Classification et reconnaissance des plantes

Philippe Richard (Jardin botanique de Bordeaux)

– Introduction :

• Identifier une plante (Par exemple une plante dont le pollen est allergisant) passe par la compréhension des systèmes de classement.
• Cette étape de reconnaissance est un préalable qui permet :
  • D’appréhender certaines propriétés de la plante (morphologie, répartition géographique, habitat, comportement, type et période de pollinisation)
  • De faire des rapprochements avec des espèces voisines car il est fréquent que des plantes d’un même groupe taxonomique aient des propriétés comparables (ceci a été notamment évoqué pour le caractère allergisant).

– Du règne à l’espèce :

– Les grandes subdivisions du règne végétal :

• A côté des Glaucophytes (Algues unicellulaires photosynthétiques) et des Rhodobiontes (Algues rouges), les Chlorobiontes se subdivisent en différents groupes d’algues et en Embryophytes (Plantes terrestres strictement chlorophylliennes).
• Dans les Embryophytes, on trouve les mousses, les fougères et l’ensemble des plantes à fleurs (Spermatophytes) qui se répartissent en
  • Coniférophytes : eux-mêmes subdivisés en Ginkgoales et en Gymnospermes (incluant tous les conifères : pins, sapins, cyprès et genévriers).
  • Cycadophytes.
  • Anthophytes, composés des Gnétophytes, groupe primitif peu important rappelant les Conifères, et des Angiospermes.

– Les Angiospermes :

• Dernier groupe apparu sur terre voila 130 millions d’années, possédant la suprématie sur les autres végétaux par leur nombre, leur diversité et la multitude de milieux (naturels ou modifiés par l’homme) qu’ils colonisent.
• Quantitativement, ils sont les plus nombreux et de ce fait, les plus importants diffuseurs de pollen.
• Leur classification actuelle tente de retrouver un ordre évolutif cohérent qui tient compte du maximum de critères, tant morphologiques que génétiques.
• La classification actuelle des Angiospermes :
  • Elle se fait dans un rang taxonomique structurant : la famille, qui représente un certain nombre de caractéristiques communes et se subdivise en genres et en espèces.
  • Le genre est un groupe d’espèces possédant des caractéristiques propres.
  • L’espèce est le pivot de la classification : elle définit par des caractères précis l’individu et le rattache à une lignée évolutive cohésive.

– Identification :

– Reconnaître une plante repose à la fois :

• Sur la capacité à observer et synthétiser ses caractéristiques.
• Mais aussi sur la connaissance des grandes lignes de la classification afin de la positionner à l’intérieur du système jusqu’au rang taxonomique le plus précis possible : Famille, Genre, Espèce.
• En pratique, une série de questions-réponses permet d’approcher le taxon recherché, qu’il faudra compléter par la recherche dans une flore à l’aide de critères pré-établis.
• Les critères mis en évidence par la génétique (généralement non pris en compte par les flores) affectent surtout l’ordre évolutif et n’interfèrent que peu dans la détermination. Ils permettent de distinguer deux types de caractères :
  • Les caractères homologiques, partagés par un ensemble d’espèces et présents chez un ancêtre commun.
  • Les caractères homoplasiques, uniquement morphologiques, chez un groupe d’espèces, fruit du hasard ou d’une co-évolution, due par exemple à une écologie similaire, mais aux origines taxonomiques très différentes.

– Conclusion :

• L’apport de la génétique dans les classifications des plantes a été considérable ces dernières années grâce à la comparaison du génome des plantes, et permet une identification et donc une localisation de plus en plus précise dans un groupe taxonomique, sachant que la connaissance précise du taxon conduit à une meilleure interprétation de ses propriétés.
• La classification des plantes, pour ce qui concerne l’allergologue, est un moyen d’abord des propriétés des plantes et non une fin en soi.

Phénologie, méthodes et intérêt en aérobiologie

- Michel Thibaudon (RNSA)

– Définition et généralités :
– Selon le Larousse, la phénologie est l’étude de l’influence des climats sur les phénomènes biologiques saisonniers végétaux (feuillaison, floraison...) et animaux.
– Depuis les années 1970, de nombreux travaux ont été réalisés à ce sujet.

• Leur nombre s’est accru avec la prise de conscience des relations intimes qui lient changements climatiques et phénologie. Les changements climatiques sont à l’origine des modifications phénologiques qui, en retour, deviennent des indicateurs des modifications climatiques.
• L’utilisation de la phénologie en aérobiologie est beaucoup plus récente, mais a pris une importance considérable ces dernières années. En particulier, les modifications climatiques aboutissent partout dans le monde à une modification des périodes de pollinisation des espèces végétales dont celles provoquant des allergies respiratoires.

