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Les hydrophytes : physiologie de la reproduction et maillon indispensable des écosystèmes aquatiques

Les milieux aquatiques sont sujet à de nombreuses variations physico-chimiques comme le niveau d’eau, la turbidité, la température, la luminosité, la salinité, la teneur en nutriments et d’autres paramètres encore.

 

Les hydrophytes ou plantes aquatiques, colonisant de tels milieux, répondent à ces variations par une grande plasticité. Cette dernière s’applique aussi bien à leur morphologie qu’à leur physiologie. En effet, la plasticité de ces végétaux permet une adaptation à l’hétérogénéité des milieux aquatiques, qu’elle soit spatiale ou temporelle.

 

Aussi, malgré une faible considération, les hydrophytes participent activement aux fonctionnements écologiques des milieux aquatiques et modifient leurs écosystèmes.

 

Les plantes aquatiques et la fonction de reproduction, des modalités propices à la colonisation des milieux

 

Les hydrophytes possèdent deux modalités de reproduction : sexuée et asexuée. Ces modalités leur permettent, en premier lieu, de se reproduire, mais favorisent aussi la survie de ces végétaux dans un milieu changeant et sujet à de fortes variations de ses paramètres physico-chimiques.

 

La reproduction sexuée des végétaux aquatiques, des similitudes avec les plantes terrestres

Figure 1. Renoncule aquatique, Ranunculus aquatilis L. (crédit photo : E. Force).

Figure 1. Renoncule aquatique, Ranunculus aquatilis L. (crédit photo : E. Force).

La reproduction sexuée des hydrophytes montre souvent des similitudes avec celle des plantes terrestres. Bien que le milieu aquatique y soit peu favorable, les hydrophytes possèdent des fleurs ayant les mêmes caractéristiques et attributs que leurs voisines terrestres. Néanmoins, un problème existe : celui du maintien des inflorescences au-dessus du niveau de l’eau. Ce dernier affecte la pollinisation croisée de ces végétaux qui ne s’effectue que rarement dans de bonnes conditions. Pour pallier ce problème, certaines plantes ont su s’adapter. En effet, la rigidité du pédoncule floral favorise le maintien de la fleur au-dessus du niveau de l’eau (fig. 1). Ainsi, une pollinisation entomophile ou anémophile peut avoir lieu. De plus, la formation de fleurs dites cléistogames peut être une solution à ce problème : ces fleurs restent fermées permettant une autopollinisation dans le bouton floral. La Renoncule aquatique est un exemple d’hydrophyte ayant ce type de reproduction sexuée. Puis, une pollinisation aquatique est observable chez des plantes dioïques, possédant des fleurs mâles et femelles séparées comme Ceratophyllum demersum.

 

Cependant, même si la fécondation a lieu, il est à noter que le rendement de la germination reste faible. Aussi, beaucoup d’hybrides sont moins fertiles que les espèces dont ils sont issus. Il est même possible que la reproduction sexuée soit inexistante chez certains végétaux aquatiques telle l’Élodée du Canada (Elodea canandensis) pour qui, seuls des plants femelles semblent être présents sur notre territoire. Ainsi, à défaut de pouvoir assurer une descendance par reproduction sexuée, certaines hydrophytes pratiquent un mode de reproduction basé sur une multiplication dite végétative.

 

La reproduction asexuée des plantes aquatiques et des modalités variées de multiplication végétative

 

La multiplication végétative ou reproduction asexuée présente des modalités très variées à la fois entre les espèces et au sein même d’une espèce. En effet, il est possible d’observer des fragments végétatifs de tige feuillée comme chez la Renoncule aquatique, mais aussi de tige souterraine ou rhizome tel chez Nuphar lutea par exemple.

Figure 2. Élodée du Canada, Elodea canadensis Michx. (crédit photo : E. Force).

Figure 2. Élodée du Canada, Elodea canadensis Michx. (crédit photo : E. Force).

De plus, des organes spécialisés dans la dissémination existent chez beaucoup d’hydrophytes. En détails, il s’agit de stolons, de tubercules, de rejets au niveau de rameaux latéraux comme chez l’Élodée du Canada (fig. 2), de bourgeons, ou encore de turions, aussi appelés hibernacles, étant les organes de multiplication végétative les plus spécialisés. En somme, la reproduction asexuée est définie par un détachement de la plante mère des différents organes cités précédemment.

 

L’ensemble de ces modalités de multiplication végétative permettent aussi aux hydrophytes de coloniser des milieux et ainsi d’accroitre leur aire de répartition, notamment par dispersion de propagules. Par ailleurs, cette fonction de reproduction est fondamentale et essentielle dans l’aptitude de certains végétaux à envahir le milieu. C’est par exemple le cas pour l’Élodée du Canada ainsi qualifiée d’espèce invasive.

