ou deux gamètes mâles. Chaque graine renferme un embryon de plante.

Pour les plantes, à quoi servent-elles ?
Les graines assurent la multiplication de 1'espece, elles lui permettent de coloniser son milieu et de résister aux conditions climatiques défavorables.
La multiplication par reproduction sexuée crée des individus tous génétiquement différents. Le saule par exemple, très prolifique, produit chaque année des millions de minuscules graines (qui ne germeront pas toutes). Ce brassage génétique permet aux populations de plantes d'évoluer avec leur environnement.
La deuxième fonction des graines est la dissémination. Elles voyagent dans 1'espace. La plante étend ainsi son territoire et le défend contre la concurrence. Elle peut aussi " fuir " une aire qui ne lui est plus propice, transmettant à ses graines la tache de coloniser un nouveau site. Les végétaux sont capables de s'implanter rapidement dans un terrain défriché, une éclaircie d'incendie, une fissure de roche, une île volcanique, un pot de terre sur un balcon...
Enfin, troisième fonction, les graines résistent aux conditions adverses. Sous nos latitudes, les plantes annuelles ne survivent à l'hiver que sous forme de graines. Les autres plantes survivent grâce à des bourgeons dormants. Mais même pour celles-ci, les graines sont des formes de vie résistantes, capables de supporter des accidents climatiques graves comme une sécheresse prolongée, un gel inhabituel, un incendie... Leurs enveloppes, moins épaisses et imperméables, leur confèrent une certaine résistance mécanique. Le fait qu'elles soient déshydratées leur permet de résister à des températures extrêmes. Par ailleurs, les graines résistent à des attaques biologiques , dont certaines peuvent être fatales pour la plante " en vert ". Leurs enveloppes sont souvent coriaces, immangeables par exemple pour la chenille qui se délecterait des feuilles et des tendres bourgeons. De plus, elles peuvent être bourrées de tanins antifongiques et de composés antibiotiques, voire toxiques pour les prédateurs. Les plantes ne se multiplient pas seulement par graines. Nombreuses sont celles qui sont aussi capables de se cloner : c'est la multiplication végétative. Ce mode de reproduction est avantageux quand la plante est bien adaptée à un environnement stable ; il est aussi utile lors de conditions défavorables à la multiplication sexuée (par exemple en montagne). Ainsi, le fraisier ou la renoncule émettent de longues tiges rampantes, des stolons portant des bourgeons qui peuvent s'enraciner et former une plantule identique à la plante mère. D'autres plantes se multiplient par bulbilles (ail), rhizomes (iris), drageons… Lorsque nous bouturons des plantes, nous utilisons leur capacité de multiplication végétative.

Toutes les plantes ont-elles des graines ?
Certaines plantes - mousses, fougères, prêles... - n'ont pas de graines. Leur reproduction sexuée passe par des spores unicellulaires qui ne renferment pas d'embryon. Les premiers végétaux terrestres étaient des plantes a spores. Ces dernières se dispersent dans 1'air, germent sur un substrat humide et forment les cellules sexuelles. La rencontre et la fusion des gamètes mâle et femelle doivent avoir lieu en milieu liquide (mare, pluie, rosée...). L'indépendance vis-à-vis du milieu liquide extérieur pour la fécondation a été acquise par les plantes a ovules, a la fin du Dévonien, il y a environ 370 millions d'années. Les ginkgos sont des plantes archaïques a ovules, proches de ces formes éteintes. Le pollen est transporte par le vent. Au contact d'un liquide ovulaire, le grain de pollen émet un gamète mâle a proximité du gamète femelle. La fécondation a lieu dans cette petite " piscine " interne. Lorsque 1'ovule tombe a terre, 1'oeuf se développe lentement en un embryon qui germe immédiatement. L'entité qui Se disperse est un ovule, pas encore une graine.
C'est au Carbonifère, il y a environ 345 millions d'années, qu'apparaissent les plantes a graines. Ce sont les premières gymnospermes (du grec gumnos, nu et sperma, graine), qui donneront naissance aux conifères actuels. Ces derniers portent des cônes (les pommes de pin), formes d'écailles entre lesquelles se trouvent les ovules. La fécondation donne, après maturation, une graine capable d'entrer en état de vie ralentie, la dormance, et d'attendre des conditions favorables pour germer. Cela lui confère une certaine indépendance vis-à-vis du temps. Les gymnospermes comportent aujourd'hui 700 espèces.
Les plantes à fleurs - et à fruits - apparaissent au Crétacé, il y a environ 130 millions d'années. Ce sont les angiospermes (du grec angeian, ume et sperma, graine). Les premières ressemblaient aux magnolias. La pollinisation a lieu non plus seulement au hasard du vent, mais grâce aux insectes et aux animaux attires par les fleurs. Les ovules sont complètement enveloppes d'un ou de plusieurs organes de la fleur, les carpelles. Apres la fécondation, ces derniers grossissent et se transforment en fruit. Le fruit protège les graines et en favorise la dissémination. Les angiospermes (ou Magnoliophyta) sont dominantes sur Terre : il y en a 250 000 espèces.