– Etudes phénologiques à l’étranger :
– Newnham (Nouvelle-Zélande), a proposé le suivi des données polliniques (comptes et phénologie) comme un élément d’alerte des modifications climatiques.
– Selon Chuine, le « chilling », c’est-à-dire la période de froid qui provoque la dormance et qui se mesure en unités de froid cumulées, est utilisé comme outil prévisionnel et comme indicateur des changements météo.
– Dans une publication récente, C.Traidl-Hoffmann et al. Confirment que le changement climatique au cours des dernières décades a eu des répercussions non seulement sur la végétation mais aussi sur les saisons polliniques et ceci grâce à l’étude comparée des données polliniques et des données phénologiques émises par les jardins botaniques.
– D’autres travaux traitent plus de la nécessité d’allier aéro-palynologie et phénologie pour améliorer la compréhension de la production et la dispersion des pollens allergisants.
– Les travaux de Kasprzyk, en Pologne, présentent l’intérêt d’une observation phénologique quotidienne des principaux arbres allergisants. Les observations portent sur le démarrage, le pic et la fin de la floraison. Cette étude montre une légère avancée des informations phénologiques concernant la date de démarrage de la pollinisation par rapport aux informations aéropalynologiques.
– En Suisse, depuis 1970, l’institut de géographie de l’université de Berne a développé tout un programme d’observations phénologiques qui ont permis de mettre en évidence que, sur les analyses significatives, dans 64% des cas, la pollinisation est plus précoce. Pour les arbres, cette avance moyenne est de 26 jours en 21 ans.
– En Italie, Frenguelli, en 1989, indique :

• Que les investigations phénologiques couplées aux données polliniques sont indispensables pour mener à bien les études de prévision de la pollinisation.
• Plus récemment (1992) ces mêmes équipes ont publiés des travaux sur l’importance de la température de l’air pour déterminer la date de démarrage de la pollinisation des aulnes, peupliers et noisetiers.
  – Bricchi et al. (1995) présentent une étude rétrospective sur 11 saisons polliniques en Italie centrale en concluant que la collecte des informations d’identification des différentes phases de floraison des plantes allergisantes permet d’améliorer les prévisions d’apparition des premiers pollens. La limite restant la variété des espèces observées.
  – En Espagne, durant la saison pollinique 2001 de Février à Juin, des informations phénologiques ont été recueillies hebdomadairement pour le Chêne. Ce travail a eu pour mérite de confirmer la difficulté que l’on peut rencontrer dans la comparaison des données phénologiques et des données aéro-palynologiques. En effet, le chêne est le taxon typique mais pas le seul, pour lequel certaines espèces comme le Quercus robur, le Quercus ilex et le Quercus suber pollinisent à des périodes très différentes. Si les données aéropalynologiques ne permettent pas de discerner les espèces, les données phénologiques doivent en tenir compte. En effet, ces différentes espèces de chêne produisent des quantités très importantes de pollen (de 20 à 50 milliards de grains par an et par arbre) sur des périodes très variables, allant de Mars pour Q.ilex à fin Mai pour Q.suber.Q.robur se trouvant de début Mars à mi-Juin sur la zone étudiée.
  – Concernant la pariétaire, la complémentarité phénologie-aérobiologie est d’autant plus fondamentale que les observations microscopiques ne permettent pas de distinguer les pollens de pariétaire, très allergisants et ceux d’ortie, non allergisants.

– Etudes phénologiques en France :
– La mise en œuvre du premier réseau d’observation phénologique pour les taxons « allergènes » est due à notre collègue C.Chappard de Saint-Étienne. Ces observations permettent de confirmer l’arrivée des premiers symptômes cliniques quelques jours avant les pics de pollens observés sur le capteur.
– Depuis 2000, le RNSA a mis en place un réseau d’observation phénologique.