 

Enfin, pratiquer un tel mode de reproduction montre aussi un tout autre intérêt biologique : celui de l’adaptation aux contraintes de l’habitat. De ce fait, la reproduction asexuée apparaît comme un facteur important dans la résistance aux perturbations du milieu environnant. Les turions ne sont pas seulement des organes de reproduction, mais sont également des organes de résistance aux conditions défavorables. Ainsi, ces derniers permettent à certains végétaux aquatiques de recoloniser rapidement leur milieu après que celui-ci ait subi des dérèglements.

 

Les hydrophytes, des plantes aquatiques à haut potentiel de régénération et de colonisation des milieux

 

Les hydrophytes ont une importante capacité de régénération et de colonisation des milieux. En cela réside leur haut potentiel adaptatif vis-à-vis des contraintes biotiques et/ou abiotiques de leur habitat. De nombreuses études ont été menées à propos. Ces dernières ont particulièrement concerné des banques de graines, les stratégies de germination, la date de reproduction, les efforts reproducteurs ainsi que la tolérance à la salinité.

Figure 3. Potamot nageant, Potamogeton natans L. (crédit photo : E. Force).

Figure 3. Potamot nageant, Potamogeton natans L. (crédit photo : E. Force).

De plus, les espèces soumises à de telles études étaient des hydrophytes de marais permanents en totalité submergées comme le Potamot nageant (Potamogeton natans) (fig. 3). Aussi, des végétaux de marais temporaires et des hélophytes (végétaux non immergés vivant sur des substrats gorgés d’eau) ont fait l’objet d’études sur les stratégies de régénération et de colonisation des milieux. Par exemple, chez les hélophytes, a été étudié la capacité de croissance clonale ainsi que les conséquences sur le succès de la reproduction asexuée en lien avec la colonisation spatiale du milieu. En outre, les capacités de colonisation et de régénération de fragments végétatifs ont été fréquemment observées chez les hydrophytes. Plus précisément, en fonction des espèces de plantes aquatiques, ces fragments végétatifs développent rapidement un système racinaire, ou parfois, produisent des diaspores (ou disséminules) favorisant la dispersion de ces organismes.

 

Ces diverses stratégies montrent les différentes modalités de recolonisation des espèces et permettent d’expliquer, en partie, la répartition des plantes aquatiques dans leur milieu en fonction de l’impact des perturbations écosystémiques comme les crues par exemple.

 

Outre ces stratégies de régénération et de colonisation, les hydrophytes, étant souvent envisagées comme des nuisances, participent activement aux fonctionnements écologiques des milieux aquatiques.

 

Les hydrophytes : des êtres vivants indispensables aux milieux aquatiques

 

Organismes indispensables à la pérennité des écosystèmes aquatiques, les hydrophytes possèdent des rôles et fonctions encore mal connues du grand public.

 

Des hydrophytes à la base des écosystèmes aquatiques

 

En tant que producteur primaire de matière organique, les hydrophytes sont à la base du fonctionnement des écosystèmes aquatiques. Cette matière organique, produite par photosynthèse, possède deux principaux devenirs. Tout d’abords, celle-ci peut être directement consommée par des organismes phytophages, ou consommée sous forme de matière organique morte par des décomposeurs. Ces derniers vont transformer la matière organique morte afin de produire des éléments minéraux et des molécules inorganiques. Une partie de ces éléments et molécules peut stagner dans le biotope et conduire à la formation de sédiments.

 

De plus, les hydrophytes établissent des relations plus ou moins étroites avec les autres espèces des écosystèmes aquatiques. En effet, une compétition interspécifique peut exister. Dans de nombreux cas, elle permet le maintien local d’un équilibre dynamique favorisant ainsi la coexistence d’espèces de plantes aquatiques appartenant souvent à des types biologiques différents. Cette compétition interspécifique peut également provoquer, dans certains habitats, la dominance d’une seule espèce d’hydrophyte à l’origine de l’élimination des autres espèces de plantes aquatiques. Pour exemple, nous pouvons citer le cas de la Jussie (Ludwigia sp.) dominant certains milieux. Il est aussi possible de trouver des interrelations avec des organismes de petite taille telles des Algues, des Champignons ou des Bactéries, pour qui les hydrophytes servent de supports physiques mais sont également une source de nutriments.

Figure 4. Ragondin (Myocastor coypus) se nourrissant d’une plante aquatique  (crédit photo : E. Force).

Figure 4. Ragondin (Myocastor coypus) se nourrissant d’une plante aquatique (crédit photo : E. Force).