Comment les graines sont-elles faites ?

Selon les groupes de végétaux, les réserves nutritives que renferment les graines sont des glucides, des lipides ou des protéines Elles s'accumulent dans des tissus appelés endosperme (tissu de réserves des graines de conifères. II est haploïde, ne contient qu'un seul lot de chromosome), albumen (Organe de réserves des graines, un tissu a trois lots de chromosomes : il est dit triploïde), cotylédons .

Chez les gymnospermes la fécondation est simple : 1'embryon nait de la fusion d'un gamète mâle et d'un gamète femelle, et ses réserves nutritives se constituent dans un tissu femelle, 1'endosperme (. La maturation a lieu dans le cône, la pomme de pin. Chez les angiospermes, la fécondation est double. Les étamines libèrent les grains de pollen. Déposé sur le stigmate, le grain de pollen émet son minuscule tube pollinique qui s'allonge dans le style. Il pénètre dans 1'ovule et décharge deux gamètes mâles. L'un d'eux fusionne avec le gamète femelle et forme 1'oeuf, 1'autre fusionne avec deux noyaux du, sac embryonnaire et donne 1'albumen. C'est alors que la graine nait : 1'oeuf se développe en embryon et 1'albumen est son organe de réserves. Selon les espèces, ces réserves sont utilisées lors de la germination et pour 1'etablissement de la jeune plante (cas du mais), ou elles sont transférées des l'embryogenèse dans les deux premières feuilles de l'embryon (cas du haricot). Ce sont les gros cotylédons ou la plantule puisera sa nourriture avant de devenir autonome. La maturation de la graine a lieu dans le fruit (dans la gousse pour le haricot, par exemple).
A un certain stade, 1'embryogenese s'arrête, embryon et réserves se déshydratent. La paroi de 1'ovule se durcit et se différencie en téguments protecteurs, plus ou moins imperméables a 1'eau et a 1'air.

Combien de temps vivent les graines ?
Les graines ont la propriété remarquable de se conserver en état de vie ralentie pendant des années, voire des centaines années. Leur longévité dépend de 1'espece et des conditions de conservation. Les graines dont des réserves sont de nature lipidique comme le colza, 1'arachide ou la noix, ont une durée de vie qui excède rarement une année car elles rancissent. Celles dont les réserves sont glucidiques, comme la plupart de nos céréales, ont une longévité de plusieurs années. Certaines légumineuses ayant des téguments épais et imperméables ont 1'air et a 1'eau survivent encore plus longtemps. Les conditions permettant une longue conservation sont à 1'oppose de celles favorisant la germination. Des graines de lotus ont pu germer après plus de 400, voire 1 000 ans d'enfouissement dans les boues d'un lac, a1'abri de 1'oxygene. Mais le record de longévité est détenu par des graines de lupin (Lupinus arcticus) datées de 10 000 ans au carbone 14. Trouvées à 1'etat congelé dans le sol du Nord canadien, elles n'attendaient que le dégel pour germer. La déshydratation des graines est un facteur clé pour leur conservation. Nombre espèces tropicales, dites " récalcitrantes ", comme 1'hevea, le cacao, le thé ou la mangue, ne supportent pas d'être déshydratées et survivent à peine quelques semaines.

Quelle est la différence entre graines et fruits ?

Il existe bien d'autres types de fruits charnus à multiples graines : 1a framboise est un fruit compose et la figue un fruit multiple... Les fruits secs multiséminés ont aussi des formes variées, comme la gousse des petits pois et des haricots, la silique de 1a monnaie du pape, le follicule de l'ancolie et la pixide du mouron.