• Chaque semaine le réseau recueille des informations en provenance d’Antibes, Lyon, Cholet, Marnay sur Seine et Mérignac. Les critères de floraison sont limités à la présence d’au moins 10% de fleurs ouvertes sur la plante observée. Ces données, mises en parallèle avec les données polliniques, permettent au RNSA d’orienter ses bulletins vers un volet prévisionnel.
• Globalement, on note une bonne corrélation entre phénologie et aérobiologie. Toutefois, pour les Graminées, il faut noter la précocité de l’info phénologique par rapport aux comptes polliniques (en accord avec les données cliniques enregistrées). En revanche, pour la fin de saison, les données polliniques sont plus en rapport avec les données cliniques que les données phénologiques, qui perdurent malgré l’absence de symptômes et des faibles quantités de pollens dans l’air.
• Pour les Urticacées, les données phénologiques ne concernent que les pariétaires au Printemps. Ces données sont en rapport avec les données polliniques. Les valeurs polliniques trouvées à partir de la semaine 27 sont dues à des pollens d’ortie, non allergisants.
• Pour les Cupressacées, à Antibes, on note une forte diminution des comptes polliniques dès la semaine 13, alors que les infos phénologiques restent positives jusqu’en milieu d’année.
• Pour les Graminées, on trouve (à Antibes) une précocité de 2 semaines des infos phénologiques sur les données polliniques.

– Projet phénologie :
– Deux projets importants viennent compléter le réseau « phénologie » mis en place par le RNSA en 2000.

• Le projet français « verger sentinelle », préparé par le botaniste C.Figureau en collaboration avec la DRASS Pays de Loire en Mai 2003. Son objectif est de permettre une validation complète de la méthode afin de l’étendre vers d’autres sites d’abord régionaux puis nationaux.
• La proposition d’un réseau d’observation en environnement intitulé « Phénologie et changements climatiques : réseau d’observation phénologique pour l’étude et la gestion des changements climatiques ». Ceci dans un but d’étude climatique mais aussi en vue d’améliorer la prévision sur le risque allergique lié aux pollens. Il permettra la mise en œuvre de modèle qui définiront les critères à observer et fourniront l’information sur l’évolution probable de la pollinisation dans les semaines à venir : démarrage, pic et fin de pollinisation.

– Conclusion :
– La phénologie est un marqueur de changement climatique et c’est un complément indispensable des données polliniques.
– La phénologie reste cependant un recueil de données de proximité, lié à des espèces précises, placées en des lieux déterminées ; alors que le recueil des données polliniques ne permet pas d’identifier l’origine du pollen mais est représentatif de ce que respire la population.
– En conclusion, la rédaction d’un bulletin allergopollinique nécessite :

• Des données polliniques passées.
• Des données phénologiques présentes.
• Des données cliniques présentes.
• Des prévisions météorologiques.
  – L’ensemble de ces recueils nécessite la mise en place de réseaux structurés répondant à des objectifs précis et des méthodes procédurées.
  – Il est à noter le vif intérêt porté par les allergologues à ces méthodes, témoin la création d’un groupe « botanique » au sein de la SFAIC.

  

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  Reproduction et dispersion des Graminées

  - Romaric Pierrel ( Nancy)

– Introduction :
– La famille des Graminées (ou Poacées) est une des familles les plus importantes au monde :

• D’une part par son importance numérique (635 genres et plus de 9000 espèces).
• D’autre part, par son caractère cosmopolite
• Enfin par la place essentielle qu’elle occupe dans l’agriculture mondiale.
  – Cette famille est également originale :
• Par la structure de son appareil végétatif.
• Par sa morphologie florale.
  – Les Graminées sont peut-être la meilleure illustration de l’anémophilie :
• Chaque année, l’émission (en grandes quantités) de pollens atmosphériques allergisants tient une place toute particulière dans la pathologie saisonnière allergique.

– La structure florale des Graminées :
– Comme toutes les plantes à fleurs, les Graminées se multiplient par voie sexuée, permettant de produire des graines qui serviront à constituer une nouvelle génération.
– La fleur constitue donc l’élément fondamental et se compose de différents éléments :