Aussi, la matière organique produite par les hydrophytes est consommée par de nombreux animaux aquatiques comme des Invertébrés et quelques Poissons. Des animaux inféodés aux milieux aquatiques tels certains Oiseaux et Mammifères comme le Ragondin par exemple consomment également cette matière organique (fig. 4). Les plantes aquatiques font office d’habitats permanents pour quelques Invertébrés (notamment pour les Eumollusques) en offrant un lieu de vie, un support pour la ponte, etc. À propos des Poissons, les hydrophytes servent d’habitats temporaires, de supports de ponte (Carpe, Gardon et Brochet) ou encore de refuges pour les alevins.

 

Cependant, outre leurs rôles biologiques au sein des biotopes aquatiques, les hydrophytes impactent également les eaux en modifiant leur chimie ainsi que leurs propriétés physiques.

 

Les hydrophytes, des plantes aquatiques modifiant leur milieu

 

Les hydrophytes modifient leur environnement de par la densité des herbiers formés, la rigidité de leurs tiges et feuilles, puis de par la résistance de leur système racinaire. L’occupation du milieu par ces plantes aquatiques peut diminuer les effets mécaniques des mouvements des eaux circulantes et, de ce fait, réduire les phénomènes d’érosion locale des berges des cours d’eau ou des plans d’eau. Cela a été compris depuis plusieurs années et utilisé pour protéger voire restaurer certaines berges.

 

Les modifications physico-chimiques des eaux sont fonction des types biologiques de plantes aquatiques. En effet, la production d’oxygène photosynthétique dans les eaux environnantes peut, dans certains cas, engendrer une sursaturation de l’eau en oxygène, dépassant les 200% en fin de journée ! A contrario, la respiration de ces plantes peut conduire, au cours de la nuit, à des sous-saturations significatives en oxygène dans le milieu ambiant. Cette variation nycthémérale de la concentration en oxygène des eaux est corrélée à la variation du potentiel d’hydrogène ou pH pouvant atteindre deux unités. La variation du pH aquatique peut impacter la survie de certaines espèces de Poissons. Aussi, de par la consommation d’éléments nutritifs et autres éléments indispensables à la croissance, les hydrophytes jouent un rôle non négligeable dans les cycles biogéochimiques des milieux qu’elles occupent. Les plantes aquatiques sont caractérisées par des teneurs moyennes en phosphore et azote valant respectivement 0,5% et 1,5% des matières sèches. En élargissant ceci à une biomasse maximale de 1 kg par mètre carré, ces teneurs correspondent par conséquent à 5 et 15 g.m-2, soit des réservoirs peu importants à l’échelle des écosystèmes aquatiques, laissant à penser que les plantes aquatiques n’interviennent pas de manière significative dans le fonctionnement biogéochimique des milieux.

Figure 5. Herbier de Elodea canadensis Michx. (crédit photo : M. Gaubert).

Figure 5. Herbier de Elodea canadensis Michx. (crédit photo : M. Gaubert).

Néanmoins, en sachant que des sédiments fins sont souvent retenus par les herbiers d’hydrophytes (fig. 5), une diminution temporaire des particules en suspension et un accroissement des éléments nutritifs stockés sous et dans les herbiers de plantes aquatiques participent au fonctionnement des cycles biogéochimiques du phosphore et de l’azote dans ces milieux.

 

En conclusion, les hydrophytes s’adaptent à leur environnement ambiant en modifiant leur stratégie de reproduction. Ces adaptations portent aussi bien sur la morphologie que sur la physiologie de ces végétaux aquatiques. De plus, les recherches menées durant ces dernières décennies ont permis de définir et caractériser les rôles et fonctions des plantes aquatiques comme indicateurs d’état et de fonctionnement des écosystèmes aquatiques. Ainsi, il est fondamental de préserver ces espèces, sans qui, tout un monde aquatique ne serait pas possible.

 

Bibliographie

 

Barrat-Segretain M.-H.. Strategies of reproduction, dispersion and competition in river plants: a review. Vegetatio, 1996. n° 123, pp. 13-37.

 

Barrat-Segretain M.-H. & Bornette G.. Regeneration and colonization abilities of aquatic plants fragments: effect of disturbance seasonality. Hydrobiologia, 2000. n° 421, pp. 31-39.

 

Barrat-Segretain M.-H. et al.. Regeneration and colonization of aquatic plants fragments in relation to the disturbance frequency of their habitat. Hydrobiologie, 1999. n° 145, pp. 111-127.

 

Dutartre A. et al.. Plantes aquatiques d’eau douce : biologie, écologie et gestion. Ingénieries-EAT, 2008. n° spécial Plantes aquatiques d’eau douce : biologie, écologie et gestion, 160 p..

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