A maturité, les carpelles (organe de la fleur qui contient un ou plusieurs ovules. Un carpelle comprend à sa base l'ovaire, surmonte d'une partie effilée, le style, terminé par un renflement, le stigmate. L'ensemble des carpelles forme le pistil.) d'une fleur forment le fruit et les ovules fécondés deviennent les graines. Il y a des fruits secs et des fruits charnus, des fruits uniséminés (à une seule graine) ou pluriséminés (à plusieurs graines). Mais la botanique est pleine de pièges… Chez la tomate, pas de confusion possible, les tissus succulents et rouges de la baie sont bien discernables des petites graines ocres, les pépins. Mais, chez la cerise, la graine n'est pas le noyau ! La graine, ou amande, se trouve à l'intérieur du noyau qui est en réalité la partie interne et lignifiée du carpelle (endocarpe). Quant a la framboise, il s'agit d'une collection de petite drupes : les " pépins " sont en fait d~ petits noyaux. Pour la pomme, le vrai fruit est le trognon contenant les pépin; La partie que 1'on mange est le réceptacle qui englobe le fruit. Pour les fruits secs la confusion entre graine et fruit est très fréquente. Un grain de blé est-il un fruit ou une graine ?
Et le petit pois ou la noisette ? Dans le lot, seul le petit pois est une graine, la gousse est le fruit ! Les graminées (ou poacées) comme le blé produisent des fruits, dont chaque grain est appelé caryopse : le tégument est colle à la paroi du carpelle. La noisette enchâssée dans sa jolie cupule de bractées vertes est un fruit sec uniséminé ou akène ; la graine est ce que 1'on mange.

Comment se disséminent-elles?
Les graines, nues ou enveloppées de leur fruit, forment des unités de dissémination appelées diaspores. Ces dernières sont très diverses et capables d'utiliser toutes sortes de moyens pour voyager. Grâce à des enveloppes imperméables et a des structures flottantes, certaines sont capables de voguer au fil de 1'eau, sur de longues distances. La noix de coco en est un exemple frappant : ce palmier colonise toutes les plages de la ceinture intertropicale.
Ailes, membranes, aigrettes, poils... les systèmes " inventes " par les diaspores pour voler sont innombrables. Ainsi, la renommée d'envahisseur du pissenlit n'est pas usurpée : ses petites aigrettes sont arrachées de leur capitule par un bon coup de vent. Ensuite, grâce à son parachute, la semence est portée par tout courant d'air, aussi tenu soit-il. D'autres semences sautent et se passent de tout agent de dispersion. En réalité, c'est la plante qui les éjecte. Chez les légumineuses, comme les genets ou les glycines, il n'est pas rare que les gousses se fendent brusquement a maturité sous 1'effet de la sécheresse, délivrant vivement leur contenu. Enfin, beaucoup de diaspores " utilisent " les animaux pour se déplacer dans l'espace. Ce sont de beaux exemples de coevolution entre règnes végétal et animal. Certaines diaspores sont disséminées de façon passive : elles s'accrochent au pelage, aux pattes et au cuir des animaux. Leurs formes sont étonnantes : crochets, harpons, pics, tridents, barbelés... Elles s'accrochent aussi a vos chaussettes et vous piquent les chevilles lors de vos balades, comme les luzernes ou la benoîte. Les fruits charnus sont la proie de nombreux animaux efficaces.
Les haies et bordures de nos forets sont habitées par tout un peuple d'oiseaux qui en sont les disséminateurs attitrés. Dans les forets tropicales humides, ou la biodiversité est importante, la majorité des espèces est consommée par certains singes, beaucoup d'oiseaux et de chauves-souris qui sont des frugivores spécifiques. Enfin, 1'homme disperse aussi les graines. En dehors des mauvaises herbes qu'il transporte malgré lui sous ses chaussures et sur les roues de ses véhicules, il est un disséminateur zélé des espèces qu'il cultive. . .

Mangeons-nous encore beaucoup de graines?
Nous consommons moins de céréales que nos ancêtres, mais elles constituent encore l'aliment de base des populations rurales des pays en voie de développement. Les céréales représentent 50% de la nourriture de 1'humanite.
On les mange sous forme de grains, galettes, pains, flocons, semoule ou gâteaux, mais aussi sous forme d'agents de texture dans les glaces, entremets, sauces, soupes.
On les boit sous forme de boissons alcoolisées : bière (orge), whisky (blé et orge), saké (riz) pour les plus connues. Les légumes secs sont également une source importante de nourriture, un apport de glucides et surtout de protéines : haricots, pois, lentilles, soja, pois chiche...
Nombre d'autres grains complètent notre alimentation quotidienne. Les oléagineux fournissent nos huiles culinaires, toumesol, colza, arachide, soja, olive, sésame, coton, noix...
Le poivre et autres épices viennent relever nos plats : cumin, fenouil, carvi, coriandre, badiane, cardamome, cade...