• Le périanthe, constitué des sépales et des pétales.
• Les organes sexuels.
  – Les étamines sont les organes mâles de la fleur et produisent les grains de pollens.
  – Les carpelles sont les organes femelles, comportant l’ovaire qui porte les ovules.
  – La pollinisation correspond au transport du pollen jusque sur le stigmate qui prolonge l’ovaire.
  – Les fleurs des Graminées sont hermaphrodites, c’est-à-dire qu’elles regroupent les deux sexes, ce qui n’exclut pas pour autant la fécondation croisée, rendue nécessaire par le fait d’une auto incompatibilité (le génome haploïde du pollen est confronté au génome diploïde du stigmate) présente chez la plupart des Graminées.
• Ce système a été rendu nécessaire pour contrer les risques associés à la consanguinité induite par l’auto-pollinisation et obtenir ainsi un brassage génétique permanent nécessaire à la survie de l’espèce.
  – La fleur est simple, petite et nue : la structure florale des Graminées traduit son mode de pollinisation. En effet, comme chez toutes les espèces anémophiles, la fleur est simple, petite, peu visible donc peu attrayante, et expose largement à l’air ses étamines et stigmates (bien dégagés des pétales quand ils existent).
  – Plus précisément la fleur est constituée :
• D’un ovaire, surmonté de 2 ou 3 stigmates plumeux.
• De 3 étamines (rarement 2), portées par de longs filets.
• D’un périanthe absent (pas de pétales ni de sépales, fleur nue dite apérianthée) remplacé par deux bractées ou glumelles :
  • Glumelle supérieure appelée paléole
  • Glumelle inférieure, appelée lemme, la plus grande, souvent porteuse d’une ou plusieurs arêtes.
    – Les fleurs sont à leur tour groupées en un petit épi, ou épillet, avec à sa base, deux pièces appelées glumes, scarieuses (coriaces, un peu translucides, verdâtres ou brunâtres) et formant l’unité élémentaire de l’inflorescence des Graminées.
    – Les épillets sont réunis en une inflorescence de taille et de forme variable selon les genres :
• Épi simple
• Épi composé
• Épi digité
• Panicule lâche
  – A maturité, les étamines pendent de la fleur. Les anthères, faiblement rattachées à leur filet, bougent au moindre vent. Les stigmates plumeux, eux aussi librement accessibles, peuvent facilement recueillir le pollen émis.

– Le pollen des Graminées :
– Au microscope électronique, le grain de pollen des Graminées se présente lisse, relativement sphérique et pourvu d’une seule petite aperture ronde (pore), partie de l’enveloppe (l’exine) de moindre résistance pour permettre la germination du grain de pollen.
– Cette ornementation, cette taille, cette physionomie simplifiée, sont favorables à son mode de dispersion par le vent.
– En effet, le pollen des Graminées est confié au vent, on parle d’anémophilie (ou anémogamie).

• C’est une des stratégies de pollinisation les plus anciennes sur la terre, laissant à l’atmosphère le soin de transporter le pollen d’une fleur à l’autre.
• Ici, seule une petite partie du pollen produit rencontrera les stigmates à féconder, le reste sera perdu. On comprend alors que la quantité de pollen produit va être considérable.
• Les plantes anémophiles produisent une telle quantité de pollen que l’on peut apercevoir de véritables nuages polliniques (on parle de « pluie de soufre » pour les forêts de pins). Par exemple, un seul chaton mâle de bouleau produit environ 5,5 millions de grains de pollen.
• L’anémophilie présente aussi l’avantage de ne pas rendre la pollinisation dépendante de partenaires animaux (insectes, oiseaux), ces derniers pouvant présenter eux-mêmes des comportements défavorables au transport du pollen.
  – Pour nous, allergologues, les pollens atmosphériques (dont ceux des Graminées) sont les responsables de troubles allergiques connus communément sous le terme de « rhume des foins ».

– Le fruit des Graminées :
– Le fruit des Graminées est un fruit sec indéhiscent qui porte le nom de caryopse. Il est issu d’un seul ovule, donc n’est formé que par une seule graine, dont les téguments adhèrent au péricarpe. L’intérieur est occupé par un tissu de réserve (l’albumen), formé essentiellement d’amidon.
– La graine de Graminées ne dispose pas de dispositif particulier pour faciliter sa dispersion. Seule l’arête, quand elle persiste, peut favoriser le transport de la graine par les animaux. Aussi, les graines ne peuvent généralement pas réaliser de grands trajets, germent à proximité des plantes mères et augmentent la densité du tissu graminéen.

– Quelques caractéristiques morphologiques :
– Les Graminées appartiennent à la classe des monocotylédones. Ce sont des plantes herbacées, annuelles ou vivaces, de quelques cms de haut à plusieurs mètres, ces dernières pouvant présenter des bases lignifiées (bambous).
– Les tiges sont nombreuses, naissant d’une touffe (caractère cespiteux provoqué par le phénomène du tallage) ou d’un rhizome rampant, présentant un enracinement puissant. Appelées chaumes, elles ont une structure particulière.