Pourquoi les graines ne germent-elles pas toujours ?
Les semences ne germent pas forcement des qu'elles sont au sol, ni toutes en même temps. Il n'est pas rare de trouver dans la terre des graines n'ayant pas germé. Pourquoi, par exemple, tous les noyaux des cerisiers sauvages, les merisiers, ne germent-ils pas après leur dispersion et restent sur le sol des forets pendant de longs mois été et d'hiver avant de pousser ? Certaines graines ont perdu leur pouvoir germinatif, pour les autres il faut des conditions externes favorables, des signaux spécifiques pour la levée de dormance, puis pour la germination. Toutes ces conditions définissent le lieu et le temps précis favorables ont la germination et au développement ultérieur des jeunes plantes d'une espèce donnée. Suivons notre exemple. Même si 1'on met les noyaux de merisiers dans des conditions favorables en général pour la germination - a savoir une température douce (comprise entre 10 et 30 °C), dans un sol aéré (présence d'oxygène) et surtout bien humide - ils ne germeront pas. On dit qu'ils sont dormants. Ce n'est après avoir subi une certaine dose de froid que

Comment font-elles pour reprendre vie ?
Les mécanismes de la dormance, de la levée de dormance et de la germination sont complexes et varient selon les espèces. Il n'existe actuellement aucune interprétation universelle de ces événements capitaux pour la vie des plantes. Leur déterminisme génétique est en cours de déchiffrage grâce à 1'analyse de mutants d'embryogenèse, de dormance et de germination. Cette dernière est définie par la sortie de la pointe racinaire hors des téguments de la graine. Elle est enclenchée selon une séquence définie événements. Il y a dormance quand une étape quelconque précédant la croissance de la radicule est bloquée.
La germination est sous le contrôle d'un équilibre entre deux hormones a actions antagonistes, elles-mêmes sous influence des facteurs de levée de dormance (le froid par exemple). L'acide abscissique est 1'hormone qui participe à la maturation des semences, maintient la dormance et inhibe la germination. Les acides gibberelliques sont des hormones de germination, impliquées dans la synthèse d'enzymes qui dégradent les parois et les réserves de la graine. Certaines dormances sont tégumentaires, et sont levées des que 1'integrite des téguments est lésée, par abrasion, décomposition, lessivage des inhibiteurs, décapage par les sucs gastriques des animaux... D'autres sont des dormances embryonnaires (dues à la présence de 1'acide abscissique) : elles ne se lèvent pas même quand les téguments sont retires. C'est le cas du merisier. Une fois la germination enclenchée, la plantule se met à croître en utilisant les réserves de la graine. La radicule plonge dans le sol, tandis que la gemmule se déploie vers la lumière. Les jeunes feuilles deviennent capables de photosynthèse. La plante acquiert son autonomie .

Quelle est l'importance de la production de semences ?
Le chiffre d'affaires mondial du secteur des semences et plants est évalué en 1997 a environ 50 milliards de dollars, dont 20 milliards sont commercialises et 30 milliards représentent la valeur des semences dites " de ferme ", qui sont exploitées localement sans être monnayées. Nous appelons ici " semences et plants " les unités semées ou plantées dans le but d'une production de denrée végétale.
Pour le botaniste, les semences peuvent être des graines (colza, pois) ou des fruits les contenant : caryopses de céréales, akènes de carottes, glomérules de betteraves, etc. Les plants sont des tubercules, bulbes, boutures, jeunes arbres fruitiers...
En France, le chiffre d'affaires de la filière semence au stade de gros s'élève à environ 11 milliards de francs, dont 2,7 milliards pour 1'export. Sa production mise sur le marche (notamment de maïs) place notre pays au premier rang européen et au second rang mondial après les Etats-Unis. La filière semence est particulièrement bien organisée dans notre pays. Elle concerne environ 48 000 entreprises. Lorsqu'une nouvelle variété est reconnue par le GEVES (organisme public d'étude des variétés et semences) pour ses qualités et le progrès génétique qu'elle apporte, elle est inscrite et homologuée au catalogue officiel. Le service officiel de contrôle et certification est présent tout au long du processus de production. Si les semences certifiées assurent une productivité élevée, elles sont chères et demandent une technicité avancée.
Dans les pays en voie de développement, les semences de ferme, non certifiées, sont majoritaires. Les semences génétiquement modifiées sont issues de variété dans laquelle un ou plusieurs gènes ont été introduits par des outils de biologie moléculaire, et non par croisements classiques.
LA RECHERCHE 309 MAI 1998 %1