• Elles sont creuses, sauf au niveau des nœuds qui sont généralement renflés.
• Pour assurer leur rigidité, les tiges disposent à l’intérieur de faisceaux libéro-ligneux et d’un cylindre de sclérenchyme.
  – Les feuilles :
• Les feuilles sont dépourvues de pétioles.
• Les feuilles embrassent la tige par une gaine, sorte d’étui cylindrique, fendu longitudinalement (du côté opposé au limbe), qui entoure la tige sur une certaine longueur, recouvrant plus ou moins longuement l’entre-nœud supérieur.
• Leur gaine est prolongée par une languette membraneuse, appelée ligule. Cette ligule est d’une grande importance pour la description des espèces : absente parfois, remplacée par des poils (très variables en taille, longueur, aspects) ou présentant une grande diversité de taille, forme, découpure ou ornementation.
• Les feuilles ont un limbe allongé qui prolonge la gaine.
• Les feuilles ont une nervation parallèle (caractéristique des monocotylédones).
• Chez de nombreuses Graminées, les feuilles sont incrustées de silice, ce qui confère un caractère coupant à leur bord (roseau, chiendent).

– Importance dans le monde :
– Les Graminées sont omniprésentes et se rencontrent dans pratiquement tous les écosystèmes du globe.
– Climats semi-arides : elles forment de très grandes étendues.

• Steppes : elles se rencontrent surtout sous des climats continentaux tempérés froids et semi-arides (plus froids et plus secs que les savanes).
• Savanes : dont certaines correspondent à un stade naturel de végétation (intermédiaire entre les forêts subtropicales et les zones semi-arides) et d’autres résultent de la dégradation des milieux naturels forestiers, en particulier par des feux de brousse répétés.
  – Climats froids :
• Toundras, milieux caractéristiques des régions arctiques et subarctiques, d’une grande fragilité.
• Prairies alpines, qui caractérisent la végétation des hautes montagnes et forment un étage de végétation net entre la forêt d’altitude et les neiges éternelles.

– Importance des Graminées pour l’humanité :
– Depuis l’époque néolithique en Europe, mais peut-être depuis plus longtemps encore en Asie, les Graminées constituent la base de l’alimentation humaine. Aujourd’hui, riz, blé, maïs, canne à sucre recouvrent la terre et procurent la base alimentaire pour la totalité des êtres humains, parfois dans des proportions qui avoisinent les 90% de la ration alimentaire quotidienne.
– Parmi les céréales :

• Le blé (variétés dérivées de plusieurs espèces du genre Triticum) occupe la plus grande surface du monde, avec plus de 10% des zones agricoles.
• Parmi les autres céréales les plus cultivées on notera aussi l’orge (surtout utilisé en brasserie) l’avoine (dans les pays nordiques), le seigle (qui remplace le blé sous les climats plus froids de l’Europe centrale et en montagne) et surtout le maïs. Le riz (genre Oryza) sert de base d’alimentation à plus de 3,5 milliards d’hommes. Son cycle de culture est très court, ce qui permet sous certains climats chauds de réaliser jusqu’à 3 récoltes par an, mais avec des rendements très variables.
• Les Graminées fourragères sont à la base des prairies (artificielles ou naturelles), avec le Dactyle (genre Dactylis), les pâturins (Poa), les fétuques (Festuca), les vulpins (Alopecurus), les fléoles (Phleum), les flouves (Anthoxanthum), les ivraies (Lolium), etc...
• Elles procurent la quasi-totalité des herbages et des fourrages de l’hémisphère nord.
• Elles rentrent dans la composition de tous les gazons d’ornement et sportif et, à ce titre, ont fait l’objet d’une sélection variétale très importante.
• Ces Graminées fourragères ont un potentiel allergisant très élevé, avec un pic dominant en Juin.
  – La canne à sucre (Saccharum), grande herbe pouvant atteindre les 4m est une Graminée alimentaire largement répandue dans la zone intertropicale. On extrait de sa moelle un jus sucré pouvant titrer jusqu’à 20% de saccharose. Les résidus sont utilisés pour fabriquer le rhum.
  – Les bambous (plus de 600 espèces) se prêtent à un grand nombre d’usage et sont omniprésents dans les traditions et les habitudes des pays chauds et subtropicaux : matériaux de construction, meubles, industries papetières, instruments de musique, de cuisine...
  – Notons enfin les sorghos (servant à la fabrication du mil), le vétiver (dont les racines sont utilisées en parfumerie) ou encore les espèces ornementales comme l’herbe de la Pampa.

– Conclusion :
– Si les pollens reconnus comme allergisants sont nombreux et se rencontrent dans de nombreuses familles végétales anémophiles, nous avons choisi de vous parler des Graminées qui résument bien la problématique des pollinoses.
– Mais comme nous l’avons vu, nous ne pouvons pas vivre sans cette famille végétale d’importance planétaire, tant par sa répartition géographique que par les services rendus à l’humanité.